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一种发动机活塞通用疲劳试验装置制造方法
【专利摘要】本发明所述的一种发动机活塞通用疲劳试验装置，包括承压缸体（1）、试验活塞（6），还包括调整缸套（2）、承载端盖（3）、活塞座（4）、活塞销（5）等构件。承压缸体（1）设有左右贯通的、用于安装调整缸套（2）的阶梯缸孔；调整缸套（2）外圆为阶梯结构，与承压缸体（1）缸孔相配合；承压缸体（1）两侧均匀分布有用于连接承载端盖（3）的螺栓孔；承载端盖（3）周边设有与承压缸体（1）连接的螺栓孔，中间设有与活塞座（4）连接的螺栓孔和定位沉孔；电液伺服系统产生脉动载荷；高压与低压作用相位差为180°。本发明采用双对置活塞水平布置方式，两个活塞共用一个模拟燃烧室，保证两只活塞的同步试验，大幅降低试验周期和成本。
【专利说明】一种发动机活塞通用疲劳试验装置
【技术领域】
[0001]本发明属于发动机活塞疲劳试验【技术领域】，具体涉及一种发动机活塞通用疲劳试验装置。
【背景技术】
[0002]活塞作为发动机燃烧室的组成零件，工作中承受着高温、高压的周期性作用，其结构强度及疲劳可靠性至关重要。特别是活塞顶部及活塞销孔承载部位由于超载、超速非正常工作状况以及发动机强化后爆压与转速提升导致活塞承受负荷加大，活塞环岸、凹坑、活塞销孔口等位置出现开裂故障。另外，在新产品的开发阶段及时发现活塞结构疲劳强度的薄弱环节，验证方案的可行性，往往会在计算仿真的基础上进行部件疲劳试验加以验证。
[0003]活塞疲劳试验一般分为两种，一种是整机搭载疲劳试验，一种机械部件疲劳试验。
[0004]前者试验过程繁琐、费用高、风险大、效率低。但是，活塞工作环境真实，载荷综合作用明显，可信度高等。
[0005]后者利用液体压力模拟气体压力，试验频率低，缺失热力影响，载荷作用单一；优点是试验过程简单，装配方便，成本低，试验样本数量、方案等变化灵活，载荷控制方便，工况模拟范围大等。
[0006]目前采用的活塞疲劳试验装置每次只能对一只活塞进行试验，试验周期较长，并且活塞直径一定，装置通用性差，整个试验消耗较大。

【发明内容】

[0007]本发明正是为了解决现有活塞疲劳试验装置存在的问题，提出一种发动机活塞通用疲劳试验装置，以达到两只活塞同步试验、大幅降低试验周期和成本的目的。
[0008]本发明的技术方案:
一种发动机活塞通用疲劳试验装置，包括承压缸体(I)、试验活塞(6)，还包括调整缸套(2)、承载端盖(3)、活塞座(4)、活塞销(5)、密封件(J)、密封件(8)、密封件(9)、高强度螺栓(10)、高强度螺栓(11)、低压油进油孔(12)、高压油进油孔(13)、密封件(14)、分配油道(15)、高压环槽(16)、液压油道(17)、压力测试孔(18)、压力测试孔(19)、压力测试孔
(20)、液压油道(21)。
[0009]承压缸体(I)用于支撑调整缸套(2 )、承载端盖(3 )和试验活塞(6 )，并且用于贯通液压油路；承压缸体(I)设有左右贯通的、用于安装调整缸套(2)的阶梯缸孔；承压缸体(I)一侧设有保证调整缸套(2)准确定位的定位沉孔；调整缸套(2)外圆为阶梯结构，与承压缸体(I)缸孔相配合；承压缸体(I)两侧均匀分布有用于连接承载端盖(3)的螺栓孔，单侧共计12处；承载端盖(3)周边设有与承压缸体(I)连接的螺栓孔，中间设有与活塞座(4)连接的螺栓孔和定位沉孔；
承压缸体(I)缸孔内中间左右对称位置上，各设有两道用于装配密封件(8)的安装槽；承压缸体(I)中间设有低压油进油孔(12)、高压油进油孔(13)、压力测试孔(19);高压油进油孔(13)向内与高压环槽(16)相连通；压力测试孔(19)一端与模拟油腔相连通，另一端设有传感器接口 ；低压油进油孔(12)与其下部的分配油道(15)相连通；分配油道(15)两侧设有用于装配密封件(14)的安装槽；承压缸体(I)下设4个用于固定整个装置的支角；
