CN110887756A - 一种缸套穴蚀模拟试验及观测装置 - Google Patents

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李国兴
刘�东
王铁
侯振宁
张鹏
杨甜甜
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Abstract

本发明公开了一种缸套穴蚀模拟试验及观测装置，该装置包括穴蚀模拟敲缸设备、冷却水空化气泡观测设备和缸套外壁冷却水循环系统。所述穴蚀模拟敲缸设备通过电机控制四杆机构运转，对所述缸套进行敲击，并通过传感器实时记录缸套振动数据；所述缸套外壁冷却水空化气泡观测设备包括在机体模型上开辟的透镜观察窗、高速摄像机和LED摄影灯；所述冷却水循环系统包括水槽和水管，水槽内放置加热棒，加热棒与智能水温控制器相连，入水管上设置有水泵、开关和智能电磁流量计。本发明能够较为真实的模拟缸套振动，并实时观测空化气泡，有利于缸套穴蚀研究。

Description

一种缸套穴蚀模拟试验及观测装置
技术领域
本发明涉及穴蚀模拟试验技术，具体涉及一种缸套穴蚀模拟试验及观测装置。
背景技术
气缸套穴蚀是由于活塞撞击力引起的缸套振动造成冷却水压力的波动，当向离开冷却液方向振动时，会在缸套外侧和冷却液之间形成一个低压区，低压区里冷却液气化形成气泡：当向靠近冷却液方向振动时，低压气泡受压在缸套外壁发生爆炸。连续的振动使气泡连续爆炸，缸套外侧的氧化膜便产生许多小孔，随后产生的气泡极易在这些小孔处滞留，然后气泡继续破裂，使原先的孔洞不断气势扩大，有的可穿透缸套。由于发动机运转过程中的穴蚀状况很难观测并加以研究，研究人员通过穴蚀模拟试验的方式来研究气缸套穴蚀机理，进而防止或者缓解穴蚀状况的发生。
申请号为201620860126.0的中国专利申请公开了一种可视化气缸套穴蚀的试验设备，在其说明书部分第七段公开了以下特征“由所述的高频振动台模拟气缸套在柴油机机体内的振动频率”，在上述技术方案中，高频振动台只能模拟气缸套的振动频率，而且只能模拟气缸套整体的振动频率，而在发动机实际工作过程中，活塞对气缸套的局部进行撞击，气缸套不同位置的振动状况是不同的，现有的可视化气缸套穴蚀的试验设备无法模拟这一状况，导致实验结果以及得出的结论不准确。
因此，存在设计一种装置能够模拟缸套实际振动状况的需求。
发明内容
本发明提供了一种缸套穴蚀模拟试验及观测装置，以解决上述无法模拟缸套实际振动状况的技术问题。
为达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种缸套穴蚀模拟试验及观测装置，包括穴蚀模拟敲缸设备和缸套外壁冷却水循环系统，穴蚀模拟敲缸设备包括机体模型、安装固定在机体模型内部的缸套以及用来模拟敲缸的电机、四杆机构和敲击锤，所述机体模型为下方开口的箱体，箱体内壁设有冷却水槽，缸套下方开口并贴固在机体模型内壁且与冷却水槽形成冷却水存储空间，机体模型外壁上设置冷却水入口和冷却水出口，缸套内壁安装可变换位置的振动传感器，机体模型冷却水槽内安装水压传感器；四杆机构包括曲柄、连杆、摇杆，电机输出轴和曲柄下端连接，曲柄的上端和连杆的下端铰接，连杆上端从缸套下方开口处伸入缸套内并安装敲击锤，连杆的杆体中部和摇杆的一端铰接，摇杆的另一端固定在支架上，所述冷却水循环系统包括水槽和水管，机体模型冷却水入口和冷却水出口通过水管接入水槽，冷却水入口连接的水管上设置有水泵、开关。
利用上述缸套穴蚀模拟试验及观测装置对缸套进行试验的方法为：启动水泵，打开开关，冷却水在冷却水存储空间内循环，然后启动电机，通过四杆机构带动敲击锤对缸套进行敲击，用振动传感器分别记录缸套不同位置的振动数据，用水压传感器记录冷却水的压力波动。
