CN114112900A - 一种防覆冰材料着冰力测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种防覆冰材料着冰力测试系统，包括有测试平台，测试平台上设有测试箱体，测试箱体上开设有一个测试口，测试箱体中设置有覆冰生成装置、磁场生成机构和电场发生机构；测试箱体的上端面设置有活动盖，活动盖上设有冰附着法向力测试机构；在测试平台上位于测试箱体外部设有水平切向附着力测试机构；测试平台上还设有附着力实时显示模块和动态影像监控模块，附着力实时显示模块与水平切向附着力测试机构、冰附着法向力测试机构通信连接，动态影像监控模块用于监控测试箱体中的覆冰生成装置的动态变化；该着冰力测试系统能够对不同的材料表面的冰附着力进行量化的数据测量，为各种不同的材料的在冰附着力领域的应用提供有力的技术支撑。
Description
技术领域
本发明涉及包装灌装自动化设备技术领域，尤其是涉及一种防覆冰材料着冰力测试系统。
背景技术
目前,在户外发电或输电线路以及设备上，每当室外温度降至零度以下的时候，在线路上或设备上就比较容易形成一定层次厚度的覆冰层，这种结冰现象的存在，会严重影响用电设备的运行安全和稳定性，在某些严寒地区，结冰现象甚至会对输电、发电设备造成严重的破坏，因此各行各业的设计者也在花费大量的精力研究如何有效除冰的问题，但是每种不同的设备部件其制成材料是不同的，对覆冰层的附着力也是不同的，但是各种材料对覆冰层的附着力到底是一种什么样的数值水平却没有人去检测研究，因此如果能够很明确的测试了解各种不同的材料对于冰层的附着力的大小，就能够很好的研究更行之有效的除冰方案，也能够有针对性的设计不同场合的用材，以便于降低冰层的附着，保证输电或用电设备的安全使用，这是很有指导意义的。
发明内容
本发明的目的就是针对上述情况，提供一种防覆冰材料着冰力测试系统，该着冰力测试系统设计新颖，能够对不同的材料表面的冰附着力进行量化的数据测量，为各种不同的材料的在冰附着力领域的应用提供有力的技术支撑。
本发明的具体方案是：一种防覆冰材料着冰力测试系统，包括有测试平台，测试平台上设有测试箱体，测试箱体的一侧侧壁上开设有一个测试口，测试箱体中设置有覆冰生成装置、磁场生成机构和电场发生机构，其中磁场生成机构围装在覆冰生成装置周围，电场发生机构相对布置在覆冰生成装置的两侧；所述测试箱体的上端面设置有活动盖，所述活动盖上设有冰附着法向力测试机构，冰附着法向力测试机构自上向下对着覆冰生成装置布置并用于测试覆冰的法向附着力；在测试平台上位于测试箱体外部设有水平切向附着力测试机构，水平切向附着力测试机构的测试端头对着所述测试口设置；所述测试平台上还设有附着力实时显示模块和动态影像监控模块，附着力实时显示模块与所述水平切向附着力测试机构、冰附着法向力测试机构通信连接并将二者测试的数据进行实时显示，动态影像监控模块用于监控测试箱体中的覆冰生成装置的动态变化并实时进行影像显示。
进一步的，本发明中所述覆冰生成装置包括有制冷台，制冷台上安置制冷片，制冷片上面放置待测试材料，待测试材料上面竖立放置截面为方形的比色皿，该比色皿上下两端为贯通敞口；在制冷台的两侧对称位置上各设有一套压紧机构，该压紧机构将待测试材料进行即时压紧。
进一步的，本发明中所述压紧机构具有压紧立柱，压紧立柱的顶部通过螺丝限位安装有弹性压片，该弹性压片可绕着螺丝拨动旋转并实时对待测试材料进行压紧。
