CN114354423B - 一种活塞环槽-活塞环摩擦磨损试验机及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种活塞环槽‑活塞环摩擦磨损试验机及试验方法，试验机包括缸套、活塞环、活塞下半部、定位盘、活塞上半部、旋转机构、冲击加载机构、加热装置和润滑装置，活塞下半部与活塞上半部贴合形成活塞环槽，活塞环侧面与活塞下半部的活塞环槽面之间形成摩擦面；旋转机构通过连杆和活塞销与活塞下半部相连，用于驱动活塞下半部进行圆周旋转运动；冲击加载机构与定位盘相连，通过凸轮施加冲击载荷到活塞下半部的活塞环槽与活塞环接触区；加热装置布置到缸套外围，用于提供活塞环槽与活塞环侧面摩擦区域的模拟温度；润滑装置用于将润滑油通入活塞环槽与活塞环侧面的摩擦区域。本发明能够营造高温、冲击、周向旋转等工况，更贴近实机。

Description

一种活塞环槽-活塞环摩擦磨损试验机及试验方法

技术领域

本发明涉及摩擦磨损试验技术领域，具体而言，尤其涉及一种活塞环槽-活塞环摩擦磨损试验机及试验方法。

背景技术

柴油机强化程度提高以后，活塞第一道活塞环槽与活塞环接触面需要承受更高爆发压力的持续冲击作用，容易造成高强化柴油机活塞环槽-活塞环接触面出现磨损加剧等问题。为了提高活塞环槽-活塞环摩擦磨损性能，很多厂家及研究者开展并加强了材料选型及加工工艺方面的研发，但是缺少零部件级活塞环槽-活塞环摩擦磨损性能评价的试验机。

现有技术中，活塞环槽-活塞环磨损试验一般利用零件装机台架试验完成，试验周期长，费用高，而且一些影响因素不能单独控制，使得试验数据分散，难以形成稳定可重复的评价方法。而往复式或回转式的试样级摩擦磨损试验机，是采用标准试样或者切割试样，无法考虑到活塞环槽-活塞环的运行工况和运动形式，只能模拟部分工况条件。

相比于台架试验和试样试验，零部件试验直接采用实机的活塞和活塞环零部件，结果的重复性较好，精度高、周期较短、模拟性好，有利于加快活塞产品研发进程。因此，研制零部件级活塞环槽-活塞环摩擦磨损试验机，获得活塞环槽-活塞环摩擦磨损性能评价方法，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

根据上述提出的活塞环槽-活塞环磨损试验一般利用零件装机台架试验完成，试验周期长，费用高，而且一些影响因素不能单独控制，使得试验数据分散，难以形成稳定可重复的评价方法；而往复式或回转式的试样级摩擦磨损试验机，是采用标准试样或者切割试样，无法考虑到活塞环槽-活塞环的运行工况和运动形式，只能模拟部分工况条件的技术问题。为了高效的进行活塞环槽-活塞环磨损性能评价试验而提供一种活塞环槽-活塞环摩擦磨损试验机及试验方法。本发明主要通过旋转机构和冲击加载机构，能够模拟活塞环槽受到的冲击运动及周向旋转，旋转机构使活塞环槽-活塞环接触区在冲击运动中带有相对运动，能够更好地模拟摩擦副的运动形式；同时能够营造高温、冲击、周向旋转等工况，更贴近实机；设计的定位销、定位盘以及缸套对活塞切割的两个部分进行定位，提高了试验的可靠性和稳定性，可避免偏磨现象，使活塞环槽-活塞环的接触面完全贴合。

本发明采用的技术手段如下：

一种活塞环槽-活塞环摩擦磨损试验机，包括：缸套、安装在缸套中的活塞环和活塞下半部、定位盘、安装在定位盘上的活塞上半部、旋转机构、冲击加载机构、加热装置和润滑装置，所述活塞下半部与活塞上半部贴合形成活塞环槽，所述活塞环侧面与活塞下半部的活塞环槽面之间形成摩擦面；所述旋转机构通过连杆和活塞销与活塞下半部相连，用于驱动活塞下半部进行圆周旋转运动；所述冲击加载机构与定位盘相连，通过凸轮施加冲击载荷到活塞下半部的活塞环槽与活塞环接触区；所述加热装置布置到缸套外围，用于提供活塞环槽与活塞环侧面摩擦区域的模拟温度；所述润滑装置用于将润滑油通入活塞环槽与活塞环侧面的摩擦区域。

