活塞环槽摩擦磨损试验装置及振动、旋转、综合试验方法与流程

1.本技术涉及活塞设备技术领域，更具体地说，涉及一种活塞环槽摩擦磨损试验装置。还涉及一种应用于上述试验装置的振动摩擦磨损试验方法。还涉及一种应用于上述试验装置的旋转摩擦磨损试验方法。还涉及一种应用于上述试验装置的综合摩擦磨损试验方法。


背景技术：

2.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，活塞结构尤其是活塞环槽与活塞环的匹配，影响活塞的使用寿命和发动机的性能。
3.目前，活塞环槽摩擦磨损试验，大多需要通过发动机台架试验多次验证来获得活塞环槽与活塞环的最佳匹配效果，不仅开发周期长，效率低，而且试验成本较高。


技术实现要素：

4.本技术提供一种活塞环槽摩擦磨损试验装置，能够实况模拟活塞环在发动机内承受的高速运动和爆发压力，进行活塞环与活塞环槽的摩擦磨损试验，使得活塞环与活塞环槽的摩擦副工况无限接近活塞在发动机内的工况，缩短了活塞环槽的开发周期，提高设计效率，节约生产成本。
5.本技术还提供一种振动摩擦磨损试验方法，通过对两个活塞环施加周期性的脉冲压力，能够模拟活塞环与活塞环槽之间的振动摩擦，评估振动工况下环槽的磨损量。
6.本技术还提供一种旋转摩擦磨损试验方法，通过对两个活塞环施加恒定试验压力，并且按固定转速旋转活塞，能够模拟活塞环与活塞环槽之间的旋转摩擦，评估旋转工况下环槽的磨损量。
7.本技术提供一种综合摩擦磨损试验方法，通过对两个活塞环施加脉冲试验压力，以及按固定转速旋转活塞，能够模拟活塞环与活塞环槽之间的振动与旋转工况下综合作用的摩擦，评估综合工况下环槽的磨损量。
8.本技术提供一种活塞环槽摩擦磨损试验装置，包括：
9.试验平台；
10.润滑油池，设置在所述试验平台上，用以存储润滑油；
11.支撑块，用以支撑和固定活塞；
12.伺服驱动机构，与活塞相连，用以向活塞提供驱动力；
13.第一模拟活塞环和第二模拟活塞环，分别适配于活塞的第一活塞槽和第二活塞槽；
14.第一活塞环加载装置和第二活塞环加载装置，第一活塞环加载杆固定连接所述第一模拟活塞环，第二活塞环加载杆固定连接第二模拟活塞环。
15.在一些实施例中，所述伺服驱动机构包括伺服电机和模拟连杆，所述模拟连杆连
接所述伺服电机和活塞，所述伺服电机用以驱动所述模拟连杆转动。
16.在一些实施例中，所述润滑油池的内侧壁设有用以供加载杆导向运动的导向槽和开设于所述导向槽的定位槽。
17.在一些实施例中，还包括用以限位所述连杆锁定装置沿周向转动的连杆锁定装置。
18.在一些实施例中，所述连杆锁定装置具体为锁定轴承。
19.本技术还提供一种振动摩擦磨损试验方法，包括步骤：
20.确定试验发动机的活塞及活塞环类型，加工制作第一模拟活塞环、第二模拟活塞环、模拟连杆、第一支撑块和第二支撑块；
21.检测试验活塞环槽宽度，记录试验活塞环槽宽度检测结果；
22.根据活塞环槽位置，安装第一模拟活塞环和第二模拟活塞环，安装第一支撑块和第二支撑块，将活塞连杆组固定连接伺服驱动机构；
23.根据发动机参数，确定第一活塞环加载装置和第二活塞环加载装置的试验压力的脉冲试验压力和频率；
24.启动伺服电机，低速旋转活塞，将润滑油池内的润滑油充分布满活塞环槽后停止；
25.启动第一活塞环加载装置和第二活塞环加载装置，按照试验参数设置脉冲试验压力和频率；
26.开始试验，按照设定的脉冲试验压力和频率对第一模拟活塞环和第二模拟活塞环进行施压，记录试验加载压力曲线和循环次数；
27.取出活塞，测量活塞环槽试验部位的宽度；
28.根据试验前后的检测结果，计算环槽磨损量，并对环槽摩擦磨损情况与环槽的结构的合理性进行试验评价。
29.本技术还提供一种旋转摩擦磨损试验方法，包括：
30.确定试验发动机的活塞和活塞环类型，加工制作第一模拟活塞环、第二模拟活塞环、第一支撑块和第二支撑块；
31.检测试验活塞环槽宽度，记录试验活塞环槽宽度检测结果；
