氣門座圈快速磨損試驗系統的製作方法

2024-01-26 20:04:15 2

專利名稱：氣門座圈快速磨損試驗系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種動力機械領域的快速磨損試驗系統，更具體地說，本發明涉及一
種內燃機用氣門與座圈快速磨損試驗系統。
背景技術：
在眾多發動機的摩擦副中，氣門與座圈潤滑條件差、工作條件惡劣，高溫衝擊的同 時有廢氣腐蝕，是非常容易產生磨損失效的重要摩擦副之一。 高溫磨損產生的直接後果是造成氣門(座圈)磨損，氣門下沉，極端情況下會導致 氣門間隙消失、無法落座、燃氣洩露，發動機功率大幅下降同時氣門過熱燒蝕。因此，氣門與 座圈的運行壽命與可靠性在某種程度上決定了發動機的工作性能、服役壽命與輸出功率。
近年來，發動機特別是柴油機正朝著大功率、低能耗和長壽命的方向發展。這就對 燃燒室的重點部件與磨損件-氣門與座圈的設計和使用壽命提出了更高的要求。無形中這 也推動了近年來對氣門與座圈磨損機理、新材料與新技術的研究與發展，納米塗層技術、溶 銅技術、粉末冶金材料、陶瓷材料等技術的出現於應用，強化了氣門與座圈的硬度與強度， 在一定程度上改善了氣門與座圈的磨損情況。 國內外傳統的氣門與座圈的試驗與評價方法，通常是在發動機整機上進行的，不 僅周期長、造價高、損耗人力而且受到環境因素等影響較大，不便於數據的整理和規律的摸 索，傳統的氣門落座速度的限制也往往採用經驗值限定。而傳統的材料磨損試驗機也往往 只針對某種材料的固有特性，與發動機實際運行狀態相差較大，且氣門與座圈不同材料間 彼此配對使用的磨損情況則研究較少。 國內現有的研究氣門-座圈磨損的專項試驗機較少，可查的發明專利有發動機汽 門_門座雙頭強化磨損模擬試驗機(申請號90100227. 5，公開號CN1045453A)和新型氣門 與座圈磨損試驗系統(申請號200810122117. 1，公開號CN103198359)等。前者雖然可以模 擬高溫環境，但是結構及驅動形式複雜、布置龐大、控制不靈活，且由電爐模擬高溫環境與 實際運行狀況有一定的差異。後者可以準確模擬燃燒環境，但是燃燒器倒置布置，操作不方 便、安全係數低，且電磁鐵驅動柴油機等重型氣門時要求驅動力大電磁鐵體積變大，給布置 和冷卻帶來了困難，影響了其適用範圍，同時該系統要求氣門落座完全由控制系統電流控 制，控制要求和成本較高、需要充分考慮阻尼對系統落座的影響。 因此為深入研究氣門與座圈的磨損機理，設計出新型穩定可靠、物美價廉、高性能 的氣門與座圈試驗系統，需要設計一種簡單實用方便可靠的試驗系統來進行氣門與座圈的 試驗，評價氣門與座圈的性能。
發明內容 本發明要解決的技術問題是，克服現有技術中的不足，提供一種新型氣門與座圈
磨損試驗系統。為了解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的 本發明提供了一種氣門座圈快速磨損試驗系統，包括通過聯軸器相互連接的電機和凸輪軸，還包括位於氣缸蓋上的氣門，以及位於氣門和氣缸蓋之間的氣門座圈；氣門的
氣門杆穿過氣缸蓋，氣門杆上還配套設置氣門彈簧及彈簧座圈；其特徵在於，在氣門上方設