进一步地，安装在位于底部的支撑平台上，其上设有密封壳体结构，所述缸套、活塞环、活塞下半部、定位盘、活塞上半部、旋转机构、冲击加载机构和加热装置均置于所述密封壳体结构内，其中旋转机构的一侧延伸出密封壳体结构外部，与驱动机构一相连，驱动机构一固定在密封壳体结构外壁；冲击加载机构的一侧延伸出密封壳体结构外部，与驱动机构二相连，驱动机构二固定在支撑平台上。

进一步地，所述驱动机构一包括联轴器一和调速电机一，所述调速电机一通过联轴器一与旋转机构相连，通过调速电机一和联轴器一驱动旋转机构运动，进而驱动活塞下半部做圆周旋转运动，保证活塞下半部活塞环槽与活塞环侧面之间的接触区存在相对运动；通过改变调速电机一的转速来控制活塞环槽与活塞环接触区的相对速度。

进一步地，所述冲击加载机构包括凸轮轴、滚轮、定位销和弹簧组，凸轮轴转动连接在密封壳体结构上，其伸出密封壳体结构的一端与驱动机构二相连，凸轮轴上方与滚轮接触连接，滚轮的上方通过定位销与弹簧组相连，弹簧组的上方与定位盘相连；

利用驱动机构二驱动凸轮轴转动，将载荷通过滚轮、定位销、弹簧组、定位盘和活塞上半部施加到活塞环槽与活塞环接触区；通过改变凸轮轴的凸轮型线来控制活塞环槽与活塞环接触区施加载荷的大小。

进一步地，所述驱动机构二包括联轴器二、齿轮组二和调速电机二，所述调速电机二依次通过齿轮组二和联轴器二与凸轮轴相连，利用调速电机二带动凸轮轴运动，进行施加载荷到活塞环槽与活塞环接触区；通过改变调速电机二的转速来控制活塞环槽与活塞环接触区施加载荷的频率。

进一步地，所述润滑装置由润滑油泵通过分油器供油到布置在缸套内壁的分支油管，并沿着缸套内壁靠重力分布到活塞环槽与活塞环侧面的摩擦区域。

本发明还提供了一种活塞环槽-活塞环摩擦磨损试验机的试验方法，包括如下步骤：

步骤一、将活塞环安装到缸套中；

步骤二、将活塞下半部安装到缸套中；

步骤三、将活塞上半部安装到定位盘中；

步骤四、将装有活塞环、活塞下半部的缸套放入到定位盘对应的活塞上半部位置上，这样活塞下半部与活塞上半部贴合后形成活塞环槽，则活塞环侧面与活塞下半部的活塞环槽面之间就形成了摩擦面；

步骤五、锁定缸套；

步骤六、试验开始前启动润滑油供给，保证润滑油向下沿着缸套的内壁流入到活塞环与活塞环槽的接触区域；

步骤七、启动活塞下半部连接的旋转机构，从而可以让润滑油均匀分布在活塞环槽与活塞环接触面；

步骤八、开启加热装置，并缓慢升温至预定温度；

步骤九、试验温度达到预定温度后，启动凸轮轴的冲击加载机构，开始计时磨损时间；

步骤十、试验时间达到规定时间停机，向下压缩弹簧组，降低定位盘的高度，依次关闭加热装置、润滑油泵，待试验机完全冷却至室温后，卸下缸套和活塞环，取出活塞下半部；

步骤十一、测量活塞环与活塞下半部之间的间隙变化量。

进一步地，所述步骤八中，加热温度可达到25-300℃。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供的活塞环槽-活塞环摩擦磨损试验机及试验方法，能够模拟活塞环槽受到的冲击运动及周向旋转，所用活塞、活塞环、缸套均是实际内燃机现役零部件，装有旋转机构，使活塞环槽-活塞环接触区在冲击运动中带有相对运动，能够更好地模拟摩擦副的运动形式。

