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Anma 活塞环检测与误差分析
论文关键词：活塞环 弹力 翘曲度 误差
论文摘要：活塞环对柴油机的功率发挥有着举足轻重的作用，其寿命与制造、检测、安装等工艺密切相关。检测是重要的中间环节。本文主要针对活塞环弹力检测工装、翘曲度检测工装进行分析和讨论。
1、问题的提出
活塞环对发动机的功率发挥起着很大的作用，其摩擦功率占整个发动机损失功率的一半以上，而且活塞顶部所受热量主要通过活塞环传出。但由于技术等多种原因，一些活塞环安装后并不能达到预期的效果及设计要求，有些活塞环过早的磨损或折断。这些都和制造、检测、安装等工艺有关。因此，活塞环是否合格，检测就成为一个重要的中间环节，它关系着发动机的整机性能。
2 问题分析
下面我结合车间实际情况对活塞环检测工装（这里仅以活塞环弹力检测工装和翘曲度检测工装为例）谈几点看法。
2.1 活塞环弹力检测
活塞环的第一密封面要求气环径向弹力必须达到一定的标准，当第一密封面一旦形成，那么在燃气压力的作用下将加强第一密封面和形成第二密封面。若气环径向弹力达不到标准，即使再大的燃气压力也难以形成第一和第二密封面。径向压力高有利于密封并能适应高转速，因为振动随径向压力增高而减小，而转速越高进入环背与活塞的燃气压力越低，环脱离缸壁的趋势就会越明显。因此检测活塞环径向弹力就很必要和重要了。为了方便，生产中一般采用集中力代替分布的环周压力，来环成品的弹力是否符合设计要求。根据环的受力及简化得出两个与弹性模量有关的集中力：径向集中力和切向集中力。由相关条件，便可由这两种力与环的弹性模量等关系式来得到某一个力的理论值，同时也可根据两式的关系式直接相互转换或做近似相互转换。下面就以16V280ZJA柴油机活塞环为例进行说明。
根据目前我车间的实际情况，测弹力工装采用的是用柔性钢带测切向力。如下示意图1：左图为钢带切向力测弹力，右图为径向力测弹力的示意图。径向测量机构与带式切向力测量相比，适用于大缸径活塞环，有如下优点：测量方便，测量值较为准确。因为这些活塞环径向弹力较大，而且直接加在活塞环上无其他附加外力。
图1
若采用带式机构切向力测弹力，由于采用带式结构测量机构必然附加了一个带的弹力，使得所测弹力值大于理论弹力值。而且当活塞环较大时，较薄的钢带受到较大的力后，易损坏钢带或其附属机构。为防止较大的力破坏带所以选用的带就越厚，那么误差就越大。所以在测量时可预先测出钢带的弹力，然后用所得值与技术要求测弹力值施加的径向力之和加于钢带之上。
测径向力机构的缺点是：所采用的力较带式的大。因此要采取施力保护措施以防集中力压伤环，如可适当加大接触面积（如采用橡胶结构）等。另外由于测的是径向力，要求所加力指向圆心，否则会产生误差，所以可以采用三点定位圆，或长横杆减少力作用线偏离圆心带来的误差。
2.2 活塞环翘曲度检测
当环翘曲时，会增加漏气量，甚至卡死或使环折断，因此必须严格检查翘曲度，减少测量误差。下面仍以16V280ZJA柴油机的气环测量为例说明常见测量翘曲度误差及原因。
[1]
图2
图3
图2为未扭曲状态下的气环受力示意图，图3为均匀扭曲状态下的气环受力示意图。根据力学及微积分算得：P=0.0133N。
又：活塞环在通过检测装置时受力简化如图4： 图4
由牛顿第二定理得：
1/2mg-f=ma/2（m为气环质量，为0.35kg；a为假定气环在通过工装检测时的加速度；g为重力加速度；f为环在工装中所受的摩擦力）
f=μN
N=P
μ=0.18（目前车间所用翘曲度检测工装材料为45钢，查资料知其摩擦系数μ）
解得：a=（mg-2μP）/m=9.796 m/s2
a>0且较大，这说明检测设备并不能完全起到检测翘曲度的作用，有可能使翘曲度超标的活塞环误检为合格。因此：检测翘曲度工装应该倾斜一定的角度、水平放置或增大μ（可以采取在金属材料里贴一层橡胶、胶木板或者其它摩擦系数大一点的材料），以减小或消除重力影响。至于倾斜角度和增大μ的多少，理论上应使加速度为零，但考虑到环的加工﹑材质、表面并不能完全一致，以及放入检测设备的角度不完全一样，所以允许有一定的加速度值（但不宜太大），大小可视需要而定。
3、结论
根据目前我厂的实际情况，发动机活塞环直径为180~280mm，重量从0.105 ~0.35kg，属于大缸径的活塞环。在检测时应根据具体情况采取适宜的方法，来提高测量值的准确度，进而提高发动机的工作效率，减少活塞环和活塞的损坏。
参考书目：
1) 《中外常用金属材料手册》 陕西科技出版社------------2001
2) 《设计手册》化工出版社（第二版上册）----—-1985
3) 《内燃机设计》自印教材-----------------------------2000
4) 《内燃机原理》机械工业出版社-----------------------1999
[2]
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