【摘要】本文研究了内孔等离子喷涂旋转—升降装置在内孔喷涂中的应用，用等离子喷涂技术在发动机缸体内部喷涂一层耐磨涂层，替代原有的铸钢钢套，从而减轻内的质量，达到节能减排的目的。
【关键词】石油，等离子喷涂，内燃机，缸套，内壁。
前言
等离子喷涂技术作为表面工程热喷涂技术之一，主要特点是用等离子焰流作为喷涂的热源。由于等离子火焰流温度高、能量集中和喷涂可控等优点，是各种难熔材料的良好热源，并且粉末材料在焰流的飞行速度极高，所以在喷涂过程中为获得结合良好、结构致密的喷涂涂层提供了有利条件[1]。等离子喷涂是气体在电场作用下被加速，与中性粒子产生碰撞，使中性粒子发生电离，产生离子电弧。同时受到热收缩、磁收缩和机械收缩三种效应的作用，使离子电弧具有高温高速的焰流，从而使喷涂材料被加热到溶化或软化状态，高速喷射到工件表面，经过就变形，淬冷而粘结在工件表面上，形成了等离子喷涂涂层[2]。为了减少汽车燃油消耗和降低二氧化碳排放，减轻汽车质量已经成为众所关注的焦点之一。研究调查表明，如果汽车整备质量每减少100kg，一百公里石油消耗可降低0.3～0.6L[3]。此外，而且汽车轻量化可以提高汽车动力性，节省材料和石油，降低成本。预计到2010年汽车整备质量平均将减轻17%；小轿车整体质量将从目前的平均1300kg左右降至1000kg左右。
其中最重要的就是减轻发动机的质量。这就有了用等离子喷涂技术在发动机缸体内部喷涂一层耐磨涂层然后代替原有的铸钢套。这就必须实现等离子枪体在缸体内进行旋转升降。等离子旋转升降喷涂是缸体表面金属涂层的有效方法，该方法具有生产效率高、生产成本低、设备操作简单、涂层质量稳定且易于控制的优点，因此，越来越受到人们的重视[4]。本文借助电机由皮带带动旋转，由丝杠来实现升降移动枪体，为这项新技术在汽缸中的广泛应用提供可靠的参考。
1 内孔等离子喷涂原理
主轴旋转带动等离子喷枪旋转，冷却水、电、氩气、喷涂粉末通过旋转装置向下输送至喷枪，主轴可以上下移动和旋转，实现对汽缸内孔喷涂，在汽缸内壁沉积防腐和耐磨涂层，图1.1为等离子内孔旋转喷涂装置喷涂汽缸内壁的简图.
2 内孔等离子旋转-升降机构的设计
2.1 旋转机构的设计
内孔等离子旋转装置要要去汽缸内壁进行喷涂，这就要求等离子枪体能够进行旋转。这样才能使喷涂材料均匀的喷涂到内壁。旋转机构带动主轴旋转，旋转主轴下端连接等离子枪体并带动其旋转，实现对缸体内壁的喷涂。旋转机构主要由电动机、皮带、旋转主轴组成。电动机与小齿轮连接，皮带轮安装在旋转主轴上，电动机带动皮带可以实现旋转，通过调节电动机的转速可调节枪体的旋转速度。
2.2 升降机构的设计
升降机构的设计要实现主轴带动下端喷枪实现升降的基本运动。升降机构由精密线性模组、外箱体、轴承座、轴承丝杠组成。精密线性模组主要是由滚珠丝杠和滑板机构组成，动力驱动滚珠丝杠带动滑板实现升降运动，滚珠丝杠是将回转运动转化为直线运动的一种传动原件，具有高精度的保证和微进给的可能，并且成本低、效率较高。由精密线性模组带动与轴承座相连的外箱体升降运动，最后通过轴承座，轴承将升降运动的动力传递给旋转的主轴，既不妨碍主轴的旋转运动，又实现了主轴带动下端等离子喷枪上下运动的目的。
2.3 旋转升降装置输水、电采用一体设计
等离子枪体在喷涂过程中，气体电离将产生大量的热量，等离子喷枪上的钨极和喷嘴部分的受热最严重，通常的方法是采用气体冷却或者水冷却，因为水的比热容较大，冷却水在流经喷枪钨极和喷嘴时将带走大量的热，达到对喷枪冷却的效果。通常的等离子内孔旋转喷涂装置系统都采用空气冷却，但本装置采用水冷系统，虽然结构稍显复杂，但冷却效果将明显优于空气冷却的效果，可延长喷枪的使用寿命。通入等离子喷枪内部的气体要被电离产生电弧，需要电能的输入，本装置将电和冷却水同时通过水电段供给，外界水电通过水电缆送入水电段，接口结构简单，水电通过水电段经主轴向下被送至喷枪。
