一种活塞外圆摩擦磨损试验装置的制作方法

1.本发明涉及发动机测试技术领域，特别是涉及一种活塞外圆摩擦磨损试验装置。


背景技术：

2.随着发动机的强化程度提高，活塞的工作环境更加恶化，高温、高速、高爆发压力的服役环境，使得活塞外圆摩擦磨损速率越来越快，活塞的可靠性寿命越来越短，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，对活塞的结构和寿命提出了更高的要求，特别是活塞外圆与缸套的匹配设计，目前不同的设计方案，需要通过发动机台架试验多次验证来获得最佳匹配效果，开发周期长。其中发动机台架试验需要设置相应的缸套结构以及曲轴连杆机构，通过高温高压燃气驱动待测活塞在缸套内高速往复运动，带动曲轴连杆机构运动，以进行摩擦磨损试验，结构复杂，工作效率低。
3.因此，如何提供一种简单高效的活塞外圆摩擦磨损试验装置是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种活塞外圆摩擦磨损试验装置，通过旋转的摩擦轮反向模拟缸套运动，简化待测活塞运动所需的连杆机构，使装置更加简单，提升工作效率。
5.为解决上述技术问题，本发明提供一种活塞外圆摩擦磨损试验装置，包括底盘以及安装于所述底盘的侧压力加载系统和升降系统，所述侧压力加载系统连接有托盘，待测活塞固定安装于所述托盘，所述待测活塞的轴线竖直布置，所述升降系统连接有旋转驱动器，所述旋转驱动器的输出端连接有摩擦轮，所述摩擦轮的轴线水平布置，所述摩擦轮的侧面设置有围绕水平轴线环向布置的圆弧槽，所述圆弧槽的圆弧半径与所述待测活塞的半径匹配，所述待测活塞的侧面嵌入所述圆弧槽，所述侧压力加载系统通过所述托盘推动所述待测活塞水平移动以压紧所述圆弧槽，所述旋转驱动器驱动所述摩擦轮绕水平轴线旋转，使所述圆弧槽摩擦所述待测活塞侧面，所述升降系统驱动所述摩擦轮上下往复运动。
6.优选地，所述侧压力加载系统包括液压动力泵和液压油缸，所述液压油缸水平布置且所述液压油缸的活塞杆连接所述托盘，推动所述待测活塞水平移动且移动方向垂直于所述摩擦轮的水平轴线。
7.优选地，包括对称设置的两个所述液压油缸，两个所述液压油缸均连接所述托盘，两个所述托盘相对设置并能够驱动两个所述待测活塞由所述摩擦轮的两侧压紧所述圆弧槽。
8.优选地，所述升降系统包括相对设置的第一支柱和第二支柱，所述第一支柱上端安装所述旋转驱动器，所述第二支柱设置有限位支撑机构，所述摩擦轮的两端设置有转轴，一个所述转轴连接所述旋转驱动器的输出端，且所述第一支柱能够上下伸缩以带动所述摩擦轮上下往复移动，另一个所述转轴连接所述限位支撑机构，并能够沿所述限位支撑机构
上下移动。
9.优选地，所述第一支柱内部设置有竖直布置的液压升降缸，所述液压升降缸的顶端安装有升降台，所述旋转驱动器安装于所述升降台，所述旋转驱动器具体为伺服电机。
10.优选地，所述托盘包括侧板和底板，所述侧板连接所述侧压力加载系统，所述底板用于支撑所述待测活塞，拉头穿过所述待测活塞内部的活塞销，锁紧螺栓连接所述拉头和所述底板。
11.优选地，还包括测控系统，所述测控系统通信连接所述侧压力加载系统、升降系统和旋转驱动器。
12.优选地，所述底盘上设置有防护罩，所述防护罩覆盖所述摩擦轮和所述托盘。
13.优选地，还包括润滑温控系统，所述润滑温控系统能够向所述圆弧槽喷洒润滑油。
