一种新型柔性单缸柴油机机体水压试验机设计及应用

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根据行业有关标准，在单缸柴油机机体的技术要求中，为保证柴油机气缸套的水密封性，规定在气缸套压人机体后必须经过水压试验 。J。在规定的试验水压下，保持-定时间，检查机体冷却水腔有无水渗漏现象，以此判定机体水腔是否合格。因此，水压试验机是单缸柴油机机体生产线上的关键设备。

南宁某公司为适应市场变化需要，投产了多品种的柔性机体装配生产线，原有单品种水压试验专机就无法满足新的要求，主要存在的问题有：(1)夹具是固定式的，缺乏柔性。不能随不同缸径机体进行调整，-台试验机只能用于某种缸径的机体水压试验。随着企业新变型产品的不断开发，原只生产 195、1100型柴油机，后又新开发了180、185、192、1110型柴油机，需不断增加设计制造不同型号的机体水压试验机，投入资金和占用生产场地大，设备利用率也不高；(2)配水系统全部采用水用电磁阀控制进排水，故障率高。电磁阀对工作介质清洁度要求高，水压试验时，水腔中残留的无法过滤干净的细小铁粉被带进配水系统的工作介质中，经常造成电磁阀的阀芯堵塞而导致其卡阻，严重时甚至损坏电磁阀，设备故障率和维修成本都很高，经常因为该工序的停产而影响了整条机体生产线的正常生产；(3)封堵元件松开时，机体水腔中的水向外飞溅严重，污染环境。只能在机床和试件周围安装-些防溅挡板，结果对操作者的视觉产生-定的影响，从而影响了水压试验的渗漏观察效果。

为此，本研究提出-种新型的柔性单缸柴油机机体水压试验机，可以满足企业同时适用于 180至 1110型机体的水压试验专机，其关键技术在于设计具有高柔性可调夹具和新型配水系统 J。

1 工作原理180至 1110柴油机机体水压试验大纲要求，机体压入气缸套后，须经 392 kPa的水压试验，试验时间为3 min，检查其水腔有无渗漏现象。本研究提出的新型柔性单缸机体水压试验机，其工作原理如图1所示。

(1)将机体推进夹具并定位后按控制按钮，电磁换向阀的电磁铁通电，换左位工作，三个夹紧油缸同时向前运动，夹紧机体并封堵机体各水孔和水腔口。当收稿 日期 ：2012.12-24基金项目：国家高技术研究发展计划(863)资助项目(2005AA501301)作者简介：徐海枝(1963-)，女，广西南宁人，高级工程师，副教授，本科，主要研究方向：机械设备设计与制造。

68 液压与气动 2013年第7期1.配水阔 2.控制油缸 3.电磁换向阀 4.单向顺序阀I5.单向顺序阀Ⅱ 6.夹紧油缸 I 7.油路开关 8.夹紧油缸19.排气管 10.夹紧油缸Ⅱ 11.压力继电器图1 工作原理图液压系统压力升至预调压力值时，单向顺序阀 I开启，控制油缸向前运动，配水阀排水口关闭，压力水经配水阀从机体顶面水腔口向机体水腔注水，水腔中的空气从排气管排走。当水腔的水压达到预调压力值时，压力继电器发出信号，时间继电器控制保压时间，溢水装置和排气管溢水，以保持配水系统的水压恒定，操作者观察机体有无渗漏现象；(2)时间继电器经延时3 min后发出信号，电磁换向阀的电磁铁断电，换右位工作，控制油缸向后运动，配水阀排水口打开，压力水从排水口排回水箱。当液压系统压力升至预调压力值时，单向顺序阀Ⅱ开启，三个夹紧油缸同时向后运动，松开夹紧和封堵。待机体水腔中的水排净后，将机体推出夹具，水压试验结束；(3)生产 195柴油机机体时，打开二个油路开关，夹紧油缸Ⅲ即可工作，用于封堵 195机体放水 口。而生产其他型号的柴油机机体时，关闭二个油路开关，夹紧油缸Ⅲ不工作即可。

2 结构及水压试验工艺分析新型柔性单缸机体水压试验机主要由机座、可调夹具、配水系统、液压系统、电气系统等部分组成，其中可调夹具、配水系统设计是本研究新型柔性专机设计的关键环节。

