CN107991566A - 一种机电产品的强化试验设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机电产品的强化试验设备，包括试验箱(10)和振动台(30)，所述试验箱(10)内包括加热单元(100)、冷却单元(200)和试验件(20)，其中：加热单元(100)，用于向所述试验箱(10)的内部空间散发出热量，提高所述试验箱10内的温度；冷却单元(200)，用于降低所述试验箱(10)内的温度；振动台(30)，用于给所述试验箱(10)内的试验件(20)提供振动的环境。本发明公开的机电产品的强化试验设备，其可以为机电产品提供快速温度变化与振动的综合环境试验环境，从而能够快速筛选出可靠性高的产品，剔除不合格的机电产品，从而提高机电产品的可靠性，更好地满足用户对机电产品的使用需求。
Description
技术领域
本发明涉及机电产品的试验技术领域，特别是涉及一种机电产品的强化试验设备。
背景技术
目前，在航空航天领域，对机电产品的可靠性要求越来越高。而机电产品在设计和制造过程中，在不同程度上存在缺陷，使得这些机电产品在所安装环境的温度发生变化以及受到外部振动作用时，可靠性差，容易出现功能失效的问题。
但是，目前还没有一种试验设备，其可以准确、可靠地提供机电产品在不同温度环境下和快速温变过程中同时受到外部振动应力的综合环境，从而让用户能够筛选出可靠的机电产品，剔除不合格的机电产品，从而保障机电产品在航空航天领域的正常、安全使用，更好地满足用户对机电产品的使用需求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种机电产品的强化试验设备，其可以为机电产品提供快速温度变化与振动的综合环境试验环境，从而能够快速筛选出可靠性高的产品，剔除不合格的机电产品，从而提高机电产品的可靠性，更好地满足用户对机电产品的使用需求，有利于推广普及，具有重大的生产实践意义。
为此，本发明提供了一种机电产品的强化试验设备，包括试验箱和振动台，所述试验箱内包括加热单元、冷却单元和试验件，其中：
加热单元，用于向所述试验箱的内部空间散发出热量，提高所述试验箱内的温度；
冷却单元，用于吸收降低所述试验箱内的温度的内部空间散发出热量，；
振动台，用于给所述试验箱内的试验件提供振动的环境；。
其中，所述加热单元为弯曲、盘旋的电阻加热丝，所述电阻加热丝设置在所述试验箱的内侧面顶部。
其中，还包括一个加热控制装置，该加热控制装置包括：加热控制开关、加热控制单元和温度传感器，其中：
加热控制开关设置在所述加热单元与外部供电电源的连接线路中；
温度传感器，设置在所述试验箱内，用于实时检测所述试验箱内部的温度值，然后将测量值发送给加热控制单元；
加热控制单元，分别与外部供电电源、加热控制开关和温度传感器相连接，用于实时接收所述温度传感器所发来的所述试验箱内部的温度值，并将该温度值与预设的正常试验温度区间进行比较，如果该温度值小于所述预设的正常试验温度区间的最小阈值，则发送功率调整控制信号给外部供电电源，调整加热单元的加热功率，如果该温度值大于所述预设的正常试验温度区间的最大阈值时，则发送关闭控制信号给加热控制开关，控制加热控制开关断开所述外部供电电源与所述加热单元之间的导电连接，直到该温度值不再大于所述预设的正常试验温度区间的最大阈值时，再发送开启控制信号给加热控制开关，控制加热控制开关导通所述外部供电电源与所述加热单元之间的导电连接。
其中，所述冷却单元包括至少一个液氮瓶和多个喷头，所述液氮瓶通过中空的管路与所述多个喷头相连通；
所述强化试验设备还包括一个冷却控制装置，该冷却控制装置包括电磁开关、冷却控制单元和所述温度传感器，其中：
电磁开关设置在所述液氮瓶与所述多个喷头之间的连接管路上；
温度传感器，设置在所述试验箱内，用于实时检测所述试验箱内部的温度值，然后发送给冷却控制单元；
