CN104776999B - 一种发动机组合活塞机械疲劳试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种发动机组合活塞机械疲劳试验装置，包括固定安装在一起的高压腔体、支撑体和底座；所述活塞的上表面从下到上依次设置固定连接在一起的活塞工艺顶和机械压力放大器；所述机械压力放大器的外侧面和高压腔体的内侧面之间设有液压油密封圈，所述活塞工艺顶的外侧面和安装非标缸套的内侧面之间设有液压油密封圈。本发明的优点是：通过活塞工艺顶替代活塞顶面，使活塞与非标缸套之间的密封不需采用异型圈，可根据活塞直径自行选取标准件，大大提高了承压强度；通过压力放大器将力传递给活塞工艺顶，通过面积比实现压力的放大，可解决由于设备能力不足，而无法开展的更高压力要求试验。
Description
技术领域
本发明属于发动机零部件性能试验装置技术领域，尤其是涉及一种发动机组合活塞机械疲劳试验装置。
背景技术
活塞是构成发动机燃烧室的关键构件之一，承受机械载荷和热载荷的共同作用。随着发动机功率密度的不断提高，导致的活塞机械负荷和热负荷问题日益突出，已经成为制约发动机进一步强化的主要技术瓶颈。由气体力作用为主导引起的活塞销孔处的高周机械疲劳失效是活塞典型的疲劳失效模式。在产品批量生产前期，基于部件试验台进行零部件的疲劳可靠性试验对于产品研制来说至关重要。
现有的活塞高周机械疲劳试验装置基本上以液压伺服疲劳试验***为主，采用双通道实现加载，其中一通道加载于活塞顶部，模拟爆发时对活塞的压力，另一通道加载于活塞内腔，模拟活塞惯性力，试验装置原理图见图1，活塞4通过活塞销5安装于非标连杆6上，非标连杆6通过螺栓紧固在底座7上，活塞4的顶部、非标缸套9和顶板16共同构成一个密闭上油腔，活塞4的内腔、非标缸套9和底座7形成了下油腔，两油腔与液压伺服***油路相连，上油腔通过液压油压力的改变来模拟气体力对活塞的作用力，下油腔通过液压油压力的改变来模拟活塞惯性力，活塞4与非标缸套9之间采用异形圈密封、顶板16与非标缸套9、底座7与非标缸套9之间通过标准橡胶密封圈来实现密封，且两通道加载的相位差为180°，这种试验方法能够准确地模拟活塞工作时的活塞销孔受力状况，同时由于该方法简单易行，因而之前被业界普遍采用。
但是，发动机活塞设计需要满足1.6倍左右的强化系数，即活塞机械疲劳试验时通常考虑一定的加载系数。随着近年来发动机功率强化程度的提高，气体爆发压力越来越高，部分柴油机爆发压力高达20多兆帕，这给活塞部件机械疲劳试验装置带来了新的难题。
现有技术中活塞高周机械疲劳试验装置面临的问题主要有：(1)高压油的密封问题。由于试验压力的不断提高，当试验压力提高到30兆帕的时候，活塞与非标缸套之间通过橡胶密封圈这种密封方式已经不能使用，漏油问题一直是困扰试验顺利进行的一个难题，因此试验加载系数受到了限制，无法考核高强化系数下活塞部件的疲劳强度。(2)试验设备能力的限制。传统活塞疲劳试验爆发压力直接加载在活塞顶部，液压油只能实现1:1加载，然而当前普遍使用液压***提供的油压受限，无法进行高爆压高载荷系数下的活塞试验的要求。(3)活塞与气缸套采用异形圈密封，需专门的厂家定做，周期及成本较高。
因此，设计一种能够满足当前更高压力需求、解决更高压力带来的密封问题的装置是非常有必要的。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种发动机组合活塞机械疲劳试验装置，能够满足更高压力要求、更好地解决高压油密封问题的疲劳试验装置。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种发动机组合活塞机械疲劳试验装置，包括U型的高压腔体、机械压力放大器、活塞工艺顶、活塞销、非标连杆、底座、支撑体、非标缸套和液压油密封圈；
所述高压腔体、支撑体和底座从上至下依次固定安装在一起，内部构成整个空腔，所述支撑体的内侧面安装非标缸套；
所述非标连杆固定安装在底座的上表面，待测的活塞通过所述活塞销设置在非标连杆上；所述活塞的上表面从下到上依次设置固定连接在一起的活塞工艺顶和机械压力放大器；所述机械压力放大器的外侧面和高压腔体的内侧面之间设有液压油密封圈，所述活塞工艺顶的外侧面和安装非标缸套的内侧面之间设有液压油密封圈；
所述高压腔体和机械压力放大器之间形成液压油腔，所述高压腔体的中心设有第一液压油腔入口，所述液压油腔入口连通液压油腔；所述底座、非标缸套和活塞的内腔之间组成高压油腔，所述底座的侧面设有第二液压油腔入口，所述第二液压油腔入口通过底座内部的通道连通高压油腔。
进一步的，所述高压腔体的内径大于支撑体的内径，所述机械压力放大器的底面中央设有凸出的小头，所述小头与活塞工艺顶上表面中央处的凹孔螺纹连接。
进一步的，所述支撑体和非标缸套的接触面之间设有液压油密封圈，所述底座和支撑体的接触面之间设有液压油密封圈。
本发明具有的优点和积极效果是：
通过活塞工艺顶替代活塞的顶面，使活塞与非标缸套之间的密封不需采用异型圈，可根据活塞直径自行选取标准件，大大提高了承压强度；
