CN113218860A - 一种静态冰粘结力测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种静态工况下结冰粘合力测试器，涉及测量技术领域，解决了现有技术中的待测试材料与水之间的结冰粘接操作较难控制的技术问题。该静态工况下结冰粘合力测试器包括支撑座、结冰器以及推拉测力装置，其中支撑座用于安装固体实验材料或结冰器；结冰器包括注水腔以及与注水腔连通的注水口以及粘接口；推拉测力装置用于向结冰器或固体实验材料施力，以使结冰器与固体实验材料分离，同时测试施力强度。本发明的静态工况下结冰粘合力测试器通过改进结冰器结构，在其上设置注水口与粘接口，直接通过注水口进行注水，使待测试材料与水之间的结冰粘接操作简单，且一致性好。

Description

一种静态冰粘结力测试装置

技术领域

本发明涉及测量技术领域，尤其是涉及一种测定静态工况下冰与固体材料粘结力的装置。

背景技术

在低温潮湿环境下，自然降水（降雪、冻雨、凝露等）极易冻结在物体表面形成覆冰层，如路面积雪结冰，飞机侧翼结冰，输电导线、输电杆塔结冰，建筑物外壁结冰，通讯天线积雪结冰等，不仅给人们的生活带来诸多不便，也对生产运输的安全性造成了严重威胁，甚至造成巨大的经济损失。

预防覆冰灾害一直是人们努力不懈的方向，而冰与材料表面的界面粘结效应则是覆冰基础科学问题之一。为了避免结冰事故的发生，保证飞行安全，通常会在飞机上安装除冰系统。现阶段，飞机采用的除冰方法通常包括机械法和热力法；机械法传递的能量是振动，热力法传递的能量是热量，两者共同点均是破坏冰层和蒙皮间的粘附强度。当除冰机构开启后，粘附力破坏达到一定程度时，冰层由于气动力及内外部应力联合作用下脱落。因此，获得不同环境参数下形成的不同形式冰与不同材料粘结程度是设计机械法除冰系统的前提。因此非常有必要提出一种可靠的、应用广泛的冰粘结力测试装置。

中国发明专利（授权公告号：CN204086019U）公开了一种便捷式冰的垂直粘接力测试装置，该装置包括机壳，机座，滑块，拉力计，拉力计安装件和测试附件；机壳固定在机座上；机壳内具有沿其长度方向设置的丝杆，且丝杆可沿其轴线转动，丝杆的一端从机壳伸出；滑块包括位于机壳内的连接部和位于机壳外的安装部，连接部上具有第一螺纹孔，丝杆穿过第一螺纹孔，且与该第一螺纹孔螺纹配合，安装部上具有多个第二安装孔； 拉力计通过拉力计安装件安装在滑块上；测试附件包括附件Ⅰ和位于附件Ⅰ下方的附件Ⅱ；附件Ⅰ由端头和连接杆组成，端头具有下端开口的储水腔，连接杆用于与拉力计连接；附件Ⅱ为板状件，用于盖住储水腔的开口和固定在机座上。该装置的工作原理方式（原理）为：附件Ⅰ和附件Ⅱ之间通过注水腔内注满的水冰冻后粘在一起，之后通过丝杆和滑块等配合工作提供竖直向上的拉力拉拽附件Ⅰ，同时安装滑块上的拉力计显示竖直向上的拉力数据，附件Ⅰ与附件Ⅱ分离瞬间拉力计的显示数据即为冰的粘接力。

通过分析上述发明专利公开的技术方案，本申请人发现其至少存在以下技术问题：附件Ⅰ与附件Ⅱ之间冰粘接较难操作，即待测试材料与水之间的结冰粘接操作较难控制。具体原因为：在操作附件Ⅰ与附件Ⅱ注水粘接时，首先是向附件Ⅰ的注水腔内注水，然后将附件Ⅱ盖设在附件Ⅰ的开口上，最后两者翻转后放置冰冻，此过程中注水腔内的注水量难控制，注水过多则会在水结冰体积变大的影响下导致附件Ⅰ与附件Ⅱ发生相对位置移动造成结冰粘接面不平等不一致的现象；注水过少，则会导致水结冰后不能完全填充满注水腔，导致每次测试的测试条件不一致，造成较大的测试误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种静态工况下结冰粘合力测试器，以解决现有技术中存在的待测试材料与水之间的结冰粘接操作较难控制的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果（待测试材料与水之间的结冰粘接操作简单、能够分别实现水平、垂直、斜向三个方向的粘接力测试等）详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：一种静态工况下结冰粘合力测试器，包括支撑座、结冰器以及推拉测力装置，其中支撑座用于安装固体实验材料或结冰器；结冰器包括注水腔以及与注水腔连通的注水口以及粘接口；推拉测力装置用于向结冰器或固体实验材料施力，以使结冰器与固体实验材料分离，同时测试施力强度。