进一步的，本发明中所述水平切向附着力测试机构包括有进给机构、移动座、固定设在移动座上的切向力传感器以及与所述切向力传感器相连接的顶杆，在使用时所述顶杆从测试箱体侧壁上的测试口进入并对覆冰生成装置生成的冰柱进行撞击并将切向力反馈给切向力传感器，所述切向力传感器将检测的数据实时传导给附着力实时显示模块；所述进给机构包括有进给丝杆、丝杆座、丝杆电机和两根导向杆，两根导向杆平行布置在进给丝杆的两侧，所述进给丝杆安装在所述丝杆座上，进给丝杆通过丝杆电机驱动旋转，所述移动座与所述进给丝杆传动连接且移动座同时穿装在两根导向杆上并沿其滑动；进给机构、移动座、切向力传感器以及顶杆均通过外罩罩住。
进一步的，本发明中所述冰附着法向力测试机构包括有布置在测试箱体的活动盖中心处顶面上的拉动气缸，该拉动气缸的活塞杆穿过所述活动盖，所述活动盖的内底面上设置有固定板，所述固定板上装有剪刀叉拉拔机构，剪刀叉拉拔机构的上端通过两根铰装连杆共同与一拉力传感器铰装连接，该拉力传感器与所述拉动气缸的活塞杆端部固定连接在一起；所述剪刀叉拉拔机构用于对覆冰生成装置生成的冰柱进行拉拔并将检测到的拉力传导给附着力实时显示模块。
进一步的，本发明中所述附着力实时显示模块具有示波器，该示波器将所测得的法向力或切向力进行实时波形显示和数据显示。
进一步的，本发明中所述动态影像监控模块包括有显示屏和高清摄像机，高清摄像机安置在所述测试箱体的侧壁上并对着所述覆冰生成装置安装，高清摄像机将拍摄的实时画面传输到显示屏上进行实时监控显示。
进一步的，本发明中所述磁场生成机构具有电磁线圈，该电磁线圈通过外设的控制器控制通断电来实现磁场的生成或消失；所述电场发生机构包括有两片分别布置在测试箱体两内侧壁上的电极片，两块电极片相对布置并通过外设的控制器来控制电极片是否放电。
进一步的，本发明中所述测试箱体的四周侧壁内部设置成空腔结构，该空腔结构中装有冷却循环水，冷却循环水通过低温冷却循环泵进行温度的循环控制。
进一步的，本发明中所述活动盖的一侧边缘处通过合页与所述测试箱体转动连接，活动盖的底面四边缘上布置有磁吸条，所述测试箱体的顶面四边缘同样设有磁吸条，活动盖与测试箱体磁吸连接。
本发明具有以下有益效果：
1.本发明通过设计水平切向附着力测试机构和冰附着法向力测试机构，能够实时有效的检测不同的板材对于冰附着力的大小和变化数据，为户外发电或输电设备在寒冷天气下的安全运行提供有力的技术支撑。
2.本发明设备通过设计相关的附着力实时显示模块和动态影像监控模块，能够很直接的观看到冰附着力的大小变化以及覆冰层在脱离板材时的具体变化情况，为相关的覆冰研究提供保障。
3.本发明通过配套的磁场生成机构和电场发生机构的设置，能够测试在多种实际应用场合下的冰附着力的实时变化情况，研究更加多元化。
4.本发明通过设计冷却循环水进行测试箱体内的降温保温，使得测试更加高效。
附图说明
图1是本发明的总体结构示意图；
图2是本发明中水平切向附着力测试机构的主视方向结构示意图；
图3是本发明中水平切向附着力测试机构的俯视方向结构示意图；
图4是本发明中测试箱体的主视方向结构示意图；
图5是图4的侧视方向结构示意图；
图6是本发明中测试箱体内部结构剖开示意图；
图7是图6中A处结构放大示意图；
图8是图6中B处结构放大示意图。
图中：1—显示屏，2—示波器，3—顶杆，4—活动盖，5—高清摄像机，6—拉动气缸，7—磁吸条，8—测试箱体，9—低温冷却循环泵，10—丝杆电机，11—进给丝杆，12—移动座，13—切向力传感器，14—导向杆，15—丝杆座，16—测试平台，17—测试口，18—冷却循环水，19—电磁线圈，20—比色皿，21—比色皿拉孔，22—电极片，23—剪刀叉拉拔机构，24—固定板，25—铰装连杆，26—拉力传感器，27—制冷片，28—待测试材料，29—弹性压片，30—压紧立柱，31—制冷台。