可變幾何渦輪增壓器噴嘴環(huán)可靠性試驗(yàn)裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種可變幾何渦輪增壓器噴嘴環(huán)可靠性試驗(yàn)裝置及方法，該種試驗(yàn)裝置包括步進(jìn)電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、程控爐和單片機(jī)，程控爐為試驗(yàn)提供模擬環(huán)境；單片機(jī)控制試驗(yàn)裝置的運(yùn)行狀態(tài)，并調(diào)節(jié)控制裝置的模擬環(huán)境與試驗(yàn)噴嘴環(huán)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；本發(fā)明能夠根據(jù)噴嘴環(huán)實(shí)際工作要求編程控制噴嘴環(huán)葉片運(yùn)動(dòng)速度與試驗(yàn)時(shí)間，可編程控制調(diào)節(jié)試驗(yàn)溫度，可更換實(shí)驗(yàn)爐內(nèi)部環(huán)境氣體，能夠最大程度模擬噴嘴環(huán)實(shí)際工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)其可靠性試驗(yàn)考核，從而滿足高性能、高可靠性噴嘴環(huán)的生產(chǎn)技術(shù)要求，也為研發(fā)質(zhì)量和性能更加優(yōu)越的噴嘴環(huán)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。同時(shí)該種試驗(yàn)裝置可推廣用于各種可變幾何渦輪增壓器實(shí)驗(yàn)臺(tái)架以及相關(guān)用途的實(shí)驗(yàn)測(cè)試設(shè)備中。
【專利說明】可變幾何渦輪增壓器噴嘴環(huán)可靠性試驗(yàn)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種試驗(yàn)裝置及方法，尤其涉及一種可變幾何渦輪增壓器噴嘴環(huán)可靠性試驗(yàn)裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]渦輪增壓是內(nèi)燃機(jī)強(qiáng)化、節(jié)能、環(huán)保的最重要技術(shù)措施之一。與自然進(jìn)氣內(nèi)燃機(jī)相t匕，采用先進(jìn)的可變幾何潤(rùn)輪增壓器，Variable Geometry Turbocharger,簡(jiǎn)稱VGT,尤其是其主要形式的可變噴嘴環(huán)潤(rùn)輪增壓器，Variable Nozzle Turbocharger,簡(jiǎn)稱VNT,可以進(jìn)一步提高性能，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能汽油機(jī)10%?20%和柴油機(jī)20%?40%的目標(biāo)，配合其他技術(shù)手段可達(dá)到歐IV、歐V和歐VI的排放水平。與混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車技術(shù)相比，渦輪增壓技術(shù)成本優(yōu)勢(shì)明顯。隨著國(guó)IV以上汽車排放標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，第一代普通渦輪增壓器、第二代旁通放氣渦輪增壓器將逐步退出汽車市場(chǎng)，第三代可變噴嘴環(huán)渦輪增壓器應(yīng)用將日益廣泛。
[0003]噴嘴環(huán)是可變噴嘴環(huán)渦輪增壓器的核心部件，其氣動(dòng)熱力性能對(duì)可變噴嘴環(huán)渦輪增壓器渦輪級(jí)性能有重要影響，其可靠性基本上決定著可變噴嘴環(huán)渦輪增壓器的壽命。噴嘴環(huán)的工作環(huán)境與航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪葉片相似，即在高溫、高壓、高速且具有一定腐蝕性的燃?xì)庵泄ぷ?，但其工況變化頻繁、工作溫度較低，目前最高溫度一般小于1050°C，葉片繞自己的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)。噴嘴環(huán)惡劣的工作環(huán)境與較高的制造精度要求，對(duì)其材料品質(zhì)、加工工藝、試驗(yàn)檢測(cè)提出了很高的要求。目前一般采用高溫靜態(tài)試驗(yàn)方法進(jìn)行噴嘴環(huán)可靠性考核，但噴嘴環(huán)實(shí)際工作狀態(tài)是運(yùn)動(dòng)的，靜止?fàn)顟B(tài)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下材料內(nèi)應(yīng)力與承受外力均不同，僅滿足高溫條件，不能真實(shí)的反映噴嘴環(huán)實(shí)際的工作狀態(tài)，測(cè)試的準(zhǔn)確性和可信性很差，不能為新產(chǎn)品研發(fā)提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