调整缸套(2)为壁厚可以根据试验活塞直径大小进行更换的薄壁筒状零件；其一侧设有定位凸台，定位凸台上设有拆卸螺孔；调整缸套(2)中间位置在圆周方向上设有4个均匀分布的长条状进油孔；
承载端盖(3)用于组成低压油腔、连接液压通道、承受试验载荷，整体呈中间凸起的法兰形状；其上设有液压油道(17)、液压油道(21)、压力测试孔(18)、压力测试孔(20)，还设有用于装配密封件(9)的安装槽；压力测试孔(18)、压力测试孔(20)的外端分别设有传感器接口 ；
活塞座(4 )通过活塞销(5 )与试验活塞(6 )连接，形成真实模拟活塞安装状态的铰链接结构；活塞座(4)整体呈梯形平板结构，设有活塞座孔、定位凸台以及连接螺栓孔；
该装置的密封主要采用橡胶密封圈密封，位于承压缸体(I)与调整缸套(2)、调整缸套
(2)与承载端盖(3)、承载端盖(3)与承压缸体(I)之间，为径向密封或端面密封形式，其中在关键位置都设置了双重密封结构；模拟燃烧室的密封采用试验活塞上的多道活塞环；进油孔、压力测试孔密封采用铜垫；
活塞部件疲劳试验时，顶部模拟燃气压力的高压油腔，由两只对置试验活塞(6)和调整缸套(2)组成；承压缸体(I)的高压进油孔(13)、环形油道、调整缸套(2)上均匀设有的进油孔、高压油腔，组成高压油管路；用于高压油腔压力监控的传感器，位于承压缸体(I)的压力测试孔(19)上；
活塞部件疲劳试验时，下部建立惯性力作用的低压油腔，由两只对置试验活塞(6)的下部各自与同侧的承载端盖组合；低压油进油孔(12)、分配油道(15)、左侧承载端盖的液压油道(21)、左侧低压油腔，组成左路低压油管路；低压油进油孔(12)、分配油道(15)、右侧承载端盖的液压油道(17)、右侧低压油腔，组成右路低压油管路；用于高压油腔压力监控的传感器，位于压力测试孔(18)和压力测试孔(20)上；
电液伺服系统产生不断触动高、低压油腔压力变化并使试验活塞承受周期性交变载荷作用的脉动载荷；高压油腔与低压油腔的压力-时间变化均呈正弦波形式，高压与低压作用相位差为180°。
[0010] 本发明的有益效果:
采用双对置活塞水平布置方式，两个活塞共用一个模拟燃烧室，同时对活塞进行加载；活塞底部模拟其惯性力作用，通过一个液压通道分为两路液压油来完成，保证了两只活塞的同步试验，大幅降低了试验周期和成本。其具体的优点有:
1.主要由承压缸体、调整缸套、承载端盖、活塞座、活塞销、试验活塞等构件组成，其结构紧凑，占用空间小；高强度螺栓组合，结构强度高；缸径可调，通用性好；两只活塞同时试验，有效降低了多样本试验的周期与成本；
2.调整缸套可以根据试验活塞直径大小进行更换，而保持整个装置整体组成不变，提高了活塞试验装置的重复利用率，保证了其通用性，有效降低了经济投入；
3.采用双对置活塞水平布置的试验方式，可以人为控制活塞侧倾方向，保证了与整机的一致性，使活塞受力更真实； 4.调整缸套内外采用多级橡胶圈径向密封，有效地保证了缸内爆发压力与活塞底部惯性力的有效模拟，保证了试验过程的稳定与压力变化；
5.左、右试验活塞更换灵活，互补不干扰，方便失效件快速更换与完好件的累积考核，保证了试验过程的有效性；
6.活塞疲劳试验装置采用两通道输入三油腔模拟的试验方法，提高了电液伺服系统的利用率，降低了其工作强度，延长了其使用寿命。
【专利附图】

【附图说明】
[0011]本发明共有3幅附图。
[0012]图1为一种发动机活塞通用疲劳试验装置正视图，也可作为本发明的结构示意图；
图2为一种发动机活塞通用疲劳试验装置俯视图；
图3为一种发动机活塞通用疲劳试验装置侧视图；
图中各标识的对应关系如下。
[0013]1-承压缸体
2-调整缸套
3-承载端盖
4-活塞座
5-活塞销
6-试验活塞
7-密封件
8-密封件
