CN103076248A - 一种气缸套活塞环腐蚀磨损试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气缸套活塞环腐蚀磨损试验装置，包括：气缸套夹具，用于夹持固定气缸套试样；活塞环夹具，用于夹持固定活塞环试样，并带动所述活塞环试样与气缸套试样往复摩擦；润滑系统，为所述气缸套试样与活塞环试样的摩擦面提供润滑油；还包括：腐蚀系统，包括腐蚀液储存器、腐蚀液管路以及腐蚀液输送泵，所述腐蚀液管路的出液口输出至所述活塞环试样与气缸套试样的摩擦面。该装置能够真实模拟气缸套活塞环所处的腐蚀环境，试验结束后，通过测量气缸套的磨损量，即可评价出气缸套活塞环的抗腐蚀性能，试验结果更加准确。
Description
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，特别是对发动机的气缸套和活塞环进行腐蚀性磨损试验的设备。
背景技术
发动机的寿命很大程度上是由气缸套的磨损所决定的，通常气缸套最大允许磨损量是其内径的0.4%-0.8％，因此气缸套磨损及其改善措施一直是发动机制造、使用和维护的一个重大课题。
气缸套里的燃烧产物中以硫、钒化合物的腐蚀作用为最甚，这对燃烧重油的发动机是一个大问题。重油又称劣质燃油或低质燃油，是指品质低劣、使用困难、价格低廉的燃料油，它成分复杂，含有较多的水分、灰分和硫、钒、钠、硅、残炭等杂质。
发动机使用重油时，其磨损比用低硫柴油的要高2-3倍，这是由于燃油中的硫为腐蚀磨损提供了条件。由于发动机的燃油燃烧时会产生SO2和SO3等酸性腐蚀气体，这些气体遇到气缸套表面的水蒸气时容易生成H2SO3和H2SO4，会使气缸套严重腐蚀，从而造成腐蚀磨损，硫的作用有如下两种方式：
1）高温区的气体腐蚀，即SO2和SO3的腐蚀作用，温度越高，SO2越多，燃气温度在900℃以上时，几乎没有SO3，在气缸套壁附近因温度较低有较多的SO3存在。
2）低温区的酸性腐蚀，气缸套内在排气后温度逐渐下降，缸壁温度可降至200℃以下，燃气与缸壁接触后，其中水蒸气呈饱和状态，于是会析出水滴，并与SO3结合成为硫酸，这种情况在低负荷和冷车启动时更为严重。
对于启动频繁的发动机，由于缸壁温度较低，硫酸的腐蚀作用会使缸壁表面生成一层疏松的腐蚀薄膜。这层薄膜在发动机再次启动时，迅速被磨掉，摩擦作用进一步促进了腐蚀作用，这是因为它是表面得到激活而加快了化学过程，而化学反应的产物由于摩擦作用被迅速除掉，又暴露出新鲜金属，使腐蚀作用得以继续进行，如此反复进行，使磨损不断增加。
因此，在酸性腐蚀环境下，研究气缸套活塞环配副的摩擦特性和磨损规律，对提高发动机的可靠性和使用寿命具有重大意义。
现有技术在进行气缸套活塞环摩擦磨损时，通常把气缸套活塞环放置在密封容器中，然后通入腐蚀性气体，使气缸套活塞环处在气体腐蚀环境中，经过一定时间的试验后，通过测量气缸套的磨损量，来评价气缸套活塞环的抗腐蚀性。
这种技术基本创造了气缸套活塞环的腐蚀环境，可以评价气缸套活塞环的抗腐蚀性，但存在以下缺点：首先，腐蚀性气体需要很好的密封性，存在较大的危险性，不易操作，也不安全；其次，腐蚀性气体的酸性腐蚀作用较弱，与实际的液体酸性腐蚀存在一定差别，很难真实的模拟气缸套活塞环这对摩擦副所处的腐蚀环境。
