用於活塞冷卻噴嘴性能實驗臺架的定量供油流量調節裝置的製作方法

2023-06-13 08:42:56

本發明涉及一種供油流量調節裝置，尤其涉及一種用於活塞冷卻噴嘴性能實驗臺架的定量供油流量調節裝置。

背景技術：

活塞冷卻噴嘴即pcn(下面均稱為pcn)，作為汽車發動機的重要組成部分，其性能的優劣對發動機運動活塞的潤滑、冷卻效果具有極其重要的作用。

pcn的開關特性、流量特性測試是出廠檢驗項目，要求對所有出廠產品進行100％全數檢驗測試。pcn的規格、型號不同，其技術指標要求有所差異。

需要檢測的技術指標參數包括：

開啟壓力：流量由低到高上升到規定值時的供油壓力值。如：30ml、200kpa±20kpa。

關閉壓力：流量由高到底下降到規定值時的供油壓力值。如：30ml、大於170kpa。

洩漏流量：開啟前指定壓力值時的流量值。如：150kpa、小於0.1l/min。

洩油量：流量由低到高上升到規定壓力值時的流量值。如：400kpa、1.15l/min～1.55l/min。

打靶位置：供油壓力達到洩油流量測試壓力值時，油束噴射打擊的位置。如：400kpa、噴入指定區域內流量大於等於90％。

在對pcn進行開關特性、流量特性檢測時，要求以汽車機油為檢測介質。為了降低pcn性能實驗臺架的設備運行成本，希望用常溫汽車機油為檢測介質，即要求pcn性能實驗臺架的運行過程不會導致檢測介質機油產生溫升。

已知的閥類產品的性能實驗臺架大多採用壓力調節供油裝置。實現供油壓力的調節。壓力調節裝置的形式大致有如下幾種：壓力調節單元為一個球閥，通過人工調節球閥的開度，形成進油節流調壓；壓力調節單元為快速切換閥，通過調節快速切換閥，改變旁路流量大小，形成旁路節流調壓；壓力調節單元為比例閥，通過調節比例閥的開度，形成進油節流調壓；或者採用變頻電機驅動油泵運行，通過程序控制變頻電機的轉速，實現供油壓力的調節。這類調壓測試油路中的電機、泵、閥的運行都會發熱，導致檢測介質機油產生溫升。

為了解決上述機油溫升問題，目前較新的技術採用了如下兩種油路結構：

第一種，採用氣壓加載供油裝置，如圖1所示，油路結構包括充氣油箱13、供油閥門、回油閥門、回油油箱11、進氣閥門、排氣閥門、氣壓調節器16和高壓氣源15，所述進氣閥門包括第一進氣電磁閥22、第一進氣角座閥18、第二進氣電磁閥20、第二進氣角座閥21，所述排氣閥門包括第一排氣電磁閥31、第一排氣角座閥17、第二排氣電磁閥33、第二排氣角座閥19，所述供油閥門包括供油電磁閥34和供油角座閥23，所述回油閥門包括回油電磁閥32和回油角座閥12，充氣油箱13內的機油上方的空間佔充氣油箱13內的整個空間的四分之一至三分之一，一般體積為10升，充氣油箱13的中下部與活塞冷卻噴嘴5的進油口之間的供油管28上安裝有供油角座閥23、流量傳感器3和壓力傳感器4，回油油箱11安裝於活塞冷卻噴嘴5的噴射口的下方並位於充氣油箱13的上方，回油角座閥12安裝於回油油箱11與充氣油箱13之間的回油管29上，充氣油箱13的中上部位於充氣油箱13內的機油上方的位置與氣壓調節器16的出氣口之間的氣管30上安裝有並聯連接的第一進氣角座閥18和第二進氣角座閥21，第一進氣角座閥18和第二進氣角座閥21與充氣油箱13之間的氣管上相通連接有兩條排氣管(圖中未標記)，第一排氣角座閥17和第二排氣角座閥19分別安裝於兩條排氣管上，氣壓調節器16的進氣口與高壓氣源15連接，流量傳感器3的信號輸出端和壓力傳感器4的信號輸出端分別與控制器(圖中未示)的信號輸入端連接，第一進氣電磁閥22的控制輸入端、第二進氣電磁閥20的控制輸入端、第一排氣電磁閥31的控制輸入端、第二排氣電磁閥33的控制輸入端、供油電磁閥34的控制輸入端和回油電磁閥32的控制輸入端分別與控制器的控制輸出端連接，第一進氣電磁閥22的進氣口、第二進氣電磁閥20的進氣口、第一排氣電磁閥31的進氣口、第二排氣電磁閥33的進氣口、供油電磁閥34的進氣口和回油電磁閥32的進氣口分別與氣壓調節器16的出氣口連接，第一進氣電磁閥的22出氣口與第一進氣角座閥18的控制端連接，第二進氣電磁閥20的出氣口與第二進氣角座閥21的控制端連接，第一排氣電磁閥31的出氣口與第一排氣角座閥17的控制端連接，第二排氣電磁閥33的出氣口與第二排氣角座閥19的控制端連接，供油電磁閥34的出氣口與供油角座閥23的控制端連接，回油電磁閥32的出氣口與回油角座閥12的控制端連接，第一進氣角座閥18、第二進氣角座閥21所在的氣管上以及第一排氣角座閥17、第二排氣角座閥19所在的排氣管上分別串聯連接有節流閥8，第一進氣電磁閥22的排氣孔、第二進氣電磁閥20的排氣孔、第一排氣電磁閥31的排氣孔、第二排氣電磁閥33的排氣孔、供油電磁閥34的排氣孔、回油電磁閥32的排氣孔、第一排氣角座閥17的排氣口和第二排氣角座閥19的排氣口分別安裝有用於消除排氣聲音的消音器14。

