CN110849600A - 一种利用高频试验机进行活塞销孔热机疲劳试验的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用高频试验机进行活塞销孔热机疲劳试验的装置，包括加载杆、活塞销、热电偶、加热装置、模拟缸套和温度控制系统，所述活塞试验件倒置并通过活塞销与加载杆底部的加载头连接，所述活塞试验件置于所述模拟缸套内；所述模拟缸套的外壁设置加热装置，所述模拟缸套内壁销孔附近粘贴热电偶，所述加热装置和热电偶线连接所述温度控制系统。本发明采用高频试验机垂直加载的方式将载荷施加于竖直放置的试验活塞上，试验频率高、能耗低，极大地降低了试验成本，提高了试验效率；并对试验活塞加温来实现温度模拟，该装置能够对活塞销孔处进行热机疲劳考核。

Description

一种利用高频试验机进行活塞销孔热机疲劳试验的装置
技术领域
本发明属于活塞试验技术领域，尤其是涉及一种利用高频试验机进行活塞销孔热机疲劳试验的装置。
背景技术
活塞是发动机中的关键运动构件，与气缸、气缸盖等组成封闭的燃烧室空间。活塞受气缸内气体作用力、高速往复运动质量所产生的往复惯性力，以及连杆倾斜时所产生的侧推力的周期性作用，这些作用力使活塞销孔处应力很高，而且活塞长时间在高温状态下工作，高温使活塞材料的强度降低，还使活塞产生热变形和热应力。随着发动机爆发压力及热负荷的大幅提升，在很高的机械负荷和热负荷综合作用下，活塞销孔出现失效的概率不断增加，一旦出现失效极易导致缸套、缸盖、连杆损坏，甚至造成发动机损毁。因此，保证活塞销孔处的结构强度与可靠性是发动机设计的关键所在。
目前一般采用疲劳试验系统模拟活塞承受的载荷对活塞销孔处的疲劳性能进行考核，了解其能否满足发动机工作要求，试验装置一般采用液压设备进行，如图1所示。该装置能够同时模拟爆发压力及惯性力作用，但试验频率低，试验成本高，最重要的是由于试验加载介质的特定限定，导致无法模拟活塞的温度场。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种利用高频试验机进行活塞销孔热机疲劳试验的装置，能够同时对活塞施加机械载荷及温度场，试验频率高、能耗低。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种利用高频试验机进行活塞销孔热机疲劳试验的装置，包括加载杆、活塞销、热电偶、加热装置、模拟缸套和温度控制系统，所述加载杆为T型结构，活塞试验件倒置并通过活塞销与加载杆底部的加载头连接，所述活塞试验件置于所述模拟缸套内；所述模拟缸套的外壁设置加热装置，所述模拟缸套内壁销孔附近粘贴热电偶，所述加热装置和热电偶线连接所述温度控制系统。
进一步的，所述高频试验机对倒置的活塞试验件施加压缩载荷，载荷形式为正弦波，载荷比R≈0。
进一步的，所述模拟缸套内底部铺设有石英砂粉，石英砂粉与活塞试验件的顶面接触。
进一步的，所述模拟缸套内位于活塞试验件的活塞内腔中填充耐高温硅油，耐高温硅油的高度超过活塞销，模拟缸套的顶部安装防溅油盖。
进一步的，所述加载杆的顶部和模拟缸套的底端的外侧均布置冷却气管。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
本发明采用高频试验机垂直加载的方式将载荷施加于竖直放置的试验活塞上，试验频率高、能耗低，极大地降低了试验成本，提高了试验效率；并对试验活塞加温来实现温度模拟，该装置能够对活塞销孔处进行热机疲劳考核。能够同时对活塞施加机械载荷及温度场，能够模拟温度对材料性能的影响，试验与实际工作状态差距小，部件试验模拟程度高，试验结果更精确。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为传统试验装置结构示意图；
图2为本发明实施例利用高频试验机进行活塞销孔热机疲劳试验的装置结构示意图；
图3为本发明实施例利用高频试验机进行活塞销孔热机疲劳试验的装置的侧面结构示意图。
附图标记说明：
加载杆1、防溅油盖2、活塞销3、热电偶4、活塞试验件5、加热装置 6、模拟缸套7、石棉隔热垫8、耐高温硅油9、活塞环10、石英砂粉11、石连接螺栓12、温度控制系统13、冷却气管14、非标钢套15、非标连杆16、底板17、顶板18、支撑体19、卡簧20。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种利用高频试验机进行活塞销孔热机疲劳试验的装置，如图2、3所示，包括加载杆1、防溅油盖2、活塞销3、热电偶4、加热装置6、模拟缸套7、活塞环10、温度控制系统13，
