专利名称：活塞振荡冷却仿真试验装置及其试验方法
技术领域：
本发明涉及柴油机、汽油机的活塞振荡冷却仿真试验装置及其试验方法。
背景技术：
为防止柴油机、汽油机的活塞在剧烈的振荡中产生过热的温度而导致损坏 柴油机、汽油机， 一般柴油机、汽油机的活塞中都设有一个冷却腔，该冷却腔 带有冷却油回流通道，冷却油通过冷却喷嘴喷射，进入活塞仿真模型的冷却腔 内。
目前国内开展的活塞冷却的研究主要集中在活塞的温度场测试上，但是对 于活塞冷却腔内部冷却池的运动状况却研究甚少，以至阻碍对活塞冷却的进一 步深入研究和改进。
发明内容
本发明是为了帮助研究人员对柴油机、汽油机的活塞冷却腔内部冷却油的 运动状况的了解，而提供的一种活塞振荡冷却仿真试验装置及其试验方法，该 活塞振荡冷却仿真试验装置及其试验方法能够真实模拟、观察和记录活塞振荡 冷却的情况，从而用于正确评估柴油机、汽油机活塞冷却腔设计。
为了实现上述目的，本发明活塞振荡冷却仿真试验装置，其特点是，包括-振荡冷却试验台、仿真活塞模型、供油系统、高速摄影设备；其中
所述的振荡冷却试验台包括公共底座、设置在公共底座上的高速往复运动
机构、和提供该高速上下往复运动试验装置升降的包括一对导轨的框架；
所述的仿真活塞模型固定在高速往复运动机构上，该仿真活塞模型设有冷
却腔和与所述冷却腔贯通的冷却油入口，所述冷却腔上设有由透明材料构成的
透视窗；或者整个仿真活塞模型由透明材料构成；
所述供油系统的出油口含冷却喷嘴，对准仿真活塞模型的冷却油入口，使得冷却油能够经冷却喷嘴喷射进入活塞模型的冷却腔中；
所述的高速摄影设备包括设置在导轨框架顶部、面向仿真活塞模型运动的 某一个位置的摄像头、定时连续控制摄像头拍摄的定时控制开关、以及存储器。
上述活塞振荡冷却仿真试验装置，其中，所述框架包括垂直设置在公共底 座两侧的一对导轨、和设置在导轨顶部用于固定该对导轨相对位置的横杆。
上述活塞振荡冷却仿真试验装置，其中，所述的高速往复运动机构包括驱 动电机、和受该驱动电机驱动的联动部件，所述的联动部件包括回转盘、连杆、 托架；其中所述的回转盘与驱动电机的输出端连接；所述的连杆一端与回转 盘偏心转动连接，另一端与托架底部转动连接；所述的托架两端可上下滑动的 设置在一对导轨中；所述仿真活塞模型固定在托架上，随托架上下滑动。
上述活塞振荡冷却仿真试验装置，其中，所述的托架底部设有连接耳，连 接耳上设有连接销孔，所述的连杆上部设有上连接孔，通过上端销穿过所述上 连接孔与托架底部的连接销孔，使连杆与托架转动连接；所述的连杆下部设有 下连接孔，通过下端销穿过所述下连接孔与回转盘偏心转动连接。
上述活塞振荡冷却仿真试验装置，其中，通过改变下端销的安装位置以及 下端销中心线与下连接孔中心线之间的距离来调整下端销中心线距回转中心 线的距离，达到不同机型的回转半径的要求。
上述活塞振荡冷却仿真试验装置，其中，所述的驱动电机包括变频调速电 机和变频调速器；所述电机驱动回转盘旋转，通过连杆带动托架在导轨的限制 下模拟柴油机活塞仿真压缩高度往复运动。
上述活塞振荡冷却仿真试验装置，其中，还包括一透明罩，设置在整个试 验装置外。
活塞振荡冷却仿真试验的方法，其特点是，包括以下歩骤
(1) 在公共底座上设置高速往复运动机构、和提供该高速往复运动机构 上下往复运动的包括一对导轨的框架;所述的高速往复运动机构包括驱动电
机、和受该驱动电机驱动的联动部件；
(2) 根据模拟试验的柴油机或汽油机的活塞机型制作仿真活塞模型，该 仿真活塞模型设有冷却腔和与所述冷却腔贯通的喷嘴，所述冷却腔上设有由透 明材料构成的透视窗；或者整个仿真活塞模型由透明材料构成；
