活塞压力计（精选五篇）
活塞压力计 篇1
1原理与方法
1.1 活塞压力计的工作原理
活塞压力计是基于流体静力学原理和帕斯卡原理设计的,作为压力的标准装置,由活塞系统、砝码和底座三部分组成[1]。活塞系统工作时,活塞应稳定悬浮于活塞筒中并处于工作位置。此时作用于活塞底部向上的力与加于活塞上的砝码产生的重力相平衡。为了避免产生静摩擦力,在工作时使活塞杆与活塞筒之间有一相对旋转运动,从而使活塞杆处于活塞筒的中心位置,与活塞筒之间有一个均匀的介质层。所以活塞杆上压力主要由活塞自身重力、套筒及其上的砝码重力造成。计算公式如下:P=F/s=mg/s。P-被测压力,P(N/m2);F-活塞杆作用在介质上的力(N);m-配套砝码和活塞及其配套连接件的总质量(kg);g-测量地重力加速度(m/s2);s-活塞有效面积(m2)。
1.2 活塞压力计有效面积的不确定度评定方法
不确定度是对于测量结果的评价,反映被测量值的分散性。分析时尽量应做到在不遗漏的情况下合理简化分析。对于没有体现在模型当中的因素,也要尽可能进行定量分析。按照不确定度理论,做不确定度评定时可以分成A、B两类来进行,最后再将二者合成[2]。本文将主要对于A类不确定度评定过程提出新的实验和评定方法。
2结果
2.1 A类不确定度
2.1.1 常规方法
目前广为采用的方法为在量程内选择包括上下限在内的5点,每点按照上下行程各测量1次,这样可以得到10个数据1。例如使用量程为(0～60)MPa,标称面积为0.1 cm2,准确度等级为0.05级的活塞,分别在10、20、30、40、50 MPa点上下行程测量2次,得到如下10个面积(cm2):0.098 017、0.098 017、0.098 017、0.098 018、0.098 020、0.098 041、0.098 042、0.098 042、0.098 043、0.098 043。
对于在短时间内未改变实验条件重复测量得到的数据,可以应用贝塞尔公式来计算标准差作为其重复性2。而这里由于最终得到的结果是用上面10个数据的平均值表示的,应该用平均值的标准差来表示重复性:
undefined被)undefined
即用常规方法得到的A类标准不确定度为4.08×10-6cm2,相比较此处介绍的分组测量方法重复性更大。
2.1.2 在工作中总结出的新方法
上述过程在工程和实验中被大量采用,早已被大家所熟悉和接受。但在工作中笔者发现,现有活塞压力计检定中多为检测量程中5点,每点上下行程分别测量1次,然后贝赛尔法计算标准差。而活塞系统旋转测量时并不容易稳定,在大量工作中,对于5点测量也显得太多了,耗时费力;而且由于单点只进行了上下两个行程的测量,这将使得结果的自由度变小,也就是可靠程度变小。为了克服这种缺陷,在保证测量仪器性能稳定,使测量处于统计控制状态,并在规范化测量的情况下,可通过减少测量点(m),但在每点增加测量次数(n)来获得更好的重复性,并且这种测量方法也是简便易行的。这样得到全部测量次数总和(n*m)下的标准差,即合并样本标准差sp,sp的自由度为v=(n-1)*m,以此种方法使v值变大,获得较大可靠程度。