所述活塞试验件5倒置并通过活塞销3与加载杆1底部的加载头连接，所述活塞试验件5置于所述模拟缸套7内，活塞试验件5与模拟缸套7之间设有活塞环10，用于密封；
所述模拟缸套7的外壁设有加热装置6，用于模拟活塞工作中的温度；所述模拟缸套7内壁销孔附近粘贴有热电偶4，所述加热装置6和热电偶4 线连接所述温度控制系统13，温度控制系统13可设置温度，并通过热电偶 4反馈温度信号进行闭环控制。实现活塞销孔附近温度场的控制。所述热电偶4将温度信号反馈给温度控制系统13，温度控制系统13将其与预设的加温阈值和停止加温阈值进行比较，根据比较结果控制加热装置6是否进行加热工作。
所述加载杆1的顶部为上转接板组，通过连接螺栓12安装于高频试验机上；所述模拟缸套7的底端为下转接板组，通过连接螺栓12安装于高频试验机上；高频试验机对倒置的活塞试验件5施加压缩载荷，载荷形式为正弦波，载荷比R≈0，用于模拟气缸内气体作用力的作用，模拟活塞工作中的爆发压力，用于考核活塞销孔处的结构强度。
为避免试验机温度提升，上转接板组和下转接板组外侧布置冷却气管14，即压缩空气喷嘴，用于转接板组降温。
优选实施例，所述模拟缸套7内底部铺设有约20mm厚的石英砂粉11，石英砂粉11与活塞试验件5的顶面接触；本发明采用石英砂粉11替代液压油等液体介质，避免了高压液体介质沿模拟缸套7的缸套壁泄漏，同时解决了采用其他固体介质导致活塞试验件5的活塞顶的局部受力问题；
优选实施例，所述模拟缸套7内位于活塞试验件5的活塞内腔中填充耐高温硅油9，耐高温硅油9的高度超过活塞销3，用于模拟活塞销3与活塞之间的润滑，并在模拟缸套7的顶部安装防溅油盖2，所述加载杆1穿过防溅油盖2中心的通孔，防止试验过程中硅油溅出。
所述上转接板组和下转接板组均设有石棉隔热垫8。
试验方法：
首先将加载杆1底部的加载头与活塞销3进行连接，活塞销3安装在活塞试验件5的活塞销孔中，活塞销3与加载头之间为铰接连接，并浸泡在耐高温硅油中，活塞试验件5倒置安装在模拟缸套7中，活塞试验件5的顶部与模拟缸套7底部之间为石英砂粉11，在模拟缸套7外布置加热装置6，试验机械载荷通过活塞销3完成力的传递，活塞温度场通过加热装置6进行施加，通过温度控制系统13进行温度控制。
本发明能够同时对活塞试验件5施加机械载荷及温度场，能够模拟温度对材料性能的影响，试验与实际工作状态差距小，部件试验模拟程度高，试验结果更精确。
本发明采用高频试验机进行加载，试验频率高、能耗低，极大地降低了试验成本，提高了试验效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种利用高频试验机进行活塞销孔热机疲劳试验的装置，其特征在于：包括加载杆(1)、活塞销(3)、热电偶(4)、加热装置(6)、模拟缸套(7)和温度控制系统(13)，
所述活塞试验件(5)倒置并通过活塞销(3)与加载杆(1)底部的加载头连接，所述活塞试验件(5)置于所述模拟缸套(7)内；
所述模拟缸套(7)的外壁设置加热装置(6)，所述模拟缸套(7)内壁销孔附近粘贴热电偶(4)，所述加热装置(6)和热电偶(4)线连接所述温度控制系统(13)。
2.根据权利要求1所述的一种利用高频试验机进行活塞销孔热机疲劳试验的装置，其特征在于：所述高频试验机对倒置的活塞试验件(5)施加压缩载荷，载荷形式为正弦波，载荷比R≈0。
3.根据权利要求1所述的一种利用高频试验机进行活塞销孔热机疲劳试验的装置，其特征在于：所述模拟缸套(7)内底部铺设有石英砂粉(11)，石英砂粉(11)与活塞试验件(5)的顶面接触。
4.根据权利要求1所述的一种利用高频试验机进行活塞销孔热机疲劳试验的装置，其特征在于：所述模拟缸套(7)内位于活塞试验件(5)的活塞内腔中填充耐高温硅油(9)，耐高温硅油(9)的高度超过活塞销(3)，模拟缸套(7)的顶部安装防溅油盖(2)。
5.根据权利要求1所述的一种利用高频试验机进行活塞销孔热机疲劳试验的装置，其特征在于：所述加载杆(1)的顶部和模拟缸套(7)的底端的外侧均布置冷却气管(14)。
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