因此，在进行腐蚀磨损试验时，如何真实的模拟气缸套活塞环所处的腐蚀环境，是本领域技术人员急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种气缸套活塞环腐蚀磨损试验装置。该装置能够真实模拟气缸套活塞环所处的腐蚀环境，试验结束后，通过测量气缸套的磨损量，即可评价出气缸套活塞环的抗腐蚀性能，试验结果更加准确。
为实现上述目的，本发明提供一种气缸套活塞环腐蚀磨损试验装置，包括：
气缸套夹具，用于夹持固定气缸套试样；
活塞环夹具，用于夹持固定活塞环试样，并带动所述活塞环试样往复运动与气缸套试样摩擦；
润滑系统，为所述气缸套试样与活塞环试样的摩擦面提供润滑油;
还包括：
腐蚀系统，包括腐蚀液储存器、腐蚀液管路以及腐蚀液输送泵，所述腐蚀液管路的出液口输出至所述活塞环试样与气缸套试样的摩擦面；
废液收集系统，包括废液储存器和废液管路，试验后的废液以及过量的润滑油和腐蚀液混合后经所述废液管路输送至所述废液储存器。
优选地，所述气缸套夹具包括容纳所述气缸套试样的夹具槽和定位螺栓，所述定位螺栓旋入所述夹具槽侧壁上的螺栓孔支撑于所述气缸套试样将其固定，所述气缸套试样与夹具槽内壁之间形成储油槽。
优选地，所述夹具槽大体上呈长方形，其与所述储油槽相连通的出油口位于经过倒角处理的斜面上，所述废液管路与所述夹具槽的出油管相连通。
优选地，所述出油管为向下弯曲的弯管，其根部通过直管与所述夹具槽的出油口相连通。
优选地，所述夹具槽前后侧壁的高度低于左右侧壁的高度。
优选地，所述夹具槽可容纳的气缸套试样的直径范围为160mm-180mm。
优选地，所述活塞环试样为取自整个活塞环的部分活塞环；所述气缸套试样为取自整个气缸套的部分气缸套。
优选地，所述腐蚀液管路为橡胶管，并设有可调式橡胶管支架。
优选地，所述腐蚀液输送泵为蠕动泵。
优选地，所述活塞环夹具和气缸套夹具的腐蚀液接触部位或整体涂覆有耐腐蚀粘接剂层。
优选地，所述耐腐蚀粘接剂层的涂覆过程包括以下步骤：
（1）将所述活塞环夹具和气缸套夹具打磨，并在打磨后放入丙酮中进行超声波清洗，然后吹干待用；
（2）将可以耐200℃以上高温的耐腐蚀粘接剂按比例调配；
（3）将调配的耐腐蚀粘接剂均匀的涂抹在吹干待用的活塞环夹具和气缸套夹具上，然后在空气中露置5-7小时；
（4）将涂抹过耐腐蚀粘接剂的活塞环夹具和气缸套夹具置于烘箱中，在100℃-140℃的条件下静置8-16小时，之后在140℃-160℃条件下静置2-4小时，最后自然冷却；
（5）检查耐腐蚀粘接剂固化后的表面，若表面检查不合格，重复进行上述步骤（1）、（2）、（3）、（4）、（5），直至满足要求。
优选地，所述耐腐蚀粘接剂为TS406聚合陶瓷耐腐蚀粘接剂或改性AB环氧树脂粘接剂。
本发明通过气缸套夹具和活塞环夹具形成气缸套活塞环摩擦副，并在摩擦表面通入润滑油的同时，另外开发出一条输液管路，用于输送腐蚀性的液体，使腐蚀性液体喷射到气缸套活塞环的接触表面，模拟发动机气缸套活塞环所处的腐蚀环境，然后进行试验，经过一定时间的试验后，通过测量气缸套的磨损量评价气缸套活塞环的抗腐蚀性，由于温度、载荷、相对速度、供油、腐蚀性溶液量和腐蚀性溶液喷射部位等试验条件可控性强，因此能够真实的模拟气缸套活塞环的工作状态和所处的腐蚀环境，从而显著提高试验结果的准确性。