上述用於活塞冷卻噴嘴性能實驗臺架的氣壓加載供油裝置雖不會導致機油產生溫升且實現了供油壓力的調節，但由於它利用空氣的可壓縮性和進氣、排氣的流速來控制輸出供油壓力的加載、卸載速率，對於不同型號的活塞冷卻噴嘴，實驗測試所需要的加載、卸載速率要求不同，因此需要進行對應的進氣、排氣的流速調試，由於需要實驗測試的活塞冷卻噴嘴產品型號多，需要經常更換活塞冷卻噴嘴的產品型號，這樣就需要經常進行進氣、排氣的流速調試，其操作費時，給使用者帶來不便。

第二種，採用基於步進電機的液壓調節裝置，如圖2所示，油路結構主要包括外供氣源120、氣壓調節單元121、供氣管路123、進氣電磁閥一124、進氣角座閥一100、進氣管路一125、排氣電磁閥一128、排氣角座閥一101、排氣管路一129、進氣電磁閥二134、進氣角座閥二102、進氣管路二135、排氣電磁閥二137、排氣角座閥二103、排氣管路二138、供油電磁閥一127、供油角座閥一111、供油管路一126、供油電磁閥二136、供油角座閥二110、供油管路二133、回油電磁閥一119、回油角座閥一109、回油管路一130、回油電磁閥二132、回油角座閥二108、回油管路二131、排氣消聲器122、充氣油箱一113、充氣油箱二112、基於步進電機的供油液壓調節裝置117、流量傳感器115、壓力傳感器106、回油油箱107。該油路由外供氣源提供6.5bar的氣源，由氣壓調節單元121調整到設定的供氣壓力，通過進氣通路向充氣油箱供氣，氣體壓力推動油箱內的檢測介質機油向基於步進電機的供油液壓調節裝置117供油，程序控制供油液壓調節裝置117的步進電機運行，獲得向待試pcn供油壓力的加載、卸載及其加載、卸載速率。該油路的檢測用油路、氣路的通、斷控制均採用三口二位電磁閥驅動氣動角座閥的2級傳遞間接控制，不會導致檢測介質機油產生溫升。

但是，上述第二種油路結構在進行洩漏量、開啟壓力、關閉壓力測試期間，需要緩慢加載、卸載，否則測試準確度不能滿足指標要求，其檢測用時最快為約20s/件，檢測效率依然不夠理想。

技術實現要素：

本發明的目的就在於為了解決上述問題而提供一種不會導致檢測介質機油產生溫升且檢測效率更高的用於活塞冷卻噴嘴性能實驗臺架的定量供油流量調節裝置。

本發明通過以下技術方案來實現上述目的：

一種用於活塞冷卻噴嘴性能實驗臺架的定量供油流量調節裝置，包括底座、第一推板、液壓缸、液壓缸支撐架、第一側板、第二推板、第二側板、止推板、移動板、絲槓、步進電機和電機安裝板，所述液壓缸通過所述液壓缸支撐架安裝於所述底座上，所述止推板的下端安裝於所述底座上，所述步進電機通過所述電機安裝板安裝於所述底座上，所述第一推板與所述第二推板之間通過所述第一側板連接，所述液壓缸的活塞杆的兩端分別穿出所述液壓缸的缸套兩端且分別與所述第一推板和所述第二推板連接，所述液壓缸的活塞位於所述活塞杆的中段且位於所述缸套上的第一油孔和第二油孔之間的位置，所述第二推板與所述移動板之間通過所述第二側板連接，所述移動板的中心位置設有螺孔且所述絲槓穿過所述螺孔，所述絲槓的一端通過軸承與所述止推板連接，所述絲槓的另一端與所述步進電機的轉軸連接，所述絲槓的中心軸線與所述活塞杆的中心軸線平行或重疊。

