一种活塞销孔摩擦磨损试验装置及方法

摘要

本发明公开了一种活塞销孔摩擦磨损试验装置及方法，其中装置包括试验平台、支撑台、紧固组件、转动部件、用于对活塞销施加轴向压力的压力组件以及用于提供机油并调节机油温度的温控润滑系统；压力组件包括安装在支撑台上的拉压杆以及用于为拉压杆提供压力的液压脉冲系统，拉压杆抵接于活塞销的周部，支撑台内设有液压腔，液压脉冲系统用于控制液压腔的压力以改变拉压杆对活塞销的压力。本发明所提供的装置，通过转动部件带动活塞销转动，使活塞与活塞销的磨合只有做功冲程，相当于缩短至四冲程发动机的1/4时间，二冲程发动机的1/2时间，通过模拟活塞销孔在发动机内的受力和温度工况，使活塞中的活塞销孔得到更加有效、更加接近发动机内工况的验证。

说明书

技术领域

本发明涉及活塞销孔设计领域，特别是涉及一种活塞销孔摩擦磨损试验装置及方法。

背景技术

随着发动机技术水平的提高，发动机向着高功率、高转速、低排放、高热效率方向发展，强化系数越来越高。活塞作为发动机的核心部件，其工作环境也越来越恶劣，需要对活塞的结构和寿命提出更高的要求，特别是活塞销孔与活塞销的匹配设计。

现有技术中的设计方案，需要通过CAE软件分析模拟发动机运动情况，来获得初始销孔型面，然后通过发动机台架试验多次验证来获得最佳匹配效果。现有技术中的设计方法，开发周期长，效率低，不利于市场的竞争。

因此，如何根据发动机工况快速获取最优销孔型面结构、提高活塞销孔型面设计的效率，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种活塞销孔摩擦磨损试验装置及方法，用于快速获取最优销孔型面结构，缩短销孔型面优化改进的开发周期，提高设计效率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种活塞销孔摩擦磨损试验装置，包括试验平台、位于所述试验平台上的支撑台、用于将缸套紧固在所述试验平台上的紧固组件、用于驱动活塞销转动的转动部件、用于对所述活塞销施加轴向压力的压力组件以及用于提供机油并调节机油温度的温控润滑系统；所述压力组件包括安装在所述支撑台上的拉压杆以及用于为所述拉压杆提供压力的液压脉冲系统，所述拉压杆抵接于所述活塞销的周部，所述支撑台内设有液压腔，所述液压脉冲系统用于控制所述液压腔的压力以改变所述拉压杆对所述活塞销的压力。

优选的，所述拉压杆远离所述活塞销的一侧设有台阶部，所述台阶部的两侧分别设有第一液压腔和第二液压腔，其所述第一液压腔与所述第二液压腔之间密封，所述第一液压腔与所述第二液压腔之间的管路上设有换向阀，所述液压脉冲系统通过控制所述换向阀的开闭尺度及方向控制所述拉压杆承受的压力大小。

优选的，所述转动部件为伺服电机，所述伺服电机的个数为两个，分别位于所述活塞销的轴向两侧。

优选的，该活塞销孔摩擦磨损试验装置的个数为至少两个，且各所述活塞销孔摩擦磨损试验装置采用同一液压脉冲系统。

优选的，还包括用于根据实验类型获取发动机的目标压力和目标温度信息、并控制所述转动部件的转动速度以及控制所述液压脉冲系统的压力信息的控制系统。

优选的，还包括用于获取所述活塞内销座温度的销座温度监控系统，所述销座温度监控系统可实时获取所述销座温度并反馈给所述温控润滑系统。

优选的，所述紧固组件包括承压盖以及连接于所述承压盖与所述支撑台或所述试验平台之间的固定螺杆，所述缸套位于承压盖与所述支撑台之间，且所述承压盖的底部设有可插入所述缸套上部的台阶。