14.优选地，所述润滑温控系统包括润滑油泵、出油管、回油管和喷油嘴，所述润滑油泵的出油口通过所述出油管连接所述喷油嘴，所述喷油嘴的出口倾斜向上朝向所述圆弧槽，所述底盘上设置有集油口，所述润滑油泵的回油口通过所述回油管连接所述集油口。
15.本发明提供一种活塞外圆摩擦磨损试验装置，包括底盘以及安装于底盘的侧压力加载系统和升降系统，侧压力加载系统连接有托盘，待测活塞固定安装于托盘，待测活塞的轴线竖直布置，升降系统连接有旋转驱动器，旋转驱动器的输出端连接有摩擦轮，摩擦轮的轴线水平布置，摩擦轮的侧面设置有围绕水平轴线环向布置的圆弧槽，圆弧槽的圆弧半径与待测活塞的半径匹配，待测活塞的侧面嵌入圆弧槽，侧压力加载系统通过托盘推动待测活塞水平移动以压紧圆弧槽，旋转驱动器驱动摩擦轮绕水平轴线旋转，使圆弧槽摩擦待测活塞侧面，升降系统驱动摩擦轮上下往复运动。
16.工作过程中，将待测活塞安装在托盘上，使托盘嵌入圆弧槽内，并施加侧向压力，使摩擦轮旋转并上下移动，完成摩擦磨损试验。采用摩擦轮反向模拟缸套运动，很大程度简化了待测活塞运动所需的连杆机构，使得试验装置更加简单，试验不同尺寸的待测活塞，只需更换摩擦轮和托盘即可，不需要更换其他部件，提升装置适用性，实现不同活塞外圆位置承受不同试验压力的摩擦磨损试验，为活塞外圆的匹配设计提供试验验证数据，为活塞外圆结构的优化设计提供试验依据，提升工作效率。
附图说明
17.图1为本发明所提供的活塞外圆摩擦磨损试验装置的一种具体实施方式的俯视示意图；
18.图2为本发明所提供的活塞外圆摩擦磨损试验装置的一种具体实施方式的主视示意图；
19.图3为本发明所提供的活塞外圆摩擦磨损试验装置的一种具体实施方式中摩擦轮的俯视示意图。
20.其中，底盘1、托盘2、待测活塞3、摩擦轮4、圆弧槽41、液压动力泵5、液压油缸6、第一支柱7、第二支柱8、限位支撑机构9、伺服电机10、拉头11、锁紧螺栓12、测控系统13、防护罩14、润滑油泵15、出油管16、回油管17、喷油嘴18。
具体实施方式
21.本发明的核心是提供一种活塞外圆摩擦磨损试验装置，通过旋转的摩擦轮反向模拟缸套运动，简化待测活塞运动所需的连杆机构，使装置更加简单，提升工作效率。
22.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。
23.本发明具体实施方式提供一种活塞外圆摩擦磨损试验装置，包括底盘1以及安装于底盘1的侧压力加载系统和升降系统，其中，侧压力加载系统连接有托盘2，待测活塞3固定安装于托盘2，待测活塞3的轴线竖直布置，升降系统连接有旋转驱动器，旋转驱动器的输出端连接有摩擦轮4，摩擦轮4的轴线水平布置，具体地，摩擦轮4的外周侧面设置有围绕水平轴线环向布置的圆弧槽41，即摩擦轮4为一个回转体，主体为圆柱结构，圆柱轴线水平布置，在圆柱外侧侧面加工出回转的环形槽体，槽体开口朝向周向外周，并围绕水平轴线。进一步地，圆弧槽41的圆弧半径与待测活塞3的半径匹配，试验过程中，待测活塞3的侧面嵌入圆弧槽41，侧压力加载系统通过托盘2推动待测活塞3水平移动，移动方向垂直于摩擦轮4的水平轴线，以使待测活塞3压紧圆弧槽41，旋转驱动器驱动摩擦轮4绕水平轴线旋转，使圆弧槽41摩擦待测活塞3侧面，摩擦轮4相对待测活塞3运动，使待测活塞3始终位于圆弧槽41内，同时升降系统驱动摩擦轮4上下往复运动。
