一种集成压力传感器的大型轴瓦的制作方法

本发明涉及的是一种低速柴油机，具体地说是低速柴油机轴瓦。

背景技术：

大功率船用柴油机的连杆大端轴瓦作为柴油机中的最主要的旋转摩擦副，其摩擦损失占到整个柴油机摩擦损失的20％以上，因此，连杆大端轴瓦是大功率中低速柴油机的关重零部件之一。轴瓦在结构设计、产品加工、零件安装调试、维修检测等方面都会有许多缺陷或不足，这些都会使得设备在运行过程中产生振动、局部油膜压力升高、摩擦力升高、润滑油闪蒸激烈的闪蒸冲击压力，很容易造成轴瓦合金层疲劳点蚀、剥落，这样会严重影响轴瓦及曲轴的使用寿命，甚至将造成严重损坏事故。

现行的轴瓦油膜压力测试方法主要有：破坏轴瓦结构外引油膜压力或者在曲轴上安装压力传感器等方法。采用破坏轴瓦结构是在整个轴瓦表面上按照压力测点位置钻若干个通孔，然后该通孔与外部测量回路相通，将油膜压力外引后测量该点的油膜压力，开通孔测量油膜压力存在润滑油液泄露、油膜压力表面破坏及孔口径流放大等严重失稳等影响。在曲轴上安装压力传感器可以比较准确的测量出该运动面的油膜压力，但是在曲轴上开传感器安装孔会造成曲轴强度极大降低、破坏曲轴与轴瓦表面结合条件、测量位置实时变化的巨大缺陷，并且采用曲轴表面安装压力传感器的测量方法，需要在曲轴的输出端安装滑环装置。在采用多点测量时将会极大的提高滑环输出通道数量，工程应用性能极差，在实际装机上无法使用。采用集成传感器型轴瓦，将有效解决以上方法的缺陷及不足，同样，集成后的轴瓦只需考虑外部引出线的集中安装槽位，在所有的线体全部引出后做密封和绝缘回到外部电路就可以集中对轴瓦各测点位置进行集中监测。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供不仅可以正常满足轴瓦的支撑、润滑、重载的使用需要，同时可以通过内置的压力传感器实时监测运行过程中轴瓦的油膜压力大小和油膜压力分布形式的一种集成压力传感器的大型轴瓦。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种集成压力传感器的大型轴瓦，其特征是：包括上轴瓦、下轴瓦，上轴瓦上设置上刚背层，上刚背层内表面采用搪锡工艺进行浇铸上搪锡层，下轴瓦上设置下刚背层，下刚背层内表面上安装传感器探头阵列，下刚背层内表面采用搪锡工艺进行浇铸下搪锡层，传感器探头阵列的传感器探头位于下搪锡层内部，上搪锡层和下搪锡层上离心铸造合金层，上轴瓦开设通油孔和油道，下刚背层设置引线孔，传感器探头阵列的传感器探头外引线通过引线孔引出下轴瓦外部，上刚背层和下刚背层外部贴有保护膜。

本发明还可以包括：

1、所述引线孔为温度隔热、电气绝缘的绝缘陶瓷导管。

2、所述传感器探头阵列的传感器探头沿下刚背层轴向和周向均匀布置。

本发明的优势在于：

1.与现有技术相比该技术不仅可以正常满足轴瓦的支撑、润滑、重载的使用需要，同时可以通过内置的压力传感器实时监测运行过程中轴瓦的油膜压力大小和油膜压力分布形式。

2.与现有技术相比该产品，可以在不破坏曲轴及轴瓦内表面的情况下准确测量轴瓦的油膜压力及油膜压力分布情况，测量精度更高，反应油膜压力大小及分布更准确，结构更简单，具有更强的工程实施性能，可一举解决轴瓦行业内油膜压力测量不精确和无法工程实施的难题

3.与现有技术相比，可以实施更多测点，现有技术限于压力外引及曲轴安装空间的限制，传感器部置的位置和数量，都受到了极大的限制，测量的数据位置少并且位置固定，同样接收的有效数据少，无法为理论分析提供充足的数据，该系统测点位置布置灵活，测点布置数量可以有效增大，获取的测点数据充足，而且反馈数据精确，工程批量化生产可实施性良好。

附图说明

图1a为本下轴瓦以及外电路系统示意图，图1b为下轴瓦传感器探头阵列示意图；

图2为集成压力传感器轴瓦系统结构图；

图3a为轴瓦的总体示意图，图3b为轴瓦右视图，图3c为轴瓦仰视图，图3d为轴瓦立体图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1-3d，本发明一种集成压力传感器的大型轴瓦，主要包括合金浇铸层1、搪锡层2、刚背层3、传感器探头4、外部电路。