可选的，结冰器为锥管结构，锥管结构大口径端为注水口，锥管结构小口径端为粘接口。

可选的，注水口和/或粘接口设置有凸沿。

可选的，结冰器设置有安装受力机构，安装受力机构用于与支撑座安装或承接推拉测力装置的施力。

可选的，结冰器通过粘接口竖直放置在固体实验材料上，之后通过注水口向注水腔内注水，再之后将注水腔室内的水冰冻与固体实验材料粘接；固体实验材料水平固定安装在支撑座上，并保持结冰器处于竖直状态；推拉测力装置向结冰器施加水平方向的力。

可选的，结冰器通过粘接口竖直放置在固体实验材料上，之后通过注水口向注水腔内注水，再之后将注水腔室内的水冰冻与固体实验材料粘接；结冰器水平固定安装在支撑座上，此时固体实验材料处于竖直状态；推拉测力装置向固体实验材料施加水平方向且垂直于所述注水口方向的力。

可选的，静态工况下结冰粘合力测试器还包括传导装置，传导装置可滑动的安装在结冰器上，传导装置一端与固体实验材料连接；推拉测力装置向传导装置另一端施加水平方向且垂直于注水口方向的力，进而传导装置向固体实验材料施加水平方向且垂直于注水口方向的力。

可选的，传导装置包括受力盘以及至少两根传力杆，传力杆一端固定安装在受力盘上，至少两根传力杆可滑动的穿过结冰器设置，至少两根传力杆相对结冰器轴心对称设置，至少两根传力杆另一端与固体实验材料连接。

可选的，结冰器的注水口的凸沿上设置有至少两个通孔，至少两根传力杆分别穿过至少两个通孔设置。

可选的，粘接口相对注水口倾斜设置。

本发明提供的静态工况下结冰粘合力测试器，通过改进结冰器结构，在其上设置注水口与粘接口，直接通过注水口进行注水，使待测试材料与水之间的结冰粘接操作简单，且一致性好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一的静态工况下结冰粘合力测试器立体结构示意图；

图2为本发明实施例一的静态工况下结冰粘合力测试器正视图；

图3为本发明实施例的结冰器剖视图;

图4为本发明实施例二的静态工况下结冰粘合力测试器立体结构示意图;

图5为本发明实施例二的静态工况下结冰粘合力测试器正视图;

图6为本发明实施例三的静态工况下结冰粘合力测试器立体结构示意图;

图中1、支撑座；2、结冰器；3、推拉测力装置；4、传到装置；21、注水腔；22、注水口；23、粘接口；24、凸沿；25、安装受力机构；41、导向杆；42、导向筒；43、受力盘。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

实施例一：

如图1-3所示，其中图1为本发明实施例一的静态工况下结冰粘合力测试器立体结构示意图，图2为本发明实施例一的静态工况下结冰粘合力测试器正视图，图3为本发明实施例的结冰器剖视图，实施例一提供了一种静态工况下结冰粘合力测试器，用于测试水平方向冰与固体实验材料粘接力的大小，包括支撑座1、结冰器2以及推拉测力装置3，其中支撑座1用于安装固体实验材料；结冰器2包括注水腔21以及与注水腔21连通的注水口22以及粘接口23；推拉测力装置3用于向结冰器3施力，以使结冰器3与固体实验材料分离，同时测试施力强度。

本实施例中，支撑座1的作用是稳定支撑固体实验材料，其结构不做具体限定，能够起到稳定支撑作用的结构即可。作为一种优选的结构，本实施例中的支撑座1可以采用支撑底板加支撑杆的作用，其中支撑杆固定安装在支撑板上。

本实施例中，固体实验材料不属于静态工况下结冰粘合力测试器的组成部件，其实际为试验对象，但是为了配合静态工况下结冰粘合力测试器的使用，固体实验材料需要制作成相对应的结构，即设计为一面为平面结构用于与冰粘接，另一面需设置有连接结构用于与支撑座1安装。对应于本实施例中支撑座1的优选结构的支撑杆，固体实验材料的连接结构优选设置为支撑套筒结构，支撑座1与固体实验材料的安装通过支撑杆与支撑套筒配合实现，其中支撑与支撑套筒直接的安装形式可以为插接或螺纹连接。在固体实验材料的结构设计中，可以整体均使用待测试材料制作。更优选的，可以仅固体实验材料的上表面选用待测试材料制作，且上表面的待测试材料可以更换，该种结构的好处在于方便固体实验材料制作，且便于进行待测试材料更换。