上述的一种缸套穴蚀模拟试验及观测装置，还包括缸套外壁冷却水空化气泡观测设备，缸套外壁冷却水空化气泡观测设备包括在机体模型外壁上开设的一个可更换的透镜观察窗和放置在透镜观察窗外侧的高速摄像机，观察部位用LED摄影灯照亮，高速摄像机与电脑连接完成数据存储。高速摄像机在可调节亮度与照射范围的LED摄影灯的作用下，进行局部放大拍摄，以观测敲击锤敲击过程中缸套外壁产生的微小空化气泡。
上述的一种缸套穴蚀模拟试验及观测装置，所述连杆为弹性连杆，以减少所述穴蚀模拟敲缸设备的刚性，保证穴蚀模拟敲缸设备稳定运转。在上述技术方案中，所述穴蚀模拟敲缸设备通过电机驱动，带动四杆机构运转，利用四杆机构中的弹性连杆上安装的敲击锤对缸套进行反复敲击。
上述的一种缸套穴蚀模拟试验及观测装置，振动传感器安装在缸套敲击点附近，并可以上下移动，用以监测敲击锤敲击缸套过程中不同位置的振动位移、振动速度和振动加速度数据。
上述的一种缸套穴蚀模拟试验及观测装置，水压传感器安装在与敲击锤撞击点平行的位置上，以监测敲击锤敲击过程中冷却水的压力变动。
上述的一种缸套穴蚀模拟试验及观测装置，穴蚀模拟敲缸设备可以通过改变电机的转速以控制敲击锤敲击缸套的速度和频率，并通过振动传感器对缸套实时数据进行监测，水压传感器对冷却水压力变动进行监测。改变电机转速则可改变敲击锤的敲击速度和频率，该方法操作简便，可以较为容易实现缸套不同的振动状况。
上述的一种缸套穴蚀模拟试验及观测装置，可以通过更换不同的透镜观测窗以调整放大倍率。
上述的一种缸套穴蚀模拟试验及观测装置，其特征在于加热棒与智能水温控制器相连，冷却水入口连接的水管上还设置有智能电磁流量计。所述冷却水循环系统通过加热棒和智能水温控制器控制水槽内冷却水的温度，而且通过在水管上安装的水泵、智能电磁流量计及开关共同控制整个冷却水循环系统水的流速。
本发明公开了一种缸套穴蚀模拟试验及观测装置，该装置包括穴蚀模拟敲缸设备、冷却水空化气泡观测设备和缸套外壁冷却水循环系统。本发明能够更真实的模拟缸套振动，实时记录缸套的振动数据和冷却水压力变化数据，并能够直接观测缸套外壁冷却水的空化气泡，有利于对缸套穴蚀的进一步研究。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1、透镜观察窗，2、支架，3、摇杆，4、弹性连杆，5、电机，6、曲柄，7、水槽，8、水泵，9、智能温度控制器，10、加热棒，11、水管，12、开关，13、智能电磁流量计，14、机体模型，15、缸套，16、敲击锤，17、振动传感器，18、水压传感器，19、LED摄影灯，20、高速摄像机，21、电脑。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步描述：
如图1所示，一种缸套穴蚀模拟试验及观测装置，所述缸套穴蚀模拟试验及观测装置包括穴蚀模拟敲缸设备、冷却水空化气泡观测设备和缸套外壁冷却水循环系统。所述穴蚀模拟敲缸设备包括机体模型14、安装固定在机体模型14上的缸套15以及用来模拟敲缸的电机5、四杆机构，所述四杆机构包括曲柄6、弹性连杆4、摇杆3，所述弹性连杆4上安装敲击锤16，所述缸套15内壁安装可变换位置的两个振动传感器17，所述机体模型14内壁安装水压传感器18；所述缸套外壁冷却水空化气泡观测设备包括在机体模型14上开辟的一个可跟换的透镜观察窗1和放置在所述透镜观察窗1外侧的高速摄像机20，观察部位用LED摄影灯19照亮，所述高速摄像机20与电脑21连接完成数据存储；所述冷却水循环系统包括水槽7和水管11，所述水槽7内放置加热棒10，加热棒10与智能水温控制器9相连，所述机体模型14冷却水入口处设置有水泵8、开关12、智能电磁流量计13。
利用上述缸套穴蚀模拟试验及观测装置对缸套进行试验的方法为：启动加热棒和智能水温控制器，使水温达到所需温度，然后启动水泵，打开开关，调节智能电磁流量计使冷却水流速达到要求，然后启动电机，通过连接机构带动敲击锤对缸套进行敲击，用振动传感器分别记录不同转速下缸套不同位置的振动数据，用水压传感器记录不同转速下冷却水的压力波动，并通过更换不同的透镜调整高速摄像机的拍摄倍率，得到便于观察研究的空化气泡图像。