冷却控制单元，分别与电磁开关和温度传感器相连接，用于实时接收所述温度传感器所发来的所述试验箱内部的温度值，并将该温度值与预设的正常试验温度区间进行比较，如果该温度值大于所述预设的正常试验温度区间的最大阈值，则发送开启控制信号给电磁开关，控制电磁开关将所述液氮瓶与所述多个喷头之间的连接管路相导通，直到该温度值不再大于所述预设的正常试验温度区间的最大阈值时，再发送关闭控制信号给电磁开关，控制电磁开关将所述液氮瓶与所述多个喷头之间的连接管路相断开；。
其中，所述多个喷头等间隔设置在所述试验箱的内侧面顶部通风口处；
所述喷头为雾化喷头。
其中，所述振动台位于所述试验箱底部正下方，所述试验箱的底部开有一个动圈放置孔，所述振动台顶部具有可上下振动的动圈，所述动圈嵌入到所述动圈放置孔中；
所述动圈的顶部通过一块隔热板与一块扩展板固定连接在一起，所述扩展板的顶部与所述试验件的底部固定连接。
其中，所述动圈的顶部四周与所述动圈放置孔之间的间隙中填充有隔热棉。
其中，所述隔热板为一块表面覆盖有隔热棉的隔板。
其中，还包括至少一圈中空的导热管，所述导热管盘绕在所述隔热板上；
所述导热管通过中空的管路与一个液氮瓶相连通。
其中，所述振动台通过一个功率放大器与一个振动控制单元相连接；
所述振动控制单元，用于根据用户输入的控制指令，发送驱动控制信号给功率放大器，调整所述功率放大器向所述振动台输的功率大小；
所述功率放大器，用于在收到所述振动控制单元发来的驱动控制信号后，形成相应的功率输出以驱动所述振动台运行。
由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种机电产品的强化试验设备，其可以为机电产品提供快速温度变化与振动的综合环境试验环境，从而能够快速筛选出可靠性高的产品，剔除不合格的机电产品，从而提高机电产品的可靠性，更好地满足用户对机电产品的使用需求，有利于推广普及，具有重大的生产实践意义。
附图说明
图1为本发明提供的一种机电产品的强化试验设备的结构示意图；
图2为本发明提供的一种机电产品的强化试验设备实施例一的结构方框图；
图3为本发明提供的一种机电产品的强化试验设备实施例二的结构方框图；
图4为本发明提供的一种机电产品的强化试验设备中试验箱与振动台之间的连接状态结构示意简图；
图中，10为试验箱，20为试验件，30为振动台，31为动圈放置孔，32为动圈，33为隔热板，34为扩展板，35为导热管，36为液氮瓶；
100为加热单元，101为电磁开关，102为加热控制单元，103为温度传感器，200为冷却单元。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
参见图1至图4，本发明提供了一种机电产品的强化试验设备，包括主要用于准确、可靠地提供机电产品在不同温度环境下和快速温变过程中同时受到外部振动应力的综合环境，从而让用户能够快速筛选出可靠的机电产品，剔除不合格的机电产品，保障机电产品在航空航天领域的正常、安全使用。其包括试验箱10，所述试验箱10内包括加热单元100、冷却单元200和试验件20，其中：
加热单元100，用于向所述试验箱10的内部空间散发出热量，提高所述试验箱10内的温度；
冷却单元200，用于降低所述试验箱10内的温度；
振动台30用于给所述试验箱10内的试验件20(即用于试验的机电产品)提供振动的环境。
在本发明中，具体实现上，所述加热单元100可以为弯曲、盘旋的电阻加热丝，所述电阻加热丝优选为设置在所述试验箱10的内侧面顶部通风口处。
需要说明的是，所述电阻加热丝的功率可以根据用户的需要以及试验箱的大小、加热速率的需要来进行相应的设置。
因此，本发明基于上述加热单元100和冷却单元200的设置，可以使得试验箱10内的温度进行灵活地调整，从而当把试验件放置到试验箱10内时，可以检测机电产品在不同温度环境下的工作性能。