2、本发明提供的活塞环槽-活塞环摩擦磨损试验机及试验方法，能够营造高温、冲击、周向旋转等工况，更贴近实机。

3、本发明提供的活塞环槽-活塞环摩擦磨损试验机及试验方法，可更换不同型号不同大小的活塞环槽-活塞环配对副，实用性更强。

4、本发明提供的活塞环槽-活塞环摩擦磨损试验机及试验方法，设计了定位销、定位盘以及缸套对活塞切割的两个部分进行定位，提高了试验的可靠性和稳定性，可避免偏磨现象，使活塞环槽-活塞环的接触面完全贴合。

综上，应用本发明的技术方案能够解决现有技术中活塞环槽-活塞环磨损试验一般利用零件装机台架试验完成，试验周期长，费用高，而且一些影响因素不能单独控制，使得试验数据分散，难以形成稳定可重复的评价方法；而往复式或回转式的试样级摩擦磨损试验机，是采用标准试样或者切割试样，无法考虑到活塞环槽-活塞环的运行工况和运动形式，只能模拟部分工况条件的问题。

基于上述理由本发明可在活塞环槽-活塞环摩擦磨损试验等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图。

图中：1、调速电机一；2、联轴器一；3、旋转机构；4、连杆；5、活塞下半部；6、加热装置；7、活塞销；8、缸套；9、活塞环；10、活塞上半部；11、定位盘；12、弹簧组；13、定位销；14、滚轮；15、凸轮轴；16、联轴器二；17、齿轮组二；18、调速电机二；19、支撑平台。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1所示，本发明提供了一种活塞环槽-活塞环摩擦磨损试验机，包括：缸套8、安装在缸套8中的活塞环9和活塞下半部5、定位盘11、安装在定位盘上的活塞上半部10、旋转机构3、冲击加载机构、加热装置和润滑装置，位于上方的活塞下半部5与位于下方的活塞上半部10贴合形成活塞环槽，活塞环9侧面与活塞下半部5的活塞环槽面之间形成摩擦面；旋转机构3通过连杆4和活塞销7与活塞下半部5的上方相连，用于驱动活塞下半部5进行圆周旋转运动；冲击加载机构与定位盘11相连，通过凸轮施加冲击载荷在定位盘11和活塞上半部10到活塞环槽与活塞环接触区；加热装置6布置到缸套外围，用于提供活塞环槽与活塞环侧面摩擦区域的模拟温度；润滑装置用于将润滑油通入活塞环槽与活塞环侧面的摩擦区域。

作为优选的实施方式，安装在位于底部的支撑平台19上，其上设有密封壳体结构，缸套8、活塞环9、活塞下半部5、定位盘11、活塞上半部10、旋转机构3、冲击加载机构和加热装置均置于密封壳体结构内，其中旋转机构3的一侧延伸出密封壳体结构外部，与驱动机构一相连，驱动机构一固定在密封壳体结构外壁；冲击加载机构的一侧延伸出密封壳体结构外部，与驱动机构二相连，驱动机构二固定在支撑平台19上。

作为优选的实施方式，驱动机构一包括联轴器一2和调速电机一1，调速电机一1通过联轴器一2与旋转机构3相连，通过调速电机一1和联轴器一2驱动旋转机构3运动，进而驱动活塞下半部5做圆周旋转运动，保证活塞下半部活塞环槽与活塞环侧面之间的接触区存在相对运动；通过改变调速电机一的转速来控制活塞环槽与活塞环接触区的相对速度。

作为优选的实施方式，冲击加载机构包括凸轮轴15、滚轮14、定位销13和弹簧组12，凸轮轴15转动连接在密封壳体结构上，其伸出密封壳体结构的一端与驱动机构二相连，凸轮轴15上方与滚轮14接触连接，滚轮14的上方通过定位销13与弹簧组12相连，弹簧组12的上方与定位盘11相连；

利用驱动机构二驱动凸轮轴15转动，将载荷通过滚轮14、定位销13、弹簧组12、定位盘11和活塞上半部10施加到活塞环槽与活塞环接触区；通过改变凸轮轴15的凸轮型线来控制活塞环槽与活塞环接触区施加载荷的大小。

作为优选的实施方式，驱动机构二包括联轴器二16、齿轮组二17和调速电机二18，调速电机二18依次通过齿轮组二17和联轴器二16与凸轮轴15相连，利用调速电机二18带动凸轮轴15运动，进行施加载荷到活塞环槽与活塞环接触区；通过改变调速电机二18的转速来控制活塞环槽与活塞环接触区施加载荷的频率。