9-密封件
10-高强度螺栓
11-高强度螺栓
12-低压油进油孔
13-高压油进油孔
14-密封件
15-分配油道
16-高压环槽
17-液压油道
18-压力测试孔
19-压力测试孔
20-压力测试孔
21-液压油道。
【具体实施方式】
[0014]本发明所述的一种发动机活塞通用疲劳试验装置，包括承压缸体(I)、试验活塞(6)，还包括调整缸套(2)、承载端盖(3)、活塞座(4)、活塞销(5)、密封件(7)、密封件(8)、密封件(9)、高强度螺栓(10)、高强度螺栓(11)、低压油进油孔(12)、高压油进油孔(13)、密封件(14)、分配油道(15)、高压环槽(16)、液压油道(17)、压力测试孔(18)、压力测试孔(19)、压力测试孔(20)、液压油道(21)。
[0015]承压缸体(I)用于支撑调整缸套(2 )、承载端盖(3 )和试验活塞(6 )，并且用于贯通液压油路；承压缸体(I)设有左右贯通的、用于安装调整缸套(2)的阶梯缸孔；承压缸体(I)一侧设有保证调整缸套(2)准确定位的定位沉孔；调整缸套(2)外圆为阶梯结构，与承压缸体(I)缸孔相配合；承压缸体(I)两侧均匀分布有用于连接承载端盖(3)的螺栓孔，单侧共计12处；承载端盖(3)周边设有与承压缸体(I)连接的螺栓孔，中间设有与活塞座(4)连接的螺栓孔和定位沉孔；
承压缸体(I)缸孔内中间左右对称位置上，各设有两道用于装配密封件(8)的安装槽；承压缸体(I)中间设有低压油进油孔(12)、高压油进油孔(13)、压力测试孔(19);高压油进油孔(13)向内与高压环槽(16)相连通；压力测试孔(19)一端与模拟油腔相连通，另一端设有传感器接口 ；低压油进油孔(12)与其下部的分配油道(15)相连通；分配油道(15)两侧设有用于装配密封件(14)的安装槽；承压缸体(I)下设4个用于固定整个装置的支角；
调整缸套(2)为壁厚可以根据试验活塞直径大小进行更换的薄壁筒状零件；其一侧设有定位凸台，定位凸台上设有拆卸螺孔；调整缸套(2)中间位置在圆周方向上设有4个均匀分布的长条状进油孔；
承载端盖(3)用于组成低压油腔、连接液压通道、承受试验载荷，整体呈中间凸起的法兰形状；其上设有液压油道(17)、液压油道(21)、压力测试孔(18)、压力测试孔(20)，还设有用于装配密封件(9)的安装槽；压力测试孔(18)、压力测试孔(20)的外端分别设有传感器接口 ；
活塞座(4 )通过活塞销(5 )与试验活塞(6 )连接，形成真实模拟活塞安装状态的铰链接结构；活塞座(4)整体呈梯形平板结构，设有活塞座孔、定位凸台以及连接螺栓孔；
该装置的密封主要采用橡胶密封圈密封，位于承压缸体(I)与调整缸套(2)、调整缸套
(2)与承载端盖(3)、承载端盖(3)与承压缸体(I)之间，为径向密封或端面密封形式，其中在关键位置都设置了双重密封结构；模拟燃烧室的密封采用试验活塞上的多道活塞环；进油孔、压力测试孔密封采用铜垫；
活塞部件疲劳试验时，顶部模拟燃气压力的高压油腔，由两只对置试验活塞(6)和调整缸套(2)组成；承压缸体(I)的高压进油孔(13)、环形油道、调整缸套(2)上均匀设有的进油孔、高压油腔，组成高压油管路；用于高压油腔压力监控的传感器，位于承压缸体(I)的压力测试孔(19)上；
活塞部件疲劳试验时，下部建立惯性力作用的低压油腔，由两只对置试验活塞(6)的下部各自与同侧的承载端盖组合；低压油进油孔(12)、分配油道(15)、左侧承载端盖的液压油道(21)、左侧低压油腔，组成左路低压油管路；低压油进油孔(12)、分配油道(15)、右侧承载端盖的液压油道(17)、右侧低压油腔，组成右路低压油管路；用于高压油腔压力监控的传感器，位于压力测试孔(18)和压力测试孔(20)上；
电液伺服系统产生不断触动高、低压油腔压力变化并使试验活塞承受周期性交变载荷作用的脉动载荷；高压油腔与低压油腔的压力-时间变化均呈正弦波形式，高压与低压作用相位差为180°。[0016]