32.根据活塞环槽位置，安装第一模拟活塞环和第二模拟活塞环，安装第一支撑块和第二支撑块，将活塞连杆组固定并与伺服驱动机构相连；
33.根据发动机参数，确定第一模拟活塞环和第二模拟活塞环加载装置的试验压力；
34.启动伺服驱动机构，低速旋转活塞，将润滑油充分布满活塞环槽后停止；
35.启动第一活塞环加载装置和第二活塞环加载装置，分别设置第一活塞环加载装置和第二活塞环加载装置的恒定试验压力；
36.启动伺服驱动机构，按照固定转速旋转活塞，记录转速和试验时间；
37.待完成所规定试验时间，计算活塞旋转次数；
38.取出活塞，检测活塞环槽试验部位的宽度；
39.根据试验前后的检测结果，计算环槽磨损量，评判环槽摩擦磨损情况与环槽的结构的合理性的试验评价。
40.本技术还提供一种综合摩擦磨损试验方法，包括：
41.活塞选型：确定试验发动机的活塞、活塞环，加工制作第一模拟活塞环、第二模拟
活塞环、第一支撑块和第二支撑块；
42.检测试验活塞环槽宽度，记录试验活塞环槽宽度检测结果；
43.根据活塞环槽位置，安装第一模拟活塞环和第二模拟活塞环，安装第一支撑块和第二支撑块，将活塞连杆组固定并与伺服驱动机构相连；
44.根据发动机参数，确定第一活塞环加载装置和第二活塞环加载装置的脉冲试验压力和频率；
45.启动伺服电机，低速旋转活塞，将润滑油充分布满活塞环槽后停止；
46.启动第一活塞环加载装置和第二活塞环加载装置，设置第一活塞环加载装置的脉冲试验压力和第二活塞环加载装置的脉冲试验压力，根据发动机转速设置脉冲频率；
47.开始试验，启动伺服驱动机构，按照固定转速旋转活塞，记录转速和试验时间；
48.待完成所规定试验时间和次数，记录试验加载压力曲线、循环次数，计算活塞旋转次数；
49.取出活塞，检测活塞环槽试验部位的宽度；
50.根据试验前后的检测结果，计算环槽磨损量，对环槽摩擦磨损情况与环槽的结构的合理性进行试验评价。
51.在一些实施例中，所述第一活塞环承载100％的最大燃气爆发压力，所述第二活塞环承载20％～30％的最大燃气爆发压力。
52.本技术所提供的活塞环槽摩擦磨损试验装置，通过对两个模拟活塞环施加周期性脉冲压力或者恒定压力，对活塞环槽固定位置或者旋转运动，由此可以模拟高速运动时活塞环对活塞环槽的磨损，高燃爆压力推动活塞环转动对活塞环槽的磨损，也可综合模拟高速、周期性高燃爆压力下活塞环槽的磨损情况。
53.为了缩短活塞环槽摩擦磨损试验的时间，本技术中的环槽摩擦磨损试验装置及试验方法，实况模拟了活塞环在发动机内承受的高速运动、爆发压力，与活塞环槽进行摩擦磨损，使得活塞环槽与活塞环的摩擦副工况无限接近活塞在发动机内的工况，为活塞环槽的合理设计积累经验数据，优化环槽结构设计，缩短开发周期。
附图说明
54.为了更清楚地说明本技术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技术的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
55.图1为本技术所提供的活塞环槽摩擦磨损试验装置的示意图；
56.图2为图1中第一模块活塞环、第二模块活塞环以及支撑块的示意图；
57.图3为图1的侧视图。
58.其中，1-试验平台、2-润滑油池、3-第一支撑块、4-活塞、5-第一模拟活塞环、6-第二模拟活塞环、7-第一活塞环加载装置、8-第二活塞环加载装置、9-伺服电机、10-模拟连杆、11-连杆锁定装置、12-第一活塞环加载杆、13-第二活塞环加载杆、14-第二支撑块、15-润滑油。
具体实施方式
59.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
60.为了使本技术领域的技术人员更好地理解本技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步的详细说明。
61.请参考图1至图3，图1为本技术所提供的活塞环槽摩擦磨损试验装置的示意图；图2为图1中第一模块活塞环、第二模块活塞环以及支撑块的示意图；图3为图1的侧视图。