通过压力放大器将力传递给活塞工艺顶，通过面积比实现压力的放大，可解决由于设备能力不足，而无法开展的更高压力要求试验；
通过采用机械压力放大器和高压腔体内侧面之间的密封结构，而替代原装置活塞和非标缸套之间的密封结构，避免活塞和非标缸套之间采用异形圈密封，可选用标准件密封，减少加工周期及成本，便于设计及安装。
附图说明
图1是现有技术发动机组合活塞机械疲劳试验装置的结构示意图；
图2是本发明发动机组合活塞机械疲劳试验装置的结构示意图。
图中：
1-高压腔体，2-机械压力放大器，3-活塞工艺顶，4-活塞，5-活塞销，6-非标连杆，7-底座，8-支撑体，9-非标缸套，10-紧固螺栓，11-液压油密封圈，12-液压油腔，13-高压油腔，14-第一液压油腔入口，15-第二液压油腔入口，16-顶板，17-卡簧。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。
一种发动机组合活塞机械疲劳试验装置，包括U型的高压腔体1、机械压力放大器2、活塞工艺顶3、活塞销5、非标连杆6、底座7、支撑体8、非标缸套9、紧固螺栓10和液压油密封圈11；
所述高压腔体1、支撑体8和底座7从上至下依次通过螺栓固定安装在一起，内部构成整个空腔，所述支撑体8的内侧面安装非标缸套9；
所述非标连杆6通过紧固螺栓10固定安装在底座7的上表面，所述非标连杆6的上表面设置活塞销5，所述活塞销5的上表面用来放置待测试的活塞4；所述活塞4的上表面从下到上依次设置活塞工艺顶3和机械压力放大器2；所述机械压力放大器2的外侧面和高压腔体1的内侧面之间设有液压油密封圈11；所述活塞工艺顶3的外侧面和安装非标缸套9的内侧面之间设有液压油密封圈11；
所述高压腔体1和机械压力放大器2之间形成液压油腔12，所述高压腔体1的中心设有第一液压油腔入口14，所述液压油腔入口14连通液压油腔12；所述底座7、非标缸套9和活塞4的内腔之间组成高压油腔13，所述底座7的侧面设有第二液压油腔入口15，所述第二液压油腔入口15通过底座7内部的通道连通高压油腔13；
所述高压腔体1的内径大于支撑体8的内径，所述机械压力放大器2的底面中央设有凸出的小头，所述小头与活塞工艺顶3上表面中央处的凹孔螺纹连接。
所述支撑体8和非标缸套9的接触面之间设有液压油密封圈11，所述底座7和支撑体8的接触面之间设有液压油密封圈11。
本发明发动机组合活塞机械疲劳试验装置用于高爆压高载荷系数活塞高周机械疲劳试验，实验时，所述第一液压油腔入口14和第二液压油腔入口15均与外部液压***相连接；液压油腔12通过液压油压力的改变来模拟气体力对活塞的作用力，高压油腔13通过液压油压力的改变来模拟活塞惯性力。所述机械压力放大器2的小头与活塞工艺顶3通过螺纹连接，大头与高压腔体1共同构成压力容腔，在液压油压力的作用下，力通过压力放大器2传递给活塞工艺顶3，通过面积比实现压力的放大，可解决由于设备能力不足，而无法开展的试验；通过采用机械压力放大器2和高压腔体1内侧面之间的密封结构，而活塞4和非标缸套9之间不设置密封结构，避免采用异形圈密封，可选用标准件密封，减少加工周期及成本，便于设计及安装。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (3)
1.一种发动机组合活塞机械疲劳试验装置，其特征在于：包括U型的高压腔体(1)、机械压力放大器(2)、活塞工艺顶(3)、活塞销(5)、非标连杆(6)、底座(7)、支撑体(8)、非标缸套(9)和液压油密封圈(11)；
所述高压腔体(1)、支撑体(8)和底座(7)从上至下依次固定安装在一起，内部构成整个空腔，所述支撑体(8)的内侧面安装非标缸套(9)；
所述非标连杆(6)固定安装在底座(7)的上表面，待测的活塞(4)通过所述活塞销(5)设置在非标连杆(6)上；所述活塞(4)的上表面从下到上依次设置固定连接在一起的活塞工艺顶(3)和机械压力放大器(2)；所述机械压力放大器(2)的外侧面和高压腔体(1)的内侧面之间设有液压油密封圈(11)，所述活塞工艺顶(3)的外侧面和安装非标缸套(9)的内侧面之间设有液压油密封圈(11)；
所述高压腔体(1)和机械压力放大器(2)之间形成液压油腔(12)，所述高压腔体(1)的中心设有第一液压油腔入口(14)，所述液压油腔入口(14)连通液压油腔(12)；所述底座(7)、非标缸套(9)和活塞(4)的内腔之间组成高压油腔(13)，所述底座(7)的侧面设有第二液压油腔入口(15)，所述第二液压油腔入口(15)通过底座(7)内部的通道连通高压油腔(13)。
2.根据权利要求1所述的发动机组合活塞机械疲劳试验装置，其特征在于：所述高压腔体(1)的内径大于支撑体(8)的内径，所述机械压力放大器(2)的底面中央设有凸出的小头，所述小头与活塞工艺顶(3)上表面中央处的凹孔螺纹连接。
3.根据权利要求1所述的发动机组合活塞机械疲劳试验装置，其特征在于：所述支撑体(8)和非标缸套(9)的接触面之间设有液压油密封圈(11)，所述底座(7)和支撑体(8)的接触面之间设有液压油密封圈(11)。
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