上述結構中，液壓缸是一種反向利用結構，一般液壓缸是利用液壓油推動活塞杆移動從而輸出直線運動動力，而本發明採用的液壓缸是利用活塞杆的直線運動動力推動液壓油，從而為活塞冷卻噴嘴性能實驗臺架上的pcn提供試驗用的液壓油；步進電機與液壓缸的供油量之間存在的一一對應關係，是本定量供油流量調節裝置的重點，因為步進電機的轉速易於快速控制，所以使本定量供油流量調節裝置的供油量可以實現快速轉換，從而提高檢測效率。

為了確保移動板平穩、流暢地移動，所述定量供油流量調節裝置還包括導向杆和銅滑套，所述移動板上位於所述螺孔周圍的位置均勻設有多個導向通孔，多個所述銅滑套分別對應安裝於多個所述導向通孔內，與所述絲槓平行的多個所述導向杆的一端安裝於所述電機安裝板上，多個所述導向杆分別對應穿過多個所述銅滑套。

為了提高傳動流暢性，所述液壓缸的活塞杆的兩端分別通過推力球軸承與所述第一推板和所述第二推板連接；所述絲槓的一端通過深溝球軸承與所述止推板連接。

本發明的有益效果在於：

本發明通過通過步進電機驅動液壓缸活塞做往復運動，獲得液壓缸向外供應與步進電機運轉速率、液壓缸有效工作截面相關聯且一一對應的定量供油的實現方式，供油流量直接由程序設定並通過步進電機控制，與供油壓力無關聯，而且採用液壓缸活塞兩側內腔交替供油和進油的方式，能夠配合活塞冷卻噴嘴性能實驗臺架的其它結構實現對pcn的連續供油，顯著提高了油量控制精度、速度和檢測效率，其檢測用時可達6.5s/件，明顯快於傳統最快的20s/件。

附圖說明

圖1是採用傳統壓力調節供油裝置的活塞冷卻噴嘴性能實驗臺架的油路結構圖之一；

圖2是採用傳統壓力調節供油裝置的活塞冷卻噴嘴性能實驗臺架的油路結構圖之二；

圖3是本發明所述用於活塞冷卻噴嘴性能實驗臺架的定量供油流量調節裝置的主視剖視結構圖，其中液壓缸採用了主視效果圖且用虛線示出了內部活塞和活塞杆；

圖4是本發明所述用於活塞冷卻噴嘴性能實驗臺架的定量供油流量調節裝置的俯視剖視結構圖，其中液壓缸採用了主視效果圖且用虛線示出了內部活塞和活塞杆；

圖5是採用本發明所述定量供油流量調節裝置的活塞冷卻噴嘴性能實驗臺架的油路結構圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步說明：

如圖3和圖4所示，本發明所述用於活塞冷卻噴嘴性能實驗臺架的定量供油流量調節裝置，包括底座50、第一推板51、液壓缸57、液壓缸支撐架55、第一側板69、第二推板60、第二側板70、止推板61、移動板63、絲槓62、導向杆65、銅滑套64、步進電機66和電機安裝板67，液壓缸57的兩端分別通過液壓缸支撐架55安裝於底座50上，止推板61的下端安裝於底座50上，步進電機66通過電機安裝板67安裝於底座50上，第一推板51與第二推板60之間通過第一側板69連接，液壓缸57的活塞杆54的兩端分別穿出液壓缸57的缸套兩端且分別通過推力球軸承53與第一推板51和第二推板60連接，液壓缸57的活塞58位於活塞杆54的中段且位於所述缸套上的第一油孔56和第二油孔59之間的位置，第二推板60與移動板63之間通過第二側板70連接，移動板63的中心位置設有螺孔且絲槓62穿過所述螺孔，移動板63上位於所述螺孔周圍的位置均勻設有多個導向通孔，多個銅滑套64分別對應安裝於多個所述導向通孔內，與絲槓62平行的多個導向杆65的一端安裝於電機安裝板67上，多個導向杆65分別對應穿過多個銅滑套64，絲槓62的一端通過深溝球軸承68與止推板61連接，絲槓62的另一端與步進電機66的轉軸通過健連接，絲槓62的中心軸線與活塞杆54的中心軸線平行或重疊，優選重疊。