本实施例中，推拉测力装置3可以选用拉力计或推力计，为了保证推拉测力装置施加在结冰器2上的力为水平方向的力，优选设置水平导向装置，其中拉力计或推力计安装该水平导向装置上。具体的，该水平导向装置可以为配合使用的滑块与滑轨，其中滑轨水平设置，拉力计或推力计通过滑块安装在滑轨上。

本实施例中，相对于现有技术，最主要的改进点在于对结冰器2的结构设计，而静态工况下结冰粘合力测试器的其余组成构件均采用最基本有效的结构实现，恰恰是结冰器2的结构配合其余组成构件在实现测试装置基本功能的基础上解决了现有技术存在的技术问题。结冰器2的结构并不复杂，其由一个腔室和两个开口组成，简单的讲其将现有技术中的桶状结构的结冰器改进成管状结构的结冰器。在通过结冰器2实现冰与固体实验材料的粘接操作中，仅需将结冰器的粘接口23一端放置在固体实验材料的平面结构的一面，之后通过注水口22向注水腔21内注水即可，注水过程中实时的注水量可视，能够较为精准的控制注水量，保证每次的注水量一致，进而保证了水结冰后与固体实验材料的粘接面积一致。

实施例一的静态工况下结冰粘合力测试器使用操作方法如下：

1、结冰器2水平放置在固体实验材料的平面结构一面，其中结冰器2的粘接口与平面结构一面接触（必要时在粘接口与平面结构的接触面边缘通过凡士林的密封材料进行密封）；

2、通过注水口向结冰器2内注入合适量的水，之后低温环境下冰冻，直至结冰器2内的水完全冰冻，此时水结成的冰与固体实验材料粘接；

3、将步骤2的整体通过固体实验材料安装在支撑座1上，此时固体试验材料水平放置，结冰器亦水平放置；

4、使用推拉测力装置3向结冰器2施加水平方向的力，并观察推拉测力装置3上的读数，记录结冰器2与固体实验材料分离瞬间的读数a；

5、降噪操作，将结冰器2直接水平放置在固体实验材料上，使用推拉测力装置3向结冰器2施加水平方向的力，并观察推拉测力装置3上的读数，记录结冰器2与固体实验材料分离瞬间的读数b；

6、粘接力计算，粘接口面积的冰与固体实验材料的水平粘接力为b-a。

实施例一的静态工况下结冰粘合力测试器的有益效果在于：通过改进结冰器2的结构，首先能够保证每次水结冰后与固体实验材料的粘接面积一致，其次通过结冰器2使冰与固体实验材料的粘接操作的难度大大降低。

在实施例一的基础上，作为更优选的技术方案，如图3所示，结冰器的注水口23设置有凸沿24。凸沿24的作用在于增大结冰器与与固体实验材料的接触面积，在结冰操作中，使结冰器与固体实验材料之间的密封更好。

在实施例一的基础上，作为更优选的技术方案，如图1-3所示，结冰器3设置有安装受力机构25，安装受力机构25用于承接推拉测力装置3的施力。具体的安装受力机构25可以为设置在结冰器3外壁上的凸台结构，推拉测力装置3通过该凸台结构对结冰器3进行施力。

实施例二：

如图3-5所示，其中图4为本发明实施例二的静态工况下结冰粘合力测试器立体结构示意图，图5为本发明实施例二的静态工况下结冰粘合力测试器正视图，实施例二提供了一种静态工况下结冰粘合力测试器，用于测试垂直方向冰与固体实验材料粘接力的大小，包括支撑座1、结冰器2以及推拉测力装置3，其中支撑座1用于安装结冰器2；结冰器2包括注水腔21以及与注水腔21连通的注水口22以及粘接口23；推拉测力装置3用于向固体实验材料施力，以使结冰器2与固体实验材料分离，同时测试施力强度。

实施例二中，支撑座1的结构与实施例一中相同，此处不再赘述。

实施例二中，固体实验材料不属于静态工况下结冰粘合力测试器的组成部件，其实际为试验对象，但是为了配合静态工况下结冰粘合力测试器的使用，固体实验材料需要制作成相对应的结构，即设计为一面为平面结构用于与冰粘接即可。