2.1 结构分析180至11 10型柴油机机体缸套孔压入气缸套后，形成冷却水水腔，顶面有-水腔口，气缸盖面有多个水孔，此外，195机体主轴承盖面还有-个G3/8 的放水孔。外形长 X宽 X高尺寸最小为 409 mm X 140 IYlnl x270 innl，最大为522 mm×176 mm×300 mm，高度尺寸比较接近，长度尺寸相差则比较大，缸套孔中心高均为170 mm，但顶面水腔口中心与气缸盖面的距离都不相同，最小为75 mm，最大为 106 mm。

2.2 水压试验工艺分析根据机体结构特点，采用底面、气缸盖面和齿轮室盖面定位，分别从后封门面向右、从顶面向下夹紧试件，同时各水孔和水腔口全部被封堵，195机体还需封堵放水孑L。配水系统从顶面水腔口向机体水腔注水，保压时间结束时松夹并松堵，水腔的水从各水孔和水腔排出。

3 关键部件设计3.1 可调 夹具设计可调夹具结构如图2所示。缸头面定位封堵板设计为快换形式，后封门面的夹紧油缸通过螺杆副实现其左右位置的调整，螺杆副设计安装了防护罩。只需更换不同 日尺寸的定位封堵板，调整夹紧油缸和定位块的位置，控制钩形封堵板的动作，即可用于多种不同型号机体的水压试验。

距装置 油缸 封堵板 封堵板图2 可调夹具总图1)快换定位封堵板快换定位封堵板安装在夹具支座上，由定位板、封堵胶垫、双头螺柱等组成，封堵胶垫由胶垫压板和螺钉固定在定位板上，双头螺柱-端旋入定位板，另-端旋有螺母，定位板上有定位销孑L。松开螺母，抽出开口垫圈，取出定位封堵板，更换另-定位封堵板，使定位孔套人定位销，插入开口垫圈，鹏螺母，即可完成定位封堵板的快速更换。

2)快速调距装置水平夹紧油缸安装在快速调距装置上，根据机体试件的长度尺寸，调整油缸的水平位置§速调距装2013年第7期 液压与气动 69置为螺杆式燕尾槽型滑台，燕尾槽内固定有梯型螺纹的丝杆和螺母。用扳手或手轮拧转丝杆，即可任意调整油缸的水平位置，操作简便、灵活、又快捷。

3.2 配水 系统设计1)配水阀工作过程配水阀工作原理如图3所示。来 自水泵的压力水从 A口不断地进入配水阀腔。机体水压试验时，排水口c和溢水 口E关闭，水从 B口注人机体水腔，机体水腔中的空气从排气管排出。当机体水腔的水压达到压力继电器的调定值时，压力继电器给时间继电器发出信号，多余的水经溢水口E和排气管排回水箱。时间继电器经过设定的保压时间后输出信号，排水 口C开启，水经D口排回水箱，机体水腔停止注水，各夹紧油缸松夹、松堵 ，水从各水孔排出。

针对原水压试验机排水时机体水腔的水向外飞溅的问题 ，经反复试验和分析后发现，由于注水和保压时水腔中存留的空气形成气泡，当封堵元件松开时，气泡溢出并破裂，所以产生水向外飞溅现象。为此，在配水系统中增加了排气管，排气管从水腔直接通往水箱。

在注水过程，排气管起排气作用；在保压过程，排气管与溢水装置共同起溢水保压作用；在排水口打开后、封堵元件松开前，排气管起卸压作用。通过试验比对，排气管内径约为注水管内径的1/4时效果最好。经使用证明，增加排气管后，有效地解决了水向外飞溅的问题。

改进设计的排水控制装置管图 3 配水阀工作原理图2)排水控制装置试验机最初设计的排水控制装置的胶封直接安装在活塞杆上 引。在生产时，活塞杆因为既与水又与油接触，容易生锈，特别是设备停用-段时间后，活塞杆与油缸前盖孔锈死，活塞杆无法正常运动。更严重的是，活塞杆上的铁锈会污染液压系统的液压油，导致液压系统出现故障，甚至损坏液压阀。为此，改进设计排水控制装置。

改进设计的排水控制装置由控制油缸、滑阀和胶封构成，增加了铜制滑阀，如图3所示。排水时打开排水口c，配水阀的水直接从排水口排回水箱。铜制滑阀只接触水，活塞杆只接触液压油，不会出现锈蚀而导致其卡阻，也不会污染液压油。在使用过程中，改进设计的排水控制装置没有出现过活塞杆和阀芯锈死的故障。