6(3) 将所述的仿真活塞模型固定在高速往复运动机构的联动部件上；连 通供油系统的出油口至仿真活塞模型的冷却油入口；将所述的高速摄影设备包 括设置在导轨框架顶部，摄像头面向仿真活塞模型运动的某一个位置；
(4) 启动高速往复运动机构的驱动电机，使联动部件带动仿真活塞模型 在一对导轨的限制下模拟活塞工作时作高速往复运动；
(5) 高速摄影设备定时控制开关定时连续控制摄像头拍摄仿真活塞模型 在往复运动过程中冷却腔内部冷却油的流动和振荡情况，并通过存储器记录下 来，供研究分析。
上述活塞振荡冷却仿真试验的方法，其中，其特征在于，所述的联动部件 包括回转盘、连杆、托架；其中所述的回转盘与驱动电机的输出端连接；所 述的托架两端可上下滑动的设置在一对导轨中；所述的托架底部设有连接销 孔，所述的连杆上部设有上连接孔，通过上端销穿过所述上连接孔与托架底部
的连接销孔，使连杆与托架转动连接；所述的连杆下部设有下连接孔，通过下 端销穿过所述下连接孔与回转盘偏心转动连接；并调整下端销中心线至回转盘 中心线距离与曲柄半径一致；所述的仿真活塞模型固定在托架上，并调节活塞 模型上平面至上端销中心线的距离与活塞压縮高度一致。
上述活塞振荡冷却仿真试验的方法，其中，所述的驱动电机包括变频调速 电机和变频调速器；所述电机驱动回转盘旋转，通过连杆带动托架在导轨的限 制下模拟柴油机活塞进行上下往复运动。
由于本发明采用了以上的技术方案，采用包括由设置在公共底座上的高速 往复运动机构、和提供该高速往复运动机构上下往复运动的包括一对导轨的框 架组成的振荡冷却试验台，采用由透明材料构成的仿真活塞模型或在仿真活塞 模型的冷却腔上设有由透明材料构成的透视窗，并将该仿真活塞模型固定在高 速往复运动机构上，模拟柴油机活塞往复运动，因此，其产生的技术效果是明 显的
1、采用高速摄影设备对冷却冷却油在透明的活塞模型中的振荡情况进行 拍摄，可拍摄记录活塞冷却腔冷却通道内的冷却油状况、冷却腔内冷却油流量、 流速及分布、冷却喷嘴的喷油性能，以便研究人员分析活塞冷却腔冷却油的实 际运动状况和充满程度。2、通过该拍摄记录的第一手资料，对柴油机活塞冷却腔进行正确的评估。
本发明的具体结构和性能特征，由以下的实施例及其附图左详细的说明。 图1是本发明活塞振荡冷却仿真试验装置一种实施例的总体结构示意图； 图2是图1的俯视图(未含供油系统和框架的横杆)； 图3是图1的左视图(未含驱动电机)； 图4是图1中连杆的结构示意图5是本发明活塞振荡冷却仿真试验的方法的原理示意图。
具体实施例方式
请采用图1 图3，其中图1是本发明活塞振荡冷却仿真试验装置的一 种实施例的总体结构示意图；图2是图1的俯视图(未含供油系统)；图3是 图l的左视图(未含驱动电机)。本发明活塞振荡冷却仿真试验装置，包括
振荡冷却试验台l、仿真活塞模型2、供油系统3、高速摄影设备4。
所述的振荡冷却试验台l包括公共底座11、设置在公共底座上的高速往复
运动机构12、和提供该高速往复运动机构上下往复运动的框架13。所述的框 架13包括垂直设置在公共底座两侧的一对导轨131、和设置在一对导轨顶部、 用于固定该对导轨相对位置的横杆132。本实施例中，所述的公共底座为焊接 件，与导轨通过地脚螺栓连接。导轨的高度按活塞实际运动的行程要求设计， 例如有效工作行程约为1100mm，则导轨应高于有效工作行程的高度。