此外，对于不需要通电运行的试验件(即纯机械结构试验件)，当试验人员通过加热单元100和冷却单元200将试验箱10内的温度设置到一个预设目标温度时，可以直接将试验件放到试验箱10内，如果该试验件已不具备规定的标准性能参数(例如外观已经受损或者发生变形等明显形状、结构的故障)，那么说明该试验件不适应当前设置的温度环境。反之，如果该试验件仍然具备规定的标准性能参数，说明该试验件在当前设置的温度环境可以正常运行。
因此，本发明可以准确、可靠地检测作为试验件的机电产品在不同温度环境下的工作性能，
需要说明的是，物体由于外因(振动、湿度、温度场变化等)而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，单位面积上的内力称为应力。所述应力谱是应力随时间变化的曲线。
在本发明中，对于本发明提供的机电产品的强化试验设备，为了实现精确地调整试验箱内的温度，使得控制在预设的正常试验温度区间内，一并参见图2，本发明还包括一个加热控制装置，该加热控制装置包括：加热控制开关101、加热控制单元102和温度传感器103，其中：
加热控制开关101设置在所述加热单元100与外部供电电源的连接线路中；
温度传感器103，设置在所述试验箱10内，用于实时检测所述试验箱10内部的温度值，然后将测量值发送给加热控制单元102；
加热控制单元102，分别与外部供电电源、加热控制开关101和温度传感器103相连接，用于实时接收所述温度传感器103所发来的所述试验箱10内部的温度值，并将该温度值与预设的正常试验温度区间进行比较，如果该温度值小于所述预设的正常试验温度区间的最小阈值，则发送功率调整控制信号给外部供电电源(例如可以为其中的变压器)，调节加热单元100的加热功率，如果该温度值大于所述预设的正常试验温度区间的最大阈值时，则发送关闭控制信号给加热控制开关101，控制加热控制开关101断开所述外部供电电源与所述加热单元100之间的导电连接，直到该温度值不再大于所述预设的正常试验温度区间的最大阈值时，再发送开启控制信号给加热控制开关101，控制加热控制开关101导通所述外部供电电源与所述加热单元100之间的导电连接。
因此，可以对应增大或者减小(甚至关闭)所述加热单元100的加热输出功率；如果该温度值位于所述预设的正常试验温度区间内，则不进行处理，即保持外部供电电源的输出电压不变。
具体实现上，所述加热控制单元102可以通过PID控制算法对试验箱内的温度进行控制。
因此，对于本发明，可以通过加热控制单元102，来对电阻加热丝的加热功率进行调整(具体可以利用PID算法)，从而实现试验箱10内的温度进行精确控制，保证温度变化的速率达到用户预设的要求，能够实现温度偏差为±2℃的控制。
在本发明中，具体实现上，所述冷却单元200包括至少一个液氮瓶和多个喷头，所述液氮瓶通过中空的管路与所述多个喷头相连通；
此时，参见图3，本发明提供的所述强化试验设备还包括一个冷却控制装置，该冷却控制装置包括电磁开关201、冷却控制单元202和所述温度传感器103(即和加热控制装置共用)，其中：
电磁开关201设置在所述液氮瓶与所述多个喷头之间的连接管路上；
温度传感器103，设置在所述试验箱10内，用于实时检测所述试验箱10内部的温度值，然后发送给冷却控制单元202；
冷却控制单元202，分别与电磁开关201和温度传感器103相连接，用于实时接收所述温度传感器103所发来的所述试验箱10内部的温度值，并将该温度值与预设的正常试验温度区间进行比较，如果该温度值大于所述预设的正常试验温度区间的最大阈值，则发送开启控制信号给电磁开关201，控制电磁开关201将所述液氮瓶与所述多个喷头之间的连接管路相导通，直到该温度值不再大于所述预设的正常试验温度区间的最大阈值时，再发送关闭控制信号给电磁开关201，控制电磁开关201将所述液氮瓶与所述多个喷头之间的连接管路相断开。
