缸套与活塞组件摩擦力的在线测试装置及测试方法
【专利摘要】本发明公开了一种缸套与活塞组件摩擦力的在线测试装置及测试方法，动力单元通过活塞销与活塞连接，活塞通过安装在活塞的环槽内的第一道气环、第二道气环及刮油环与缸套密封连接；挡板固定在缸体上，使挡板与缸体之间形成间隙；缸体上设有冷却腔和油底壳，所述的缸套密封固定在缸体内，所述摩擦力传感器固定在挡板与缸体之间的间隙中，使摩擦力传感器一端固定在挡板上，另一端固定在缸套上。本发明所述的缸套与活塞组件摩擦力的在线测试装置及测试方法，模拟实际工作状态下的热负荷，模拟实际工作状态下缸套活塞环组的冷却和润滑，对活塞环施加径向载荷，从而使试验中缸套活塞环组的热负荷、机械负荷与实际工作状态更接近，测试结果更精确。
【专利说明】
缸套与活塞组件摩擦力的在线测试装置及测试方法
技术领域
[0001]本发明涉及摩擦磨损测试技术领域，一种缸套与活塞组件摩擦力的在线测试装置及测试方法。【背景技术】
[0002]目前对缸套与活塞组件摩擦功耗研究普遍采用倒拖法，该方法在非点火状态下进行试验，因此和实际工作状态相比，缸套与活塞组件没有受到燃烧室的高温加热且缺少对活塞环径向加载压力，这使得测得的摩擦功耗与实际工作状态下的相差较大。对活塞环进行径向加载的专利《一种缸套活塞环零部件摩擦磨损试验设备》(专利号:ZL 200520146126.6)采用碟簧对活塞环进行机械式的径向加载，可模拟活塞环在点火状态下受到的燃气压力，然而机械式径向加载方法限制了活塞环在环槽内圆周方向的运动，与点火状态下活塞环运动方式相差较大。大连海事大学硕士学位论文《基于模拟背压加载的柴油机摩擦功研究》(张凯)中采用高压气体对活塞环进行径向加载，但活塞与高压软管、高压硬管的连接方式需要进一步改进，以避免高速往复运动过程中高频振荡运动对试验装置密封性能和试验精确性的影响，而且该试验装置无法对实际工作状态下缸套活塞环组的热负荷进行模拟。
【发明内容】
[0003]本发明针对以上问题的提出，而研究设计一种缸套与活塞组件摩擦力的在线测试装置及测试方法，用于解决现有的测试装置及测试方法，对缸套与活塞组件摩擦力的测试不准确的的缺点。本发明采用的技术手段如下:
[0004]一种缸套与活塞组件摩擦力的在线测试装置，包括:用于提供往复运动的动力单元、活塞销、活塞、第一道气环、第二道气环、刮油环、缸套、缸体、挡板和摩擦力传感器;所述的动力单元通过活塞销与活塞连接，所述活塞通过安装在活塞的环槽内的第一道气环、第二道气环及刮油环与缸套密封连接;所述的挡板固定在缸体上，使挡板与缸体之间形成间隙;还包括:冷却腔、油底壳、燕尾槽导轨、防火罩、用于加热活塞和缸套的加热单元、冷却单元和用于提供高压气体的供气单元;所述的缸体上设有冷却腔和油底壳，所述的缸套密封固定在缸体内，所述摩擦力传感器固定在挡板与缸体之间的间隙中，使摩擦力传感器一端固定在挡板上，另一端固定在缸套上。
[0005]所述的加热单元通过燕尾槽导轨和防火罩固定在缸体上，使加热单元能够在燃烧室内产生高温;所述的加热单元包括烤枪和分别同烤枪相连接的燃料罐及氧气瓶;所述的冷却单元包括循环水冷却单元和机油冷却单元，所述循环水冷却单元与冷却腔连接;所述机油冷却单元与油底壳连接;所述供气单元与活塞的进气孔连接。
[0006]作为优选所述的循环水冷却单元为水栗、水箱和冷却腔依次通过管道I连接而的成回路;所述的机油冷却单元为抽油栗、换热器、缸体和油底壳依次通过管道n连接而的成回路。
[0007]作为优选所述的燃料罐上安装有安全阀和出油阀，燃料罐同烤枪间安装有流量计;所述的氧气瓶同烤枪间安装有氧气阀;所述的烤枪前端安装有特殊喷嘴。
[0008]作为优选所述的供气单元包括依次通过管路连接的压缩机、高压气瓶和高压气体通路;所述的高压气体通路包括耐压螺旋软管、钛管、导向筒和青铜滑块;所述的耐压螺旋软管设置于导向筒内，所述的耐压螺旋软管一端同连接高压气瓶的管路连通，另一端通过钛管同活塞的进气孔连接。
[0009]作为优选所述的活塞上设置有温度传感器安装孔，所述的温度传感器安装孔安装开设在第一道气环的环槽I与安装第二道气环的环槽n之间的位置上，并且沿活塞圆周均匀分布若干个出气孔，所述的温度传感器固定在温度传感器安装孔内。