所述的高速往复运动机构12包括驱动电机121、和受该驱动电机驱动的联 动部件122，均通过连接螺栓安装于公共底座上。所述的联动部件包括回转盘 1221、连杆1222、托架1223;其中所述的回转盘1221与驱动电机的输出端 连接；所述的连杆1222 —端与回转盘1221偏心转动连接，另一端与托架1223 底部转动连接；所述的托架1223两端可上下滑动的设置在框架一对导轨131 中。本实施例中，所述的托架1223底部设有连接耳12231，连接耳上设有连接 销孔；所述的连杆上部设有上连接孔12223 (请配合参阅图4)，通过上端销 12221穿过所述上连接孔与托架底部的连接销孔，使连杆与托架转动连接；所
8述的连杆下部设有下连接孔12224，通过下端销12222穿过所述下连接孔与回 转盘1221偏心转动连接。
所述的仿真活塞模型2设有冷却腔和与所述冷却腔贯通的冷却油入口，所 述冷却腔上设有由透明材料构成的透视窗；或者整个仿真活塞模型均由透明材 料构成，本实施例是整个仿真活塞模型由透明材料构成。所述供油系统3为活 塞模型提供冷却油，其主要由滑油泵、滤器、调压阀以及其它管路附件组成， 该供油系统3通过连接螺栓安装于公共底座上，其出油口含冷却喷嘴与仿真活 塞模型的冷却油入口对准。所述的仿真活塞模型2固定在托架上，随托架上下 滑动。本实施例中，所述的驱动电机121包括变频调速电机和变频调速器；所 述电机驱动回转盘1221旋转，通过连杆1222带动托架1223在导轨131的限 制下模拟柴油机活塞进行上下往复运动。
在实际结构中，为研究某机型柴油机活塞冷却腔设计情况，需根据该机型 柴油机活塞冷却腔结构制作透明活塞模型，并根据该机型柴油机连杆长度、曲 柄半径(回转半径)、活塞压縮高度(活塞销中心至活塞顶面的距离)等参数 对活塞振荡冷却仿真试验装置进行适当调节。例如通过改变下端销的安装位置 以及下端销中心线与下连接孔中心线之间的距离来调整下端销中心线距回转 中心线的距离，达到不同机型的回转半径的要求。不同机型由于连杆长度不同， 因此不同机型活塞试验时需配专用连杆。例如某型号机型柴油机相关参数是 活塞缸径210mm;连杆长度650mm;曲柄半径155mm;活塞压縮高度150mm;
根据以上参数设计连杆长度，定制活塞振荡冷却仿真试验装置的连杆；根据曲 柄半径，定制活塞振荡冷却仿真试验装置的下端销，并调节下端销在回转盘上 的安装位置，使得下端销中心线至回转盘中心线距离与曲柄半径一致。将制作 的仿真活塞模型安装在模型托架上，调节活塞模型上平面至上端销中心线的距 离与活塞压缩高度一致。
本发明所述的高速摄影设备4包括设置在导轨框架顶部、面向仿真活塞模 型2运动的某一个位置的摄像头41、定时连续控制摄像头拍摄的定时控制开关 42、以及存储器43。该高速摄影设备用于拍摄和记录活塞模型在往复运动过程 中冷却油的流动和振荡情况。
由于本发明的试验台是高速旋转设备，为避免发生意外以及冷却油飞溅，在整个试验装置外安装透明高强度有机玻璃罩(未图示)。
请参阅图5。本发明活塞振荡冷却仿真试验的方法，包括以下步骤
(1) 、在公共底座上设置高速往复运动机构、和提供该高速往复运动机构 上下往复运动的包括一对导轨的框架；所述的高速往复运动机构包括驱动电 机、和受该驱动电机驱动的联动部件；所述的联动部件包括回转盘、连杆、托 架；其中所述的回转盘与驱动电机的输出端连接；所述的连杆上部设有上连 接孔，通过上端销穿过所述上连接孔与托架底部的连接销孔，使连杆与托架转 动连接；所述的连杆下部设有下连接孔，通过下端销穿过所述下连接孔与回转 盘偏心转动连接；并调整下端销中心线至回转盘中心线距离与曲柄半径一致； 所述的托架两端可上下滑动的设置在一对导轨中；