由于电流与导线横截面积成正比的关系，导线截面积越大，允许通过的电流越大，同时和导线的电阻率有关，电阻率越大，允许通过的电流越小。本装置采用水电一体的方式，在铜管内部进行冷却水的输入，铜管外部进行电的输入，表面进行绝缘处理。如图2水电一体结构剖面图，等离子枪体水电一体的设计方法可以大大减小整个装置的体积，从而使升降旋转装置进入缸体内部喷涂提供了可能性。
本装置采取水管内通入冷却水，其外壁进行时导电，由于导电能力和导体的横截面积成正比，因此这样设计可以增大水管的横截面积从而提高其导电能力，而且流动的冷却水也可以大大提高整个装置的导电能力，使得以通过较大电流。
3 内孔等离子旋转—升降装置有望使用在内燃机气缸套喷涂中把活塞销打入销孔内，导致活塞变形量增大，椭圆度增加；曲轴主轴瓦或连杆瓦背加铜垫或纸垫，易堵塞油道，导致烧瓦抱轴事故；在维修柴油机时过量刮削轴瓦，轴瓦表面的减摩合金层被刮掉，导致轴瓦钢背与曲轴直接摩擦发生早期磨损；拆卸轴承、皮带轮等过盈配合零部件时不使用拉力器，硬打硬敲，易导致零部件变形或损坏；启封新活塞、缸套、喷油嘴偶件、柱塞偶件等零件时，用火烧零件表面封存的油质或腊质，使零件性能发生变化，不利于零件的使用。
6 设备修理中的维护
在设备修理作业时，一些修理人员往往只重视喷油泵、输油泵、活塞、缸套、活塞环、液压油泵、操纵阀、等零部件的维修，却忽视了对滤清器、溢流阀、各类仪表等“小件”的保养，认为这些“小件”不影响机械的工作，即使损坏也无关紧要，只要机械能动就凑合着用，孰不知，正是这些“小件”缺乏维护，导致机械发生早期磨损，缩短使用寿命。
如工程机械使用的柴油滤清器、机油滤清器、空气滤清器、液压油滤清器、水温表、油温表、油压表、感应塞、传感器、油液滤网、水箱盖、油箱盖、加机油口盖、黄油嘴、喷油器回油接头、开口销、风扇导风罩、传动轴螺栓锁片等，这些“小件”是工程机械正常工作及维护保养必不可少的，对延长机械的使用寿命至关重要，在维修作业时，如不注意维护保养，常会“因小失大”，导致工程机械故障的发生。一台QPY-30型钻机，因离合器固定螺钉没有，导致离合器摩擦片、轴承座严重损坏，离合器无法正常工作。一台185型柴油机，空气滤清器滤芯污染，使用人员没有及时更换，机械使用不长时间，柴油机功率下降，检查发现活塞、气缸、活塞环、气门等发生严重的磨损。上述两例故障都是忽视“小件”的维护保养而引起的，应引以为戒。
实践证明，使用好，维护好，管理好物探机械设备是钻井设备利用率与勘探成本有着密切的关系，保障机械设备的技术性能是提高钻井设备利用率、延长设备使用年限，和节约企业施工生产成本的重要保证。
内燃机是汽车、摩托车、农业机械、工程机械、船舶等一些通用机械上最重的配套产品，并且是这些整体机械上最为关键的部件[5]。而气缸套则是内燃机工作环境磨损最为严重的零部件,工作环境极其恶劣,承受高温、高压的冲击和活塞的往复摩擦直运动,磨损较快，这样容易产生拉缸现象。气缸套的磨损大致可以分为磨料磨损、腐蚀磨损、熔着磨损[6]。
气缸套内表面经过等离子喷涂处理后,可显著提高硬度和耐磨性能,延长疲劳寿命,从而大大提高产品质量和经济效益[7]。当前,等离子喷涂金属陶瓷粉末而形成的陶瓷气缸套在国外已取得成功,并且已应用于生产,其磨性能提高幅度能达到原来的1～1.5倍。而在国内,还处于研究的初级阶段。据调查,山东某大学在这方面做了大量工作,取得了成功[8]。用等离子喷涂新型金属陶瓷粉末后的气缸套耐磨度比原来提高120%以上，还可以减轻汽车的质量，减少内燃机石油消耗，最终实现节能减排。等离子旋转-升降装置体积较小，因此可以进入缸体内部对其旋转升降喷涂，有效解决了缸体内壁喷涂困难的问题，从而提高缸体内壁的耐磨性能。
5 结论
内孔等离子旋转—升降装置的研制可以通过自动控制，并结合孔内喷涂的设计，可以成功解决缸体喷涂困难问题，并可以实现缸体内壁表面的防腐，能够满足现在内燃机高级防腐耐磨的需要。与传统的汽缸套相比，可以使发动机的缸体大小和重量大大减轻，节省石油，提高内壁的耐磨性和润滑性，从而延发动机的使用寿命，提高工作效率。
参考文献略
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