轴瓦内集成铸造了压电陶瓷型或霍尔元件型的压力传感器，其成品可集轴瓦润滑、曲轴支撑和油膜压力测量、油膜压力分布检测于一身。使该产品可一次性解决轴瓦类产品在使用过程中，油膜压力无法在线实时监测，以及应用常规油膜压力测量方法测量精度及准确性遭到破坏而造成的测量精度下降的难题，填补了轴瓦故障诊断行业的空白。

本产品采用先进的制造工艺，利用压电陶瓷耐高温和耐腐蚀的特性，先将压力传感器探头轻薄化设计，然后将传感器探头集中耐高温和绝缘化封装，最后将传感器探头安装于轴瓦传感器安装座面；传感器探头引出线耐高温绝缘化后通过刚背过孔外引至外部放大电路，其中刚背材料外引线过孔需要预埋绝缘陶瓷导管，进行温度隔热处理和电气绝缘处理，防止传感器探头外引线因振动磨损破坏绝缘层或者浇铸预热温度过高烧毁引出线绝缘层。

本产品压力传感器探头采用轴向和周向均布传感器探头阵列，其主要均布测试整个轴瓦受压面上油膜压力，并且所有传感器探头全部位于合金浇铸层以下，其结构不破坏轴瓦合金层表面粗糙度结构，不影响曲轴与轴瓦结合面润滑环境，这样测试出的轴瓦油膜压力及油膜压力分布数据准确度及精度最高。

将传感器探头铸造在轴瓦合金层下，传感器探头与轴瓦有机的结合在一起，避免了在测试油膜压力时需要将整片瓦钻通孔后将润滑油外引，在采用压力传感器测量压力，直接破坏轴瓦主体结构，并且传感器的安装位置在工程应用中实施难度极大。集成传感器的轴瓦可以直接安装于轴瓦座孔中，不用在考虑传感器的安装位置，也不用考虑传感器外引线的布置问题，集中后的轴瓦将这些线束统一线束后导入外电路进行集中连接即可，该集成传感器轴瓦结构工程化意义巨大，市场前景广阔。

压电陶瓷或霍尔元件探头4的最低的耐高温度为500℃，其中搪锡温度为300℃，合金层浇铸温度为420℃，压电陶瓷及霍尔元件探头采用封装化结构，该模块在绝缘封装后，还需要对表面进行喷镀高结合强度镀层以使该模块不仅能够耐高温、绝缘而且可以与周边合金有很好的结合强度

在传感器探头放入轴瓦刚背层上后，在其内表面需要做搪锡工艺，首先，搪锡层有很好的锡铁结合强度，这样可以很好的固定传感器探头；其次，搪锡层也有很好的锡合金层结合强度，可以增强合金层与刚背结的粘结力；最后，搪锡时的温度为300℃，可以预热刚背工件，减小合金层浇铸时的温差，避免合金层起泡及气体析出影响合金层结合强度。

刚背上的传感器引出线过孔，需要预埋绝缘陶瓷管，传感器探头的外引线通过该绝缘陶瓷管后引出瓦背，并进入外部放大电路，该陶瓷管主要保护外引线，避免设备整体振动磨损绝缘层或者外部合金加热、浇铸温度过高氧化引出线。

各传感器探头呈轴向和周向均匀阵列排布，其传感器探头主要分布于轴瓦成压面上，对成压面区域内的压力进行实时监测。

整个轴瓦成压面上的传感器探头引出线，最后全部引出后按照测点顺序统一接入到外部电路中，经上位机存储计算分析后显示油膜压力大小及油膜压力分布。

从图3中可以看出，集成压力传感器的大型轴瓦，主要分为两个部件即上轴瓦和下轴瓦，上轴瓦主要开设通油孔和油道，下轴瓦主要起支撑曲轴、承受冲击载荷作用，曲轴在缸内压力推动作用下开始旋转运动，曲轴与轴瓦的相对运动促使油膜压力升高，在下轴瓦区域内形成承压区域，因此传感器探头3全部位于下轴瓦区域上，在轴向上均匀分布这样可以在主要承压区域内准确测量该区域内的油膜压力。

该产品采用一体化离心铸造方式生产，首先，将传感器探头4阵列安装于圆筒状刚背3内表面上，保证各传感器探头安装平稳牢固，对圆筒刚背3内部表面进行清洗除污风干，保证刚背内表面清洁无污染；其次，圆筒刚背3外表面贴保护膜，对圆筒刚背内表面采用搪锡工艺进行浇铸搪锡层2，搪锡层2的厚度均匀，表面质量光洁无杂质；再次，对刚背3内表面搪锡层上浇铸巴士合金1等合金层金属液，在离心机上进行离心铸造，待整体产品保温去应力冷却后备用；最后，需要用线切割机床剖分圆筒刚背3，将其加工为上下两块轴瓦，并在对轴瓦局部细节进行加工，直至加工为轴瓦成品，并在刚背后的引出线上接引出导线，将信号外引至集中电荷放大器中，随后进入大型轴瓦疲劳试验机进行强度及疲劳性试验，检查各检测点是否能够达到测试精度及使用要求。