置燃燒器，彈簧座圈通過挺柱與凸輪軸相接。
作為一種改進，所述氣缸蓋上設冷卻水入口和出口 。 作為一種改進，所述燃燒器有一個燃燒頭，燃燒器上設置連接至燃燒頭的冷卻水 進水管、冷卻水出水管、燃氣進氣管和氧氣進氣管，還設置調節氧氣與燃氣流量的氣體流量 調節閥。
作為一種改進，該系統包括一個潤滑系統所述凸輪軸與油泵、濾油器布置於油殼
中，油泵通過凸輪軸的旋轉驅動。 作為一種改進，所述油泵是齒輪泵。 作為一種改進，在標定時在氣門上安裝氣門加速度傳感器，電機內設置光電編碼 器，聯軸器處設轉速傳感器，各信號採集設備均通過信號線，經由信號採集裝置的A/D模塊 連接至上位機；上位機通過變頻器連接至電機。 作為一種改進，在試驗時設置高溫熱電偶和測溫儀用於測量氣門溫度，設置火焰 溫度監測裝置用於監測火焰溫度，各信號採集設備均通過信號線，經由信號採集裝置的A/D 模塊連接至上位機。 作為一種改進，所述燃燒器通過燃燒器固定鈕固定在燃燒器固定支架上，燃燒器 固定支架安裝在下支板上；氣缸蓋固定在上支板上，支板支柱相連上支板和下支板。
作為一種改進，該系統有一控制櫃，控制櫃中裝有變頻器及顯示溫度、壓力、電機 轉速和衝擊次數的二次儀表。 與現有技術相比，本發明的有益效果是 1、本發明所提供的新型氣門與座圈試驗系統控制方便、簡單可行。本試驗系統通 過位於控制櫃中變頻器控制電機轉速，聯軸器將電機和凸輪軸彈性連接，凸輪通過驅動可 與氣門座圈接觸的圓形挺柱驅動氣門運動，控制方便簡單。可靠性高。本試驗系統的凸輪 套在凸輪軸上，安裝方便易更換可以滿足不同強度校核要求。同時為得到較大的落座速度 凸輪型線均經過特別設計，氣門僅需要較小的行程，並不需要在原凸輪機構驅動下達到較 高的升程。同時根據調節氣門間隙可以進一步提高氣門與座圈的衝擊強度，進而縮短試驗 時間，因此應用範圍更加寬廣，對於考察氣門和座圈新材料的性能、磨損情況和彼此之間的 配合特性有著較大的幫助。 2、本發明所提供的新型氣門與座圈試驗系統，氣門落座速度通過採集布置在氣門 底座上的氣門加速度傳感器和電機處的光電編碼器並通過A/D模塊傳輸到上位機，上位機 在綜合分析傳感器的信號之後確定氣門落座速度，用戶可以通過調節氣門間隙和電機轉速 來方便調節落座速度，操作方便、容易調節。 3、本發明所提供的新型氣門與座圈試驗系統，為模擬氣門與座圈在真實工作狀 況，在氣門底部上方布置有燃燒器。由於燃燒器正面布置，大大提高了操作的方便性以及長 時間運行的安全性。本試驗系統在氣門處同時裝有熱電偶和測溫儀用以對比測量氣門處的 溫度，減小誤差、提高實驗精度。通過調節火焰溫度和冷卻水流量控制氣門溫度，使燃燒器 的加熱與內燃機發火燃燒正常工作的實際情況更加吻合。同時，燃燒器的火焰加熱處布有 火焰溫度監測裝置，當長時間工作運行情況中由於燃氣壓力下降導致的火焰溫度變化時，
4可以調節燃燒器上的氣體流量調節閥調節火焰溫度或條件冷卻水流量。提高了試驗系統的 可信度。 4、本發本發明所提供的新型氣門與座圈試驗系統，布有潤滑系統和冷卻系統。對
運動接觸部件凸輪、挺柱等進行潤滑，可以保證驅動接觸件的穩定運行，減小了其對試驗結
果的負面影響。同時，對於長時間工作的燃燒器和缸蓋進行冷卻，缸蓋在原冷卻水套部分加