现用新方法进行测量。为使数据更加具有可信度,实验对象所用采用上述用于测量的量程为(0～60)MPa,标称面积为0.1 cm2,准确度等级为0.05级的活塞,选取3个检定点分别为10、30、50 MPa,在每一检定点进行升压、降压检定时,进行两次上下行程的测量(即每个检定点可以得到4个面积值),由此共可得出12组面积值,测量结果如下(cm2):0.098 017、0.098 017、0.098 017、0.098 018、0.098 020、0.098 041、0.098 042、0.098 042、0.098 043、0.098 043、0.098 022、0.098 040。
由于这12个数据是由3个检定点分别得到的,也就是相当于是3组测量值,应用分组测量的贝塞尔公式undefined得到单次测量的标准差为sp(xi)=1.1×10-5cm2,由于测量结果为12组数据平均值,所以A类标准不确定度应为undefined。
对比上面两种方法的过程和结果可以发现其A类不确定的数量级相同,而后面一种方法的不确定度更小,即测量结果的质量更高。同时在测量过程中一个测量点重复2次测量要远比在另一测量点进行一次测量简便和节约时间。这样,本方法在大量测量或非检定工作中就可以选择采用来简化和优化工作了。
2.2 B类不确定度
标准活塞式压力计有效面积的B类不确定度,通常取决于以下7个方面的误差[3]:(1)上级标准活塞式压力计活塞有效面积传递误差,查阅标准活塞压力计检定证书可得。(2)上级标准活塞式压力计专用砝码质量传递误差,查阅标准活塞压力计检定证书可得。(3)环境温度变化引起的误差,考虑基准与被检工作基准两方面因素,活塞温度测量的分辨率为0.01℃(实验室用温度计的分度值),认为其精确到0.1℃,根据前面分析,按照均匀分布考虑,标准不确定度为:U(t标)=u(t被)undefined。另分别计算其自由度α,不赘述。(4)由热膨胀带来的误差,按照均匀分布考虑,若热膨胀系数为b,则undefined。(5)鉴别力引起的误差,按照均匀分布考虑,若鉴别力为a,则undefined,其中F为量程上限值(kg)。(6)垂直性的影响引起的误差承重底盘平面对活塞中心线或承重杆中心线垂直性误差[4],其允许不垂直度≤5。活塞不垂直小于2’,相对标准不确定度为,u(θ标)= u(θ被)undefined。(7)活塞受压变形引起的误差[5],活塞系统形变系数设为λ标λ被,按照均与分布,标准不确定度为undefined。由于每点压力值不同其灵敏,系数也不相同。简便起见,取最大压力值。使用地区的重力加速度测量准确度带来的误差:设测量误差为±c时,则uc=c/g。
活塞压力机的有效面积的B类不确定度评定早已被大家认可和掌握,故没有给出实验数据。
3讨论
本文提供的活塞有效面积的不确定度计算,尤其是A类不确定度的计算不同于以往各类实验中,利用较少测量点的重复测量,既方便获得数据,又获得了较小的测量重复性,从而减小了A类标准不确定度。这类方法是在工作经验中总结得出,并经过一系列实验验证。可以在大量检测工作时,或非检定工作中应用。而由于B类不确定度的评定不是本文讨论重点,故没有给出数据计算。当然,此方法也需要在更多的实际工作中进行检验。
参考文献
(1)国家质量监督检验总局.JJG59-2007活塞式压力计检定规程(S).北京:中国计量出版社,2007.
(2)国家质量技术监督局.JJF1059-1999测量不确定度评定与表示(S).北京:中国计量出版社,1999.
(3)张鹏程.活塞压力计不确定度分析以及目前面临的问题(C).全国压力测试协会,2003:6-13.
(4)张蕾,刘继武.关于二等标准活塞压力计活塞有效面积不确定度的分析(J).中国计量,2006,(9):74.
