气门挺杆自动翻转料框设计

田　鹏，傅　波，程伟然，岳祺宇，李金龙

(1.四川大学 制造科学与工程学院，四川 成都 610065；2.北京泰拓精密清洗设备有限公司，北京 101102)



气门挺杆自动翻转料框设计

田鹏1，傅波1，程伟然1，岳祺宇2，李金龙2

(1.四川大学 制造科学与工程学院，四川 成都 610065；2.北京泰拓精密清洗设备有限公司，北京 101102)

气门挺杆是发动机进气系统的重要组成部件，清洗过的气门挺杆应具有很高的洁净度。当气门挺杆开口朝下放入超声波清洗槽清洗时，工件的顶部会因为存在空气而使清洗液不能完全进入，使局部清洁度达不到要求。通过研究设计一种自动翻转料框，可将气门挺杆的空气排出，清洗液完全浸入，极大地改善了超声清洗的效果。

气门挺杆；超声波清洗；自动翻转料框

气门挺杆是发动机进气系统中的重要组成部件(见图1和图2)，是由柱塞、单向阀和单向阀弹簧组成的挺杆工作长度微调机构，其能够在发动机进气以及排气过程中，自动调整气门间隙，保持气门工作正常而整个机构又没有间隙存在，从而减少了零件之间的冲击和噪声[1]。由于气门挺杆为精密零件，必须严格保证其洁净度(一般要求气门挺杆经过清洗，其上粘附的污染颗粒直径≤10 μm )[2]。气门挺杆为一端密封的环形薄壁件，对于环形薄壁零件，如盘管式燃气冷却器的清洗，已经有学者探讨使用循环溶液清洗技术[3]。由于气门挺杆一端密封，存在较深内孔，孔内易积存空气，将工件开口朝下直立浸入清洗槽中清洗液时，会因工件内腔顶部留有空气，使得清洗液不能完全充满内腔，整体清洗效果达不到要求。研究设计了自动翻转料框，在不增加清洗工作量的情况下，可满足气门挺杆超声清洗后的清洁度要求。

图1　气门挺杆结构剖视图

图2　未清洗的气门挺杆

1　清洗方案

结合实际经验及查阅相关文献，选用超声波清洗机对气门挺杆进行清洗。超声清洗主要用于形状比较复杂的金属零件的清洗，对于小型精密金属制品及精磨面也能起到比较好的清洗作用，特别对于有齿、深孔和狭缝的零件有很好的清洗作用。不论工件形状多么复杂，将其放入清洗液内，只要是能接触到液体的地方，都能实现超声波清洗[4]。

超声波信号发生器产生20 kHz以上的高频电信号，通过换能器转换成2万次/s以上的高频机械振荡，在清洗液(介质)中形成超声波，以正压和负压高频交替变化的方式在清洗液中疏密相间地向前辐射传播，使清洗液中不断产生无数微小气泡并不断破袭，气泡破裂时可形成1 000个大气压以上的瞬间高压，产生一连串的爆炸，并释放出巨大能量，对周围形成巨大冲击，使工件表面及缝隙中的污垢迅速剥落，从而达到工件表面净化的目的[5]。

弱碱性环保清洗剂成分中含有表面活性剂，表面活性剂是一种有机化合物，当其溶解在液体中时，能降低清洗液与污物间的表面张力，对污物有润湿、渗透、分散和乳化增溶等清洗作用[6]；因此清洗效果比较好，而且其无毒，无害，无刺激性，可完全生物降解。因气门挺杆的污染物主要为油污及尘屑，选用弱碱性环保清洗剂可满足清洗要求，故选择RSB-105环保清洗剂。