Claims (8)

1.一种缸套穴蚀模拟试验及观测装置，其特征在于包括穴蚀模拟敲缸设备和缸套外壁冷却水循环系统，穴蚀模拟敲缸设备包括机体模型（14）、安装固定在机体模型（14）内部的缸套（15）以及用来模拟敲缸的电机（5）、四杆机构和敲击锤（16），所述机体模型（14）为下方开口的箱体，箱体内壁设有冷却水槽，缸套（15）下方开口并贴固在机体模型（14）内壁且与冷却水槽形成冷却水存储空间，机体模型（14）外壁上设置冷却水入口和冷却水出口，缸套（15）内壁安装可变换位置的振动传感器（17），机体模型（14）冷却水槽内安装水压传感器（18）；四杆机构包括曲柄（6）、连杆、摇杆（3），电机（5）输出轴和曲柄（6）下端连接，曲柄（6）的上端和连杆的下端铰接，连杆上端从缸套（15）下方开口处伸入缸套（15）内并安装敲击锤（16），连杆的杆体中部和摇杆（3）的一端铰接，摇杆（3）的另一端固定在支架（2）上，所述冷却水循环系统包括水槽（7）和水管（11），机体模型（14）冷却水入口和冷却水出口通过水管（11）接入水槽（7），冷却水入口连接的水管上设置有水泵（8）、开关（12）。
2.根据权利要求1所述的一种缸套穴蚀模拟试验及观测装置，其特征在于还包括缸套外壁冷却水空化气泡观测设备，缸套外壁冷却水空化气泡观测设备包括在机体模型（14）外壁上开设的一个可更换的透镜观察窗（1）和放置在透镜观察窗（1）外侧的高速摄像机（20），观察部位用LED摄影灯（19）照亮，高速摄像机（20）与电脑（21）连接完成数据存储。
3.根据权利要求1或2所述的一种缸套穴蚀模拟试验及观测装置，其特征在于所述连杆为弹性连杆（4），以减少所述穴蚀模拟敲缸设备的刚性，保证穴蚀模拟敲缸设备稳定运转。
4.根据权利要求1或2所述的一种缸套穴蚀模拟试验及观测装置，其特征在于振动传感器（17）安装在缸套（15）敲击点附近，并可以上下移动，用以监测敲击锤（16）敲击缸套（15）过程中不同位置的振动位移、振动速度和振动加速度数据。
5.根据权利要求1或2所述的一种缸套穴蚀模拟试验及观测装置，其特征在于水压传感器（18）安装在与敲击锤（16）撞击点平行的位置上，以监测敲击锤（16）敲击过程中冷却水的压力变动。
6.根据权利要求1或2所述的一种缸套穴蚀模拟试验及观测装置，其特征在于穴蚀模拟敲缸设备可以通过改变电机（5）的转速以控制敲击锤（16）敲击缸套（15）的速度和频率，并通过振动传感器（17）对缸套（15）实时数据进行监测，水压传感器（18）对冷却水压力变动进行监测。
7.根据权利要求2所述的一种缸套穴蚀模拟试验及观测装置，其特征在于可以通过更换不同的透镜观测窗（18）以调整放大倍率。
8.根据权利要求1或2所述的一种缸套穴蚀模拟试验及观测装置，其特征在于水槽（7）内放置加热棒（10），加热棒（10）与智能水温控制器（9）相连，冷却水入口连接的水管上还设置有智能电磁流量计（13）。
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