具体实现上，所述冷却控制单元202可以通过PID控制算法对试验箱内的温度进行控制。
对于本发明，其可以利用电磁开关来对液氮瓶是否输出液氮进行开关控制，即实测试验箱内的温度高于预设正常试验温度区间的最大阈值(即预设的最大目标温度)时，打开电磁开关，直到该温度值不再大于所述预设的正常试验温度区间的最大阈值时，关闭该电磁开关。
具体实现上，对于本发明，所述液氮瓶优选为带有压力表的液氮瓶，并且能够提供不小于预设压力(例如15兆帕MPa)大小的液氮。
具体实现上，所述多个喷头等间隔设置在所述试验箱10的内侧面顶部。
具体实现上，所述喷头优选为雾化喷头。
因此，对于本发明，通过利用液氮，能够实现快速降温，使得平均降温速率能够达到10℃/min～45℃/min。
需要说明的是，由于液氮所受的压力较大，如果液氮通过喷头喷出时为珠状，那么直接喷到试验件时，容易对试验件造成非正常试验的损伤，另外，由于液氮气化速率降低，因此，本发明采用雾化喷头设计，可以使得液氮以雾状形式喷出，使得液氮能够在试验箱内快速气化，从而吸收大量的热量，提高对试验件的降温速率，实现快速降温。
在本发明中，对于本发明提供的机电产品的强化试验设备，为了可以准确、可靠地提供机电产品在不同温度环境下和快速温变过程中同时受到振动应力的环境，从而让用户能够筛选出可靠的机电产品，对于本发明提供的机电产品的强化试验设备，一并参见图4，
所述振动台30位于所述试验箱10底部正下方，所述试验箱10的底部开有一个动圈放置孔31，所述振动台30顶部具有可上下振动的动圈32，所述动圈32嵌入到所述动圈放置孔31中；
所述动圈32的顶部通过一块隔热板33与一块扩展板34固定连接在一起，所述扩展板34的顶部与所述试验件20的底部固定连接(具体例如螺纹连接或者卡接等固定方式)；
所述动圈32的顶部四周与所述动圈放置孔31之间的间隙中填充有隔热棉。
具体实现上，所述隔热板为一块表面覆盖有隔热棉的隔板。因此，通过该隔热板33，可以使得扩展板34和试验件20上的能量尽可能少的传递到振动台的动圈32上，从而保证振动台的工作环境处于正常环境状态。
需要说明的是，对于本发明，利用高温隔热棉的隔热和密封性能及柔软性，对振动台与试验箱之间进行连接隔热处理，既能够使得试验箱内的环境与外界环境隔绝，从而保证试验箱内的温度能够保持在预设的目标问题，也能够保证振动台的振动不至于传递到试验箱，避免对试验箱造成损坏。
另外，在加热单元100形成的高温环境和冷却单元200形成低温环境的过程中，部分的热量通过动圈与试验箱中动圈放置孔31的连接处传递到振动台动圈上，这时候，如果动圈温度的过高，将会对动圈寿命产生影响，因此，本发明还包括有一套动圈冷却组件，用于在升温过程中为动圈降温。因此，本发明作为一种可以精确控制的强化试验系统，可以充分满足机电产品的可靠性试验的需要。
在本发明中，一并参见图4，所述动圈冷却组件包括至少一圈中空的导热管35，所述导热管35盘绕在所述隔热板33上；
所述导热管35通过中空的管路与一个液氮瓶36相连通。因此，通过在该导热管35中流经低温的液氮，可以吸收隔热板33处散发的热量，从而可以使得所述隔热板33更加有效地隔断扩展板上的热量以及试验件上的热量向振动台的动圈32方向传递，因此，能够防止动圈的温度过高，延长动圈的使用寿命。
在本实用新型中，具体实现上，所述振动台30的最大推力为30kN。锁死试验箱10的内部空间可以是体积为1立方米的正立方体空间。
需要说明的是，本发明可以通过振动台30来给试验件20施加振动应力，具体可以按照预设的随机振动应力谱，持续向试验件施加预设大小的振动应力。
在本发明中，具体实现上，所述振动台30通过一个功率放大器与一个振动控制单元相连接；
所述振动控制单元，用于根据用户输入的控制指令，发送驱动控制信号给功率放大器，调整所述功率放大器向所述振动台30输的功率大小；