在一种优选方案中，所述活塞环夹具和气缸套夹具的腐蚀液接触部位或整体涂覆有耐腐蚀粘接剂层。由于气缸套-活塞环的腐蚀磨损试验考核对试验机也存在腐蚀作用，尤其是与腐蚀介质相接触的部分，其腐蚀尤为严重，容易导致试验设备损坏，而耐腐性粘结剂对试验酸性腐蚀环境具有良好的耐腐蚀性，因此，采用耐腐蚀性粘结剂能够对活塞环夹具和气缸套夹具进行有效防护，尤其是活塞环夹具，可进行整体涂覆，从而保证腐蚀磨损试验在试验装置上安全、可靠的进行。
附图说明
图1为本发明所提供气缸套活塞环腐蚀磨损试验装置的局部示意图；
图2为本发明所提供气缸套活塞环腐蚀磨损试验装置的气缸套夹具的结构示意图；
图3为本发明所提供气缸套活塞环腐蚀磨损试验装置的活塞环夹具在涂覆耐腐蚀粘接剂层后的结构示意图；
图4为涂覆耐腐蚀粘接剂层的工艺流程图。
图中：
1.腐蚀性溶液瓶 2.橡胶管 3.橡胶管支架 4.蠕动泵 5.活塞环夹具 6.活塞环试样 7.气缸套试样 8.气缸套夹具 8-1.夹具槽 8-2.螺栓孔 8-3.出油管 9.废液瓶 10.耐腐蚀粘接剂层
具体实施方式
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。
请参考图1，图1为本发明所提供气缸套活塞环腐蚀磨损试验装置的局部示意图。
在一种具体实施方式中，本发明提供的气缸套活塞环腐蚀磨损试验装置的基础为SRV摩擦磨损试验机。该试验机能够对多种工况参数下（压力、位移、速度、活塞环尺寸等）的摩擦磨损情况进行模拟和考核，其中，针对气缸套活塞环的腐蚀磨损试验主要通过活塞环夹具5和气缸套夹具8实现。
活塞环夹具5用于夹持固定活塞环试样6，可采用SRV摩擦磨损试验机自带的夹具
气缸套夹具8用于夹持固定气缸套试样7。由于SRV摩擦磨损试验机自带的气缸套夹具只能夹持直径不大于150mm的气缸套，对于更大直径的气缸套该夹具不能应用，同时该夹具耐腐蚀性也比较差，在进行直径为170mm的气缸套活塞环的腐蚀磨损试验时，设备自带的夹具不能满足要求，需要设计一种专用的气缸套试样夹具才能试验。
请参考图2，图2为本发明所提供气缸套活塞环腐蚀磨损试验装置的气缸套夹具的结构示意图。
如图所示，气缸套夹具8包括夹具槽8-1和定位螺栓（图中未示出），夹具槽8-1可容纳的气缸套试样7的直径范围为160mm-180mm，其左侧开设有一个螺栓孔8-2，右侧开设有两个螺栓孔8-2，前侧开设有一个螺栓孔8-2，四个定位螺栓从三个方向旋入夹具槽8-1侧壁上的螺栓孔，螺栓末端支撑于气缸套试样7将其固定。
夹具槽8-1大体上呈长方形，气缸套试样7与夹具槽8-1内壁之间形成储油槽，其与储油槽相连通的出油口位于经过倒角处理的斜面上，出油管8-3为向下弯曲的弯管，其根部通过直管焊接于夹具槽8-1的出油口，通过增大出油管8-3的直径，可使储油槽内的润滑油顺畅流出，防止储油槽内积聚大量润滑油油液。
夹具槽8-1前后侧壁的高度低于左右侧壁的高度，将气缸套夹具8的前后两边进行降低，可防止试验时活塞环碰撞前后两侧壁。
气缸套夹具8能够可靠固定气缸套试样，且该能够顺利安装到SRV摩擦磨损试验机上，并能够暂时存储一定量的润滑油。
SRV摩擦磨损试验机的润滑系统能够为气缸套试样与活塞环试样的摩擦面提供润滑油。
腐蚀系统主要由腐蚀性溶液瓶1、橡胶管2以及蠕动泵4组成，橡胶管2设有可调式橡胶管支架3，橡胶管2出液口输出至活塞环试样6与气缸套试样7的摩擦面。
废液收集系统主要由废液瓶9和废液管路组成，废液管路与夹具槽8-1的出油管8-3相连通，试验后的废液以及过量的润滑油和腐蚀液混合后经废液管路输送至废液瓶9。