作为优选的实施方式，润滑装置由润滑油泵通过分油器供油到布置在缸套内壁的分支油管，并沿着缸套内壁靠重力分布到活塞环槽与活塞环侧面的摩擦区域。

综上，本发明主要是利用调速电机二18带动凸轮轴15，通过滚轮14、定位销13、弹簧组12、定位盘11，以及活塞上半部10施加载荷到活塞上半部与下半部之间的活塞环槽与活塞环接触区；改变凸轮型线可以控制活塞环槽与活塞环接触区施加载荷的大小；改变调速电机二18的转速可以控制活塞环槽与活塞环接触区施加载荷的频率；调速电机一1带动活塞下半部旋转机构3、连杆4驱动活塞下半部5做圆周旋转运动，保证活塞下半部活塞环槽与活塞环侧面之间的接触区存在相对运动；改变调速电机一1的转速可以控制活塞环槽与活塞环接触区的相对速度；加热装置布置到气缸套外围，用于提供活塞环槽与活塞环侧面摩擦区域的模拟温度；润滑装置由润滑油泵通过分油器供油到布置在缸套内壁的分支油管，并沿着缸套内壁靠重力分布到活塞环槽与活塞环侧面的摩擦区域。

本发明还提供了一种活塞环槽-活塞环摩擦磨损试验机的使用方法，包括如下步骤：

步骤一、将活塞环9安装到缸套8中；

步骤二、将活塞下半部5安装到缸套8中；

步骤三、将活塞上半部10安装到定位盘11中；

步骤四、将装有活塞环9、活塞下半部5的缸套8放入到定位盘11对应的活塞上半部10位置上，这样活塞下半部5与活塞上半部10贴合后形成活塞环槽，则活塞环9侧面与活塞下半部5的活塞环槽面之间就形成了摩擦面；

步骤五、锁定缸套8；

步骤六、试验开始前启动润滑油供给，保证润滑油向下沿着缸套8的内壁流入到活塞环9与活塞环槽的接触区域；

步骤七、启动活塞下半部5的旋转机构3，从而可以让润滑油均匀分布在活塞环槽与活塞环接触面；

步骤八、开启加热装置6，并缓慢升温至预定温度，加热温度可以达到25-300℃；

步骤九、试验温度达到预定温度后，启动凸轮轴15的冲击加载机构，开始计时磨损时间；

步骤十、试验时间达到规定时间停机，向下压缩弹簧组12，降低定位盘11的高度，依次关闭加热装置6、润滑油泵，待试验机完全冷却至室温后，卸下缸套8和活塞环9，取出活塞下半部5；

步骤十一、测量活塞环9与活塞下半部5之间的间隙变化量。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种活塞环槽-活塞环摩擦磨损试验机，其特征在于，包括：缸套(8)、安装在缸套(8)中的活塞环(9)和活塞下半部(5)、定位盘(11)、安装在定位盘上的活塞上半部(10)、旋转机构(3)、冲击加载机构、加热装置和润滑装置，所述活塞下半部(5)与活塞上半部(10)贴合形成活塞环槽，所述活塞环(9)侧面与活塞下半部(5)的活塞环槽面之间形成摩擦面；所述旋转机构(3)通过连杆(4)和活塞销(7)与活塞下半部(5)相连，用于驱动活塞下半部(5)进行圆周旋转运动；所述冲击加载机构与定位盘(11)相连，通过定位盘(11)和活塞上半部(10)施加载荷到活塞环槽与活塞环接触区；所述加热装置(6)布置到缸套外围，用于提供活塞环槽与活塞环侧面摩擦区域的模拟温度；所述润滑装置用于将润滑油通入活塞环槽与活塞环侧面的摩擦区域。

2.根据权利要求1所述的活塞环槽-活塞环摩擦磨损试验机，其特征在于，试验机安装在位于底部的支撑平台(19)上，支撑平台(19)上设有密封壳体结构，所述缸套(8)、活塞环(9)、活塞下半部(5)、定位盘(11)、活塞上半部(10)、旋转机构(3)、冲击加载机构和加热装置均置于所述密封壳体结构内，其中，旋转机构(3)的一侧延伸出密封壳体结构外部，与驱动机构一相连，驱动机构一固定在密封壳体结构外壁；冲击加载机构的一侧延伸出密封壳体结构外部，与驱动机构二相连，驱动机构二固定在支撑平台(19)上。