2　装夹方式

根据超声波清洗槽的尺寸，结合工件的外形以及清洗要求，设计了长方体型可翻转料框(见图3和图4)。其主要结构包括料框架及料盘两部分。首先将气门挺杆开口处朝下竖直放入料盘内，闭合料盘门，使工件与料盘形成一个整体，这样在翻转和移动的过程中都不会摆动；然后将料盘从侧面放入料框架，进入支架凹槽内，并顺时针翻转料框90°至料盘与料框架的底面垂直，顶杆的前端自动顶在料盘的底部；随后将弹簧挂在料框的底部边架上，此时料盘的顶部会受到一个弹簧拉力，底部会受到一个推力，两力平衡使料框保持在竖直状态，进而使得气门挺杆的开口处于水平状。把料框架整体放入清洗槽内，当料盘顶部完全浸入清洗液后，料框架的底部即将接触清洗槽底部，此时顶杆的尾端与清洗槽槽底的小凸起块接触，受到向上的力，顶杆绕旋转螺母转动，随后顶杆前端与料盘脱离接触，在弹簧拉力作用下，料盘绕支架转动90°，碰触到水平架达到水平状态，工件也随之翻转90°，达到开口朝下的竖直状态。整个过程无需过多人工操作即可实现翻转要求。

图3　料盘竖直放置时的可翻转料框侧面图

图4　料盘水平放置时的可翻转料框正面图

3　清洗效果及分析

为保证结果的准确性，选取60个目测可见明显油污及颗粒物的气门挺杆作为清洗对象，分2批次放置在可翻转料框中进行清洗，清洗后放置在显微镜下观察并记录结果。将此结果与未清洗时以及以不翻转的形式放置时的清洗结果进行对比，结果见表1。

表1　不同装载条件下清洗效果对比

从检测结果来看，在使用可自动翻转料框清洗后，相对于直接将工件竖直放入水中，清洁度大大提高了。尤其对于内腔的顶部，由于空气的存在而导致清洗液不能完全充满内腔，使得超声效果减弱的现象得到了很好的改善，清洗效果也满足了清洗要求。

4　结语

采用将气门挺杆开口朝下竖直放入清洗槽的方式，会因使工件内腔顶部留存有空气而导致清洗液不能完全充满工件内腔，超声波清洗作用不能充分发挥，清洗后的工件不能达到洁净度要求。将工件放入自动旋转料框后再浸入清洗液，可以实现工件的开口首先与水面平行，待清洗液将空气挤出并完全充满内腔之后，再做出接近90°的翻转，可达到最佳清洗状态。清洗后的工件能很好地满足洁净度要求。

[1]张瓒.液压气门挺杆常见故障及原因分析[J].内燃机与动力装置，2008(1)：53-55.

[2]程伟然.气门挺杆复合清洗工艺研究[J].新技术新工艺，2015(5)：1-3.

[3]高晓，陈国强，陈勇进.盘管式燃气冷却器清洗工艺与技术[J].新技术新工艺，2013(9)：89-90.

[4]李雅丽.超声波清洗的原理和实际应用[J].清洗世界,2006，22(7)：31-35.

[5]冯若.超声手册[M].南京：南京大学出版社，2007.

[6]廖天生,李瑞莲.皮带轮清洗工艺研究[J].汽车科技，2002(4)：24-25.

责任编辑马彤

Structural Design of Automatically Overturned Loader for Valve Tappet

TIAN Peng1， FU Bo1， CHENG Weiran1， YUE Qiyu2， LI Jinlong2

(1.College of Manufacturing Science and Engineering， Sichuan University， Chengdu 610065， China;2.Beijing Tietop Precision Cleaning Equipment Co., Ltd., Beijing 101102, China)

As the valve tappet is an important part of engine air intake system, the cleanliness is required to achieve a high level.When put the valve tappet downward into the ultrasonic cleaners, cleaning fluid will not fill the top of valve tappet because of the air. Local cleaning quality can not meet the requirement. The automatically overturned loader proposed in this paper can remove the air in the top of the valve tappet, and improve the ultrasonic cleaning effect.

valve tappet, ultrasonic cleaning, automatically overturned loader

TG 174

B

田鹏(1989-)，男，硕士研究生，主要从事机械开发、超声波及应用等方面的研究。

2016-01-08