工了接頭，相比電磁鐵驅動系統冷卻量小，且可調整範圍的廣，在使試驗系統和實際運行工
況相近的同時，保證了整套系統長時間耐久試驗運行的操作性、可靠性和長壽命。 5、本發明所提供的新型氣門與座圈試驗系統結構簡單緊湊、布置方便、通用性強、
造價低、可擴展性高。用於校核氣門與座圈的配對磨損關係，該系統可以多氣缸蓋同時測
量，用於檢驗試驗的重複性能的同時也大大縮短了重複試驗的時間，而且該實驗系統只需
用到原機的氣缸蓋，驅動功率小，因此只需要較小的電機用於驅動，相應整套試驗系統結構
緊湊、操作方便、佔地面積小、可靈活布置。對於不同機型的氣門座圈只需加工相應的氣缸
蓋支板即可，通用性高且造價低，可廣泛適用與各汽車廠、發動機廠、零部件製造廠以及與
之相關的各產品質量檢驗機構和新材料性能研究機構，從而提高氣門與氣門座圈這對摩擦
副的新工藝和新材料的研究水平。


圖1為氣門與座圈磨損試驗系統的系統框圖； 圖2為氣門與座圈磨損試驗系統的正視圖； 圖3為氣門與座圈磨損試驗系統的燃燒器結構圖； 圖4為氣門與座圈磨損試驗系統的右視圖； 圖5為氣門與座圈磨損試驗系統的俯視圖； 圖6為氣門與座圈磨損試驗系統中測試系統的控制框圖； 圖7為氣門與座圈磨損試驗系統的冷卻系統示意圖； 圖8為氣門與座圈磨損試驗系統的潤滑系統示意圖； 圖中電機1、聯軸器罩2、氣缸蓋3、上支板4、支板支柱5、下支板6、儲油殼7、剛性 支座8、燃燒器9、燃燒器進水口 10、燃燒器燃氣進口 11、燃燒器出水口 12、燃燒器氧氣進口 13、燃燒器氣體流量調節閥14、燃燒器固定鈕15、燃燒器固定支架16、氣門彈簧及彈簧座圈 17、挺柱18、凸輪軸19、光電編碼器20、聯軸器21 、轉速傳感器22、分水閥23、缸蓋冷卻水入 口 24、分氣閥25、氣門26、潤滑油輸油管27、缸蓋冷卻水出口 28、輸油總管29、冷卻水流量 調節閥30、冷卻水入口 31、冷卻水出口 32、濾油器33、齒輪泵油系統34。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述，但不作為對本發明的限定。 如圖l所示，新型氣門與座圈磨損試驗系統總體框圖。新型氣門與座圈磨損試驗
系統由主體、控制櫃、測量系統、冷卻系統、潤滑系統共同組成。控制櫃中裝有變頻器及顯示
溫度、壓力、電機轉速和衝擊次數的二次儀表。 如圖2所示，為新型氣門與座圈磨損試驗系統主體的二維主視圖，主要包括電機 1、聯軸器罩2、氣缸蓋3、上支板4、支板支柱5、下支板6、儲油殼7和剛性支座8。
如圖3所示，為新型氣門與座圈磨損試驗系統的燃燒器結構圖，燃燒器結構包括 燃燒器9、燃燒器進水口 10、燃燒器燃氣進口 11、燃燒器出水口 12、燃燒器氧氣進口 13、燃燒 器氣體流量調節閥14、燃燒器固定鈕15。 如圖4所示，為新型氣門與座圈磨損試驗系統主體的二維右視圖，主要包括燃燒 器9、燃燒器固定支架16、氣門彈簧及彈簧座圈17、挺柱18、凸輪軸19。燃燒器9通過燃燒 器固定鈕15固定在燃燒器固定支架16上。 如圖5所示，為新型氣門與座圈磨損試驗系統主體的二維俯視圖，主要包括光電 編碼器20、聯軸器21 、轉速傳感器22、分水閥23、缸蓋冷卻水入口 24、分氣閥25、氣門26、潤 滑油輸油管27、缸蓋冷卻水出口 28、輸油總管29。 