下面结合附图，对本发明作进一步说明。
[0017]该活塞疲劳试验装置主要由承压缸体1、调整缸套2、承载端盖3、活塞座4、活塞销
5、试验活塞6等构件组成。在此基础上还包括密封件7、8、9、13高强度螺栓10、11等结构。具体参见图1和图2所示。
[0018]I)承压缸体。承压缸体I是试验装置的骨架结构，其具有支撑调整缸套2、承载端盖3和试验活塞6等结构并且贯通液压油路的作用。承压缸体I开设有安装调整缸套2的阶梯缸孔，且左右贯通；缸孔内中间左右对称位置上各设置两道密封件安装槽，便于密封件8的装配与密封；承压缸体I两侧设计有承载端盖2连接螺栓孔，且均匀分布，单侧共计12处；承压缸体I中间开设低压油进油孔12、高压油进油孔13以及压力测试孔19 ;高压进油孔13向内与高压环槽16相通，可以保证液压油通过调整缸套2的进油孔进入模拟燃烧室内；高压油测试孔一端与模拟油腔相通，另一端设计传感接口，便于压力测试；低压油进油孔12与其下部的分配油道15相通；分配油道15两侧开设密封件14的安装槽。承压缸体
I一侧设计有调整缸套2定位沉孔，保证其准确定位；另外，承压缸体I下设4个支角，以便整个装置可靠固定。
[0019]2)调整缸套。调整缸套2为薄壁筒状零件；其一侧设计有定位凸台，凸台上设计拆卸螺孔；中间位置在圆周方向上设计有4个长条状进油孔，且均匀分布；调整缸套2壁厚可以根据试验活塞直径大小进行更换，从而适应各种试验要求。调整缸套2外圆为阶梯结构与承压缸体I缸孔相匹配，便于拆装。
[0020]3)承载端盖。承载端盖3具有组成低压油腔、连接液压通道、承受试验载荷等作用。承载端盖3整体呈中间凸起的法兰形状，其开设有液压油道17、21、压力测试孔18、20、密封件9的安装槽等；压力测试孔外端分别设计传感器接口 ；另外，其周边设计与承压缸体连接的螺栓孔，中间开设与活塞座 4连接的螺栓孔和定位沉孔。
[0021]4)活塞座。活塞座4通过活塞销与试验活塞形成铰链接结构真实模拟活塞安装状态。整体呈梯形平板结构，开设活塞座孔、定位凸台以及连接螺栓孔。
[0022]5)密封结构。活塞疲劳试验装置的密封主要采用橡胶密封圈密封，主要设置在承压缸体I与调整缸套2、调整缸套2与承载端盖3、承载端盖3与承压缸体I之间，为径向密封或端面密封形式，其中在关键位置都设置了双重密封结构；模拟燃烧室的密封主要以试验活塞上的多道活塞环来完成；进油孔、压力测试孔密封依靠铜垫来实现。
[0023]6)压力模拟与监测。活塞在工作当中主要承受爆发压力和惯性力作用，为此活塞在进行部件疲劳试验时在其顶部营造液压油模拟燃气压力的高压油腔，在其下部建立惯性力作用的低压油腔。高压油腔由两对置活塞和调整缸套2组成。高压油通过承压缸体I的高压进油孔13进入环形油道，接着穿过调整缸套2上均布开设的进油孔进入高压油腔，从而实现对活塞的高压模拟作用。高压油腔的压力监控则通过承压缸体I上的压力测试孔19上安装的传感器完成。两只活塞的下部各自与同侧的承载端盖组合形成低压油腔。液压油通过低压进油孔12进入分配油道15，并且分为左右两路，一路途径左承载端盖的油路21进入左侧低压油腔，另一路途径右侧承载端盖的油路17进入右侧低压油腔，形成低压作用力。低压油腔压力监控与测试则分别由压力测试孔18、20上的压力传感器完成。高压油腔与低压油腔的压力-时间变化均呈正弦波形式，高压与低压作用相位差为180度。电液伺服系统产生脉动载荷不断触动高、低压油腔压力变化，使试验活塞承受周期性交变载荷作用，进而实现对活塞疲劳试验可靠性考核。
【权利要求】