优选的，所述承压盖与所述活塞之间设有缓冲部。

一种活塞销孔摩擦磨损试验方法，采用上述的活塞销孔摩擦磨损试验装置，包括以下步骤：

步骤S1：根据试验类型，获取对应的发动机试验方法中的试验压力；

步骤S2：根据所述发动机的转速，在控制系统中设定波形、频率、试验循环程序，并设定转动部件的转速；

步骤S3：根据所述发动机的目标机油温度，设定温控润滑系统的机油温度；

步骤S4：对安装完成的试验工装进行压力试验；

步骤S5：判断所述活塞内的机油温度是否超出所述目标机油温度的预设范围时，并在所述活塞内的机油温度超出所述目标机油温度的预设范围时，调整所述温控润滑系统中的机油温度；

步骤S6：试验完成后，获取所述活塞的销孔表面磨损情况和试验时间。

优选的，所述步骤S4包括：

开启液压系统，运行所述控制系统中设定的所述波形、频率、试验循环程序；

进行磨合压力试验；

进行标定压力试验。

本发明所提供的活塞销孔摩擦磨损试验装置，包括试验平台、位于所述试验平台上的支撑台、用于将缸套紧固在所述试验平台上的紧固组件、用于驱动活塞销转动的转动部件、用于对所述活塞销施加轴向压力的压力组件以及用于提供机油并调节机油温度的温控润滑系统；所述压力组件包括安装在所述支撑台上的拉压杆以及用于为所述拉压杆提供压力的液压脉冲系统，所述拉压杆抵接于所述活塞销的周部，所述支撑台内设有液压腔，所述液压脉冲系统用于控制所述液压腔的压力以改变所述拉压杆对所述活塞销的压力。本发明所提供的活塞销孔摩擦磨损试验装置，通过转动部件带动所述活塞销转动，使所述活塞与所述活塞销的磨合只有做功冲程，相当于缩短至四冲程发动机的1/4时间，通过模拟活塞销孔在发动机内的受力和温度工况，使所述活塞中的活塞销孔得到更加有效、更加接近发动机内工况的验证。

本发明所提供的活塞销孔摩擦磨损试验方法，包括以下步骤：步骤S1：根据试验类型，获取对应的发动机试验方法中的试验压力；步骤S2：根据所述发动机的转速，在控制系统中设定波形、频率、试验循环程序，并设定转动部件的转速；步骤S3：根据所述发动机的目标机油温度，设定温控润滑系统的机油温度；步骤S4：对安装完成的试验工装进行压力试验；步骤S5：判断所述活塞内的机油温度是否超出所述目标机油温度的预设范围时，并在所述活塞内的机油温度超出所述目标机油温度的预设范围时，调整所述温控润滑系统中的机油温度；步骤S6：试验完成后，获取所述活塞的销孔表面磨损情况和试验时间。本发明所提供的活塞销孔摩擦磨损试验方法，通过实况模拟所述活塞中的活塞销孔在发动机内承受的热应力和机械应力、与所述活塞销进行摩擦磨损，使得活塞销孔与所述活塞销的摩擦副工况无限接近所述活塞在发动机内的工况，为活塞销孔型面的合理设计积累经验数据，销孔型面优化改进缩短开发周期。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的活塞销孔摩擦磨损试验装置一种具体实施方式的结构示意图；

图2为本发明所提供的活塞销孔摩擦磨损试验方法的流程图；

其中：试验平台-100、承压盖-101、固定螺杆-102、缓冲部-103、缸套-104、活塞环-105、活塞销-106、活塞-107、连杆-108、拉压杆-109、联动轴-110、转动部件-111、支撑台-112、控制系统-200、温控润滑系统-300、销座温度监控系统-400、液压脉冲系统-500。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种活塞销孔摩擦磨损试验装置及方法，能够快速获取最优销孔型面结构，有效缩短销孔型面优化改进的开发周期，显著提高设计效率。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1和图2，图1为本发明所提供的活塞销孔摩擦磨损试验装置一种具体实施方式的结构示意图。

在该实施方式中，活塞销孔摩擦磨损试验装置包括试验平台100、支撑台112、紧固组件、转动部件111、压力组件和温控润滑系统300。缸套104安装在支撑台112上，活塞107和活塞销106安装在缸套104内部，活塞销106通过销座支撑，活塞107的外周部设有活塞环105。