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚完整的描述，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获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明或简化描述，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、以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限制，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸的连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参见图1-图8，本发明是一种防覆冰材料着冰力测试系统，包括有测试平台16，测试平台上设有测试箱体8，测试箱体的一侧侧壁上开设有一个测试口17，测试箱体中设置有覆冰生成装置、磁场生成机构和电场发生机构，其中磁场生成机构围装在覆冰生成装置周围，电场发生机构相对布置在覆冰生成装置的两侧；所述测试箱体的上端面设置有活动盖4，所述活动盖上设有冰附着法向力测试机构，冰附着法向力测试机构自上向下对着覆冰生成装置布置并用于测试覆冰的法向附着力；在测试平台上位于测试箱体外部设有水平切向附着力测试机构，水平切向附着力测试机构的测试端头对着所述测试口17设置；所述测试平台上还设有附着力实时显示模块和动态影像监控模块，附着力实时显示模块与所述水平切向附着力测试机构、冰附着法向力测试机构通信连接并将二者测试的数据进行实时显示，动态影像监控模块用于监控测试箱体中的覆冰生成装置的动态变化并实时进行影像显示。
进一步的，本实施例中所述覆冰生成装置包括有制冷台31，制冷台上安置制冷片27，制冷片上面放置待测试材料28，待测试材料上面竖立放置截面为方形的比色皿20，该比色皿上下两端为贯通敞口；在制冷台的两侧对称位置上各设有一套压紧机构，该压紧机构将待测试材料进行即时压紧。
本发明在比色皿的两侧各设有一个比色皿拉孔，便于冰附着法向力测试机构中的剪刀叉拉拔机构对其钩挂拉拔测力。
进一步的，本实施例中所述压紧机构具有压紧立柱30，压紧立柱的顶部通过螺丝限位安装有弹性压片29，该弹性压片可绕着螺丝拨动旋转并实时对待测试材料进行压紧。
进一步的，本实施例中所述水平切向附着力测试机构包括有进给机构、移动座12、固定设在移动座上的切向力传感器13以及与所述切向力传感器相连接的顶杆3，在使用时所述顶杆从测试箱体侧壁上的测试口17进入并对覆冰生成装置生成的冰柱进行撞击并将切向力反馈给切向力传感器，所述切向力传感器将检测的数据实时传导给附着力实时显示模块；所述进给机构包括有进给丝杆11、丝杆座15、丝杆电机10和两根导向杆14，两根导向杆平行布置在进给丝杆的两侧，所述进给丝杆安装在所述丝杆座上，进给丝杆通过丝杆电机驱动旋转，所述移动座与所述进给丝杆传动连接且移动座同时穿装在两根导向杆上并沿其滑动；进给机构、移动座、切向力传感器以及顶杆均通过外罩罩住。
进一步的，本实施例中所述冰附着法向力测试机构包括有布置在测试箱体的活动盖4中心处顶面上的拉动气缸6，该拉动气缸的活塞杆穿过所述活动盖，所述活动盖的内底面上设置有固定板24，所述固定板上装有剪刀叉拉拔机构23，剪刀叉拉拔机构的上端通过两根铰装连杆25共同与一拉力传感器26铰装连接，该拉力传感器与所述拉动气缸的活塞杆端部固定连接在一起；所述剪刀叉拉拔机构用于对覆冰生成装置生成的冰柱进行拉拔并将检测到的拉力传导给附着力实时显示模块。
进一步的，本实施例中所述附着力实时显示模块具有示波器2，该示波器将所测得的法向力或切向力进行实时波形显示和数据显示。
进一步的，本实施例中所述动态影像监控模块包括有显示屏1和高清摄像机5，高清摄像机安置在所述测试箱体的侧壁上并对着所述覆冰生成装置安装，高清摄像机将拍摄的实时画面传输到显示屏上进行实时监控显示。