实施例二中，推拉测力装置3的结构与实施例一中相同，此处不再赘述。

实施例二中，结冰器2的结构与实施例一相同，此处不再赘述。

实施例二中，结冰器2水平固定安装在支撑座1上，具体的结冰器2与支撑座1之间的连接形式可以为捆绑连接、焊接、插接、螺纹连接等。

实施例二的静态工况下结冰粘合力测试器使用操作方法如下：

1、结冰器2水平放置在固体实验材料的平面结构一面，其中结冰器2的粘接口与平面结构一面接触（必要时在粘接口与平面结构的接触面边缘通过凡士林的密封材料进行密封）；

2、通过注水口向结冰器2内注入合适量的水，之后低温环境下冰冻，直至结冰器2内的水完全冰冻，此时水结成的冰与固体实验材料粘接；

3、将步骤2的整体通过结冰器2水平安装在支撑座1上，此时固体实验材料处于竖直状态；

4、使用推拉测力装置3向固体实验材料施加水平方向的力，并观察推拉测力装置3上的读数，记录结冰器2与固体实验材料分离瞬间的读数a即为粘接口面积的冰与固体实验材料的垂直粘接力。

实施例二的测试装置与实施例一的测试装置的装置结构相同，不同之处在于操作使用时的安装方式不同，通过不同操作方式分别实现了水平粘接力和垂直粘接力的测试。

实施例二的静态工况下结冰粘合力测试器的有益效果在于：在具备实施例一的静态工况下结冰粘合力测试器的有益效果的基础上，通过改变静态工况下结冰粘合力测试器各部件的不同安装形式，实现了测量冰与固体实验材料之间垂直方向的粘接力，即同一套静态工况下结冰粘合力测试器能够实现测量冰与固体实验材料垂直和水平方向的粘接力。

在实施例二的基础上，作为更优选的实施方式，如图3所示，结冰器2为锥管结构，锥管结构大口径端为注水口22，锥管结构小口径端为粘接口23。该实施方式的有益效果在于，在推拉测力装置3施力过程中，防止冰与固体实验材料之间的粘接力大于冰与结冰器2内壁之间的作用力而使结冰器2与冰提前脱开的问题发生。

在实施例二的基础上，作为更优选的实施方式，如图3所示，结冰器2设置有安装受力机构25，安装受力机构25用于与支撑座1安装。具体的安装受力机构25可以为设置在结冰器3外壁上的凸台结构，且该凸台结构上开设有安装孔。在结冰器与支撑座安装时，支撑座的一端插入该安装孔内。更优选的该安装孔为螺纹孔，支撑座的一端设置为螺杆结构，在结冰器与支撑座安装时，支撑座的一端旋拧入该安装孔内。

在实施例二的基础上，作为更优选的实施方式，如图3-5所示，本实施例的静态工况下结冰粘合力测试器还包括传导装置4，传导装置4可滑动的安装在结冰器2上，传导装置4一端与固体实验材料连接；推拉测力装置3向传导装置4另一端施加水平方向且垂直于所述注水口22方向的力，进而传导装置4向固体实验材料施加水平方向且垂直于注水口22方向的力。

由于固体实验材料粘接在结冰器的粘接口一端，推拉测力装置3在结冰器注水口22一端向固体实验材料施加推力时中间还隔着结冰器2的本体，不便于施力，传导装置4作为一个中间传力的机构便于推拉测力装置3间接的向固体试验材料施力。

更优选的，传导装置4的一种优选结构为包括受力盘43以及至少两根传力杆41，传力杆41一端固定安装在受力盘43上，至少两根传力杆41可滑动的穿过结冰器2设置，至少两根传力杆41相对结冰器2轴心对称设置，至少两根传力杆42另一端与固体实验材料连接。

具体的，上述实施例中，受力盘43为圆盘结构，其尺寸可以与结冰器2的注水口22的尺寸对应设置，受力盘43的一面设置定位受力机构，用于承接推拉测力装置3的施力，该定位受力机构一般设置在受力盘43的圆心位置，具体结构可以为圆台结构，其中圆台结构上可开设导向孔。传力杆41一端安装在受力盘43的另一面上，具体位置可以为受力盘的边缘，其位置对应于结冰器的凸沿24位置相对应。为了实现传导装置4与结冰器2的可滑动安装，在结冰器的凸沿24上开设通孔，传力杆41穿过该通孔设置。进一步增强传导装置4的传力效果，在固体实验材料上对应于传力杆41接触的位置设置导向筒42，在本实施例的测试装置工作使，传力杆的另一端插入导向筒42中。