活塞环试样6为取自整个活塞环的部分活塞环，气缸套试样7为取自整个气缸套的部分气缸套。通过将气缸套和活塞环切割成一定尺寸的小试样，用零件的部分代替零件的整体，可在保证活塞环和缸套的形状、表面处理方式和接触形式等不变的情况下进行摩擦磨损试验。这样，活塞环和缸套的夹具也较简单，试样的装夹、拆卸更加方便、快捷。
上述气缸套活塞环腐蚀磨损试验装置的工作原理如下：
腐蚀性溶液瓶1中的腐蚀性液体在蠕动泵4的作用下通过橡胶管2喷射到气缸套试样7和活塞环试样6的摩擦表面，通过调节蠕动泵4，可以改变腐蚀性液体的压力和流量，通过调节橡胶管支架3，可以改变腐蚀性液体在气缸套活塞环的喷射部位，润滑油通过另一管路从活塞环夹具5的油孔到达摩擦表面，试验时气缸套试样7保持固定，活塞环试样6做往复运动，试验后的废液、过量的腐蚀性液体和润滑油会先积聚在气缸套夹具8内，然后通过气缸套夹具8上的出油口流入到废液瓶9中。
本发明通过气缸套夹具和活塞环夹具形成气缸套活塞环摩擦副，并在摩擦表面通入润滑油的同时，另外开发出一条输液管路，用于输送腐蚀性的液体，使腐蚀性液体喷射到气缸套活塞环的接触表面，模拟发动机气缸套活塞环所处的腐蚀环境，然后进行试验，经过一定时间的试验后，通过测量气缸套的磨损量评价气缸套活塞环的抗腐蚀性，由于温度、载荷、相对速度、供油、腐蚀性溶液量和腐蚀性溶液喷射部位等试验条件可控性强，因此能够真实的模拟气缸套活塞环的工作状态和所处的腐蚀环境，从而显著提高试验结果的准确性。
请参考图3，图3为本发明所提供气缸套活塞环腐蚀磨损试验装置的活塞环夹具在涂覆耐腐蚀粘接剂层后的结构示意图。
由于气缸套-活塞环的腐蚀磨损试验考核对试验机也存在腐蚀作用，尤其是与腐蚀介质相接触的部分，其腐蚀尤为严重，容易导致试验设备损坏，可以在活塞环夹具5和气缸套夹具8的腐蚀液接触部位或整体涂覆耐腐蚀粘接剂层10，具体可选用TS406聚合陶瓷耐腐蚀粘接剂或改性AB环氧树脂粘接剂。
耐腐性粘结剂对试验酸性腐蚀环境具有良好的耐腐蚀性，因此，能够对活塞环夹具5和气缸套夹具8进行有效防护，尤其是活塞环夹具5，可进行整体涂覆，从而保证腐蚀磨损试验在试验装置上安全、可靠的进行。
请参考图4，图4为涂覆耐腐蚀粘接剂层的工艺流程图。
如图所示，所述耐腐蚀粘接剂层10的涂覆过程包括以下步骤：
（1）用细砂纸将装夹缸套和活塞环的夹具打磨后放在丙酮中超声清洗5分钟，然后吹干待用；
（2）将可以耐200℃高温的耐腐蚀粘接剂按比例调配好；
（3）将调配好的粘接剂均匀的涂抹在吹干待用的夹具上，空气中露置6小时；
（4）将涂抹过耐高温、耐腐蚀粘接剂的夹具，置于烘箱中于120℃静置12小时，之后在150℃静置3小时，最后自然冷却；
（5）检查粘接剂固化后的工装表面，确保粘接涂层均匀一致、粘附牢固，无空洞、无剥落，并用刀具修整影响装夹的地方，确保能够对缸套和活塞环准确定位和可靠装夹；若工装表面检查不合格，重复进行步骤（1）、（2）、（3）（4）、（5），直至工装满足要求。
当然，上述气缸套活塞环腐蚀磨损试验装置仅是一种优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要作出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式。例如，采用其他类型的输送泵来代替蠕动泵等等。由于可能实现的方式较多，这里就不再一一举例说明。