3.根据权利要求2所述的活塞环槽-活塞环摩擦磨损试验机，其特征在于，所述驱动机构一包括联轴器一(2)和调速电机一(1)，所述调速电机一(1)通过联轴器一(2)与旋转机构(3)相连，通过调速电机一(1)和联轴器一(2)驱动旋转机构(3)运动，进而驱动活塞下半部(5)做圆周旋转运动，保证活塞下半部活塞环槽与活塞环侧面之间的接触区存在相对运动；通过改变调速电机一的转速来控制活塞环槽与活塞环接触区的相对速度。

4.根据权利要求2所述的活塞环槽-活塞环摩擦磨损试验机，其特征在于，所述冲击加载机构包括凸轮轴(15)、滚轮(14)、定位销(13)和弹簧组(12)，凸轮轴(15)转动连接在密封壳体结构上，其伸出密封壳体结构的一端与驱动机构二相连，凸轮轴(15)上方与滚轮(14)接触连接，滚轮(14)的上方通过定位销(13)与弹簧组(12)相连，弹簧组(12)的上方与定位盘(11)相连；

利用驱动机构二驱动凸轮轴(15)转动，将载荷通过滚轮(14)、定位销(13)、弹簧组(12)、定位盘(11)和活塞上半部(10)施加到活塞环槽与活塞环接触区；通过改变凸轮轴(15)的凸轮型线来控制活塞环槽与活塞环接触区施加载荷的大小。

5.根据权利要求2或4所述的活塞环槽-活塞环摩擦磨损试验机，其特征在于，所述驱动机构二包括联轴器二(16)、齿轮组(17)和调速电机二(18)，所述调速电机二(18)依次通过齿轮组(17)和联轴器二(16)与凸轮轴(15)相连，利用调速电机二(18)带动凸轮轴(15)运动，进行施加载荷到活塞环槽与活塞环接触区；通过改变调速电机二(18)的转速来控制活塞环槽与活塞环接触区施加载荷的频率。

6.根据权利要求1所述的活塞环槽-活塞环摩擦磨损试验机，其特征在于，所述润滑装置由润滑油泵通过分油器供油到布置在缸套内壁的分支油管，并沿着缸套内壁靠重力分布到活塞环槽与活塞环侧面的摩擦区域。

7.一种如权利要求1-6任意一项权利要求所述的活塞环槽-活塞环摩擦磨损试验机的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、将活塞环(9)安装到缸套(8)中；

步骤二、将活塞下半部(5)安装到缸套(8)中；

步骤三、将活塞上半部(10)安装到定位盘(11)中；

步骤四、将装有活塞环(9)、活塞下半部(5)的缸套(8)放入到定位盘(11)对应的活塞上半部(10)位置上，这样活塞下半部(5)与活塞上半部(10)贴合后形成活塞环槽，则活塞环(9)侧面与活塞下半部(5)的活塞环槽面之间就形成了摩擦面；

步骤五、锁定缸套(8)；

步骤六、试验开始前启动润滑油供给，保证润滑油向下沿着缸套(8)的内壁流入到活塞环(9)与活塞环槽的接触区域；

步骤七、启动活塞下半部(5)连接的旋转机构(3)，从而可以让润滑油均匀分布在活塞环槽与活塞环接触面；

步骤八、开启加热装置(6)，并缓慢升温至预定温度；

步骤九、试验温度达到预定温度后，启动冲击加载机构的凸轮轴(15)，开始计时磨损时间；

步骤十、试验时间达到规定时间停机，向下压缩弹簧组(12)，降低定位盘(11)的高度，依次关闭加热装置(6)、润滑油泵，待试验机完全冷却至室温后，卸下缸套(8)和活塞环(9)，取出活塞下半部(5)；

步骤十一、测量活塞环(9)与活塞下半部(5)之间的间隙变化量。

8.根据权利要求7所述的活塞环槽-活塞环摩擦磨损试验机的试验方法，其特征在于，所述步骤八中，加热温度达到25-300℃。