[發明專利]一種活塞高周機械疲勞試驗裝置

有效

• 申請號: 201310688163.9
• 申請日: 2013-12-17
• 公開（公告）號: CN103645042A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 李鵬;景國璽;張麗強;文洋;王文霄;王小慧;孫亞奇;張利敏;劉玉婷
• 申請（專利權）人: 中國北方發動機研究所(天津)
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種考核活塞高周機械疲勞試驗裝置，具體涉及一種利用液壓油模擬活塞部件所承受的機械負荷，并考慮溫度對活塞高周疲勞特性影響的試驗裝置。

背景技術

在實際工作過程中發動機活塞不但承受高的機械負荷，同時還承受高的熱負荷，由此引起的疲勞失效是典型的故障模式。為防止活塞在正常工作狀態下由于疲勞產生失效，而影響其安全性、耐久性和可靠性，必須對活塞進行疲勞試驗。

依據活塞的失效形式，現有的活塞疲勞試驗臺大致分為：機械疲勞部件試驗臺和低周熱疲勞部件試驗臺，本專利將提出一種新的活塞機械疲勞部件試驗裝置。

活塞機械疲勞試驗臺主要通過液壓裝置模擬活塞的爆發壓力和慣性力，其利用液壓泵將液壓油加壓到所需壓力，在此過程中不能考慮溫度對活塞的影響；由于活塞各部位溫度差異較大，產生了較大熱變形進而影響活塞銷座和活塞銷之間力的傳遞。對于廣泛應用的鋁合金活塞來說，不同溫度下鋁合金材料力學性能差異較大，這對疲勞有至關重要的影響。因此，在試驗過程中考慮溫度影響，將更加真實反映活塞實際工作狀態下的高周疲勞特性。

發明內容

本發明針對現有技術中活塞試驗臺只能考核一種疲勞載荷形式的技術問題，提出一種考慮溫度影響的高周機械疲勞試驗裝置，更進一步的反映活塞的實際工作狀況。

本發明的技術方案：

一種活塞高周機械疲勞試驗裝置，包括試驗臺架和控制系統101，其特征在于：所述試驗臺架包括泵站機構102、液壓加載機構103、裝夾機構104；液壓加載機構與泵站機構相連，裝夾機構與液壓加載機構相連

所述裝夾機構104包括蓋板1、密封圈2、中間支撐體5、氣缸套6、非標連桿8、試驗臺9、底座10、作動器12、輸油管路13；蓋板1、中間支撐體5和底座10通過貫穿螺栓連接；非標連桿8與活塞4連接，并固定于底座10上；底座10通過螺栓連接固定于試驗臺上；所述輸油管路13與蓋板1通過螺栓連接，所述蓋板1上正對輸油管路13的部位開有輸油孔，確保液壓油能夠流入蓋板1與活塞4頂面構成的上封閉油腔；輸油管路13與底座10通過螺栓連接，所述底座10正對輸油管路13的部位開有輸油孔，確保液壓油能夠流入底座10與活塞4內腔構成的下封閉油腔7。作動器12的作用是實現液壓加載機構103中低溫液壓油和裝夾機構104中活塞周圍高溫液壓油的隔離。

優選在蓋板1的凹槽內裝有液壓油加熱元件，用于加熱液壓油。

優選液壓油加熱元件采用電熱絲3，成本較低，加熱迅速，安全環保。

優選在輸油管路13外部設置隔熱層11，以便對輸油管路13進行保溫。

優選設置油壓補償系統105與上封閉油腔連接，以便對上封閉油腔內的液壓油進行補充。

本發明的有益效果是：

(1).與現有活塞高周機械疲勞部件試驗臺相比，本發明在考核活塞機械高周疲勞的同時，考慮了高溫對活塞結構疲勞特性的影響，更為真實合理的反映了活塞實際工作狀態下的高周機械疲勞特性；

(2).本發明是通過電熱絲加熱液壓油，成本較低，且安全環保；

(3).本發明可對活塞頂面和內腔表面加載不同的壓力以模擬活塞所承受的爆發壓力和慣性力，以實現高周機械疲勞考核；同時，通過加熱裝置將活塞頂面的液壓油加熱到實際工作時的溫度，以實現對活塞部件的溫度分布的模擬，以考慮了溫度對活塞高周疲勞特性的影響。

附圖說明

圖1是試驗系統組成概要圖；

圖2是試驗臺架布置圖；

1-蓋板2-密封圈3-電熱絲4-活塞5-中間支撐體6-氣缸套7-下封閉油腔8-非標連桿9-試驗臺10-底座11-隔熱層12-作動器13-輸油管路

具體實施方式

結合附圖1、圖2說明本發明的結構原理和工作過程。

在試驗過程中，由控制系統對油壓系統和溫度系統進行監測和調節。液壓油，通過油壓輸出系統輸出并通過加壓裝置加壓而轉變為高壓油，經兩路分別被送到連接活塞頭部端的輸油管路和活塞裙部端的輸油管路，高壓油根據所加載的波形壓力推動輸油管路中的作動器，從而對活塞頂面及活塞內腔的液壓油形成壓力，來模擬活塞所承受的爆發壓力及慣性力，以達到考核活塞疲勞特性的目的，并通過油壓補償對封閉腔內的液壓油進行補充。在此過程中通過壓力傳感器監測活塞頂面與蓋板構成的封閉油腔和活塞內腔表面與底座構成的封閉油腔中的壓力，以使其滿足試驗要求。同時，通過電熱絲加熱活塞頂面與蓋板間的液壓油，使其達到試驗所需溫度，以實現在考核活塞高周機械疲勞的同時加入溫度的影響。試驗溫度由溫度控制系統進行監測和調整。