进一步的，本实施例中所述磁场生成机构具有电磁线圈19，该电磁线圈通过外设的控制器控制通断电来实现磁场的生成或消失；所述电场发生机构包括有两片分别布置在测试箱体两内侧壁上的电极片22，两块电极片相对布置并通过外设的控制器来控制电极片是否放电。
进一步的，本实施例中所述测试箱体的四周侧壁内部设置成空腔结构，该空腔结构中装有冷却循环水18，冷却循环水通过低温冷却循环泵9进行温度的循环控制。
进一步的，本实施例中所述活动盖的一侧边缘处通过合页与所述测试箱体转动连接，活动盖的底面四边缘上布置有磁吸条7，所述测试箱体的顶面四边缘同样设有磁吸条，活动盖与测试箱体磁吸连接。
本发明在进行附着力的测试之前，先要在待测试材料（通常制成板材状）的表面生成覆冰，覆冰的生成：利用制冷片使样品表面温度达到零下，用两端开口尺寸为1×1cm的长方体状比色皿放置于材料表面上，然后向比色皿中滴加纯水高度为1cm左右，待其降温结冰。
然后进行水平切向力和法向拉力的测试：
水平切向力测试：启动丝杆电机，使得顶杆前进并从测试口进入测试箱体内，顶杆前端从比色皿的侧部去顶比色皿，直至比色皿底部的结冰完全从板材面上脱离，在整个测试过程中，切向力传感器会将测得的力的数据实时显示在示波器上，同时将实时数据也进行显示。
法向力测试：此过程进行的时候不能进行水平切向力测试，是两个测量过程。操作的时候，活动盖是盖住的，启动拉动气缸，使得剪刀叉拉拔机构钩挂住比色皿两侧的比色皿拉孔，然后上拉，在上拉的过程中拉力传感器会实时将测得数据在示波器上显示出来，并显示力的大小。
在上述两种测量过程中，高清摄像机会将测试箱体中比色皿连同覆冰层的整个脱离板材面的过程清晰地记录下来并在显示屏上显示出来。
法向拉应力计算如下：
σ=Fmax-法向/a （1）
Fmax-法向是在每个独立模拟中观察到的沿Z轴的力分布中的力峰值，a为结冰面积。
水平切向剪切应力计算如下：
τ=Fmax-切向/a （2）
其中Fmax-切向是每个独立模拟中观察到的沿Y轴的力分布中的力峰值。
力由相应的力传感器测得，丝杆电机的进给速度为0.25mm/s，外接示波器屏幕绘制实时着冰力变化曲线，同时屏幕会显示最大着冰力，推倒比色皿中的小冰柱后即可得到最大着冰力。
本发明对于不同的材料板面均可以很方便的进行测试，只需要在制冷片上放置不同的板材面板，板材面上要尽量平整，便于放置比色皿，同时向其中加水的时候不至于从比色皿的下端漏出来即可。
本发明通过设计水平切向附着力测试机构和冰附着法向力测试机构，能够实时有效的检测不同的板材对于冰附着力的大小和变化数据，为户外发电或输电设备在寒冷天气下的安全运行提供有力的技术支撑。
本发明设备通过设计相关的附着力实时显示模块和动态影像监控模块，能够很直接的观看到冰附着力的大小变化以及覆冰层在脱离板材时的具体变化情况，为相关的覆冰研究提供保障。
本发明通过配套的磁场生成机构和电场发生机构的设置，能够测试在多种实际应用场合下的冰附着力的实时变化情况，研究更加多元化，即通过磁场或电场的加入，来测试结冰的附着力的大小变化，以更加符合实际现场的应用场景。
本发明通过设计冷却循环水进行测试箱体内的降温保温，使得测试更加高效能够更快实现降温结冰。
Claims (10)