3)溢水阀溢水阀结构设计如图4所示。当配水阀腔的水压低于弹簧力时，因受弹簧力的作用，溢流口关闭。当配水阀腔的水压升高至能克服弹簧力时，便推开阀芯使溢水口打开，多余的水就从溢水口流回水箱，从而保持配水阀腔的水压恒定。旋扭调压手轮改变弹簧预压缩量，即可调整溢水压力。改进设计的溢水装置中也增加了铜制阀芯，全部溢水控制零件与水腔完全分隔开，避免控制零件因接触水而生锈。

胶封 阀芯 弹簧E阀体 调压手轮图4 溢水阀结构图4 实例与验证该新型柔性水压试验机的设计是以工程应用为背景，针对原配水系统存在的问题，提出了非电磁阀式排水和溢水装置设计概念，摒弃了原配水系统水路中的狭窄缝隙，降低了对工作介质清洁度的要求，杜绝了水路堵塞和阀芯卡阻现象，工作可靠性提高。同时，本设计对类似水压试验机的设计与控制，以及其他企业水压试验设备的研发工作，都有借鉴之处和参考价值。

此新型柔性水压试验机具有显著优势，自应用生产线以来，效果非常好，使用车间给予了很高的评价，特别是配水系统，使用过程中没有出现过故障，生产效率大幅度地提高。若按节省工时计算，为企业创造了显著效益，初步估算每年在 500万元以上。为此，该项目获得企业年度技术革新专项奖励。

5 结论本研究设计的新型柔性水压试验专机经实际生产使用证明，完全满足 180至 S1110型柴油机机体的水压试验要求。该专机运行稳定可靠、制造费用低、夹具调整方便快捷、配水系统和液压系统故障率低，生产中-70 液压与气动 2013年第7期DOI：10.11832/j.isn.1000-4858.2013.07.022基于 CFD的水液压锥阀结构优化及流场分析潘广香，王传礼，夏 秋，刘 浩，田冬林，邱大龙Water Hydraulic Poppet Valve Structure Optimization and FlowField Analysis Based on the CFDPAN Guang-xiang，WANG Chuan-li，XIA Qiu，LIU Hao，TIAN Dong-lin，QIU Da-long(安徽理工大学 ，安徽 淮南 232001)摘 要：锥阀作为液压控制元件的-种主要结构形式，其结构及内部流场分布直接影响阀的性能。该研究采用GAMBIT建立两种不同结构的水液压锥阀模型，并采用 FLUENT软件对其内部流厨行仿真分析。

仿真结果表明，优化后的水液压锥阀进出I：2压差减小，有效抑制气穴的产生，降低振动和噪声，减小湍动能损失，其整体性能优于传统结构的水液压锥阀。

关键词：水液压；锥阀；流场；FLUENT；结构优化中图分类号：TH137 文献标志码：B 文章编号：1000-4858(2013)07-0070-03引言水液压技术以自然水为工作介质，有着来源广泛、环境友好、清洁安全、价格低廉等-系列的优点，目前已成为21世纪国际流体传动及控制领域的研究热点。

水液压锥阀具有结构简单、动作可靠、密封性好、响应快、抗污染能力强等优点，因而在液压系统中有着广泛的应用，尤其是在近年来发展起来的插装阀、比例阀中，基本上都采用锥阀的结构。但是，与油液压锥阀相比，由于水的黏性低、密度大、压缩性孝声速高，在同样的工况条件下，水液压锥阀有着能量损失大，噪声、振动大、寿命短等缺点。所以需要通过理论与实验研究来掌握水液压锥阀结构与性能的关系。

根据水液压锥阀的结构特点，采用 GAMBIT建立了两种不同结构的水液压锥阀模型，并在 FLUENT中进行仿真分析，研究水液压锥阀内部流道结构与性能的关系，讨论优化后的水液压锥阀的合理性。研究结果为水液压锥阀的结构优化和性能评估提供了理论依据。

收稿 日期 ：2013-01.10基金项目：国家自然科学基金资助项目(51075001)；安徽省教育厅自然科学基金重点项目(KT2009A020)作者简介：潘广香(1988-)，女，安徽天长人，硕士研究生 ，主要研究方向为液压控制技术。

能够迅速、频繁地更换不同型号柴油机机体产品，适应灵活多变的多品种柴油机生产，为企业赢得了显著的时间和效益。