62.本技术提供一种活塞环槽摩擦磨损试验装置，包括：试验平台1、润滑油池2、第一支撑块3、第二支撑块14、伺服驱动机构、第一模拟活塞环5、第二模拟活塞环6、第一活塞环加载装置7和第二活塞环加载装置8。
63.试验平台1为本试验装置的安装平台，各部件直接或者间接设置在试验平台1上。润滑油池2设置在试验平台1上，润滑油池2用以存储润滑油15。第一支撑块3和第二支撑块14安装于润滑油池2的内壁，通过第一支撑块3和第二支撑块14支撑固定活塞4。伺服驱动机构与活塞4相连，通过伺服驱动机构向活塞4提供旋转驱动力，以驱动活塞4转动。第一模拟活塞环5和第二模拟活塞环6分别适配于活塞4的第一活塞槽和第二活塞槽，第一模拟活塞环5和第二模拟活塞环6均为弧形结构，模块活塞环结构，配合活塞4槽进行不同工况下的摩擦磨损试验。
64.第一活塞环加载杆12与第一模拟活塞环5相连，向第一模拟活塞环5提供试验压力；第二活塞环加载杆13与第二模拟活塞环6相连，向第二模拟活塞环6提供试验压力。
65.第一活塞环加载装置7的第一活塞环加载杆12固定连接第一模拟活塞环5，第二活塞环加载装置8的第二活塞环加载杆13固定连接第二模拟活塞环6。加载杆与活塞环之间可以一体成型，也可以通过螺钉固定，或者通过凹槽与卡块的配合及螺钉锁紧进行固定。
66.由于活塞在实际工作过程中，第一道活塞环为气环，主要密封燃气，因此第一活塞环直接承受燃爆压力，因此第一活塞环加载装置对第一模拟活塞环5施加100％燃爆压力，可模拟周期性燃爆压力(频率)，也可施加恒定压力；第二活塞环加载装置作用类似，但第二活塞环未直接承载燃爆压力，因此承载力可小于第一道活塞环。
67.试验时，通过第一活塞环加载装置7和第二活塞环加载装置8分别对第一模拟活塞环5和第二模拟活塞环6进行脉冲压力加载或者恒定压力加载，通过伺服驱动机构以一定转速驱动活塞4旋转，从而模拟活塞环槽之间的摩擦磨损情况。
68.本装置结构简单，布局紧凑，试验平台1具有通用性，仅需更换模拟活塞环和支撑块，即可以进行不同缸径、不同结构的活塞试验。通过该试制装置可以实现不同环槽位置承受不同试验压力的摩擦磨损试验。
69.根据本技术一种具体实施方式，伺服驱动机构包括伺服电机9和模拟连杆10，模拟连杆10一端通过联轴器连接伺服电机9，另一端固定连接活塞4，伺服电机9运行时驱动模拟连杆10转动。
70.润滑油池2的内侧壁开设有导向槽和定位槽，导向槽与加载杆的外形相适配，用以供加载杆导向运动。定位槽开设于导向槽的止动位，可以将加载杆稳定地固定于此，防止加
载杆超程运动。
71.还包括用以限位模拟连杆10沿周向转动的连杆锁定装置11。连杆锁定装置11通过锁紧件固定在试验平台1上。通过该连杆锁定装置11锁定模拟连杆10，可以防止模拟连杆10上下、左右晃动，确保模拟连杆10绕轴转动。连杆锁定装置11优选但不限于为锁定轴承。
72.本发明还提供一种振动摩擦磨损试验方法，包括步骤：
73.步骤一、确定试验发动机的活塞4及活塞环类型，加工制作第一模拟活塞环5、第二模拟活塞环6、模拟连杆10、第一支撑块3和第二支撑块14；
74.步骤二、检测试验活塞环槽宽度，记录试验活塞环槽宽度检测结果；
75.步骤三、根据活塞环槽位置，安装第一模拟活塞环5和第二模拟活塞环6，安装第一支撑块3和第二支撑块14，将活塞连杆组固定并与伺服驱动机构；
76.步骤四、根据发动机参数，确定第一活塞环加载装置7和第二活塞环加载装置8的试验压力的脉冲试验压力和频率；
77.步骤五、启动伺服电机9，低速旋转活塞4，将润滑油池2内的润滑油15充分布满活塞环槽后停止；
78.步骤六、启动第一活塞环加载装置7和第二活塞环加载装置8，按照试验参数设置脉冲试验压力和频率；
79.步骤七、开始试验，按照设定的脉冲试验压力和频率对第一模拟活塞环5和第二模拟活塞环6进行施压，记录试验加载压力曲线和循环次数；
80.步骤八、取出活塞4，测量活塞环槽试验部位的宽度；
81.步骤九、根据试验前后的检测结果，计算环槽磨损量，并对环槽摩擦磨损情况与环槽的结构的合理性进行试验评价。