以上对本发明所提供的气缸套活塞环腐蚀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。
Claims (12)
1.一种气缸套活塞环腐蚀磨损试验装置，包括：
气缸套夹具，用于夹持固定气缸套试样；
活塞环夹具，用于夹持固定活塞环试样，并带动所述活塞环试样与气缸套试样往复摩擦；
润滑系统，为所述气缸套试样与活塞环试样的摩擦面提供润滑油;
其特征在于，还包括：
腐蚀系统，包括腐蚀液储存器、腐蚀液管路以及腐蚀液输送泵，所述腐蚀液管路的出液口输出至所述活塞环试样与气缸套试样的摩擦面；
废液收集系统，包括废液储存器和废液管路，试验后的废液以及过量的润滑油和腐蚀液混合后经所述废液管路输送至所述废液储存器。
2.根据权利要求1所述的气缸套活塞环腐蚀磨损试验装置，其特征在于，所述气缸套夹具包括容纳所述气缸套试样的夹具槽和定位螺栓，所述定位螺栓旋入所述夹具槽侧壁上的螺栓孔支撑于所述气缸套试样将其固定，所述气缸套试样与夹具槽内壁之间形成储油槽。
3.根据权利要求2所述的气缸套活塞环腐蚀磨损试验装置，其特征在于，所述夹具槽大体上呈长方形，其与所述储油槽相连通的出油口位于经过倒角处理的斜面上，所述废液管路与所述夹具槽的出油管相连通。
4.根据权利要求3所述的气缸套活塞环腐蚀磨损试验装置，其特征在于，所述出油管为向下弯曲的弯管，其根部通过直管与所述夹具槽的出油口相连通。
5.根据权利要求3所述的气缸套活塞环腐蚀磨损试验装置，其特征在于，所述夹具槽前后侧壁的高度低于左右侧壁的高度。
6.根据权利要求2所述的气缸套活塞环腐蚀磨损试验装置，其特征在于，所述夹具槽可容纳的气缸套试样的直径范围为160mm-180mm。
7.根据权利要求1所述的气缸套活塞环腐蚀磨损试验装置，其特征在于，所述活塞环试样为取自整个活塞环的部分活塞环；所述气缸套试样为取自整个气缸套的部分气缸套。
8.根据权利要求1所述的气缸套活塞环腐蚀磨损试验装置，其特征在于，所述腐蚀液管路为橡胶管，并设有可调式橡胶管支架。
9.根据权利要求1所述的气缸套活塞环腐蚀磨损试验装置，其特征在于，所述腐蚀液输送泵为蠕动泵。
10.根据权利要求1至9任一项所述的气缸套活塞环腐蚀磨损试验装置，其特征在于，所述活塞环夹具和气缸套夹具的腐蚀液接触部位或整体涂覆有耐腐蚀粘接剂层。
11.根据权利要求10所述的气缸套活塞环腐蚀磨损试验装置，其特征在于，所述耐腐蚀粘接剂层的涂覆过程包括以下步骤：
（1）将所述活塞环夹具和气缸套夹具打磨，并在打磨后放入丙酮中进行超声波清洗，然后吹干待用；
（2）将可以耐200℃以上高温的耐腐蚀粘接剂按比例调配；
（3）将调配的耐腐蚀粘接剂均匀的涂抹在吹干待用的活塞环夹具和气缸套夹具上，然后在空气中露置5-7小时；
（4）将涂抹过耐腐蚀粘接剂的活塞环夹具和气缸套夹具置于烘箱中，在100℃-140℃的条件下静置8-16小时，之后在140℃-160℃条件下静置2-4小时，最后自然冷却；
（5）检查耐腐蚀粘接剂固化后的表面，若表面检查不合格，重复进行上述步骤（1）、（2）、（3）、（4）、（5），直至满足要求。
12.根据权利要求10或11所述的气缸套活塞环腐蚀磨损试验装置，其特征在于，所述耐腐蚀粘接剂为TS406聚合陶瓷耐腐蚀粘接剂或改性AB环氧树脂粘接剂。
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |