CN109694947B

CN109694947B - 一种缸套喷淋冷却系统

Info

Publication number: CN109694947B
Application number: CN201910072010.9A
Authority: CN
Inventors: 石梁健; 陈文豪; 胡岩松; 陆铭; 刘齐
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2019-01-25
Filing date: 2019-01-25
Publication date: 2020-11-03
Anticipated expiration: 2039-01-25
Also published as: CN109694947A

Abstract

本发明公开了一种缸套喷淋冷却系统，包括喷淋部分、水箱和夹持部分，喷淋部分与水箱连接，喷头包括内喷头和外喷头，内喷头和外喷头分别连接水箱，内喷头的底部通过传动部件与电动机A连接，实现内喷头的旋转喷射，喷头底部连接冷却水回收装置，可以对喷淋出来的冷却水进行回收，冷却水回收装置与水箱之间连通，实现冷却水的循环使用；夹持部分包括机械手，夹持部分与喷淋部分配合安装，机械手可以移动到喷头的正对面，本发明的结构设计合理，使用便捷，冷却效果佳。

Description

一种缸套喷淋冷却系统

技术领域

本发明属于给机械技术领域，尤其涉及一种缸套喷淋冷却系统。

背景技术

热处理指金属材料在固态下，使用加热、保温和冷却技术，让材料表面或内部的化学成分与组织发生变化，以获得所需要的性能。热处理作为零件和模具制造环节中的一个重要工序，它包含了加热、保温和冷却，但常常只有加热和冷却。热处理工艺主要有：退火、正火、淬火、回火、调质、时效处理、感应加热、渗碳等。

冷却在热处理工艺中是一个必不可少的工序，其设备也是生产过程中不可或缺的组成部分。冷却处理与产品质量有着直接联系，冷却处理地好，则产品的质量可以得到保障，反之。值得注意的是，有62.5％的合金钢的热处理的质量问题，都是在冷却环节中出现的。因此，冷却技术在国内外热处理行业中是一个备受关注的话题。

长期在高温高压环境下运作，一方面，它承担了燃烧室的密封、活塞的导向和传递热量，另一方面，因为是燃烧室的一部分，需要轮流地和高温高压的燃烧气体接触，因此它还受到交变的机械负荷和热负荷，缸套受到小均匀的热负荷而出现了不规则的形变，对缸套与活塞组件间的密封、摩擦、磨损以及排放性能的影响较大，因此缸套需要有良好的传热性能，运作时有较小的形变、初始啮合消耗的时间短、好的抗拉伤能力及低的机油损耗，要达到这些要求，需要改善对缸套本身的热处理过程，提高均匀冷却的质量。而在批量生产中我们发现，缸套会出现许多问题，比如刚度差、形变磨损大，尤其当活塞位于上止点时，缸套的端磨现象使机油油耗变大，这更对缸套的使用寿命有直接影响。由于活塞在其内孔往复排送高压泥浆，因此要求其内表面的耐磨性要好，硬度要高，一般渗碳层深度为1.8-2.3毫米，淬火后硬度HRC>58。在传统的热处理中，缸套经固体渗碳后一直采用普通淬火的方法,硬度仅HRC40多,达不到工艺要求,并且变形较大。要增大缸套内壁的硬度,必须解决内孔均匀激冷的问题。

现有技术中钻井泵的缸套/活塞、缸套/柱塞均采用介质水喷淋缸套内孔表面，达到冲洗、冷却缸套/活塞或缸套/柱塞的，不能有效降低缸套/活塞或缸套/柱塞的工作温度，因此缸套/活塞或缸套/柱塞的使用寿命较短，生产效率不足，并且生产成本较高。喷淋冷却是用低温液体喷散产品的一种冷却方法。这种方法是利用从管路尾端的支管中射出的水柱，喷到缸套表层以获得冷却缸套的目的。但是，该冷却技术的每个管路的喷淋水压和水量都是不能独立控制的，并且从水管喷出的水柱状的水，喷到缸套表层后不能解决内孔均匀激冷，使得缸套冷却地不匀称，速度也得不到控制，无法获得另客户满意的产品。此种结构设计出的冷却结果无法达到产品质量的要求。并且我国这方面的研究都很少。

由于缸套属于薄壁零件，在运作中，受到高温燃气、冷却不匀称和长时间的摩擦损耗的影响，缸套内壁长期承受较大的周向压应力，同时外壁承受着拉应力，因而在不同部位会出现不一致的形变，缸套上出现的不规则形变，不但对缸套的强度有影响，对缸套与活塞环间的密封、摩擦和磨损的影响更加不可忽略。