[0004]此外，目前車用渦輪增壓器的可靠性試驗(yàn)一般在專用試驗(yàn)臺(tái)上按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，也可以安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上與發(fā)動(dòng)機(jī)一起進(jìn)行可靠性試驗(yàn)。由于國(guó)內(nèi)剛剛開始研發(fā)可變幾何渦輪增壓器，缺乏相關(guān)的可靠性試驗(yàn)裝置，嚴(yán)重影響了可變幾何渦輪增壓器產(chǎn)品的開發(fā)與應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種可變幾何渦輪增壓器噴嘴環(huán)可靠性試驗(yàn)裝置及方法解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的采用高溫靜態(tài)進(jìn)行噴嘴環(huán)可靠性考核，但噴嘴環(huán)實(shí)際工作狀態(tài)是運(yùn)動(dòng)的，靜止?fàn)顟B(tài)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下材料內(nèi)應(yīng)力與承受外力均不同，僅滿足高溫條件，不能真實(shí)的反映噴嘴環(huán)實(shí)際的工作狀態(tài)，測(cè)試的準(zhǔn)確性和可信性很差，不能為新產(chǎn)品研發(fā)提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)的問題。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
一種可變幾何渦輪增壓器噴嘴環(huán)可靠性試驗(yàn)裝置，包括步進(jìn)電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、程控爐和單片機(jī)，所述單片機(jī)連接所述步進(jìn)電機(jī)，所述步進(jìn)電機(jī)連接所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，
步進(jìn)電機(jī):作為動(dòng)力源，通過帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為試驗(yàn)?zāi)M實(shí)境中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)提供動(dòng)力； 傳動(dòng)機(jī)構(gòu):通過帶動(dòng)連接的夾具，使夾具夾持的試驗(yàn)噴嘴環(huán)運(yùn)動(dòng)，為試驗(yàn)提供模擬實(shí)境的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；
程控爐:通過調(diào)節(jié)程控爐內(nèi)的溫度、壓力、氣體組成，包括注入氣體、煙塵或懸浮顆粒，為試驗(yàn)提供模擬環(huán)境；
單片機(jī):控制試驗(yàn)裝置的運(yùn)行狀態(tài)，并調(diào)節(jié)控制裝置的模擬環(huán)境與試驗(yàn)噴嘴環(huán)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
[0007]進(jìn)一步改進(jìn)在于:所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為偏心輪滑塊機(jī)構(gòu)，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括曲柄、連桿和滑塊，所述步進(jìn)電機(jī)連接所述連桿的一端，所述連桿的另一端連接有夾具，所述夾具設(shè)于所述程控爐內(nèi)。
[0008]進(jìn)一步改進(jìn)在于:所述步進(jìn)電機(jī)通過聯(lián)軸器連接所述連桿。
[0009]進(jìn)一步改進(jìn)在于:所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)有速度傳感器、力傳感器和位移傳感器。
[0010]進(jìn)一步改進(jìn)在于:所述程控爐內(nèi)設(shè)有溫度傳感器和壓力傳感器。
[0011]進(jìn)一步改進(jìn)在于:所述速度傳感器、力傳感器、位移傳感器、溫度傳感器和壓力傳感器均連接所述單片機(jī)。
[0012]進(jìn)一步改進(jìn)在于:所述程控爐設(shè)有進(jìn)氣接口和排氣接口，所述進(jìn)氣接口設(shè)有單向閥，所述排氣接口設(shè)有溢流閥。
[0013]一種可變幾何渦輪增壓器噴嘴環(huán)可靠性試驗(yàn)裝置，能夠根據(jù)渦輪增壓器噴嘴環(huán)實(shí)際工作載荷譜，即速度譜或設(shè)計(jì)技術(shù)要求模擬噴嘴環(huán)實(shí)際工作環(huán)境狀態(tài)，即模擬汽車排放高溫、高壓氣體環(huán)境下，使噴嘴環(huán)葉片繞其旋轉(zhuǎn)中心做往復(fù)旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)。從而更加真實(shí)、準(zhǔn)確的測(cè)試和反映出噴嘴環(huán)質(zhì)量和性能的可靠性，為研發(fā)和制造質(zhì)量更加可靠、性能更加優(yōu)越的新型噴嘴環(huán)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
[0014]一種可變幾何渦輪增壓器噴嘴環(huán)可靠性試驗(yàn)裝置，使用步進(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力源，用單片機(jī)作為程序載體，編寫程序自由控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)的速度以及時(shí)間，通過偏心輪滑塊機(jī)構(gòu)傳遞力和速度，使用夾具來固定待測(cè)噴嘴環(huán)，采用程控爐作為控溫裝置，且爐蓋以及連桿通過處均裝有高壓密封圈，此外增加單向閥、溢流閥等裝置，使其具有可靠的注氣和排氣接口，并且在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的連桿處、終端，即渦輪增壓器噴嘴環(huán)，安裝了應(yīng)變式力傳感器，可以在試驗(yàn)全程實(shí)時(shí)獲得負(fù)載和行程的具體數(shù)據(jù)。
[0015]本發(fā)明的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通過極位夾角和行程速度變化系數(shù)參數(shù)值來控制，沒有急回特性，這保證了速度的均勻變化，為了保證傳動(dòng)時(shí)輕便省力，效率高，本發(fā)明采用了較小的壓力角和較大的傳動(dòng)角，為了減小摩擦阻力，本發(fā)明的滑塊部分采用銅和鋁為材料，經(jīng)過機(jī)加工后拋光制成，因此保證了較小的摩擦系數(shù)。因此，本發(fā)明的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)具有良好的傳動(dòng)性能和較高的傳動(dòng)效率。
[0016]在試驗(yàn)中，經(jīng)過高溫和時(shí)間的共同作用，渦輪增壓器噴嘴環(huán)各組件會(huì)發(fā)生形變，組件間的配合間隙也隨之發(fā)生變化，因此試驗(yàn)過程中負(fù)載以及運(yùn)動(dòng)行程均會(huì)發(fā)生變化，為了實(shí)時(shí)檢測(cè)負(fù)載以及行程具體數(shù)據(jù)，本發(fā)明在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的連桿處和終端，即渦輪增壓器噴嘴環(huán)，安裝了應(yīng)變式力傳感器，可以在試驗(yàn)全程實(shí)時(shí)獲得負(fù)載和行程的具體數(shù)據(jù)。
[0017]本發(fā)明控制溫度的部分采用程控爐，用于試驗(yàn)中加熱時(shí)間和溫度的自動(dòng)控制，時(shí)間和溫度控制準(zhǔn)確，能克服測(cè)定中溫度過沖現(xiàn)象，且爐內(nèi)加高壓密封圈和單向閥，保證爐內(nèi)氣體壓強(qiáng)最大可達(dá)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，即2.02X 105 Pa，內(nèi)壁采用防火材料，具有耐高溫、耐壓和耐腐蝕的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明設(shè)有輕觸薄膜面板按鍵輸入信息和數(shù)據(jù)，操作方便，可靠性高，是準(zhǔn)確理想的測(cè)控儀器，控溫準(zhǔn)確，升溫速度快，定時(shí)方便，操作簡(jiǎn)單，對(duì)時(shí)間和溫度等參數(shù)可進(jìn)行程序化控制。
[0018]一種可變幾何渦輪增壓器噴嘴環(huán)可靠性試驗(yàn)方法，包括以下步驟:
a.根據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型編寫動(dòng)力源的控制程序，并依據(jù)試驗(yàn)參數(shù)對(duì)其進(jìn)行調(diào)試，將調(diào)試完成的程序?qū)雴纹瑱C(jī)；
b.將待測(cè)噴嘴環(huán)通過夾具裝卡和定位，然后關(guān)好程控爐的爐蓋；
c.通過注氣接口給程控爐注入氣體；
d.電源開啟，步進(jìn)電機(jī)提供動(dòng)力，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)夾具與噴嘴環(huán)在程控爐內(nèi)運(yùn)動(dòng)；
e.噴嘴環(huán)出現(xiàn)質(zhì)量問題，則應(yīng)關(guān)閉電源，通過排氣接口回收混合氣體，取出噴嘴環(huán)，試驗(yàn)結(jié)束；噴嘴環(huán)無質(zhì)量問題，則到達(dá)預(yù)設(shè)時(shí)間，試驗(yàn)結(jié)束。
[0019]進(jìn)一步改進(jìn)在于:所述程控爐內(nèi)注入的氣體包括一氧化碳、二氧化硫、甲醛、碳?xì)浠衔?、氮氧化合物?br> [0020]進(jìn)一步改進(jìn)在于:所述程控爐內(nèi)還注入煙塵或懸浮顆粒。
[0021]一種可變幾何渦輪增壓器噴嘴環(huán)可靠性試驗(yàn)方法，首先根據(jù)實(shí)際需要或設(shè)計(jì)要求建立數(shù)學(xué)模型，再根據(jù)數(shù)學(xué)模型編寫程序，其中可以使用匯編語言或C語言進(jìn)行編程。然后對(duì)編譯的程序進(jìn)行調(diào)試，將編譯后的程序?qū)雴纹瑱C(jī)系統(tǒng)，可以不裝入待測(cè)工件進(jìn)行試運(yùn)行，其中主要針對(duì)速度、時(shí)間、溫度等試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行拷機(jī)。程序全部運(yùn)行完后，如果有不符合實(shí)際需要或設(shè)計(jì)要求的地方，就重新建立數(shù)學(xué)模型，重新編寫程序，或在已有程序的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，直到符合實(shí)際需要或設(shè)計(jì)要求為止；如果完全符合實(shí)際需要或設(shè)計(jì)要求，就可以進(jìn)行下一步。如果程序沒有問題，則將待測(cè)噴嘴環(huán)通過夾具裝卡和定位，然后關(guān)好爐蓋，確認(rèn)爐蓋關(guān)好后，就可以通過注氣接口注入一氧化碳、碳?xì)浠衔?、氮氧化合物、二氧化硫、煙塵微粒、甲醛等各種氣體，各種氣體或懸浮顆粒的比例及爐內(nèi)總壓強(qiáng)根據(jù)實(shí)際需要而定，以上步驟均完成后開啟電源進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)間的長(zhǎng)短可根據(jù)實(shí)際需要寫入程序，由程序自動(dòng)控制，也可以通過控制面板手動(dòng)控制，如果噴嘴環(huán)質(zhì)量有問題，實(shí)驗(yàn)一段時(shí)間后，由于高溫、高壓、高速擺動(dòng)、腐蝕性氣體、內(nèi)外應(yīng)力等各種因素共同作用，各部件之間就會(huì)出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)不靈活，甚至卡死，此時(shí)應(yīng)該關(guān)閉所有電源，并通過排氣接口回收混合氣體，取出噴嘴環(huán)觀察及檢驗(yàn)，找出問題所在，可以通過改變材料或者改變加工工藝等措施解決所出現(xiàn)的質(zhì)量問題，從而避免出現(xiàn)大批量質(zhì)量和性能不良的產(chǎn)品。如果經(jīng)過預(yù)定試驗(yàn)時(shí)間，試驗(yàn)結(jié)束，沒有出現(xiàn)問題，則噴嘴環(huán)的質(zhì)量和性能符合實(shí)際需要。
[0022]本發(fā)明一種可變幾何渦輪增壓器噴嘴環(huán)可靠性試驗(yàn)方法，改變了傳統(tǒng)的靜態(tài)測(cè)試方法，更接近噴嘴環(huán)實(shí)際工作環(huán)境和工作狀態(tài)，并且其運(yùn)動(dòng)速度、時(shí)間以及試驗(yàn)溫度均由程序控制，從而更加真實(shí)、準(zhǔn)確的測(cè)試和反映出噴嘴環(huán)質(zhì)量和性能的可靠性，為研發(fā)和制造質(zhì)量更加可靠、性能更加優(yōu)越的新型噴嘴環(huán)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
[0023]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明可變幾何渦輪增壓器噴嘴環(huán)可靠性試驗(yàn)裝置及方法，根據(jù)噴嘴環(huán)實(shí)際工作載荷譜或設(shè)計(jì)技術(shù)要求編程控制噴嘴環(huán)葉片運(yùn)動(dòng)速度與試驗(yàn)時(shí)間，可編程控制與調(diào)節(jié)試驗(yàn)溫度，可更換實(shí)驗(yàn)爐內(nèi)部環(huán)境氣體，能夠最大程度模擬噴嘴環(huán)實(shí)際工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)噴嘴環(huán)可靠性試驗(yàn)考核，從而滿足高性能、高可靠性噴嘴環(huán)的生產(chǎn)技術(shù)要求，為噴嘴環(huán)研發(fā)、生產(chǎn)提供生產(chǎn)與質(zhì)量保證條件。本發(fā)明一種可變幾何渦輪增壓器噴嘴環(huán)可靠性試驗(yàn)裝置及方法，可應(yīng)用于現(xiàn)有普通渦輪增壓器試驗(yàn)臺(tái)架上，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，操作簡(jiǎn)便，運(yùn)行穩(wěn)定，一次可連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行上千小時(shí)，保障了實(shí)際生產(chǎn)噴嘴環(huán)質(zhì)量和性能的可靠性，也為研發(fā)質(zhì)量和性能更加優(yōu)越的新型噴嘴環(huán)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明一種可變幾何渦輪增壓器噴嘴環(huán)可靠性試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的偏心輪滑塊機(jī)構(gòu)的說明圖；
圖3是本發(fā)明一種可變幾何渦輪增壓器噴嘴環(huán)可靠性試驗(yàn)方法的流程圖；
其中:1-步進(jìn)電機(jī)，2-單片機(jī)，3-傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，4-速度傳感器，5-連桿，6-滑塊，7-力傳感器，8-位移傳感器，9-夾具，10-進(jìn)氣接口，11-排氣接口，12-溫度傳感器，13-壓力傳感器，14-程控爐，15-聯(lián)軸器，16-機(jī)架，30-曲柄，31-轉(zhuǎn)動(dòng)副一，32-轉(zhuǎn)動(dòng)副二，33-轉(zhuǎn)動(dòng)副三，34-移動(dòng)副。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
[0026]如圖1和圖2所示，實(shí)施例提供一種可變幾何渦輪增壓器噴嘴環(huán)可靠性試驗(yàn)裝置，包括步進(jìn)電機(jī)1、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3、程控爐14和單片機(jī)2，所述單片機(jī)2連接所述步進(jìn)電機(jī)1，所述步進(jìn)電機(jī)I連接所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3,步進(jìn)電機(jī)I作為動(dòng)力源,通過帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3為試驗(yàn)?zāi)M實(shí)境中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)提供動(dòng)力；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3通過帶動(dòng)連接的夾具9,使夾具9夾持的試驗(yàn)噴嘴環(huán)運(yùn)動(dòng)，為試驗(yàn)提供模擬實(shí)境的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；通過調(diào)節(jié)程控爐14內(nèi)的溫度、壓力、氣體組成，包括注入氣體、煙塵或懸浮顆粒，為試驗(yàn)提供模擬環(huán)境；單片機(jī)2控制試驗(yàn)裝置的運(yùn)行狀態(tài)，并調(diào)節(jié)控制裝置的模擬環(huán)境與試驗(yàn)噴嘴環(huán)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3為偏心輪滑塊機(jī)構(gòu)，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3包括曲柄30、連桿5和滑塊6，所述步進(jìn)電機(jī)I連接所述連桿5的一端，所述連桿5的另一端連接有夾具9，所述夾具9設(shè)于所述程控爐14內(nèi)，所述步進(jìn)電機(jī)I通過聯(lián)軸器15連接所述連桿5，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3設(shè)有速度傳感器4、力傳感器7和位移傳感器8，所述程控爐14內(nèi)設(shè)有溫度傳感器12和壓力傳感器13，所述速度傳感器4、力傳感器
7、位移傳感器8、溫度傳感器12和壓力傳感器13均連接所述單片機(jī)2，所述程控爐14設(shè)有進(jìn)氣接口 10和排氣接口 11，所述進(jìn)氣接口 10設(shè)有單向閥，所述排氣接口 11設(shè)有溢流閥。
[0027]—種可變幾何渦輪增壓器噴嘴環(huán)可靠性試驗(yàn)裝置，能夠根據(jù)渦輪增壓器噴嘴環(huán)實(shí)際工作載荷譜，即速度譜或設(shè)計(jì)技術(shù)要求模擬噴嘴環(huán)實(shí)際工作環(huán)境狀態(tài)，即模擬汽車排放高溫、高壓氣體環(huán)境下，使噴嘴環(huán)葉片繞其旋轉(zhuǎn)中心做往復(fù)旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)。從而更加真實(shí)、準(zhǔn)確的測(cè)試和反映出噴嘴環(huán)質(zhì)量和性能的可靠性，為研發(fā)和制造質(zhì)量更加可靠、性能更加優(yōu)越的新型噴嘴環(huán)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
[0028]一種可變幾何渦輪增壓器噴嘴環(huán)可靠性試驗(yàn)裝置，使用步進(jìn)電機(jī)I作為動(dòng)力源，用89C51單片機(jī)作為程序載體，編寫程序自由控制步進(jìn)電機(jī)I運(yùn)動(dòng)的速度以及時(shí)間，通過偏心輪滑塊機(jī)構(gòu)傳遞力和速度，使用夾具9來固定待測(cè)噴嘴環(huán)，采用程控爐14作為控溫裝置，且爐蓋以及連桿5通過處均裝有高壓密封圈，此外增加單向閥、溢流閥等裝置，使其具有可靠的注氣和排氣接口，并且在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3的連桿5處、終端，即渦輪增壓器噴嘴環(huán)，安裝了應(yīng)變式力傳感器，可以在試驗(yàn)全程實(shí)時(shí)獲得負(fù)載和行程的具體數(shù)據(jù)。[0029]其中，實(shí)施例傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3采用偏心輪滑塊機(jī)構(gòu)，包括曲柄30、連桿5、滑塊6和機(jī)架16，偏心輪滑塊機(jī)構(gòu)是由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)演變而來，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，阻尼小，運(yùn)行平穩(wěn)的特點(diǎn)。偏心輪滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)副包括轉(zhuǎn)動(dòng)副一 31、轉(zhuǎn)動(dòng)副二 32、轉(zhuǎn)動(dòng)副三33和移動(dòng)副34，實(shí)施例的四個(gè)運(yùn)動(dòng)副均為低副，下面對(duì)偏心輪滑塊機(jī)構(gòu)自由度進(jìn)行分析計(jì)算:
機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)稱為機(jī)構(gòu)的自由度。每個(gè)作平面運(yùn)動(dòng)的自由構(gòu)件具有3個(gè)自由度，設(shè)一個(gè)平面機(jī)構(gòu)由N個(gè)構(gòu)件組成，其中必有一個(gè)構(gòu)件為機(jī)架，則活動(dòng)構(gòu)件數(shù)為n=N-l，在未組成運(yùn)動(dòng)副之前，共有3n個(gè)自由度，用運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接后便引入了約束，減少了自由度。每引入一個(gè)活動(dòng)構(gòu)件，就增加3個(gè)自由度，每引入一個(gè)低副就約束掉2個(gè)自由度，每引入一個(gè)高副就約束掉I個(gè)自由度，由各個(gè)構(gòu)件通過平面運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接所組成的平面機(jī)構(gòu)的自由度應(yīng)該等于機(jī)構(gòu)中所有活動(dòng)構(gòu)件的總自由度數(shù)減去該機(jī)構(gòu)所包括的各運(yùn)動(dòng)副所提供的總約束條件數(shù)，若機(jī)構(gòu)中共有P i個(gè)低副、P 個(gè)高副，則平面機(jī)構(gòu)的自由度F的計(jì)算公式為
F=3n_2P I _ P &
其中，η為活動(dòng)構(gòu)件數(shù)，P I為低副數(shù)，P a為高副數(shù)。
[0030]由上式可知，機(jī)構(gòu)自由度的數(shù)目取決于活動(dòng)構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副類型與數(shù)目。實(shí)施例中偏心輪滑塊機(jī)構(gòu)包括3個(gè)活動(dòng)構(gòu)件和4個(gè)低副，因此，偏心輪滑塊機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)為:
F=3n-2P |-Pt =3X3-2X4-0=1
由此可知，在偏心輪滑塊機(jī)構(gòu)中只要給定一個(gè)獨(dú)立參數(shù)Θ，即角位置，用以確定原動(dòng)件，即曲柄30，的相對(duì)位置后，則機(jī)構(gòu)中其他活動(dòng)構(gòu)件的相對(duì)位置也即確定。因此，當(dāng)原動(dòng)件，即曲柄30，的運(yùn)動(dòng)規(guī)律已知時(shí)，則其他活動(dòng)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律也隨之確定。所以，該偏心輪滑塊機(jī)構(gòu)具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
[0031]該偏心輪滑塊機(jī)構(gòu)由于曲柄30為原動(dòng)件，因此不會(huì)存在死點(diǎn)位置，因此在運(yùn)動(dòng)過程中不會(huì)出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。由于葉片的打開與關(guān)閉要求自由流暢，速度變化呈流線型，因此實(shí)施例的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3通過極位夾角和行程速度變化系數(shù)參數(shù)值來控制，沒有急回特性，這保證了速度的均勻變化，為了保證傳動(dòng)時(shí)輕便省力，效率高，實(shí)施例采用了較小的壓力角和較大的傳動(dòng)角，為了減小摩擦阻力，實(shí)施例的滑塊6采用銅和鋁為材料，經(jīng)過機(jī)加工后拋光制成，因此保證了較小的摩擦系數(shù)。因此，實(shí)施例的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3具有良好的傳動(dòng)性能和較高的傳動(dòng)效率。
[0032]在試驗(yàn)中，經(jīng)過高溫和時(shí)間的共同作用，渦輪增壓器噴嘴環(huán)各組件會(huì)發(fā)生形變，組件間的配合間隙也隨之發(fā)生變化，因此試驗(yàn)過程中負(fù)載以及運(yùn)動(dòng)行程均會(huì)發(fā)生變化，為了實(shí)時(shí)檢測(cè)負(fù)載以及行程具體數(shù)據(jù)，實(shí)施例在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的連桿處和終端，即渦輪增壓器噴嘴環(huán)，安裝了應(yīng)變式力傳感器，可以在試驗(yàn)全程實(shí)時(shí)獲得負(fù)載和行程的具體數(shù)據(jù)。
[0033]實(shí)施例控制溫度的部分采用程控爐14，用于試驗(yàn)中加熱時(shí)間和溫度的自動(dòng)控制，時(shí)間和溫度控制準(zhǔn)確，能克服測(cè)定中溫度過沖現(xiàn)象，且爐內(nèi)加高壓密封圈和單向閥，保證爐內(nèi)氣體壓強(qiáng)最大可達(dá)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，即2.02X 10 5 Pa,內(nèi)壁采用防火材料，具有耐高溫、耐壓和耐腐蝕的優(yōu)點(diǎn)。
[0034]如圖3所示，實(shí)施例提供一種可變幾何渦輪增壓器噴嘴環(huán)可靠性試驗(yàn)方法，包括以下步驟:
a.根據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型編寫動(dòng)力源的控制程序，并依據(jù)試驗(yàn)參數(shù)對(duì)其進(jìn)行調(diào)試，將調(diào)試完成的程序?qū)雴纹瑱C(jī)；
b.將待測(cè)噴嘴環(huán)通過夾具裝卡和定位，然后關(guān)好程控爐的爐蓋；
c.通過注氣接口給程控爐注入氣體，其中氣體優(yōu)選為一氧化碳、二氧化硫、甲醛、碳?xì)浠衔?、氮氧化合物、煙塵、懸浮顆粒；
d.電源開啟，步進(jìn)電機(jī)提供動(dòng)力，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)夾具與噴嘴環(huán)在程控爐內(nèi)運(yùn)動(dòng)；
e.噴嘴環(huán)出現(xiàn)質(zhì)量問題，則應(yīng)關(guān)閉電源，通過排氣接口回收混合氣體，取出噴嘴環(huán)，試驗(yàn)結(jié)束；噴嘴環(huán)無質(zhì)量問題，則到達(dá)預(yù)設(shè)時(shí)間，試驗(yàn)結(jié)束。
[0035]一種可變幾何渦輪增壓器噴嘴環(huán)可靠性試驗(yàn)方法，首先根據(jù)實(shí)際需要或設(shè)計(jì)要求建立數(shù)學(xué)模型，再根據(jù)數(shù)學(xué)模型編寫程序，其中可以使用匯編語言或C語言進(jìn)行編程。然后對(duì)編譯的程序進(jìn)行調(diào)試，將編譯后的程序?qū)雴纹瑱C(jī)系統(tǒng)，可以不裝入待測(cè)工件進(jìn)行試運(yùn)行，其中主要針對(duì)速度、時(shí)間、溫度等試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行拷機(jī)。程序全部運(yùn)行完后，如果有不符合實(shí)際需要或設(shè)計(jì)要求的地方，就重新建立數(shù)學(xué)模型，重新編寫程序，或在已有程序的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，直到符合實(shí)際需要或設(shè)計(jì)要求為止；如果完全符合實(shí)際需要或設(shè)計(jì)要求，就可以進(jìn)行下一步。如果程序沒有問題，則將待測(cè)噴嘴環(huán)通過夾具裝卡和定位，然后關(guān)好爐蓋，確認(rèn)爐蓋關(guān)好后，就可以通過注氣接口注入一氧化碳、碳?xì)浠衔?、氮氧化合物、二氧化硫、煙塵微粒、甲醛等各種氣體，各種氣體或懸浮顆粒的比例及爐內(nèi)總壓強(qiáng)根據(jù)實(shí)際需要而定，以上步驟均完成后開啟電源進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)間的長(zhǎng)短可根據(jù)實(shí)際需要寫入程序，由程序自動(dòng)控制，也可以通過控制面板手動(dòng)控制，如果噴嘴環(huán)質(zhì)量有問題，實(shí)驗(yàn)一段時(shí)間后，由于高溫、高壓、高速擺動(dòng)、腐蝕性氣體、內(nèi)外應(yīng)力等各種因素共同作用,各部件之間就會(huì)出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)不靈活，甚至卡死，此時(shí)應(yīng)該關(guān)閉所有電源，并通過排氣接口回收混合氣體，取出噴嘴環(huán)觀察及檢驗(yàn)，找出問題所在，可以通過改變材料或者改變加工工藝等措施解決所出現(xiàn)的質(zhì)量問題，從而避免出現(xiàn)大批量質(zhì)量和性能不良的產(chǎn)品。如果經(jīng)過預(yù)定試驗(yàn)時(shí)間，試驗(yàn)結(jié)束，沒有出現(xiàn)問題，則噴嘴環(huán)的質(zhì)量和性能符合實(shí)際需要。
[0036]實(shí)施例一種可變幾何渦輪增壓器噴嘴環(huán)可靠性試驗(yàn)方法，改變了傳統(tǒng)的靜態(tài)測(cè)試方法，更接近噴嘴環(huán)實(shí)際工作環(huán)境和工作狀態(tài)，并且其運(yùn)動(dòng)速度、時(shí)間以及試驗(yàn)溫度均由程序控制，從而更加真實(shí)、準(zhǔn)確的測(cè)試和反映出噴嘴環(huán)質(zhì)量和性能的可靠性，為研發(fā)和制造質(zhì)量更加可靠、性能更加優(yōu)越的新型噴嘴環(huán)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
[0037]實(shí)施例的有益效果是:實(shí)施例可變幾何渦輪增壓器噴嘴環(huán)可靠性試驗(yàn)裝置及方法，具有成本低，精度高、體積小、控制方便靈活等優(yōu)點(diǎn)，能夠根據(jù)噴嘴環(huán)實(shí)際工作載荷譜或設(shè)計(jì)技術(shù)要求編程控制噴嘴環(huán)葉片運(yùn)動(dòng)速度與試驗(yàn)時(shí)間，可編程控制與調(diào)節(jié)試驗(yàn)溫度，可更換實(shí)驗(yàn)爐內(nèi)部環(huán)境氣體，能夠最大程度模擬噴嘴環(huán)實(shí)際工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)噴嘴環(huán)可靠性試驗(yàn)考核，從而滿足高性能、高可靠性噴嘴環(huán)的生產(chǎn)技術(shù)要求，為噴嘴環(huán)研發(fā)、生產(chǎn)提供生產(chǎn)與質(zhì)量保證條件。實(shí)施例一種可變幾何渦輪增壓器噴嘴環(huán)可靠性試驗(yàn)裝置及方法，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，操作簡(jiǎn)便，運(yùn)行穩(wěn)定，一次可連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行上千小時(shí)，保障了實(shí)際生產(chǎn)噴嘴環(huán)質(zhì)量和性能的可靠性，也為研發(fā)質(zhì)量和性能更加優(yōu)越的新型噴嘴環(huán)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
[0038]本發(fā)明可推廣用于各種可變幾何渦輪增壓器實(shí)驗(yàn)設(shè)施以及相關(guān)用途的實(shí)驗(yàn)測(cè)試設(shè)備中。本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。
【權(quán)利要求】
1.一種可變幾何渦輪增壓器噴嘴環(huán)可靠性試驗(yàn)裝置，其特征在于，包括步進(jìn)電機(jī)(I)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(3)、程控爐(14)和單片機(jī)(2)，所述單片機(jī)(2)連接所述步進(jìn)電機(jī)(1)，所述步進(jìn)電機(jī)(1)連接所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(3 )， 步進(jìn)電機(jī)(1):作為動(dòng)力源，通過帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(3)為試驗(yàn)?zāi)M實(shí)境中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)提供動(dòng)力； 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(3):通過帶動(dòng)連接的夾具(9)，使夾具(9)夾持的試驗(yàn)噴嘴環(huán)運(yùn)動(dòng)，為試驗(yàn)提供模擬實(shí)境的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)； 程控爐(14):通過調(diào)節(jié)程控爐(14)內(nèi)的溫度、壓力、氣體組成，包括注入氣體、煙塵或懸浮顆粒，為試驗(yàn)提供模擬環(huán)境； 單片機(jī)(2):控制試驗(yàn)裝置的運(yùn)行狀態(tài)，并調(diào)節(jié)控制裝置的模擬環(huán)境與試驗(yàn)噴嘴環(huán)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的可變幾何渦輪增壓器噴嘴環(huán)可靠性試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(3 )為偏心輪滑塊機(jī)構(gòu)，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(3 )包括曲柄(30 )、連桿(5 )和滑塊(6 )，所述步進(jìn)電機(jī)(1)連接所述連桿(5 )的一端，所述連桿(5 )的另一端連接有夾具(9 )，所述夾具(9)設(shè)于所述程控爐(14)內(nèi)。
3.如權(quán)利要求2所述的可變幾何渦輪增壓器噴嘴環(huán)可靠性試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述步進(jìn)電機(jī)(1)通過聯(lián)軸器(15)連接所述連桿(5 )。
4.如權(quán)利要求1所述的可變幾何渦輪增壓器噴嘴環(huán)可靠性試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(3 )設(shè)有速度傳感器(4 )、力傳感器(7 )和位移傳感器(8 )。
5.如權(quán)利要求4所述的可變幾何渦輪增壓器噴嘴環(huán)可靠性試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述程控爐(14 )內(nèi)設(shè)有溫度傳感器(12 )和壓力傳感器(13 )。
6.如權(quán)利要求5所述的可變幾何渦輪增壓器噴嘴環(huán)可靠性試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述速度傳感器(4)、力傳感器(7)、位移傳感器(8)、溫度傳感器(12)和壓力傳感器(13)均連接所述單片機(jī)(2)。
7.如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的可變幾何渦輪增壓器噴嘴環(huán)可靠性試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述程控爐(14)設(shè)有進(jìn)氣接口( 10)和排氣接口( 11 )，所述進(jìn)氣接口( 10)設(shè)有單向閥，所述排氣接口( 11)設(shè)有溢流閥。
8.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述可變幾何渦輪增壓器噴嘴環(huán)可靠性試驗(yàn)裝置進(jìn)行試驗(yàn)的方法，其特征在于，包括以下步驟: a.根據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型編寫動(dòng)力源的控制程序，并依據(jù)試驗(yàn)參數(shù)對(duì)其進(jìn)行調(diào)試，將調(diào)試完成的程序?qū)雴纹瑱C(jī)； b.將待測(cè)噴嘴環(huán)通過夾具裝卡和定位，然后關(guān)好程控爐的爐蓋； c.通過注氣接口給程控爐注入氣體； d.電源開啟，步進(jìn)電機(jī)提供動(dòng)力，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)夾具與噴嘴環(huán)在程控爐內(nèi)運(yùn)動(dòng)； e.噴嘴環(huán)出現(xiàn)質(zhì)量問題，則應(yīng)關(guān)閉電源，通過排氣接口回收混合氣體，取出噴嘴環(huán)，試驗(yàn)結(jié)束；噴嘴環(huán)無質(zhì)量問題，則到達(dá)預(yù)設(shè)時(shí)間，試驗(yàn)結(jié)束。
9.如權(quán)利要求8所述的可變幾何渦輪增壓器噴嘴環(huán)可靠性試驗(yàn)方法，其特征在于，所述程控爐內(nèi)注入的氣體包括一氧化碳、二氧化硫、甲醛、碳?xì)浠衔?、氮氧化合物?br> 10.如權(quán)利要求8或9所述的可變幾何渦輪增壓器噴嘴環(huán)可靠性試驗(yàn)方法，其特征在于，所述程控爐內(nèi)還注入煙塵 或懸浮顆粒。
【文檔編號(hào)】G01M13/00GK103630339SQ201210309434
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2012年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月28日
【發(fā)明者】黃若, 張景輝, 鐘敏 申請(qǐng)人:常州誠(chéng)歐動(dòng)力科技有限公司