活塞压力计 篇2
关键词：莱康明活塞发动机 台架试车 滑油压力低
中图分类号：V263.6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）01（b）-0063-01
美国莱康明公司生产的莱康明活塞发动机广泛用于轻型飞机上，在航空活塞式发动机飞机中占有较大的市场份额，我国的活塞式飞机所使用的绝大部分是莱康明活塞发动机，大约有500台左右。我院有初、中教训练飞机200余架，均是装用美国莱康明公司的直接吸气水平对置式活塞发动机，现有装用和备用发动机300余台，是国内莱康明发动机的最大用户。莱康明活塞发动机每使用2000飞行小时就需要返厂大修，修后必须经试车台台架试车检验性能合格后才能继续投入使用。
虽然航空推进技术早已进入喷气时代，但在通用航空领域，活塞式发动机却有着不可替代的地位。目前，在通用航空业最发达的美国、欧洲、东南亚以及中国，所使用的航空活塞发动机大部分都是由莱康明公司生产的。尤其是我院的初教机和中教机的动力源都来自于莱康明活塞式发动机。
IO-360-A1B6发动机是位于美国宾夕法尼亚州的莱康明公司生产的燃油喷射式水平对置发动机。是我院最早的也是数量最多的TB200型初教机的动力来源。发动机在翻修以后需要进行地面台架磨合试车，滑油压力偏低是发动机台架试车时滑油系统的主要故障之一。若在飞行中发动机的滑油压力一直偏低，会导致各部件的过早磨损，严重时会引起各部件之间的粘连，使发动机失效，严重威胁飞行安全，甚至会导致机毁人亡的严重后果。对该故障的研究将对于飞行安全保障有极大的益处。
1 IO-360-A1B6发动机滑油系统的结构
莱康明IO-360-A1B6发动机是“干油箱”式发动机，收油池位于发动机的最下部，直接与机匣相连。滑油泵使用的是齿轮泵，安装在附件机匣内部。当发动机运转时，曲轴齿轮带动滑油泵齿轮转动，从收油池泵起的滑油经过散热器到滑油滤，滤净滑油中的杂质后再经过机匣的主油路去润滑发动机内部的运动部件：齿轮、轴承、挺杆体、柱塞、推杆、摇臂等等。
发动机台架试车时，滑油压力是最重要的监测数据之一。滑油压力传感器与机匣的主油路相连，调压活门也位于机匣右侧的主油路上，便于随时调节滑油压力。调压活门是发动机外部唯一的滑油压力调节装置，它是由钢球、弹簧、调压活门腔體构成。钢球光滑的表面与主油路上的钢球孔紧密贴合，弹簧装在调压活门腔体内，弹簧顶住钢球，使钢球紧紧地压在主油路孔上。在调压活门的末端有一个调节弹簧长度的螺帽，往顺时针方向拧螺帽，便是往外顶弹簧，施加在钢球上的力增大，滑油压力增大。往反时针方向拧螺帽，则减小施加在钢球上的力，滑油压力减小。发动机台架试车时便可以通过调节螺帽的松紧来调节滑油压力，使滑油压力保持在最佳的状态。
2 导致发动机滑油压力低的原因
（1）滑油量不足。发动机开车前必须检查滑油量是否达到要求。莱康明IO-360-A1B6发动机的最低极限的安全滑油量是2夸脱，但是建议加到7-8夸脱。
（2）滑油品级不符合要求。任何一种发动机所使用的滑油都是有所不同的。莱康明IO-360-A1B6发动机台架试车推荐使用PHILLIPS牌20W-50-M滑油。所以加滑油前必须确认滑油的牌号和品级。
（3）滑油温度过高。温度过高使滑油的粘度大幅降低，降低滑油的附着力，从而使滑油压力降低，导致各部件润滑不良。这种情况下只需改善发动机的散热状况即可解决，比如：增大散热器的开度，从而增加散热片的迎风面积，降低滑油温度。
（4）滑油压力显示仪表故障。排除显示仪表故障或者更换新件即可。
（5）发动机上滑油压力引出点位移。莱康明IO-360-A1B6发动机测量滑油压力的引出点都有规定的位置，一般都在发动机主油路的进口处或者是滑油滤座下方的小孔。如果引出点远离该位置，因为流动损失，则测出的滑油压力必然偏低。
（6）滑油泵的进口处受阻。滑油泵是从收油池泵起滑油传输到发动机各处的，若收油池内有异物或者是赃物正好堵在滑油的进油口上，那么滑油的流通就会受阻，导致没有足够的滑油去到发动机，从而导致滑油压力偏低。