24.工作过程中，将待测活塞3安装在托盘2上，使托盘2嵌入圆弧槽41内，并施加侧向压力，使摩擦轮4旋转并上下移动，完成摩擦磨损试验。采用摩擦轮4反向模拟缸套运动，很大程度简化了待测活塞3运动所需的连杆机构，使得试验装置更加简单，试验不同尺寸的待测活塞3，只需更换摩擦轮4和托盘2即可，不需要更换其他部件，提升装置适用性，实现不同活塞外圆位置承受不同试验压力的摩擦磨损试验，为活塞外圆的匹配设计提供试验验证数据，为活塞外圆结构的优化设计提供试验依据，提升工作效率。
25.通过侧压力加载系统为待测活塞3提供侧压力，其中侧压力加载系统可以采用多种驱动方式，如采用电机驱动或气压驱动等，优选地，可以采用液压驱动，侧压力加载系统包括液压动力泵5和液压油缸6，液压油缸6水平布置且液压油缸6的活塞杆连接托盘2，工作时，液压动力泵5将液压油输入至液压油缸6，使液压油缸6伸出，进而推动托盘2及待测活塞3水平移动且移动方向垂直于摩擦轮4的水平轴线。
26.具体地，侧压力可根据活塞在发动机中的运动及摆动角度等计算出理论侧压力，因此可同时为左右两个活塞提供侧压力，并且可根据活塞在缸套内的主副推力面的侧压力进行调节，也可同时进行两个活塞不同外圆型线的试验，可以对称设置两个液压油缸6，两个液压油缸6均连接托盘6，两个托盘6相对设置，可以使两个待测活塞3分别放置在两个托盘6上，使两个待测活塞3由摩擦轮4的两侧嵌入圆弧槽41，工作时液压动力泵5驱动两个液压油缸6同步伸出，进而驱动两个托盘6及待测活塞3由摩擦轮4的两侧压紧圆弧槽41。
27.在本发明具体实施方式提供的活塞外圆摩擦磨损试验装置中，升降系统包括相对设置的第一支柱7和第二支柱8，具体地，第一支柱7和第二支柱8的连线平行于摩擦轮4的水平轴线，同时位于两个托盘2之间，在第一支柱7上端安装旋转驱动器，且第二支柱8设置有限位支撑机构9，摩擦轮4的两端设置有转轴，一个转轴连接旋转驱动器的输出端，且第一支柱7能够上下伸缩以带动摩擦轮4上下往复移动，另一个转轴连接限位支撑机构9，并能够沿限位支撑机构9上下移动。
28.具体地，第一支柱7内部设置有竖直布置的液压升降缸，液压升降缸的顶端安装有升降台，旋转驱动器安装于升降台，旋转驱动器具体为伺服电机10，使得该整体可以上下移动，实现对待测活塞3外圆进行反复摩擦运动。具体工作过程为：通过液压驱动，使液压升降缸输出或缩回，进而控制升降台的上升或下降，带动伺服电机10以及连接伺服电机10的摩擦轮4上下移动，且摩擦轮4的另一个转轴插入限位支撑机构9内，实现对转轴的支撑和限位导向，根据活塞在缸套内的运动过程，头部一般不缸套接触，主要导向部位为活塞裙部，因此，限位支撑机构9可根据活塞裙部的高度进行限制升降台上下运动的位移。当然也可在第二支柱8内对应设置液压升降缸，使两个液压升降缸同步伸缩即可。也可采用其他升降方式，如电机驱动配合传动机构等，均在本发明的保护范围之内。
29.为了稳定支撑，托盘2包括侧板和底板，形成l型结构，l型的底板朝向摩擦轮4延伸，侧板连接侧压力加载系统，底板用于支撑待测活塞3，且配置有拉头11和锁紧螺栓，安装于时待测活塞3放置在底板上，拉头11伸入待测活塞3内部，且拉头11穿过待测活塞3内部的活塞销，并通过锁紧螺栓12连接拉头11和底板，使待测活塞3固定安装在托盘2上，托盘2可设置成标准件，托盘2需根据活塞大小进行制作，防止待测活塞在试验过程中发生位移。
30.在本发明具体实施方式提供的活塞外圆摩擦磨损试验装置中，设置有测控系统13，测控系统13通信连接侧压力加载系统、升降系统和旋转驱动器。主要用于对伺服电机10的转速设定和控制、升降台的上下运动速度和限位、侧压力加载系统的测压力控制，显示所有数据并保存。