[0010]作为优选所述的高压气瓶和高压气体通路间的管路上设置减压阀。
[0011]作为优选所述动力单元中的电动机通过联轴器与曲轴连接，所述的曲轴通过连杆与活塞连接。
[0012]作为优选所述的耐压螺旋软管和钛管通过导向筒和青铜滑块固定在挡板上。
[0013] —种使用缸套与活塞组件摩擦力的在线测试装置的测试方法，包括如下步骤:
[0014] S1、开启循环水冷却单元和机油冷却单元对活塞和缸套进行冷却和润滑；
[0015] S2、开启动力单元，使活塞做往复运动；
[0016] S3、开启供气单元，使高压气体从进气孔进进入，由出气孔输出，对第一道气环和第二道气环施加径向压力；
[0017] S4、开启加热单元，对活塞和缸套进行加热；[〇〇18] S5、第一道气环、第二道气环、刮油环、活塞与缸套之间的摩擦力经过缸套传递给摩擦力传感器进行测量。
[0019]作为优选所述的活塞上设置的温度传感器测量温度传感器安装孔处的温度。
[0020]与现有技术比较，本发明所述的缸套与活塞组件摩擦力的在线测试装置及测试方法具有以下优点:
[0021] 1、本发明所述的缸套与活塞组件摩擦力的在线测试装置及测试方法，采用高温加热单元对缸套和活塞进行加热，模拟实际工作状态下的热负荷;采用循环水冷却单元和机油冷却润滑单元，模拟实际工作状态下缸套活塞环组的冷却和润滑;采用高压气体模拟燃气压力，对活塞环施加径向载荷，从而使试验中缸套活塞环组的热负荷、机械负荷与实际工作状态更接近，测试结果更精确。
[0022] 2、本发明所述的缸套与活塞组件摩擦力的在线测试装置及测试方法，供气单元采用耐压螺旋软管、钛管与活塞进气孔连接，采用导向筒、青铜滑块将耐压螺旋管和钛管固定在挡板上，避免了管道晃动对连接处密封性能和试验的影响。【附图说明】
[0023]图1是本发明缸套与活塞组件摩擦力测试装置的结构示意图。
[0024]图2是本发明循环水冷却单元示意图。[0〇25]图3是发明活塞结构示意图。
[0026]图4是本发明温度传感器位置示意图。[〇〇27] 其中，1、活塞销，2、活塞，201、出气孔，202、进气口，3、第一道气环，4、第二道气环，5、刮油环，6、缸套，7、冷却腔，8、油底壳，9、缸体，10、挡板，11、摩擦力传感器，12、温度传感器，13、活塞温度传感器安装孔，14、燕尾槽导轨，15、防火罩，16、燃料罐，17、安全阀，18、出油阀，19、流量计，20、氧气瓶，21、氧气阀，22、烤枪，23、特殊喷嘴，24、水栗，25、水箱，26、管道I，27、抽油栗，28、换热器，29、管道II，30、压缩机，31、高压气瓶，32、减压阀，33、耐压螺旋软管，34、钛管，35、导向筒，36、青铜滑块，37、电动机，38、联轴器，39、曲轴，40、连杆。【具体实施方式】
[0028]如图1-图4所示，一种缸套与活塞组件摩擦力的在线测试装置，包括:用于提供往复运动的动力单元、活塞销1、活塞2、第一道气环3、第二道气环4、刮油环5、缸套6、缸体9、挡板10和摩擦力传感器11、冷却腔7、油底壳8、燕尾槽导轨14、防火罩15、用于加热活塞和缸套的加热单元、冷却单元和用于提供高压气体的供气单元;所述的动力单元通过活塞销1与活塞2连接，所述动力单元中的电动机37通过联轴器38与曲轴39连接，所述的曲轴39通过连杆 40与活塞2连接。
[0029]所述活塞2通过安装在活塞2的环槽内的第一道气环3、第二道气环4及刮油环5与缸套6密封连接;所述的挡板10固定在缸体9上，使挡板10与缸体9之间形成间隙；所述的缸体9上设有冷却腔7和油底壳8，所述的缸套6密封固定在缸体9内，所述摩擦力传感器11固定在挡板10与缸体9之间的间隙中，使摩擦力传感器11 一端固定在挡板10上，另一端固定在缸套6上。
[0030]所述的加热单元通过燕尾槽导轨14和防火罩15固定在缸体9上，使加热单元能够在燃烧室内产生高温;所述的燃料罐16上安装有安全阀17和出油阀18,燃料罐16同烤枪22 间安装有流量计19;所述的氧气瓶20同烤枪22间安装有氧气阀21;所述的烤枪22前端安装有特殊喷嘴23,模拟实际工作状态下缸套与活塞组件的热负荷。[〇〇31]所述的加热单元包括烤枪22和分别同烤枪22相连接的燃料罐16及氧气瓶20,加热单元对活塞顶面进行加热，模拟实际工作时的热负荷。