（7）内漏。这种情况极少发生。如果有的话极有可能就是发动机内部的油路堵头掉落或者发动机内部裂纹，使滑油无法正常的在发动机内部循环，直接回到收油池。还有一种内漏的情况是滑油泵齿轮的齿顶与滑油泵体的间隙过大，导致滑油泵泵油不足，滑油压力降低。
（8）调压活门内部有赃物。该故障是发动机滑油压力低的主要故障，大概占90%以上。调压活门钢球表面与主油路上的钢球孔贴是紧密贴合的，如果它们两者之间有赃物或者异物的话，就会破坏这种平衡，导致两者之间存在间隙，进入发动机的滑油就会通过两者的间隙流回收油池，就算是一粒细沙都会导致滑油压力急剧降低。这也是我在试车过程中遇到过的最主要的故障。当遇到滑油压力急剧下降的情况时，要立即关车，拆下右机匣上的调压活门，取出钢球与钢球孔之间异物，清洁调压活门，原位装回调压活门。
3 结语
随着我国民航事业的蓬勃发展，我国的通用航空业也受益于我国低空领域的陆续开放也大有赶超之势。全国范围内，民营的通用航空公司如雨后春笋般地涌现出来。而我国的通用航空业正处于起步阶段，大多数通用航空公司的机务人员都缺乏系统的培训和学习，更欠缺发动机的维护经验，以至于发动机有了故障而不知道问题出在哪里，找到了也不知道怎样排除。通过上述的分析，明确了莱康明IO-360-A1B6航空发动机滑油油路的走向和调压活门的原理以及造成滑油压力高这一故障的原因，并提出了解决这一故障的建议。同时对于通用航空发动机的维护和故障的排除具有一定的指导意义。
参考文献
[1]John Schwaner.Sky Ranch Engineering Manual[C].1991.
活塞压力计 篇3
关键词：二等标准活塞压力计,压力表检定,示值误差,准确度等级,标准不确定度,合成标准不确定度,扩展不确定度,测量不确定度
1 概述
1.1 测量方法
依据国家计量检定规程《弹簧管式一般压力表、压力真空表和真空表》 (JJG52-1999) 、《弹簧管式精密压力表和真空表》 (JJG49-1999) 规定的压力表检定方法。
1.2 环境条件
温度20±2℃, 环境相对湿度不大于85%。
1.3 测量标准
二等标准活塞压力计, 量程0~0.6MPa、准确度等级0.05级。
1.4 被测对象
0.4级弹簧管式精密压力表。
1.5 测量过程
在规定环境条件下, 使用二等活塞压力计通过升压和降压两个循环压力表实施负荷至测量点, 在二等活塞压力计承重盘上加上专用砝码, 当砝码之重力作用于活塞有效面积所产生的压力与压力表承受的压力平衡时, 连续进行3次读取压力表示值, 用其算术平均值减去二等活塞压力计标准压力值, 即得该测量点压力表示值误差。
1.6 评定结果的使用
在符合上述条件的测量结果, 一般可直接使用本不确定度的评定结果。
2 数学模型
式中:△P———被检压力表的示值误差;
P0———加在二等活塞压力计承重盘上的专用砝码所产生的标准压力值;
———压力表3次示值的算术平均值;
3 输入量的不确定度评定
3.1 输入量P的标准不确定度u (P) 的评定
输入量P的标准不确定度的来源主要是压力表的测量不重复性, 可以通过连续测量得到测量列, 采用A类方法进行评定。在活塞压力计上对一块量程0~1.6MPa、准确度等级0.4级、最小读数0.01MPa的精密压力表在0.2MPa点作12次重复性测量, 所得数据如下表所示:
其平均值为:P=0.2006MPa
用贝塞尔公式算得单次值实验标准差s (服从t分布) 为:
任选3块同类型压力表, 每块各在0.2MPa、0.4MPa、0.6MPa处连续测量12次, 共得9组测量数列, 每组测量数列分别按上述计算得到单次试验标准差, 如下表所示:
合并样本标准差sp为:
实际测量情况为在重复条件下测量3次, 以3次测量的算术平均值为测量结果, 则可得到
故自由度v (I3) =9× (12-1) =99
3.2 输入量P0的标准不确定度u (P0) 的评定
输入量P0的标准不确定度来源于工作基准活塞压力计标准装置的不确定度和工作基准活塞压力计下端面与被检压力表测压点的高度差。