1.一种防覆冰材料着冰力测试系统，其特征在于：包括有测试平台，测试平台上设有测试箱体，测试箱体的一侧侧壁上开设有一个测试口，测试箱体中设置有覆冰生成装置、磁场生成机构和电场发生机构，其中磁场生成机构围装在覆冰生成装置周围，电场发生机构相对布置在覆冰生成装置的两侧；所述测试箱体的上端面设置有活动盖，所述活动盖上设有冰附着法向力测试机构，冰附着法向力测试机构自上向下对着覆冰生成装置布置并用于测试覆冰的法向附着力；在测试平台上位于测试箱体外部设有水平切向附着力测试机构，水平切向附着力测试机构的测试端头对着所述测试口设置；所述测试平台上还设有附着力实时显示模块和动态影像监控模块，附着力实时显示模块与所述水平切向附着力测试机构、冰附着法向力测试机构通信连接并将二者测试的数据进行实时显示，动态影像监控模块用于监控测试箱体中的覆冰生成装置的动态变化并实时进行影像显示。
2.根据权利要求1所述的一种防覆冰材料着冰力测试系统，其特征在于：所述覆冰生成装置包括有制冷台，制冷台上安置制冷片，制冷片上面放置待测试材料，待测试材料上面竖立放置截面为方形的比色皿，该比色皿上下两端为贯通敞口；在制冷台的两侧对称位置上各设有一套压紧机构，该压紧机构将待测试材料进行即时压紧。
3.根据权利要求2所述的一种防覆冰材料着冰力测试系统，其特征在于：所述压紧机构具有压紧立柱，压紧立柱的顶部通过螺丝限位安装有弹性压片，该弹性压片可绕着螺丝拨动旋转并实时对待测试材料进行压紧。
4.根据权利要求1所述的一种防覆冰材料着冰力测试系统，其特征在于：所述水平切向附着力测试机构包括有进给机构、移动座、固定设在移动座上的切向力传感器以及与所述切向力传感器相连接的顶杆，在使用时所述顶杆从测试箱体侧壁上的测试口进入并对覆冰生成装置生成的冰柱进行撞击并将切向力反馈给切向力传感器，所述切向力传感器将检测的数据实时传导给附着力实时显示模块；所述进给机构包括有进给丝杆、丝杆座、丝杆电机和两根导向杆，两根导向杆平行布置在进给丝杆的两侧，所述进给丝杆安装在所述丝杆座上，进给丝杆通过丝杆电机驱动旋转，所述移动座与所述进给丝杆传动连接且移动座同时穿装在两根导向杆上并沿其滑动；进给机构、移动座、切向力传感器以及顶杆均通过外罩罩住。
5.根据权利要求1所述的一种防覆冰材料着冰力测试系统，其特征在于：所述冰附着法向力测试机构包括有布置在测试箱体的活动盖中心处顶面上的拉动气缸，该拉动气缸的活塞杆穿过所述活动盖，所述活动盖的内底面上设置有固定板，所述固定板上装有剪刀叉拉拔机构，剪刀叉拉拔机构的上端通过两根铰装连杆共同与一拉力传感器铰装连接，该拉力传感器与所述拉动气缸的活塞杆端部固定连接在一起；所述剪刀叉拉拔机构用于对覆冰生成装置生成的冰柱进行拉拔并将检测到的拉力传导给附着力实时显示模块。
6.根据权利要求1所述的一种防覆冰材料着冰力测试系统，其特征在于：所述附着力实时显示模块具有示波器，该示波器将所测得的法向力或切向力进行实时波形显示和数据显示。
7.根据权利要求1所述的一种防覆冰材料着冰力测试系统，其特征在于：所述动态影像监控模块包括有显示屏和高清摄像机，高清摄像机安置在所述测试箱体的侧壁上并对着所述覆冰生成装置安装，高清摄像机将拍摄的实时画面传输到显示屏上进行实时监控显示。
8.根据权利要求1所述的一种防覆冰材料着冰力测试系统，其特征在于：所述磁场生成机构具有电磁线圈，该电磁线圈通过外设的控制器控制通断电来实现磁场的生成或消失；所述电场发生机构包括有两片分别布置在测试箱体两内侧壁上的电极片，两块电极片相对布置并通过外设的控制器来控制电极片是否放电。
9.根据权利要求1所述的一种防覆冰材料着冰力测试系统，其特征在于：所述测试箱体的四周侧壁内部设置成空腔结构，该空腔结构中装有冷却循环水，冷却循环水通过低温冷却循环泵进行温度的循环控制。
10.根据权利要求1所述的一种防覆冰材料着冰力测试系统，其特征在于：所述活动盖的一侧边缘处通过合页与所述测试箱体转动连接，活动盖的底面四边缘上布置有磁吸条，所述测试箱体的顶面四边缘同样设有磁吸条，活动盖与测试箱体磁吸连接。
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