(2) 、根据模拟试验的柴油机或汽油机的活塞机型制作仿真活塞模型，该 仿真活塞模型设有冷却腔和与所述冷却腔贯通的冷却油入口，所述冷却腔上设 有由透明材料构成的透视窗；或者整个仿真活塞模型由透明材料构成；
(3) 、将所述的仿真活塞模型固定在高速往复运动机构的联动部件的托架 上，并调节活塞模型上平面至上端销中心线的距离与活塞压縮高度一致；将供 油系统的出油口含冷却喷嘴对准仿真活塞模型的冷却油入口；将所述的高速摄 影设备包括设置在导轨框架顶部，摄像头面向仿真活塞模型运动的某一个位 置；完成试验前的安装准备工作；
(4) 、启动供油泵，观察活塞冷却油喷射情况，再起动驱动电机，调节电 机转速至该机型柴油机额度转速，使联动部件带动仿真活塞模型在一对导轨的 限制下模拟活塞工作时作高速往复运动，开始模拟试验。所述的驱动电机包括 变频调速电机和变频调速器；所述电机驱动回转盘旋转，通过连杆带动托架在 导轨的限制下模拟柴油机活塞进行上下往复运动；
(5) 、开启高速摄影设备，对试验过程进行记录。高速摄影设备的自动定 时控制开关42定时连续控制摄像头拍摄仿真活塞模型在往复运动过程中冷却 腔内部冷却油的流动和振荡情况，并通过存储器43记录下来，供研究分析。
本发明仿真度强，可根据实时拍摄记录的图像，分析活塞模型冷却通道内 的冷却油状况、冷却腔内冷却油流量、流速及分布、冷却喷嘴的喷油性能，分 析冷却油的运动状况和充满程度，为活塞产品的评估提供依据。
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权利要求
1、活塞振荡冷却仿真试验装置，其特征在于，包括振荡冷却试验台、仿真活塞模型、供油系统、高速摄影设备；其中所述的振荡冷却试验台包括公共底座、设置在公共底座上的高速往复运动机构、和提供该高速往复运动机构上下往复运动的包括一对导轨的框架；所述的仿真活塞模型固定在高速往复运动机构上，该仿真活塞模型设有冷却腔和与所述冷却腔贯通的冷却油入口，所述冷却腔上设有由透明材料构成的透视窗；或者整个仿真活塞模型由透明材料构成；所述供油系统的出油口通过油管与冷却喷嘴连通，冷却喷嘴对准仿真活塞模型的冷却油入口；所述的高速摄影设备包括设置在导轨框架顶部、面向仿真活塞模型运动的某一个位置的摄像头、定时连续控制摄像头拍摄的定时控制开关、以及存储器。
2、 根据权利要求1所述的活塞振荡冷却仿真试验装置，其特征在于，所 述的框架包括垂直设置在公共底座两侧的一对导轨、和设置在一对导轨顶部、 用于固定该对导轨相对位置的横杆。
3、 根据权利要求1所述的活塞振荡冷却仿真试验装置，其特征在于，所 述的高速往复运动机构包括驱动电机、和受该驱动电机驱动的联动部件，所述 的联动部件包括回转盘、连杆、托架；其中所述的回转盘与驱动电机的输出端连接；所述的连杆一端与回转盘偏心转动连接，另一端与托架底部转动连接； 所述的托架两端可上下滑动的设置在一对导轨中； 所述的仿真活塞模型固定在托架上，随托架上下滑动。
4、 根据权利要求3所述的活塞振荡冷却仿真试验装置，其特征在于，所 述的托架底部设有连接耳，连接耳上设有连接销孔；所述的连杆上部设有上连 接孔，通过上端销穿过所述上连接孔与托架底部的连接销孔，使连杆与托架转 动连接；所述的连杆下部设有下连接孔，通过下端销穿过所述下连接孔与回转 盘偏心转动连接。