3.2.1 输入量的标准不确定度u (P01) 的评定
我单位建立的工作基准活塞压力计标准装置的最大允许示值误差, 由上级检定部门出具的鉴定证书中给出其值为±0.05%, 在区间内属均匀分布, 包含因子为, 可按B类不确定度评定
3.2.2 输入量的标准不确定度u (P02) 的评定
由于工作基准活塞压力计下端面与被检压力表测压点的高度在实测时至少存在0.5cm的误差, 即h=0.5cm, 引入的误差作为不确定度源, 服从两点分布 (h在计算时以m为单位) , 故:
4 合成标准不确定度的评定
4.1 灵敏系数
4.2 标准不确定度一览表
因Xi彼此独立, 所有合成不确定度为
4.4 合成标准不确定度的有效自由度
5 扩展不确定度U的评定
置信概率取95%。按算得的有效自由度近似取整为100, 查t分布表得到
扩展不确定度为
6 测量不确定度报告
量程0~0.6MPa、准确度等级0.05级二等标准活塞压力计检定压力表测量结果扩展不确定度为:
其相对扩展不确定度为U95rel=0.24%
7 计量标准的测量不确定度验证
用两台具有最大允许误差为0.05%的活塞压力计分别测量同一块压力表, 在0.2MPa位置上得到测量结果如下:
而实际测值|Y1-Y2|=0.0003<0.00082
活塞压力计 篇4
活塞环是燃油发动机的内部的核心部件, 起着密封、调节机油 (控油) 、导热 (传热) 、导向 (支承) 四大作用, 其性能好坏直接影响发动机的动力性和经济性。密封是气环的主要任务, 即密封燃气, 不让燃室压力进入曲轴箱, 使气体的泄漏量尽可能的小。如果活塞环组的气密性不好, 那么燃气的泄漏量会大大增加, 而漏气量增加的最直接结果就是发动机功率下降;同时, 漏气量的增加还会使润滑油变质, 间接地使系统磨损加剧, 磨损越大漏气量也就越大, 最终导致发动机寿命急剧下降。因此, 研究活塞环组环面压力与漏气, 不仅可以为活塞环的设计提供指导, 也是研究缸套-活塞环系统的润滑和摩擦的必要前提[1,2]。
1 基本理论
1.1 气体流动基本假设[3]
燃气气体在活塞环组内的泄漏是极其复杂的, 为了得到气体泄漏基本模型, 我们做以下假设:
1) 环的开口间隙是气体泄漏的唯一通道, 系统的泄漏通路[2]可以用简单的小孔来代替, 如图1所示;
2) 气体经过小孔的流动是绝热的, 小孔的流量可以用通过小孔的一维流动公式来计算;
3) 活塞环始终是圆形的, 忽略温度、气体压力等对活塞环变形的影响;
4) 活塞环间的每个气室的体积一定, 在工作循环中, 不随活塞环的上下窜动而发生改变;
5) 气室中的气体满足理想气体理论, 并且在变化过程中是等温的;
6) 曲轴箱的气体压力等于标准大气压 (0.1MPa) 。
1.2 计算模型
根据理想气体状态方程有:Pi Vi (28) m Rg Ti
两边求导可得:
其中, Pi, Vi, Ti分别为第i个气室的压力、体积和温度, m是气体质量, Rg为气体常数, 对于空气为287J/ (kg.K) , Qi为第i个活塞环的瞬时气体泄漏量。
在实际计算中, 由于温度变化对气室压力变化影响很小, 所以一般不考虑温度的影响, 故
1.3 气体瞬时泄漏量的计算
一个由三道活塞环组成的密封系统如图1所示, 它的气体流动方式共有23 (28) 8种, 跟相邻的两个气室的气体压力有关。我们假设iP>Pi (10) 1, 根据气体小孔流量方程可得气体瞬时泄漏量Qi[4,5]。
上式中, Kc是流量系数, 一般取值为0.86[6];Ai为第i个小孔的开口面积, 也就是泄漏面积;k是气缸内气体的绝热指数, 约等于1.4。
上式中, 如果iP
综合方程组 (1) 、 (2) 、 (3) , 可得
环面压力P2、P3及气体泄漏量就可以用龙哥库塔法[8]求解微分方程组 (4) 得到。首先分别给P2、P3一个初始值, 在经过内燃机的一个循环后, 如果循环结束时的值与初始值不能满足要求, 那么将结束值赋给初始值, 重新开始计算, 直到初始值与结束值之间满足某个精度要求为止。计算流程框图如图2所示。