发明内容

本发明根据现有技术中存在的问题，提出了一种缸套喷淋冷却系统，目的在于提供一种结构合理，使用便捷，冷却效果佳，更加可靠，以增强缸套抵抗变形和磨耗得能力的喷淋冷却设备的需求。

本发明所采用的技术方案如下：

一种缸套喷淋冷却系统，包括喷淋部分、水箱和夹持部分，所述喷淋部分与水箱连接，所述喷淋部分包括喷头，所述喷头包括内喷头和外喷头，所述内喷头和外喷头分别连接水箱，所述内喷头的底部通过传动部件与电动机A连接，实现内喷头的旋转喷射，所述喷头底部连接冷却水回收装置，可以对喷淋出来的冷却水进行回收，所述冷却水回收装置与水箱之间连通，实现冷却水的循环使用；

所述夹持部分包括机械手，所述夹持部分与喷淋部分配合安装，所述机械手可以移动到喷头的正对面。

进一步，所述水箱与喷头之间通过电动三通分流调节阀连接，所述水箱与电动三通分流调节阀之间设有定向泵，实现对内喷头和外喷头的供水；

进一步，所述水箱与电动三通分流调节阀之间还设有水滤清器，对冷却水进行过滤；

进一步，所述外喷头为均匀布置的两组竖直喷孔，且对称安装在U型面的竖直边沿；所述内喷头为均匀布置的三组竖直喷孔；

进一步，所述传动部件为皮带轮结构或齿轮结构。

本发明的有益效果：

本发明采用内、外两个喷水器同时喷淋，可以使缸套内外表面冷却更加均匀，提高缸套抵抗热变形的能力。在每个管路均设有调节阀和压力变送器，利用调节阀来控制每个管路水的压力，实现了分区控制；这避免了在常规冷却设备中，只有主管路的水的压力可以调控的情况，从而造成上方分管路的水压小，水流量少，难以冷却，下方分管路的水压大，水流量大，可以快速冷却的现象，致使出现冷却结果差的现象。

本发明能够改进缸套热处理的喷淋过程，使其均匀冷却，提高缸套抵抗热变形的能力，抵抗磨耗得能力，这对改善缸套的密封性和提高生产效率都有重要的指导意义。

附图说明

图1是本发明喷洒总图；

图2是本发明喷头布置示意图；

图3是本发明喷淋冷却连接关系图；

图4是本发明喷头喷洒角度示意图；

图5是本发明机械手夹爪的结构示意图；

图6是本发明装夹机械手结构示意图；

图7是本发明装夹机械手工作过程图；

图8是本发明系统工作流程框图；

图中，1、喷头，2、水箱，3、冷却水回收装置，4、步进电机A，5、电动三通分流调节阀，6、外喷淋水管，7、内喷淋水管，8、内喷头，9、外喷头，10、定位圆台，11、支撑平台，12、机架，13、水滤清器，14、定向泵A，15、压力传感器，16、油温传感器，17、液位传感器a，18、液位传感器b，19、液压基座，20、液压缸，21、前臂，22、步进电机B，23、气缸，24、机械夹爪，25、连接法兰，26、外关节a，27、连杆，28、内关节a，29、内关节b，30、外关节b，31、定向泵B。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明所提出的一种缸套喷淋冷却系统，包括喷头1，如图2所示，喷头1包括机架12，支架12下端支脚用于固定，机架12上端为柱面，在弧面竖直边沿上设有两组相对的外喷头9，外喷头9通过外喷淋水管6连接水箱2，在机架12中部竖直设有内喷头8，内喷头8通过内喷淋水管7连接水箱1，内喷头8的底部固定在定位圆台10上，定位圆台10的底部固定在支撑圆台11上，撑圆台11的竖直轴底端通过皮带轮或齿轮结构连接电动机A4，在电动机A4的转动下带动内喷头8的转动，机架12的底部还通过管道连接冷却水回收装置3，用于将喷淋后的液体进行集中回收，冷却水回收装置3还可以通过管道连接水箱2，在该连接管路上设有定向泵B，用于将收集的液体输入水箱，实现对液体的循环利用。

为了更清楚的说明本系统的连接关系，以下结合附图3进行说明，水箱2通过管路连接电动三通分流调节阀5，并且在该管路上设有水滤清器13、定向泵A和压力传感器15，通过水滤清器13对水箱中的水进行过滤，防止喷淋的时候喷出杂质，在定向泵A的作用下水箱中的水进入电动三通分流调节阀5，电动三通分流调节阀5的输出端分别连接外喷淋水管6和内喷淋水管7，喷头1的底部通过管道连接冷却水回收装置3，冷却水回收装置3上分别设有液位传感器b18和液压基座19，冷却水回收装置3还可以通过管道连接水箱2，在该连接管路上设有定向泵B，用于将收集的液体输入水箱，实现对液体的循环利用。