該試驗系統的燃燒器9布置在氣缸蓋3底，氣門26的上方，燃燒器固定支架16安 裝在下支板6上。 該試驗系統的具體連接情況如下電機1通過聯軸器21與凸輪軸19相連，凸輪軸 19通過挺柱18驅動氣門彈簧及彈簧座圈17，進而驅動氣門26運動；凸輪軸布置在儲油殼 7中；聯軸器罩2罩在聯軸器21外部；氣門26及氣門彈簧及彈簧座圈17位於氣缸蓋3上， 同時，氣缸蓋3上加工有缸蓋冷卻水入口 24和缸蓋冷卻水出口 28，氣缸蓋3固定在上支板 4上；潤滑油輸油管27 —頭與輸油總管29相連，一頭安裝在上支板5上；支板支柱5將上 支板4和下支板6相連；下支板6上布置有分水閥23和分氣閥25 ;光電編碼器20安裝在 電機l內，將上止點信號和轉角信號傳輸到上位機中；轉速傳感器22安裝在聯軸器罩2上， 將轉速信號傳輸到控制櫃中；上述輔件布置在剛性支座8上。 如圖6所示，新型氣門與座圈磨損試驗系統的測試系統分為標定過程和試驗過程 二種狀態。在標定過程中，氣門加速度傳感器安裝在氣門26上，與布置在電機1內的光電 編碼器20的信號一起通過信號採集裝置的A/D模塊相連，傳輸到上位機，確定氣門落座速 度，通過布置在控制櫃中的變頻器，調節電機1的轉速同時通過更改氣門彈簧及彈簧座圈 17和挺柱18之間的間隙共同控制氣門落座速度；在試驗過程中，拆除氣門26上的氣門加 速度傳感器，使用燃燒器9對氣門26進行加熱，通過布置高溫熱電偶和測溫儀測量氣門溫 度，並通過火焰溫度監測裝置監測火焰溫度，傳感器信號一起通過信號採集裝置的A/D模 塊相連，傳輸到上位機，通過燃燒器氣體流量調節閥14可以調節氧氣和燃氣的流量進而控 制火焰溫度及氣門溫度。 如圖7所示，氣門與座圈磨損試驗系統的冷卻系統包括氣缸蓋3、燃燒器9、燃燒器 進水口 10、燃燒器出水口 12、分水閥23、缸蓋冷卻水入口 24、氣門26、缸蓋冷卻水出口 28、 冷卻水流量調節閥30、冷卻水入口 31和冷卻水出口 32，其特徵在於冷卻水從冷卻入口 31 通過冷卻水流量調節閥30的調節後，在分水閥23分水後，分別與各氣缸的燃燒器進水口 10 和缸蓋冷卻水入口 24相連，燃燒器出水口 12和缸蓋冷卻水出口 28與冷卻水出口 32相連。
如圖8所示，氣門與座圈磨損試驗系統的潤滑系統包括氣缸蓋3、支板支柱5、下支 板6、儲油殼7、潤滑油輸油管27、輸油總管29、濾油器33和齒輪泵油系統34，其特徵在於齒 輪泵油系統34位於儲油殼7內，由凸輪軸19驅動泵油，潤滑油通過濾油器33過濾後經輸 油總管29輸送到連接下支板6的潤滑油輸油管27，進而潤滑氣缸蓋3等，之後沿著挺柱18 流回儲油殼7中。 如上所述，本發明裝置在實際運行時，首先通過調節電機轉速和更改氣門彈簧及彈簧座圈17和挺柱18之間的間隙標定氣門落座速度，使其達到合適的落座速度後，點燃燃燒器，通過燃燒器氣體流量調節閥14調節氧氣和燃氣的流量進而控制火焰溫度，通過高溫熱電偶和測溫儀確定的氣門26的溫度保證其與實際工作狀態相符，並通過火焰監測裝置共同保證在長時間運轉其他流量波動情況下導致氣門溫度波動是可以通過燃燒器氣體流量調節閥14進行調節補充。與此同時，為保證長時間穩定運轉，冷卻系統對燃燒器9和氣缸蓋3進行冷卻，潤滑系統對凸輪軸19、挺柱18等運動件進行潤滑。 最後，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發明的具體實施例。顯然，本發明不限於以上實施例，還可以有許多變形。本領域的普通技術人員能從本發明公開的內容直接導出或聯想到的所有變形及控制方式，均應認為是本發明的保護範圍。