2 计算结果分析
本文以16V280ZJB型大功率柴油机为例进行计算分析, 16V280ZJB型柴油机的计算参数如表1所示。
2.1 各环压力分布与泄漏量
根据以上分析过程, 自编Matlab程序, 计算该柴油机在1000r/min转速下的气室压力P2、P3, 并根据P2、P3求得每个环的漏气量, 绘制出一个循环内活塞环组的气室气压和气体泄漏量曲线, 如图3、4所示。图3表示各环间的压力分布, 因为气体流入下一室需要时间, 所以压力变化在相位上具有一定的滞后性, P2 (第一、二环间压力) 在450°左右达到最大值, 在A点的时候P2>P1。图4表示各个环的气体泄漏量, 在450°时第一环的泄漏量开始出现负值, 也就是说气体出现倒流, 那是因为气室2的压力大于燃烧室的压力, 所以才会出现“倒吸”现象。总的来说, 由于有活塞环的密封作用, 使得每个环的泄漏量大幅减少, 密封效果还是比较明显的。
2.2 转速的影响
如图5所示, 随着转速由720 r/min提高到1000r/min再到1100 r/min, P2、P3都是随着转速的提高而下降的, 并且相位也出现了滞后的现象, 与此相对应的漏气量也随之减少。因此, 可以得出这样的结论, 活塞环的密封条件将随转速的提高而改善, 气室压力随转速的提高而下降。所以, 高速发动机采用为数较少的活塞环, 也可以得到与低速发动机采用多数活塞环同样的密封效果。
2.3 泄漏面积的影响
把第一环的泄漏面积A1分别增大到2A1和3A1, 得到P2和P3的曲线如下图6所示。活塞环组的漏气量随着A1的增大而急剧提高, 当泄漏面积为2A1时, 漏气量约为原来的1.25倍;当面积为3A1时, 漏气量约为原来的1.4倍。对A2、A3作相同的处理后也得到类似的结果, 可见, 泄漏面积的增大, 会使气室压力的峰值比原来有较大的提高, 同时气体泄漏量也急剧增长。因此, 泄漏面积的增大会导致活塞环组的密封性能大幅减低。
2.4 气室体积的影响
将第一环与第二环之间的环室体积V2增大到1.5V2和2V2, 得到P2和P3的气压如下图7所示。从图中可以发现, 活塞环的气室压力P2和P3都是随着气室体积的增大而减小的, 通过计算得出活塞环组的漏气量分别变为原来的0.989倍和0.987倍。可见, 当活塞环组的气室体积有较大幅度增加时, 漏气量只是有略微的减少, 因此, 环室体积的变化, 对漏气量影响不大。
3 结论
1) 通过建立活塞环组密封系统理论模型, 自编通用Matlab程序, 以16V280ZJB型大功率柴油机为例进行数值计算, 求得其在1000 r/min转速下的气室压力及气体泄漏量, 并对系统的密封性进行分析;
2) 内燃机转速的变化对活塞环的影响非常明显, 随着转速的提高, 环室压力下降, 与此对应的漏气量也随之减小;
3) 泄漏面积的增大, 会使气室压力的峰值比原来有较大的提高, 同时气体泄漏量也急剧增长;
4) 环室体积的大幅变化, 对漏气量只有轻微的影响, 环室体积的变化对漏气量影响不是很大。
参考文献
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[5]邬伯翔.活塞环[M].北京:中国铁道出版社, 1987:1-29.
[6]古滨庄一, 著, 徐志伟, 译.汽车发动机的润滑[M].北京:人民交通出版社, 1979:237-282.
[7]F-MMeng, J-XWang, and K Xiao, A study of the influencesof particles in the gas flow passage of a piston ring pack onthe tribological performances of the piston ring[J].Journalof Mechanical Engineering Science 2010 224.