其中，支撑台112位于试验平台100上，紧固组件用于将缸套104紧固在试验平台100上，转动部件111用于驱动活塞销106转动，压力组件用于对活塞销106施加轴向压力，以模拟活塞销106在发动机中的受力状态，压力组件对活塞销106所施加的压力一般为动态压力，温控润滑系统300用于提供机油并调节机油温度，即温控润滑系统300可调节润滑油的温度，给试验平台100提供试验温度和润滑，机油温度的高低同样应当以发动机内机油的温度作为参考值，以实现温度和压力的准确模拟。进一步，温控润滑系统300还可以根据发动机内机油的压力，对该装置内通入的机油压力进行控制。

进一步，压力组件包括安装在支撑台112上的拉压杆109以及用于为拉压杆109提供压力的液压脉冲系统500，液压脉冲系统500可以给试验平台100提供往复试验压力，可以多通道，为多个试验平台100提供试验压力；拉压杆109抵接于活塞销106的周部，对活塞销106施加轴向的压力，具体的，如图1所示，拉压杆109对活塞销106施加向上的压力，使得活塞销106与活塞107内的活塞销孔之间产生挤压。更具体的，支撑台112内设有液压腔，液压脉冲系统500用于控制液压腔的压力以改变拉压杆109对活塞销106的压力。

具体的，拉压杆109远离活塞销106的一侧设有台阶部，台阶部的两侧分别设有第一液压腔和第二液压腔，其第一液压腔与第二液压腔之间密封，第一液压腔与第二液压腔之间通过管路连接，管路上设有换向阀，液压脉冲系统500通过控制换向阀的开闭尺度及方向控制第一液压腔与第二液压腔之间的压力差，进而控制拉压杆109承受的压力大小，最终实现对活塞销106施加压力大小的控制。

本发明所提供的活塞销孔摩擦磨损试验装置，通过转动部件111带动活塞销106转动，使活塞107与活塞销106的磨合只有做功冲程，相当于缩短至四冲程发动机的1/4时间，通过模拟活塞销孔在发动机内的受力和温度工况，使活塞107中的活塞销孔得到更加有效、更加接近发动机内工况的验证。

在上述各实施方式的基础上，拉压杆109与活塞销106之间还设有连杆108，即活塞销106与连杆108抵接，连杆108与拉压杆109连接，在更换不同的缸套104时，拉压杆109无需更换，仅需更换对应的连杆108即可，可以有效提高该装置的适用性，满足多种试验需求。

在上述各实施方式的基础上，转动部件111为伺服电机，伺服电机的个数为两个，分别位于活塞销106的轴向两侧。上述伺服电机贯穿缸套104后连接在活塞销106上，通过两个伺服电机的设置，可以保证活塞销106转动的稳定性，两个伺服电机应当同步转动。具体的，伺服电机与活塞销106之间通过联动轴110连接。

在上述各实施方式的基础上，该活塞销孔摩擦磨损试验装置的个数为至少两个，且各活塞销孔摩擦磨损试验装置采用同一液压脉冲系统500。即只需在液压脉冲系统500中增加通道，增加试验平台100，便可以同时做多种销孔型面设计方案的摩擦磨损加速试验，效率成倍提高，成倍缩短开发周期，提高活塞107的研发能力。

在上述各实施方式的基础上，还包括用于根据实验类型获取发动机的目标压力和目标温度信息、并控制转动部件111的转动速度以及控制液压脉冲系统500的压力信息的控制系统200。具体的，控制系统200用于控制液压脉冲系统500的波形、频率、及循环次数，能够储存试验数据和波形压力曲线；同时，控制伺服电机与脉冲压力的同步匹配，驱使活塞销106进行旋转运动，模拟活塞销106在往复运动过程中的旋转运动。

在上述各实施方式的基础上，还包括用于获取活塞107内销座温度的销座温度监控系统400，销座温度监控系统400可实时获取销座温度并反馈给温控润滑系统300。具体的，销座温度监控系统400可监测销孔上方部位的温度，即销座的温度，反馈给温控润滑系统300，使得销座处温度控制在设计范围内。上述设置，由于机油温度的变化会带来销座的温度变化，通过获取销座温度作为机油温度的判断标准，准确可靠，反馈机制使得活塞销106的模拟温度更加准确。当然，销座温度监控系统400也可以将实时获取的销座温度反馈为控制系统200，控制系统200将调整数据发送给温控润滑系统300。