在水箱2与外喷淋水管6、内喷淋水管7之间通过电动三通分流调节阀5连接，且在喷头正对处设有夹持装置，用于夹持需要进行喷淋冷却的缸套进行夹持，如图4、5、6所示，夹持装置包括液压基座19，液压基座19的底部通过螺栓固定安装，液压基座19内部装有液压缸20，在液压基座19的上部水平设置前臂21，在前臂21的末端设有机械手，机械手部分具体结构如图5、6所示，机械手包括两个与前臂21竖直连接的外关节a26和外关节b30，两个内关节a和内关节b，两个内关节的一端与竖直的连杆27下端铰接，连杆27的上端连接气缸23，且气缸23通过连接法兰25固定在前臂21上，两个内关节的另一端通过螺栓分别与两个外关节的底部连接，且该连接部还固连有两个对称的机械夹爪24。将整个夹持装置固定安装在喷头1正对面，使得机械夹爪24可以将缸套夹持，并移动到喷头1正对的位置，对缸套进行喷淋冷却。

为了更清楚的解释本发明所保护的内容，以下结合本发明的工作过程作进一步解释，如图7、8所示，本发明所提出的缸套喷淋冷却系统的工作如下：

首先，由机械手抓取待冷却加工的缸套，并将其放置于冷却加工的工作台上；再旋转机械手将加热感应线圈套在缸套外边，进行感应加热淬火；当淬火完成后，机械手垂直向上移动，将感应线圈撤回。其次，工作台带动缸套进行旋转运动，喷淋系统对缸体的内外表面进行喷淋冷却操作；喷淋冷却结束后，由机械手将冷却加工后的缸套从工作台上取下，完成对缸套的喷淋冷却作业。其中，步进电机A、步进电机B分别运用单片机进行缸套淬火时间和缸套喷淋冷却时间的控制；用单片机的定时器实现定时终止时间，定时时间到后产生中断，停止步进电机，同时再定时运行时间，定时时间到后产生中断，运行步进电机。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种缸套喷淋冷却系统，其特征在于，包括喷淋部分、水箱（2）和夹持部分，所述喷淋部分与水箱（2）连接，所述喷淋部分包括喷头（1），所述喷头（1）包括内喷头（8）和外喷头（9），所述内喷头（8）和外喷头（9）分别连接水箱（2），所述内喷头（8）的底部通过传动部件与电动机A连接，实现内喷头（8）的旋转喷射，所述喷头（1）底部连接冷却水回收装置（3），所述冷却水回收装置（3）与水箱（2）之间连通，实现冷却水的循环使用；所述夹持部分包括机械手，所述夹持部分与喷淋部分配合安装，所述机械手能移动到喷头（1）的正对面；喷头（1）包括机架（12），机架（12）下端支脚用于固定，机架（12）上端为柱面，在弧面竖直边沿上设有两组相对的外喷头（9），外喷头（9）通过外喷淋水管（6）连接水箱（2），在机架（12）中部竖直设有内喷头（8），内喷头（8）通过内喷淋水管（7）连接水箱（2），内喷头（8）的底部固定在定位圆台（10）上，定位圆台（10）的底部固定在支撑圆台（11）上，支撑圆台（11）的竖直轴底端通过皮带轮或齿轮结构连接电动机A（4），在电动机A（4）的转动下带动内喷头（8）的转动，机架（12）的底部还通过管道连接冷却水回收装置（3），用于将喷淋后的液体进行集中回收，冷却水回收装置（3）通过管道连接水箱（2），在该连接管路上设有定向泵B，用于将收集的液体输入水箱，实现对液体的循环利用。

2.根据权利要求1所述的一种缸套喷淋冷却系统，其特征在于，所述水箱（2）与喷头（1）之间通过电动三通分流调节阀（5）连接，所述水箱（2）与电动三通分流调节阀（5）之间设有定向泵A，实现对内喷头（8）和外喷头（9）的供水。

3.根据权利要求1或2所述的一种缸套喷淋冷却系统，其特征在于，所述水箱（2）与电动三通分流调节阀（5）之间还设有水滤清器（13）。

4.根据权利要求1或2所述的一种缸套喷淋冷却系统，其特征在于，所述外喷头（9）为均匀布置的两组竖直喷孔，且对称安装在U型面的竖直边沿；所述内喷头（8）为均匀布置的三组竖直喷孔。

5.根据权利要求1所述的一种缸套喷淋冷却系统，其特征在于，所述传动部件为皮带轮结构或齿轮结构。