活塞压力计 篇5
IO-360-L2A发动机是美国莱康明公司生产的一种四缸水平对置气冷式航空活塞发动机,该发动机的额定功率为120kW,现在通用航空用得最多的轻型飞机Cessna172就是使用该型发动机作为动力来源。航空活塞发动机在翻修后通常都要进行台架磨合试车,台架试车时,滑油压力低是滑油系统最常见故障之一,约占滑油系统总故障的半数以上,本文从该型发动机滑油系统的工作原理、滑油系统各部件的功用及其对滑油压力的影响来浅析滑油压力低的原因。
2 滑油系统的工作原理
IO-360-L2A发动机滑油贮存在发动机下部收油池内,当发动机运转时,发动机驱动滑油泵将经滤网(粗)过滤后的滑油从收油池内抽出加压后经主油滤(纸滤芯)过滤后到达铸于机匣上的主油道。在滑油泵出口和主油滤之间还并列安装有散热器和恒温旁通活门,当滑油温度较低时,恒温旁通活门打开,部分滑油经散热器到主油滤(大部分直接到主油滤)后进入主油道:当滑油温度过高时,恒温旁通活门逐渐关闭迫使滑油全部经散热器后到主油滤进入主油道。到达主油道的滑油分别对主轴承、挺杆体、凸轮轴等部件进行润滑。进入主轴承的滑油分别沿着曲轴内的油道进入连杆大端轴承,从连杆轴颈两端流出的滑油,靠曲柄的旋转运动甩至气缸壁、活塞、挺杆体端面、凸轮轴凸峰等摩擦表面进行润滑,润滑后的滑油靠重力回到收油池进行下一个循环:进入挺杆体内的滑油经柱塞、推杆后到达气门摇臂,到达摇臂后滑油分两路:一路润滑摇臂轴,一路经摇臂前端的油孔喷射润滑气门组件,润滑后的滑油靠重力经回油管流回收油池进行下一个循环。所以此滑油系统是压力润滑(主)、泼溅润滑和喷射润滑相结合的混合润滑方式。
3 各部件的功用及对滑油压力的影响
3.1 滑油泵
滑油泵是用来促使滑油循环流动并提高和保持滑油压力的动力部件。
(1)齿轮式滑油泵的组成和供油原理
IO-360-L2A发动机采用齿轮式油泵,安装在附件机匣内。齿轮式滑油泵由一对互相啮合的齿轮、壳体和传动轴组成(如图2)。
发动机工作时,曲轴齿轮经传动齿轮带动滑油泵的主动齿轮转动,主动齿轮又带动油泵壳体内的从动齿轮以相反的方向转动。油泵进口处齿轮、壳体和滑油泵安装面(附件机匣上)形成的封闭空间,叫做吸油室,出口处齿轮、壳体和滑油泵安装面形成的封闭空间,叫增压室。滑油泵工作时,吸油室内滑油被齿轮带走,压力降低,滑油就从收油池吸入吸油室,随着齿轮旋转的方向转动,转到出口的地方,齿轮啮合,将滑油从齿轮的凹处挤至出口处,滑油压力的提高,是因为滑油排出时受到阻力的结果。为了改善齿轮泵的充填情况,IO-360-L2A发动机采用从齿轮端面进油的结构,即从齿轮两侧的轮齿根部进油,因为径向进油时,离心力的方向与进油的方向相反,离心力是阻碍充填的,故转速不能太高。改从端面进油后,滑油先到达轮齿根部,再由离心力把它往外抛帮助充填提高泵的容积效率。
(2)影响滑油泵出口压力的因素
滑油压力的提高,是因为滑油受到油泵齿轮的推挤和出口处反压力作用的结果。故影响滑油泵出口压力的大小和下列因素有关:(a)滑油泵的内漏。在其它条件不变的情况下,滑油泵的内漏越大滑油压力越小。齿轮泵的泄漏通道有3个,齿轮两端与壳体或端盖之间因有相对运动而存在间隙,称为轴向间隙,这一间隙因其连通了泵的高、低压腔而导致泄漏。实验表明,在齿轮泵中轴向间隙的泄漏量最大,约占总泄漏量的70%~80%,另两个泄漏通道为齿顶圆与壳体之间的径向间隙和两个齿轮的轮齿之间的啮合线间隙。