圖3和圖4中還示出了設於底座50上的多個安裝孔501。

如圖3和圖4所示，本發明所述定量供油流量調節裝置的工作原理如下：

步進電機66啟動運行後，其轉軸帶動絲槓62旋轉，由於移動板63與絲槓62之間為螺紋連接，所以絲槓62旋轉會帶動移動板63作直線運動，移動板63會帶動第二側板70、第二推板60、第一側板69、第一推板51、活塞杆54和活塞58同步移動，活塞58推動液壓缸57內的液壓油流動，並通過第一油孔56或第二油孔59排出為活塞冷卻噴嘴性能實驗臺架的pcn供油，通過改變步進電機66的轉速，可以改變供油速度，通過改變步進電機66的旋轉方向，可以實現第一油孔56和第二油孔59之間的供油孔位變化，從而配合活塞冷卻噴嘴性能實驗臺架的其它結構實現連續供油。

其供油流量可按下式計算：

q＝s·v

式中：q是供油流量(l/min)，s是液壓缸有效工作截面面積(cm2)，v是液壓缸57的活塞58的運動速度(cm/min)。

假設絲槓62的螺距為4mm，步進電機66的轉速為4000步/轉，則液壓缸57的活塞58做往復運動的步長為1μm；若步進電機66按1hz的頻率運行，則液壓缸57的活塞58的運動速度為0.006cm/min。

假設液壓缸57的缸內徑為154.8mm，活塞58的軸徑52mm，則其有效工作截面面積為200cm2。這樣，步進電機66按1hz的頻率運行時，本定量供油流量調節裝置的供油輸出速度為1ml/min，理論誤差為0.1％。

由上可知，通過設定各部件的具體參數，就可以通過控制步進電機66的轉速(與頻率對應)實現供油速度的準確控制，而且控制過程因為只需控制部件電機66而大大縮短時間，從而提高檢測效率。

為了便於進一步理解本定量供油流量調節裝置的應用效果，下面結合採用本定量供油流量調節裝置的活塞冷卻噴嘴性能實驗臺架在具體pcn檢測中時應用例子進行說明：

該活塞冷卻噴嘴性能實驗臺架的油路結構如圖5所示，包括外供氣源70、氣壓調節器71、三口二位電磁閥72、第一角座閥74、第二角座閥73、第三角座閥79、第四角座閥80、第一油箱75、第二油箱81、流量傳感器76、壓力傳感器77和pcn(即活塞冷卻噴嘴)78，外供氣源70和氣壓調節器71為四個三口二位電磁閥72提供氣源，四個三口二位電磁閥72分別控制第一角座閥74、第二角座閥73、第三角座閥79和第四角座閥80的開關，第一角座閥74、第二角座閥73、第三角座閥79和第四角座閥80相互串聯安裝於油管上且油管的兩端，分別外接第一油箱75和第二油箱81，第二角座閥73和第三角座閥79之間的油管上外接與pcn78相通連接的第一支油管且流量傳感器76和壓力傳感器77安裝於該第一支油管上；第一角座閥74和第二角座閥73之間的油管、第三角座閥79和第四角座閥80之間的油管分別與本定量供油流量調節裝置的第一油孔56和第二油孔59通過第二支油管連接。

運行時，液壓缸57的第一油孔56和第二油孔59交替向pcn78供油以及自第一油箱75或第二油箱81補充進油，其具體過程如下：

步進電機66正向運行時，三口二位電磁閥72驅動關閉第一角座閥74和第三角座閥79，同時開啟第二角座閥73和第四角座閥80，液壓缸57的第一油孔56向pcn78供油，同時，液壓缸57的第二油孔59自第二油箱81補充進油；

步進電機66反向運行時，三口二位電磁閥72驅動關閉第二角座閥73和第四角座閥80，同時開啟第一角座閥74和第三角座閥79，液壓缸57的第二油孔59向pcn78供油，同時，液壓缸57的第一油孔56自第一油箱75補充進油。

液壓缸57的活塞58的有效運動行程為200mm，內腔最大可供油容量大於3.3l。檢測1隻pcn78的用油量最大不超過0.2l。因此，本裝置的1個單向行程足以滿足檢測1隻pcn78的用油量。1隻pcn78檢測完成，更換檢測下1隻pcn78時，程序控制步進電機66變換運行方向即可。

步進電機66的運行頻率與該裝置供油流量的關係如前所述為1hz對應1ml/min，程序控制步進電機66的運行頻率，即可獲得需要的供油流量，如電機按1khz運行，則其輸出流量為1l/min。這樣就實現了定量供油的流量調節。

由於步進電機66的響應迅速，通過本裝置可以瞬時達到設定的定量供油，進行多點或連續的定量供油流量調節也很方便、快捷，從而pcn性能快速檢測提供了物理條件，檢測用時最快為約6.5s/件，大幅度地提高了pcn性能實驗的工作效率。

上述實施例只是本發明的較佳實施例，並不是對本發明技術方案的限制，只要是不經過創造性勞動即可在上述實施例的基礎上實現的技術方案，均應視為落入本發明專利的權利保護範圍內。