缸體是發(fā)動機的基礎部件，運行中主要承受氣體爆發(fā)壓力和連桿曲軸運動系統(tǒng)對其施加的載荷。因此，在發(fā)動機設計中，不僅要求缸體具有足夠的剛度和強度，而求為了保證缸體的使用壽命，對疲勞強度也有較高的要求，對缸體必須進行常規(guī)的機械性能檢驗和疲勞性能試驗。
常規(guī)的機械性能檢驗很容易實現(xiàn)；疲勞性能試驗則需要模擬實際工況，才能獲得可靠的數(shù)據(jù)。為了評定缸體在發(fā)動機工作狀況下的可靠性，需要模擬實際工況對缸體施加一定的脈動載荷進行缸體疲勞試驗。缸體疲勞試驗機就是實現(xiàn)該功能的設備，通過液壓伺服技術實現(xiàn)實際工況的模擬，能夠完成發(fā)動機缸體、缸蓋的疲勞試驗。
一、發(fā)動機缸體疲勞試驗機簡介
目前國內(nèi)還沒有專門生產(chǎn)缸體疲勞試驗設備的廠家。相關的試驗設備就功能而言基本上都是簡單模擬工況，達不到預期的效果。圖1為廣州澳金工業(yè)最新研發(fā)的ZGP型缸體疲勞試驗機，能夠方便地實現(xiàn)模擬實際工況、測試缸體、缸蓋疲勞強度。該試驗機主要由主機、液壓站、電控系統(tǒng)等組成。缸體安裝于工作臺上。為防止缸體、缸蓋斷裂液壓油溢出，在主機外圍安裝防護罩，防護罩可有按鈕控制自動升降。另外，溢出的液壓油通過循環(huán)泵自動抽回郵箱。計算機軟件可實時監(jiān)測試驗狀態(tài)，對數(shù)據(jù)進行自動處理，并輸出試驗結果，打印試驗報告。
2.1 發(fā)動機缸體疲勞試驗機性能參數(shù)
試驗通道：6路，可用于6缸以下發(fā)動機缸體；
脈動壓力：低壓型：0~22MPa;高壓型：0~32MPa；
工作頻率：1~5Hz；
油源壓力：低壓型：28MPa，高壓型：45MPa；
油源流量：120L/min；
油源功率：60kW；
試驗機油壓控制精度：±2％試驗值；
殘余壓力：小于4％試驗壓力；
計算機軟件：WINDOWS軟件平臺，實時顯示壓力時間動態(tài)曲線、自動控制數(shù)據(jù)處理、打印報告。
2.2 發(fā)動機缸體疲勞試驗機組成
2.2.1 主機
如圖2所示。主機最核心的技術難點在于轉閥的設計。轉閥采用靜壓支撐技術，活塞(轉閥體)整體懸浮于缸桶內(nèi)。轉閥采用6路輸出，考慮到發(fā)動機實際工作過程中個缸點火順序不同，轉閥在轉動過程中也按一定順序輸出壓力，更接近發(fā)動機缸體實際工況。通過改變轉速來模擬實際缸體不同工況。防護罩用來防止缸體、缸蓋斷裂液壓油溢出。防護罩升降機構用來自動升降防護罩，便于裝卸試件。操作臺用來承載試件，并且其外圍布置集郵箱，用來收集從溢流閥或缸體、缸蓋斷裂時溢出的油，并通過循環(huán)泵自動抽回郵箱。在缸體各路壓力油入口安裝溢流閥，用于防止壓力過高損壞缸體。
2.2.2 液壓站
如圖3所示。液壓站用來為主機（轉閥機構）提供動力。其壓力通過比例溢流閥進行調(diào)節(jié)，以滿足不同的試驗要求。液壓站啟動時，為了避免對周圍電網(wǎng)的影響，采用降壓啟動。液壓站郵箱還用來收集從主機集郵箱抽回的油。液壓站配置有超溫、低液位、濾芯堵塞、電機過載等多項保護功能。各種報警功能均在電控單元（計算機軟件）中體現(xiàn)。液壓站冷卻采用板式換熱器，通過連接循環(huán)水大道控溫作用。
2.2.3 電控系統(tǒng)
如圖4，用于油源及轉閥的控制及數(shù)據(jù)采集處理等。電控單元由強電控制單元和計算機單元組成，相互間可通訊，故系統(tǒng)壓力、缸體各通道實際壓力、溫度、液位、急停等狀態(tài)信息在軟件界面中都可以實現(xiàn)。油源啟停，防護罩升降，溢出油的回收及轉閥旋轉均由強電控制單元實現(xiàn)。
ZGP型缸體疲勞試驗機的研制成功，使缸體、缸蓋疲勞試驗能夠簡單、方便地實現(xiàn)。現(xiàn)已有3臺該型號訂單產(chǎn)品研制成型并投入使用，均達到了期望的試驗要求，為相關企業(yè)研發(fā)生產(chǎn)發(fā)動機提供了有價值的參考數(shù)據(jù)。 |