31.进一步地，底盘1上设置有防护罩14，防护罩14覆盖摩擦轮4和托盘2，同时在防护罩14侧面设置有缺口，便于其他部件伸入。
32.在上述各具体实施方式提供的活塞外圆摩擦磨损试验装置的基础上，还设置有润滑温控系统，润滑温控系统能够向圆弧槽41喷洒润滑油。为摩擦轮4和待测活塞3提供一定温度的润滑油，使得摩擦轮4和待测活塞3在一定温度下进行摩擦，当然，也可实现富油和贫油或者干摩擦等多种试验条件下的摩擦磨损试验。
33.具体地，润滑温控系统包括润滑油泵15、出油管16、回油管17和喷油嘴18，润滑油泵15的出油口通过出油管16连接喷油嘴18，喷油嘴18的出口倾斜向上朝向圆弧槽41，底盘1上设置有集油口，润滑油泵15的回油口通过回油管17连接集油口。润滑油泵15将润滑油输出，并通过喷油嘴18喷洒至圆弧槽41，然后滴落的润滑油在集油口处收集流回润滑油泵15。
34.具体的摩擦磨损试验方法为：
35.s1：根据发动机的缸套和活塞，完成对应尺寸摩擦轮4、托盘2、拉头11的制作；
36.s2：检测待测活塞3的外圆直径和型线，记录检测结果；
37.s3：根据活塞外圆位置，安装摩擦轮4，将待测活塞3安装在托盘2上并固定；
38.s4：试验参数确定：根据发动机参数，确定摩擦轮4的转速和上下移动频率、行程；计算活塞侧压力，并在侧压力加载系统中设置加载压力；
39.s5：启动润滑温控系统，启动伺服电机10，使得摩擦轮4和待测活塞3充分润滑后停止伺服电机10；
40.s6：调整左右两个待测活塞3位置，使得待测活塞3与摩擦轮4接触，并达到加载压力；
41.s7：启动伺服电机10，低速旋转摩擦轮4，观察摩擦轮4与待测活塞3的接触情况；
42.s8：确认摩擦轮4与待测活塞3接触无异常后，开始试验，待完成所规定次数，记录试验加载压力曲线、循环次数；
43.s9：停机，取出待测活塞3，检测待测活塞3的活塞外圆试验部位的直径和型线。
44.s10：试验评价：根据试验前后的检测结果，计算活塞外圆磨损量，评判活塞外圆摩擦磨损情况与活塞外圆的结构的合理性，或提出优化改进方案。
45.以上对本发明所提供的活塞外圆摩擦磨损试验装置进行了详细介绍。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。

技术特征：
1.一种活塞外圆摩擦磨损试验装置，其特征在于，包括底盘(1)以及安装于所述底盘(1)的侧压力加载系统和升降系统，所述侧压力加载系统连接有托盘(2)，待测活塞(3)固定安装于所述托盘(2)，所述待测活塞(3)的轴线竖直布置，所述升降系统连接有旋转驱动器，所述旋转驱动器的输出端连接有摩擦轮(4)，所述摩擦轮(4)的轴线水平布置，所述摩擦轮(4)的侧面设置有围绕水平轴线环向布置的圆弧槽(41)，所述圆弧槽(41)的圆弧半径与所述待测活塞(3)的半径匹配，所述待测活塞(3)的侧面嵌入所述圆弧槽(41)，所述侧压力加载系统通过所述托盘(2)推动所述待测活塞(3)水平移动以压紧所述圆弧槽(41)，所述旋转驱动器驱动所述摩擦轮(4)绕水平轴线旋转，使所述圆弧槽(41)摩擦所述待测活塞(3)侧面，所述升降系统驱动所述摩擦轮(4)上下往复运动。2.根据权利要求1所述的活塞外圆摩擦磨损试验装置，其特征在于，所述侧压力加载系统包括液压动力泵(5)和液压油缸(6)，所述液压油缸(6)水平布置且所述液压油缸(6)的活塞杆连接所述托盘(2)，推动所述待测活塞(3)水平移动且移动方向垂直于所述摩擦轮(4)的水平轴线。