1.一种发动机活塞通用疲劳试验装置，包括承压缸体(1)、试验活塞(6)，其特征在于， 还包括调整缸套(2)、承载端盖(3)、活塞座(4)、活塞销(5)、密封件(7)、密封件(8)、密封件(9)、高强度螺栓(10)、高强度螺栓(11)、低压油进油孔(12)、高压油进油孔(13)、密封件(14)、分配油道(15)、高压环槽(16)、液压油道(17)、压力测试孔(18)、压力测试孔(19)、压力测试孔(20)、液压油道(21)。
2.如权利要求1所述的一种发动机活塞通用疲劳试验装置，其特征在于， 承压缸体(1)用于支撑调整缸套(2 )、承载端盖(3 )和试验活塞(6 )，并且用于贯通液压油路；承压缸体(1)设有左右贯通的、用于安装调整缸套(2)的阶梯缸孔；承压缸体(1) 一侧设有保证调整缸套(2)准确定位的定位沉孔；调整缸套(2)外圆为阶梯结构，与承压缸体(1)缸孔相配合；承压缸体(1)两侧均匀分布有用于连接承载端盖(3)的螺栓孔，单侧共计12处；承载端盖(3)周边设有与承压缸体(1)连接的螺栓孔，中间设有与活塞座(4)连接的螺栓孔和定位沉孔； 承压缸体(1)缸孔内中间左右对称位置上，各设有两道用于装配密封件(8)的安装槽；承压缸体(1)中间设有低压油进油孔(12)、高压油进油孔(13)、压力测试孔(19);高压油进油孔(13)向内与高压环槽(16)相连通；压力测试孔(19)一端与模拟油腔相连通，另一端设有传感器接口 ；低压油进油孔(12)与其下部的分配油道(15)相连通；分配油道(15)两侧设有用于装配密封件(14)的安装槽；承压缸体(1)下设4个用于固定整个装置的支角； 调整缸套(2)为壁厚可以根据试验活塞直径大小进行更换的薄壁筒状零件；其一侧设有定位凸台，定位凸台上设有拆卸螺孔；调整缸套(2)中间位置在圆周方向上设有4个均匀分布的长条状进油孔 ； 承载端盖(3)用于组成低压油腔、连接液压通道、承受试验载荷，整体呈中间凸起的法兰形状；其上设有液压油道(17)、液压油道(21)、压力测试孔(18)、压力测试孔(20)，还设有用于装配密封件(9)的安装槽；压力测试孔(18)、压力测试孔(20)的外端分别设有传感器接口 ； 活塞座(4 )通过活塞销(5 )与试验活塞(6 )连接，形成真实模拟活塞安装状态的铰链接结构；活塞座(4)整体呈梯形平板结构，设有活塞座孔、定位凸台以及连接螺栓孔； 该装置的密封主要采用橡胶密封圈密封，位于承压缸体(1)与调整缸套(2)、调整缸套(2)与承载端盖(3)、承载端盖(3)与承压缸体(1)之间，为径向密封或端面密封形式，其中在关键位置都设置了双重密封结构；模拟燃烧室的密封采用试验活塞上的多道活塞环；进油孔、压力测试孔密封采用铜垫； 活塞部件疲劳试验时，顶部模拟燃气压力的高压油腔，由两只对置试验活塞(6)和调整缸套(2)组成；承压缸体(1)的高压进油孔(13)、环形油道、调整缸套(2)上均匀设有的进油孔、高压油腔，组成高压油管路；用于高压油腔压力监控的传感器，位于承压缸体(1)的压力测试孔(19)上； 活塞部件疲劳试验时，下部建立惯性力作用的低压油腔，由两只对置试验活塞(6)的下部各自与同侧的承载端盖组合；低压油进油孔(12)、分配油道(15)、左侧承载端盖的液压油道(21)、左侧低压油腔，组成左路低压油管路；低压油进油孔(12)、分配油道(15)、右侧承载端盖的液压油道(17)、右侧低压油腔，组成右路低压油管路；用于高压油腔压力监控的传感器，位于压力测试孔(18)和压力测试孔(20)上；电液伺服系统产生不断触动高、低压油腔压力变化并使试验活塞承受周期性交变载荷作用的脉动载荷；高压油腔与低压油腔的压力-时间变化均呈正弦波形式，高压与低压作用相位差为180°。``
【文档编号】G01M13/00GK103884497SQ201410041719
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年1月27日 优先权日:2014年1月27日
【发明者】狄建兵, 钱志高, 张晓静, 许春光, 唐智, 高丽英, 侯晔星 申请人:中国北方发动机研究所(天津)