在径向间隙中,由于滑油泄漏方向与齿轮旋转方向正好相反,齿轮的运动对滑油的泄漏起了阻碍作用,因此泄漏较小。(b)滑油的粘度。粘度是润滑油的基本性质的表征,滑油粘度会随温度的升高而降低,低粘度的滑油其流动阻力小,故滑油压力随粘度的降低而降低。(c)滑油温度。在其它条件不变时,滑油温度的上升会使滑油粘度下降,从而导致滑油压力下降。(d)发动机转速。发动机转速增大时,油泵转速随之增加,供油量增多,油泵对滑油的挤压作用加强,滑油压力从而增加。到一定转速后,由于调压活门工作压力基本保持不变,略有增大。(e)滑油流动通道截面。随着发动机的磨损或运转时间的增增加,滑油流动通道截面会增加,从而使滑油泵出口的反压会降低,其他条件相同情况下滑油泵泵出的压力将下降。
3.2 滑油调压活门
通过调节滑油主油道的流通截面来调节滑油流量,从而使滑油压力保持在规定的范围内。
(1)调压活门的组成及工作原理
IO-360-L2A发动机调压活门位于右机匣左上角主油路上,由钢球、弹簧和座子组成(如图4)。
发动机运转时滑油压力必须足够高,才能保证发动机和附件在高转速和高功率下得到充分润滑。另一方面滑油压力又不能太高,因为滑油压力过大会导致滑油系统的渗漏或损坏。发动机运转时,调压活门钢球的一边承受滑油压力,另一边承受弹簧压力,当滑油压力正常时钢球活门在弹簧力的作用下处于关闭状态,确保足够的滑油量流通到各摩擦部件表面,当滑油供油量超过发动机所需的油量,滑油压力增大时,滑油压力就逐渐克服弹簧力顶开活门,多余的滑油就流回收油池从而达到释压的目的。
(2)影响调压活门处压力的因数:(a)活门座。调压活门座位于右半机匣的主滑油通道上,调压活门正常工作时,球形活门与座子会形成一圈密封带。如果活门座有划伤、剥落或有异物等缺陷,这样就会使活门与座子不能完全密封,始终有部分滑油通过释压通道直接回到收油池,从而导致发动机不能建立足够的滑油压力。(b)球形活门。调压活门的球形活门为一直径约为16mm的表面光滑的不锈钢钢球,其表面如有划伤、剥落或有异物等缺陷,同样不能使调压活门正常工作,进而不能建立正常的滑油压力。(c)弹簧。调压活门弹簧位于活门外壳与球形活门之间,主要是提供足够的弹力使球形活门在适当时机关闭,如果弹簧的刚度不够或自身断裂,都会导致活门不能关严,使发动机不能建立足够的压力。
4 结语
综上分析,可以看出,滑油泵是滑油压力的主要动力来源部件,调压活门是使滑油压力保持在正常水平的调节部件。滑油压力低是由于滑油系统的各部件单个或几个同时失效引起的,排除故障时不能只局限于一个部件,应遵循从简到繁、逐一排除的方法进行。只有了解该系统及各部件的功用及其工作原理,并结合发动机维护和修理的实际经验,排障时才能做到有的放矢,事半功倍。
摘要：滑油压力是活塞发动机台架试车时最重要的监控参数之一,低滑油压力会导致发动机各摩擦副表面润滑不良,从而使发动机的各部件过早磨损,严重时会使发动机彻底失效。文中以莱康明IO-360-L2A航空活塞发动机为例,分析了导致滑油压力低的原因。
关键词：发动机,滑油泵,滑油压力,调压活门
参考文献
[1]DAVID D.Overhaul Manual Direct Drive Engine[M].U.S.A:Textron Lycoming Inc,1974.
[2]SCHWANER J.Shy Ranch Engineering manual[M].U.S.A:ShyRanch Inc,1991.