3.根据权利要求2所述的活塞外圆摩擦磨损试验装置，其特征在于，包括对称设置的两个所述液压油缸(6)，两个所述液压油缸(6)均连接所述托盘(2)，两个所述托盘(2)相对设置并能够驱动两个所述待测活塞(3)由所述摩擦轮(4)的两侧压紧所述圆弧槽(41)。4.根据权利要求1所述的活塞外圆摩擦磨损试验装置，其特征在于，所述升降系统包括相对设置的第一支柱(7)和第二支柱(8)，所述第一支柱(7)上端安装所述旋转驱动器，所述第二支柱(8)设置有限位支撑机构(9)，所述摩擦轮(4)的两端设置有转轴，一个所述转轴连接所述旋转驱动器的输出端，且所述第一支柱(7)能够上下伸缩以带动所述摩擦轮(4)上下往复移动，另一个所述转轴连接所述限位支撑机构(9)，并能够沿所述限位支撑机构(9)上下移动。5.根据权利要求4所述的活塞外圆摩擦磨损试验装置，其特征在于，所述第一支柱(7)内部设置有竖直布置的液压升降缸，所述液压升降缸的顶端安装有升降台，所述旋转驱动器安装于所述升降台，所述旋转驱动器具体为伺服电机(10)。6.根据权利要求1所述的活塞外圆摩擦磨损试验装置，其特征在于，所述托盘(2)包括侧板和底板，所述侧板连接所述侧压力加载系统，所述底板用于支撑所述待测活塞(3)，拉头(11)穿过所述待测活塞(3)内部的活塞销，锁紧螺栓(12)连接所述拉头(11)和所述底板。7.根据权利要求1所述的活塞外圆摩擦磨损试验装置，其特征在于，还包括测控系统(13)，所述测控系统(13)通信连接所述侧压力加载系统、升降系统和旋转驱动器。8.根据权利要求1所述的活塞外圆摩擦磨损试验装置，其特征在于，所述底盘(1)上设置有防护罩(14)，所述防护罩(14)覆盖所述摩擦轮(4)和所述托盘(2)。9.根据权利要求1至8任意一项所述的活塞外圆摩擦磨损试验装置，其特征在于，还包括润滑温控系统，所述润滑温控系统能够向所述圆弧槽(41)喷洒润滑油。10.根据权利要求9所述的活塞外圆摩擦磨损试验装置，其特征在于，所述润滑温控系统包括润滑油泵(15)、出油管(16)、回油管(17)和喷油嘴(18)，所述润滑油泵(15)的出油口通过所述出油管(16)连接所述喷油嘴(18)，所述喷油嘴(18)的出口倾斜向上朝向所述圆弧槽(41)，所述底盘(1)上设置有集油口，所述润滑油泵(15)的回油口通过所述回油管(17)连接所述集油口。

技术总结
本发明公开一种活塞外圆摩擦磨损试验装置，包括底盘、侧压力加载系统和升降系统，侧压力加载系统连接有托盘，待测活塞固定安装于托盘，升降系统连接有旋转驱动器，旋转驱动器的输出端连接有摩擦轮，摩擦轮的侧面设置有围绕水平轴线环向布置的圆弧槽，圆弧槽的圆弧半径与待测活塞的半径匹配，待测活塞的侧面嵌入圆弧槽，侧压力加载系统通过托盘推动待测活塞水平移动以压紧圆弧槽，旋转驱动器驱动摩擦轮绕水平轴线旋转，升降系统驱动摩擦轮上下往复运动。很大程度简化了待测活塞运动所需的连杆机构，使得试验装置更加简单，试验不同尺寸的待测活塞，提升装置适用性，实现不同活塞外圆位置承受不同试验压力的摩擦磨损试验，提升工作效率。效率。效率。


技术研发人员：余中荣 张洪祥 胡忆明 廖君慧 王司坤 双小豪 谭清雅 唐谷良 向瑾
受保护的技术使用者：湖南江滨机器（集团）有限责任公司
技术研发日：2023.06.13
技术公布日：2023/9/20