[0032] 所述的冷却单元包括循环水冷却单元和机油冷却单元，所述循环水冷却单元与冷却腔7连接，冷却腔7中通冷却水对缸套进行冷却;所述机油冷却单元与油底壳8连接，油底壳中存储润滑油；所述的循环水冷却单元为水栗24、水箱25和冷却腔7依次通过管道126连接而的成回路;所述的机油冷却单元为抽油栗27、换热器28、缸体9和油底壳8依次通过管道 1129连接而的成回路，模拟实际工作状态下缸套活塞环组的冷却和润滑。[〇〇33]所述供气单元与活塞2的进气孔202连接，所述的供气单元包括依次通过管路连接的压缩机30、高压气瓶31和高压气体通路;所述的高压气体通路包括耐压螺旋软管33、钛管 34、导向筒35和青铜滑块36;所述的耐压螺旋软管33设置于导向筒35内，所述的耐压螺旋软管33—端同连接高压气瓶31的管路连通，另一端通过钛管34同活塞2的进气孔202连接，所述的高压气瓶31和高压气体通路间的管路上设置减压阀32,所述的耐压螺旋软管33和钛管 34通过导向筒35和青铜滑块36固定在挡板10上，采用高压气体模拟燃气压力，对活塞环施加径向载荷，从而使试验中缸套活塞环组的热负荷、机械负荷与实际工作状态更接近，测试结果更精确。
[0034]如图4所示，所述的活塞2上设置有温度传感器安装孔13,所述的温度传感器安装孔13安装开设在第一道气环3的环槽I与安装第二道气环4的环槽n之间的位置上，并且沿活塞2圆周均匀分布若干个出气孔201，所述的温度传感器12固定在温度传感器安装孔13 内。
[0035]本发明所述的缸套与活塞组件摩擦力的在线测试装置及测试方法，在燃烧室内设置能够提供高温的加热单元，用所述加热单元对活塞和缸套进行加热，模拟实际工作状态下缸套与活塞组件的热负荷;通过设置循环水冷却单元和机油冷却单元模拟缸套和活塞组件在实际工作状态下受到的冷却和润滑;通过能够提供高压气体的供气单元模拟实际工作状态下对活塞环的径向加载;通过在活塞特定位置上设置温度传感器安装孔并安装温度传感器对活塞特定位置的温度进行测量和控制，同时只通过缸套自重使缸套与缸体密封连接，缸套相对于缸体呈“浮动”状态，采用固定在挡板和缸套之间的摩擦力传感器测得缸套与活塞组件的摩擦力。
[0036]如图1-图4所示，一种使用缸套与活塞组件摩擦力的在线测试装置的测试方法，包括如下步骤:[〇〇37] S1、开启循环水冷却单元和机油冷却单元，开启水栗24和抽油栗27,对活塞2和缸套6进行冷却和润滑。[〇〇38] S2、开启动力单元，开启电动机37,电动机37带动曲轴39旋转，曲轴39带动连杆40 把旋转运动转化为使活塞2做往复运动，使活塞2做往复运动。[〇〇39] S3、开启供气单元，开启压缩机30,调节气压至lOMPa，使高压气体从进气孔进202 进入，由出气孔201输出，对第一道气环3和第二道气环4施加径向压力。
[0040] S4、开启加热单元，开启烤枪22,控制汽油阀使流量计示数为38mL/min，对活塞2和缸套6进行加热。[0041 ] S5、第一道气环3、第二道气环4、刮油环5、活塞2与缸套6之间的摩擦力经过缸套6 传递给摩擦力传感器11进行测量。[〇〇42] S6、所述的活塞2上设置的温度传感器12测量温度传感器安装孔13处的温度。[〇〇43]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种缸套与活塞组件摩擦力的在线测试装置，包括:用于提供往复运动的动力单元、 活塞销(1)、活塞(2)、第一道气环(3)、第二道气环(4)、刮油环(5)、缸套(6)、缸体(9)、挡板 (10)和摩擦力传感器(11);所述的动力单元通过活塞销(1)与活塞(2)连接，所述活塞(2)通过安装在活塞(2)的环 槽内的第一道气环(3)、第二道气环(4)及刮油环(5)与缸套(6)密封连接；所述的挡板(10)固定在缸体(9)上，使挡板(10)与缸体(9)之间形成间隙；其特征在于还包括:冷却腔(7)、油底壳(8)、燕尾槽导轨(14)、防火罩(15)、用于加热活 