82.优选的，第一活塞环承载100％的最大燃气爆发压力，第二活塞环承载20％～30％的最大燃气爆发压力。
83.本实施例中，实现试验了振动摩擦对环槽磨损的主导作用，可以根据需要调节试验参数。
84.本技术提供一种旋转摩擦磨损试验方法，包括：
85.步骤一、确定试验发动机的活塞4和活塞环类型，加工制作第一模拟活塞环5、第二模拟活塞环6、第一支撑块3和第二支撑块14；
86.步骤二、检测试验活塞环槽宽度，记录试验活塞环槽宽度检测结果；
87.步骤三、根据活塞环槽位置，安装第一模拟活塞环5和第二模拟活塞环6，安装第一支撑块3和第二支撑块14，将活塞连杆组固定并与伺服驱动机构相连；
88.步骤四、根据发动机参数，确定第一活塞环和第二活塞环加载装置8的试验压力；
89.步骤五、启动伺服驱动机构，低速旋转活塞4，将润滑油15充分布满活塞环槽后停止；
90.步骤六、启动第一活塞环加载装置7和第二活塞环加载装置8，分别设置第一活塞环加载装置7和第二活塞环加载装置8的恒定试验压力；
91.步骤七、启动伺服驱动机构，按照固定转速旋转活塞4，记录转速和试验时间；
92.步骤八、待完成所规定试验时间，计算活塞4旋转次数；
93.步骤九、取出活塞4，检测活塞环槽试验部位的宽度；
94.步骤十、根据试验前后的检测结果，计算环槽磨损量，评判环槽摩擦磨损情况与环槽的结构的合理性的试验评价。
95.本实施例中，模拟了旋转摩擦对环槽磨损的主导作用，精准度高，各项试验参数可调。
96.本技术提供一种综合摩擦磨损试验方法，包括：
97.步骤一、活塞4选型：确定试验发动机的活塞4、活塞环，加工制作第一模拟活塞环5、第二模拟活塞环6、第一支撑块3和第二支撑块14；
98.步骤二、检测试验活塞环槽宽度，记录试验活塞环槽宽度检测结果；
99.步骤三、根据活塞环槽位置，安装第一模拟活塞环5和第二模拟活塞环6，安装第一支撑块3和第二支撑块14，将活塞连杆组固定并与伺服驱动机构相连；
100.步骤四、根据发动机参数，确定第一活塞环加载装置7和第二活塞环加载装置8的脉冲试验压力和频率；
101.步骤五、启动伺服电机9，低速旋转活塞4，将润滑油15充分布满活塞环槽后停止；
102.步骤六、启动第一活塞环加载装置7和第二活塞环加载装置8，设置第一活塞环加载装置7的脉冲试验压力和第二活塞环加载装置8的脉冲试验压力，根据发动机转速设置脉冲频率；
103.步骤七、开始试验，启动伺服驱动机构，按照固定转速旋转活塞4，记录转速和试验时间；
104.步骤八、待完成所规定试验时间和次数，记录试验加载压力曲线、循环次数，计算活塞4旋转次数；
105.步骤九、取出活塞4，检测活塞环槽试验部位的宽度；
106.步骤十、根据试验前后的检测结果，计算环槽磨损量，对环槽摩擦磨损情况与环槽的结构的合理性进行试验评价。
107.本实施例模拟了综合工况下本旋转摩擦对环槽磨损的主导作用，可以根据需要调节试验参数，操作方便，精准度高。
108.本技术根据试验方法，可探索振动摩擦、旋转摩擦、综合摩擦对环槽磨损的主导作用，为活塞环槽的匹配设计提供试验验证数据，为活塞环槽结构的优化设计提供试验依据。
109.需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
110.以上对本技术所提供的活塞环槽摩擦磨损试验装置及振动、旋转、综合试验方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本技术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技术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，在不脱离本技术原理的前提下，还可以对本技术进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本技术权利要求的保护范围内。