实施例三：

在实施例二等上述相关的实施例的基础上，如图3、图6所示，其中图6为本发明实施例三的静态工况下结冰粘合力测试器立体结构示意图，本实施例中结冰器2的粘接口23相对注水口22倾斜设置（图3中所示的为水平设置，实施例二中也为水平设置），结合实施例二等上述相关的实施例的测试装置的安装操作方法及相关的优化结构，实施例三的测试装置能够测试斜向的冰粘接力。具体的，倾斜角度可以根据测试需要进行自由设计。

实施例三的有益效果在于，仅仅通过更换整个装置中的结冰器，将粘接口相对注水口水平设置的结冰器更换为粘接口相对注水口倾斜设置的结冰器即可实现测试倾斜方向冰粘接力的测试。进一步的，设置成套的结冰器可以实现多倾斜角度冰粘接力的测试。

上述实施例一至实施例三，待测试材料与水之间的结冰粘接操作简单，且同一套测试装置仅仅通过更换安装方式或更换部件即可实现水平、垂直、斜向三个方向的粘接力测试。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种静态工况下结冰粘合力测试器，其特征在于，包括：支撑座、结冰器以及推拉测力装置，其中：

所述支撑座用于安装固体实验材料或所述结冰器；

所述结冰器包括注水腔以及与所述注水腔连通的注水口以及粘接口；

所述推拉测力装置用于向所述结冰器或所述固体实验材料施力，以使所述结冰器与所述固体实验材料分离，同时测试施力强度。

2.根据权利要求1所述的静态工况下结冰粘合力测试器，其特征在于，所述结冰器为锥管结构，所述锥管结构大口径端为所述注水口，所述锥管结构小口径端为所述粘接口。

3.根据权利要求2所述的静态工况下结冰粘合力测试器，其特征在于，所述注水口和/或所述粘接口设置有凸沿。

4.根据权利要求2所述的静态工况下结冰粘合力测试器，其特征在于，所述结冰器设置有安装受力机构，所述安装受力机构用于与所述支撑座安装或承接所述推拉测力装置的施力。

5.根据权利要求1-4任一项所述的静态工况下结冰粘合力测试器，其特征在于，所述结冰器通过粘接口竖直放置在所述固体实验材料上，之后通过所述注水口向所述注水腔内注水，再之后将所述注水腔室内的水冰冻与所述固体实验材料粘接；

所述固体实验材料水平固定安装在所述支撑座上，并保持所述结冰器处于竖直状态；

所述推拉测力装置向所述结冰器施加水平方向的力。

6.根据权利要求1-4任一项所述的静态工况下结冰粘合力测试器，其特征在于，所述结冰器通过粘接口竖直放置在所述固体实验材料上，之后通过所述注水口向所述注水腔内注水，再之后将所述注水腔室内的水冰冻与所述固体实验材料粘接；

所述结冰器水平固定安装在所述支撑座上，此时所述固体实验材料处于竖直状态；

所述推拉测力装置向所述固体实验材料施加水平方向且垂直于所述注水口方向的力。

7.根据权利要求6所述的静态工况下结冰粘合力测试器，其特征在于，所述静态工况下结冰粘合力测试器还包括传导装置，所述传导装置可滑动的安装在所述结冰器上，所述传导装置一端与所述固体实验材料连接；

所述推拉测力装置向所述传导装置另一端施加水平方向且垂直于所述注水口方向的力，进而所述传导装置向所述固体实验材料施加水平方向且垂直于所述注水口方向的力。

8.根据权利要求7所述的静态工况下结冰粘合力测试器，其特征在于，所述传导装置包括受力盘以及至少两根传力杆，所述传力杆一端固定安装在所述受力盘上，至少两根所述传力杆可滑动的穿过所述结冰器设置，至少两根所述传力杆相对所述结冰器轴心对称设置，至少两根所述传力杆另一端与所述固体实验材料连接。

9.根据权利要求8所述的静态工况下结冰粘合力测试器，其特征在于，所述结冰器的所述注水口的凸沿上设置有至少两个通孔，至少两根所述传力杆分别穿过至少两个所述通孔设置。

10.根据权利要求6所述的静态工况下结冰粘合力测试器，其特征在于，所述粘接口相对所述注水口倾斜设置。

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