塞和缸套的加热单元、冷却单元和用于提供高压气体的供气单元；所述的缸体(9)上设有冷却腔(7)和油底壳(8)，所述的缸套(6)密封固定在缸体(9)内， 所述摩擦力传感器(11)固定在挡板(10)与缸体(9)之间的间隙中，使摩擦力传感器(11)一 端固定在挡板(10)上，另一端固定在缸套(6)上；所述的加热单元通过燕尾槽导轨(14)和防火罩(15)固定在缸体(9)上，所述的加热单 元包括烤枪(22)和分别同烤枪(22)相连接的燃料罐(16)及氧气瓶(20);所述的冷却单元包括循环水冷却单元和机油冷却单元，所述循环水冷却单元与冷却腔 (7)连接;所述机油冷却单元与油底壳(8)连接；所述供气单元与活塞(2)的进气孔(202)连接。2.根据权利要求1所述的缸套与活塞组件摩擦力的在线测试装置，其特征在于:所述的循环水冷却单元为水栗(24)、水箱(25)和冷却腔(7)依次通过管道1(26)连接而 的成回路；所述的机油冷却单元为抽油栗(27)、换热器(28)、缸体(9)和油底壳(8)依次通过管道 II (29)连接而的成回路。3.根据权利要求1所述的缸套与活塞组件摩擦力的在线测试装置，其特征在于:所述的燃料罐(16)上安装有安全阀(17)和出油阀(18 )，燃料罐(16)同烤枪(22)间安装有流量计(19);所述的氧气瓶(20)同烤枪(22)间安装有氧气阀(21);所述的烤枪(22)前端安装有特殊喷嘴(23)。4.根据权利要求1所述的缸套与活塞组件摩擦力的在线测试装置，其特征在于:所述的 供气单元包括依次通过管路连接的压缩机(30)、高压气瓶(31)和高压气体通路；所述的高压气体通路包括耐压螺旋软管(33)、钛管(34)、导向筒(35)和青铜滑块(36);所述的耐压螺旋软管(33)设置于导向筒(35)内，所述的耐压螺旋软管(33)—端同连接 高压气瓶(31)的管路连通，另一端通过钛管(34)同活塞(2)的进气孔(202)连接。5.根据权利要求1、2、3或4所述的缸套与活塞组件摩擦力的在线测试装置，其特征在 于:所述的活塞(2)上设置有温度传感器安装孔(13)，所述的温度传感器安装孔(13)安装 开设在第一道气环(3)的环槽I与安装第二道气环(4)的环槽n之间的位置上，并且沿活塞 (2)圆周均匀分布若干个出气孔(201)，所述的温度传感器(12)固定在温度传感器安装孔 (13)内。6.根据权利要求1、2、3或4所述的缸套与活塞组件摩擦力的在线测试装置，其特征在 于:所述的高压气瓶(31)和高压气体通路间的管路上设置减压阀(32)。7.根据权利要求1、2、3或4所述的缸套与活塞组件摩擦力的在线测试装置，其特征在 于:所述动力单元中的电动机(37)通过联轴器(38)与曲轴(39)连接，所述的曲轴(39)通过 连杆(40)与活塞(2)连接。8.根据权利要求4所述的缸套与活塞组件摩擦力的在线测试装置，其特征在于:所述的耐压螺旋软管(33)和钛管(34)通过导向筒(35)和青铜滑块(36)固定在挡板(10)上。9.一种使用上述权利要求1-8任意一项权利要求所述的缸套与活塞组件摩擦力的在线 测试装置的测试方法，其特征在于包括如下步骤:51、开启循环水冷却单元和机油冷却单元对活塞(2)和缸套(6)进行冷却和润滑；52、开启动力单元，使活塞(2)做往复运动；53、开启供气单元，使高压气体从进气孔进(202)进入，由出气孔(201)输出，对第一道 气环(3)和第二道气环(4)施加径向压力；54、开启加热单元，对活塞(2)和缸套(6)进行加热；55、第一道气环(3)、第二道气环(4)、刮油环(5)、活塞(2)与缸套(6)之间的摩擦力经过 缸套(6)传递给摩擦力传感器(11)进行测量。10.根据权利要求9所述的测试方法，其特征在于:所述的活塞(2)上设置的温度传感器(12)测量温度传感器安装孔(13)处的温度。
【文档编号】G01L5/00GK106092410SQ201610427400
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月16日
【发明人】徐久军, 单英春, 韩晓光, 沈岩, 刘德良, 朱峰, 金梅, 曹继鸿
【申请人】大连海事大学