所述功率放大器，用于在收到所述振动控制单元发来的驱动控制信号后，形成相应的功率输出以驱动所述振动台30运行。
需要说明的是，对于需要通电运行的试验件，将试验件通电后再到试验箱内的振动台20上面进行检测，本发明通过加热单元和冷却单元及振动单元，可以为机电产品提供快速温度变化与振动的综合环境试验环境，具体实现上，当试验人员通过振动台30，按照预设的随机振动应力谱，持续向试验件施加预设大小的振动应力时，如果该试验件在此期间，已不具备规定的标准性能参数(例如通电后出现严重的噪音，或者无法通电运行等情况)，或者外观已经受损，那么说明该试验件不适应当前设置的振动应力环境。反之，如果该试验件仍然具备规定的标准性能参数，并且外观没有受损，说明该试验件在当前设置的振动应力环境可以正常运行。
此外，对于不需要通电运行的试验件(即纯机械结构试验件)，本发明通过加热单元和冷却单元及振动单元，可以为机电产品提供快速温度变化与振动的综合环境试验环境，具体实现上，当试验人员通过振动台30，按照预设的随机振动应力谱，持续向试验件施加预设大小的振动应力时，可以直接将试验件放到试验箱10内的振动台20上面，如果该试验件出现不具备规定的标准性能参数(例如外观已经受损或者发生变形等明显形状、结构的故障)的情况时，那么说明该试验件不适应当前设置的振动应力环境。反之，如果该试验件仍然具备规定的标准性能参数，说明该试验件在当前设置的振动应力环境可以正常运行。
因此，本发明可以准确、可靠地检测作为试验件的机电产品在受到外部震动作用、按照预设的随机振动应力谱施加了振动应力时对应的工作性能，
在本发明中，具体实现上，所述加热控制单元和振动控制单元可以为可编程控制器PLC、中央处理器CPU、数字信号处理器DSP或者单片机MCU。
需要说明的是，对于本发明提供的机电产品的强化试验设备，在加热单元100、冷却单元200和振动台的一起作用下，可以提供一个具有预设温度变化范围(例如-80℃～200℃)、预设温度变化范围速率(例如10℃/min～45℃/min)以及振动应力谱可控的综合应力环境，准确、可靠地提供机电产品在不同温度环境下和快速温度变化过程中同时受到外部振动应力的综合环境，实现强化试验的需求。
综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种机电产品的强化试验设备，其可以为机电产品提供快速温度变化与振动的综合环境试验环境，从而能够快速筛选出可靠性高的产品，剔除不合格的机电产品，从而提高机电产品的可靠性，更好地满足用户对机电产品的使用需求，有利于推广普及，具有重大的生产实践意义。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种机电产品的强化试验设备，其特征在于，包括试验箱(10)和振动台(30)，所述试验箱(10)内包括加热单元(100)、冷却单元(200)和试验件(20)，其中：
加热单元(100)，用于向所述试验箱(10)的内部空间散发出热量，提高所述试验箱(10)内的温度；
冷却单元(200)，用于降低所述试验箱(10)内的温度；
振动台(30)，用于给所述试验箱(10)内的试验件(20)提供振动的环境。
2.如权利要求1所述的机电产品的强化试验设备，其特征在于，所述加热单元(100)为弯曲、盘旋的电阻加热丝，所述电阻加热丝设置在所述试验箱(10)的内侧面顶部。
3.如权利要求1所述的机电产品的强化试验设备，其特征在于，还包括一个加热控制装置，该加热控制装置包括：加热控制开关(101)、加热控制单元(102)和温度传感器(103)，其中：
加热控制开关(101)设置在所述加热单元(100)与外部供电电源的连接线路中；
温度传感器(103)，设置在所述试验箱(10)内，用于实时检测所述试验箱(10)内部的温度值，然后将测量值发送给加热控制单元(102)；