5、 根据权利要求4所述的活塞振荡冷却仿真试验装置，其特征在于，通过改变下端销的安装位置以及下端销中心线与下连接孔中心线之间的距离来 调整下端销中心线距回转中心线的距离，达到不同机型的回转半径的要求。
6、 根据权利要求1所述的活塞振荡冷却仿真试验装置，其特征在于，所 述的驱动电机包括变频调速电机和变频调速器；所述电机驱动回转盘旋转，通 过连杆带动托架在导轨的限制下模拟柴油机活塞仿真压縮高度往复运动。
7、 根据权利要求1所述的活塞振荡冷却仿真试验装置，其特征在于，还 包括一透明罩，设置在整个试验装置外。
8、 活塞振荡冷却仿真试验的方法，其特征在于，包括以下步骤(1) 在公共底座上设置高速往复运动机构、和提供该高速往复运动机构 上下往复运动的包括一对导轨的框架；所述的高速往复运动机构包括驱动电 机、和受该驱动电机驱动的联动部件；(2) 根据模拟试验的柴油机或汽油机的活塞机型制作仿真活塞模型，该 仿真活塞模型设有冷却腔和与所述冷却腔贯通的喷嘴，所述冷却腔上设有由透 明材料构成的透视窗；或者整个仿真活塞模型由透明材料构成；(3) 将所述的仿真活塞模型固定在高速往复运动机构的联动部件上；将 供油系统的出油口含冷却喷嘴对准仿真活塞模型的冷却油入口；将所述的高速 摄影设备包括设置在导轨框架顶部，摄像头面向仿真活塞模型运动的某一个位 置；(4) 启动高速往复运动机构的驱动电机，使联动部件带动仿真活塞模型 在一对导轨的限制下模拟活塞工作时作高速往复运动；(5) 高速摄影设备定时控制开关定时连续控制摄像头拍摄仿真活塞模型 在往复运动过程中冷却腔内冷却油的流动和振荡情况，并通过存储器记录下 来，供研究分析。
9、 根据权利要求8所述的活塞振荡冷却仿真试验的方法，其特征在于， 所述的联动部件包括回转盘、连杆、托架；其中所述的回转盘与驱动电机的输出端连接；所述的托架两端可上下滑动的设置在一对导轨中；所述的托架底部设有连接销孔，所述的连杆上部设有上连接孔'通过上端销穿过所述上连接孔与托架底部的连接销孔，使连杆与托架转动连接；所述的连杆下部设有下连接孔'通过下端销穿过所述下连接孔与回转盘偏心转动连接；并调整下端销中心线至回 转盘中心线距离与曲柄半径一致；所述的仿真活塞模型固定在托架上，并调节活塞模型上平面至上端销中心 线的距离与活塞压縮高度一致。
10、根据权利要求8所述的活塞振荡冷却仿真试验的方法，其特征在于， 所述的驱动电机包括变频调速电机和变频调速器；所述电机驱动回转盘旋转， 通过连杆带动托架在导轨的限制下模拟柴油机活塞进行上下往复运动。
全文摘要
本发明涉及一种活塞振荡冷却仿真试验装置及其试验方法，包括振荡冷却试验台、仿真活塞模型、供油系统、高速摄影设备；振荡冷却试验台具有高速往复运动机构和导轨；仿真活塞模型是透明材料构成，或者其冷却腔具有透明窗，该仿真活塞模型固定在高速往复运动机构上；供油系统的出油口通过油管与仿真活塞模型的喷嘴连通；高速摄影设备包括摄像头、定时连续控制摄像头拍摄的定时控制开关、以及存储器。摄像头不断拍摄仿真活塞模型模拟运动时冷却腔内冷却油的情况。本发明仿真度强，可实时记录活塞模型冷却通道内的冷却油状况、冷却腔内冷却油流量、流速及分布、冷却喷嘴的喷油性能，为分析冷却油的运动状况和充满程度、评估活塞产品提供依据。
文档编号G01M7/04GK101509824SQ20091004758
公开日2009年8月19日 申请日期2009年3月13日 优先权日2009年3月13日
发明者巫立民, 杨志祥, 刚 梁, 祁云鹏, 静 莫, 立 黄 申请人:中国船舶重工集团公司第七一一研究所