在上述各实施方式的基础上，紧固组件包括承压盖101和固定螺杆102，固定螺杆102连接于承压盖101与支撑台112或试验平台100之间，具体的，固定螺杆102可贯穿实验平台或者贯穿实验平台以及支撑台112后，与承压盖101紧固，缸套104位于承压盖101与支撑台112之间，承压盖101可将缸套104紧固，防止晃动，当需要更换缸套104时，拆下固定螺杆102即可。

进一步，承压盖101的底部设有可插入缸套104上部的台阶，即承压盖101与缸套104的端部卡接，可有效密封缸套104。

在上述各实施方式的基础上，承压盖101与活塞107之间设有缓冲部103。具体的，缓冲部103可以为耐高温粉末，缓冲部103的设置，可以防止活塞107与承压盖101之间的刚性碰撞，减少对活塞107的损伤。

该活塞销孔摩擦磨损试验装置，可以有效简化活塞107运动：由现有发动机曲轴受力旋转运动，连杆摆动使得活塞销转动，变成模拟连杆108轴向上升、下降运动，由转动部件111驱动活塞销106转动，仅模拟活塞销孔与活塞销106的受力及活塞销106转动，使得试验装置简单、方便、可靠；并且，采用活塞销孔与活塞销106摩擦升温方式，使得销座温度升高，省去加热装置。

除上述活塞销孔摩擦磨损试验装置外，本发明还提供了一种活塞销孔摩擦磨损试验方法，采用上述活塞销孔摩擦磨损试验装置。

该活塞销孔摩擦磨损试验方法包括以下步骤：

步骤S1：根据试验类型，获取对应的发动机试验方法中的试验压力；具体的，实验类型如磨合试验、标定试验、超速超负荷试验等，可以根据试验类型确定磨合试验压力，标定试验压力，超速超负荷试验压力等；

步骤S2：根据发动机的转速，在控制系统200中设定波形、频率、试验循环程序，并设定转动部件111的转速；转动部件111的转速设定，应当使转动部件111与活塞107受力、活塞销106旋转匹配，使得活塞107承受每一次脉冲压力，活塞销106都在旋转，达到加速摩擦磨损试验的目的；

步骤S3：根据发动机的目标机油温度，设定温控润滑系统300的机油温度；

步骤S4：对安装完成的试验工装进行压力试验；具体的，在安装试验工装中，包括在试验平台100中安装好缸套104、活塞107、活塞销106等相关件；

步骤S5：判断活塞107内的机油温度是否超出目标机油温度的预设范围时，并在活塞107内的机油温度超出目标机油温度的预设范围时，调整温控润滑系统300中的机油温度；该步骤，通过实时查看销座温度是否超出设计温度，即是否超出目标机油温度的预设范围，如有超出，则调整机油温度，使得活塞107以最接近发动机工况的状态下，进行销孔摩擦磨损试验，保证试验的准确性；

步骤S6：试验完成后，获取活塞107的销孔表面磨损情况和试验时间，判断销孔型面的合理性或提出优化改进方案。

当然，在步骤S1之前，应当先通过模拟软件，来获得初始销孔型面，再通过该活塞销孔摩擦磨损试验装置进行试验验证。模拟软件如CAE分析模拟软件。

进一步，步骤S4包括：

开启液压系统，运行控制系统200中设定的波形、频率、试验循环程序；进行磨合压力试验；进行标定压力试验。上述磨合压力试验中，磨合压力和标定压力的数值都应当根据试验的类型来获取发动机中的磨合压力和标定压力。

本发明所提供的活塞销孔摩擦磨损试验装置及方法，可有效解决目前在高爆压，一般指大于20MPa的状况下，活塞销孔型面与活塞销106的匹配设计难点，探索不同活塞销孔型面与活塞销106匹配效果，快速得到最佳设计方案，提高活塞销孔与活塞销106变形的匹配性，防止抱死故障。该装置及方法实现了销孔摩擦磨损的加速试验方法，是实际台架试验时间的1/4，缩短了试验周期，提高效率；可实现多种方案同时进行，只需要增加试验通道和装置；试验平台100具有通用性，只需更换模拟缸套104，可以实现不同缸径的活塞107试验；为活塞107的CAE分析结果提供试验验证，为活塞销孔型面的优化设计提供试验依据。

以上对本发明所提供的活塞销孔摩擦磨损试验装置及方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。