加热控制单元(102)，分别与外部供电电源、加热控制开关(101)和温度传感器(103)相连接，用于实时接收所述温度传感器(103)所发来的所述试验箱(10)内部的温度值，并将该温度值与预设的正常试验温度区间进行比较，如果该温度值小于所述预设的正常试验温度区间的最小阈值，则发送功率调整控制信号给外部供电电源，调整加热单元(100)的加热功率，如果该温度值大于所述预设的正常试验温度区间的最大阈值时，则发送关闭控制信号给加热控制开关(101)，控制加热控制开关(101)断开所述外部供电电源与所述加热单元(100)之间的导电连接，直到该温度值不再大于所述预设的正常试验温度区间的最大阈值时，再发送开启控制信号给加热控制开关(101)，控制加热控制开关(101)导通所述外部供电电源与所述加热单元(100)之间的导电连接。
4.如权利要求3所述的机电产品的强化试验设备，其特征在于，所述冷却单元(200)包括至少一个液氮瓶和多个喷头，所述液氮瓶通过中空的管路与所述多个喷头相连通；
所述强化试验设备还包括一个冷却控制装置，该冷却控制装置包括电磁开关(201)、冷却控制单元(202)和所述温度传感器(103)，其中：
电磁开关(201)设置在所述液氮瓶与所述多个喷头之间的连接管路上；
温度传感器(103)，设置在所述试验箱(10)内，用于实时检测所述试验箱(10)内部的温度值，然后发送给冷却控制单元(202)；
冷却控制单元(202)，分别与电磁开关(201)和温度传感器(103)相连接，用于实时接收所述温度传感器(103)所发来的所述试验箱(10)内部的温度值，并将该温度值与预设的正常试验温度区间进行比较，如果该温度值大于所述预设的正常试验温度区间的最大阈值，则发送开启控制信号给电磁开关(201)，控制电磁开关(201)将所述液氮瓶与所述多个喷头之间的连接管路相导通，直到该温度值不再大于所述预设的正常试验温度区间的最大阈值时，再发送关闭控制信号给电磁开关(201)，控制电磁开关(201)将所述液氮瓶与所述多个喷头之间的连接管路相断开。
5.如权利要求4所述的机电产品的强化试验设备，其特征在于，所述多个喷头等间隔设置在所述试验箱(10)的内侧面顶部通风口处；
所述喷头为雾化喷头。
6.如权利要求1所述的机电产品的强化试验设备，其特征在于，所述振动台(30)位于所述试验箱(10)底部正下方，所述试验箱(10)的底部开有一个动圈放置孔(31)，所述振动台(30)顶部具有可上下振动的动圈(32)，所述动圈(32)嵌入到所述动圈放置孔(31)中；
所述动圈(32)的顶部通过一块隔热板(33)与一块扩展板(34)固定连接在一起，所述扩展板(34)的顶部与所述试验件(20)的底部固定连接。
7.如权利要求6所述的机电产品的强化试验设备，其特征在于，所述动圈(32)的顶部四周与所述动圈放置孔(31)之间的间隙中填充有隔热棉。
8.如权利要求6所述的机电产品的强化试验设备，其特征在于，所述隔热板为一块表面覆盖有隔热棉的隔板。
9.如权利要求6所述的机电产品的强化试验设备，其特征在于，还包括至少一圈中空的导热管(35)，所述导热管(35)盘绕在所述隔热板(33)上；
所述导热管(35)通过中空的管路与一个液氮瓶(36)相连通。
10.如权利要求6至9中任一项所述的机电产品的强化试验设备，其特征在于，所述振动台(30)通过一个功率放大器与一个振动控制单元相连接；
所述振动控制单元，用于根据用户输入的控制指令，发送驱动控制信号给功率放大器，调整所述功率放大器向所述振动台(30)输的功率大小；
所述功率放大器，用于在收到所述振动控制单元发来的驱动控制信号后，形成相应的功率输出以驱动所述振动台(30)运行。
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