權利要求
一種氣門座圈快速磨損試驗系統，包括通過聯軸器相互連接的電機和凸輪軸，還包括位於氣缸蓋上的氣門，以及位於氣門和氣缸蓋之間的氣門座圈；氣門的氣門杆穿過氣缸蓋，氣門杆上還配套設置氣門彈簧及彈簧座圈；其特徵在於，在氣門上方設置燃燒器，彈簧座圈通過挺柱與凸輪軸相接。
2. 根據權利要求1所述的氣門座圈快速磨損試驗系統，其特徵在於，所述氣缸蓋上設 冷卻水入口和出口。
3. 根據權利要求1所述的氣門座圈快速磨損試驗系統，其特徵在於，所述燃燒器有一 個燃燒頭，燃燒器上設置連接至燃燒頭的冷卻水進水管、冷卻水出水管、燃氣進氣管和氧氣 進氣管，還設置調節氧氣與燃氣流量的氣體流量調節閥。
4. 根據權利要求1所述的氣門座圈快速磨損試驗系統，其特徵在於，該系統包括一個 潤滑系統凸輪軸與油泵、濾油器布置於油殼中，油泵通過凸輪軸的旋轉驅動。
5. 根據權利要求4所述的氣門座圈快速磨損試驗系統，其特徵在於，所述油泵是齒輪泵。
6. 根據權利要求1至5所述的任意一種氣門座圈快速磨損試驗系統，其特徵在於，在標 定時在氣門上安裝氣門加速度傳感器，電機內設置光電編碼器，聯軸器處設轉速傳感器； 各信號採集設備均通過信號線，經由信號採集裝置的A/D模塊連接至上位機；上位機通過 變頻器連接至電機。
7. 根據權利要求1至5所述的任意一種氣門座圈快速磨損試驗系統，其特徵在於，在試 驗時設置高溫熱電偶和測溫儀用於測量氣門溫度，設置火焰溫度監測裝置用於監測火焰 溫度；各信號採集設備均通過信號線，經由信號採集裝置的A/D模塊連接至上位機。
8. 根據權利要求1至5所述的任意一種氣門座圈快速磨損試驗系統，其特徵在於，所述 燃燒器通過燃燒器固定鈕固定在燃燒器固定支架上，燃燒器固定支架安裝在下支板上；氣 缸蓋固定在上支板上，支板支柱相連上支板和下支板。
9. 根據權利要求1至5所述的任意一種氣門座圈快速磨損試驗系統，其特徵在於，該系 統有一控制櫃，控制櫃中裝有變頻器及顯示溫度、壓力、電機轉速和衝擊次數的二次儀表。
全文摘要
本發明涉及動力機械領域的快速磨損試驗系統，旨在提供一種內燃機用氣門與座圈快速磨損試驗系統。該系統包括通過聯軸器相互連接的電機和凸輪軸，還包括位於氣缸蓋上的氣門，以及位於氣門和氣缸蓋之間的氣門座圈；氣門的氣門杆穿過氣缸蓋，氣門杆上還配套設置氣門彈簧及彈簧座圈；其特徵在於，在氣門上方設置燃燒器，彈簧座圈通過挺柱與凸輪軸相接。本發明系統控制方便、簡單可行；大大提高了操作的方便性以及長時間運行的安全性。整套試驗系統結構緊湊、操作方便、佔地面積小、可靈活布置。
文檔編號G01M13/00GK101710051SQ20091015430
公開日2010年5月19日 申請日期2009年11月30日 優先權日2009年11月30日
發明者俞小莉, 劉忠民, 劉震濤, 李佳 申請人:浙江大學