[發(fā)明專利]一種對整體零部件進行耐熱疲勞試驗的系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410134286.2
• 申請日: 2014-04-02
• 公開（公告）號: CN103868945A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王春風(fēng);李文杰;劉先黎;林永賢;林海強;易致達(dá);何春華
• 申請（專利權(quán)）人: 廣西玉柴機器股份有限公司
• 主分類號: G01N25/00
• 分類號: G01N25/00
• 代理公司: 北京中譽威圣知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11279
• 代理人: 王正茂;查芷琦

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及發(fā)動機領(lǐng)域，特別涉及一種對整體零部件進行耐熱疲勞試驗的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

氣缸體、氣缸蓋、排氣管等是發(fā)動機的主要零部件，其耐熱疲勞性能的好壞直接影響發(fā)動機的整體品質(zhì)。發(fā)動機的零部件一旦進行材料變更或結(jié)構(gòu)更改都必須進行模擬工況的可靠性試驗。氣缸體、氣缸蓋、排氣管等零部件需要在高溫下工作，因此，對于這些零部件的材料變更或結(jié)構(gòu)改進，均需要進行耐熱疲勞試驗。目前對發(fā)動機氣缸體、氣缸蓋、排氣管等零部件的耐熱疲勞試驗有如下方式。

第一種是在發(fā)動機臺架試驗機上做可靠性試驗，這種方式需要針對每種結(jié)構(gòu)或材料的零部件裝配到一臺發(fā)動機上，然后連接到臺架試驗機上進行可靠性試驗。針對每種結(jié)構(gòu)或材料的零部件裝配一臺發(fā)動機，試驗成本很高；并且一次試驗只能對一個零部件進行試驗，正常情況下每次試驗需要耗時500小時，對不同結(jié)構(gòu)或材料的同一種零部件全部做一次試驗，周期很長，效率很低；不能同時對同一種零部件的不同結(jié)構(gòu)或材料進行試驗，無法保證試驗條件相同，且無法進行直接對比，這樣的試驗誤差較大。

第二種是在將零部件的局部取薄片后加工為結(jié)構(gòu)相同的標(biāo)準(zhǔn)試樣，或?qū)⑴c該零部件材質(zhì)相同的試塊加工成結(jié)構(gòu)相同的標(biāo)準(zhǔn)試樣，將標(biāo)準(zhǔn)試樣在小型加熱裝置（加熱溫度在200℃以下）內(nèi)加熱到設(shè)定溫度后，再用水或空氣的方式冷卻停留一段時間，如此反復(fù)做冷熱沖擊疲勞試驗，根據(jù)熱疲勞裂紋萌生的早晚和擴展速率做出判定。

金屬材料、零構(gòu)件在循環(huán)應(yīng)力或循環(huán)應(yīng)變作用下，在一處或幾處逐漸產(chǎn)生局部永久性累積損傷，經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后發(fā)生部分或完全斷裂，斷裂包括裂紋的萌生與擴展的過程。

由于這種方式中的小型加熱裝置的最高溫度在200℃以下，而氣缸體、氣缸蓋、排氣管的工作溫度在500℃以上，因此無法模擬這些零部件在實際工況下的零部件的熱疲勞情況；這種方式無法反應(yīng)同一種材料的不同結(jié)構(gòu)的零部件的熱疲勞性能，因此試驗結(jié)果準(zhǔn)確度欠佳；試驗時需要專人在現(xiàn)場操作，每隔數(shù)分鐘一個冷熱循環(huán)，每次均需要操作人員從加熱裝置取出樣件并放入水中冷卻，然后再放回加熱裝置內(nèi)，工作強度高，且效率低。

另外，還有一種氣缸蓋的熱疲勞試驗機，根據(jù)氣缸蓋上的溫度場分布情況在相應(yīng)位置鉆出若干個通孔，用于安裝熱電偶，在PLC系統(tǒng)上設(shè)置各個部位的加熱溫度和冷卻時間等參數(shù)，然后通過線圈對缸蓋底面的燃燒室區(qū)域進行循環(huán)式的加熱和空冷以評判裂紋萌生和擴展情況。這種方式只能對氣缸蓋做試驗，通用性差；每次僅能試驗一缸，為避免對臨近缸造成影響，只能對不相鄰的兩個缸進行試驗，如六缸的氣缸蓋只能對第二和第五缸進行試驗，無法確定未做試驗的那些缸是否存在薄弱位置；不同的氣缸蓋的溫度場分布不同，需要準(zhǔn)備專用的線圈，且熱電偶僅能一次性使用，試驗成本高；每次僅能試驗一個氣缸蓋，不能同時對采用不同結(jié)構(gòu)或不同材料的氣缸蓋方案進行試驗，無法保證它們的試驗條件完全相同，且無法直接對比，對評判各方案的優(yōu)劣有一定影響。

公開于該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在增加對本發(fā)明的總體背景的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種零部件整體耐熱疲勞的試驗系統(tǒng)及方法，從而克服發(fā)動機氣缸體、氣缸蓋、排氣管等零部件的耐熱疲勞試驗效率低、準(zhǔn)確度欠佳的缺點。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種對整體零部件進行耐熱疲勞試驗的方法，方法包括如下步驟：提供試驗系統(tǒng)，其包括PLC控制器、自動吊運機構(gòu)、加熱爐、水箱和容置裝置，容置裝置設(shè)有多個容置腔；通過PLC控制器設(shè)置試驗系統(tǒng)的試驗?zāi)Ｊ剑訜釥t的預(yù)定加熱溫度、加熱爐的預(yù)定保溫時間、容置裝置在水箱中的預(yù)定冷卻時間；將同一種類型的零部件組放置在容置裝置的多個容置腔內(nèi)，零部件組包括不同材料或不同結(jié)構(gòu)的多個零部件，啟動試驗系統(tǒng)，將容置裝置放置到加熱爐內(nèi)；將容置裝置內(nèi)的零部件加熱至預(yù)定加熱溫度，并在加熱爐內(nèi)保溫預(yù)定保溫時間；將容置裝置移動至加熱爐外，自動吊運機構(gòu)將容置裝置吊運至水箱內(nèi)；使容置裝置在水箱內(nèi)停留至預(yù)定冷卻時間，然后通過自動吊運機構(gòu)將容置裝置吊運至加熱爐外；將容置裝置放入加熱爐內(nèi)，對零部件進行加熱；重復(fù)如上操作直至試驗系統(tǒng)完成預(yù)定總循環(huán)次數(shù)；通過確定零部件的裂紋情況或熱疲勞裂紋萌生與擴展速率來評判零部件組。

優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，PLC控制器設(shè)有定時觀察模式，定時觀察模式設(shè)置了多個循環(huán)節(jié)點，如果PLC控制器為定時觀察模式，在多個循環(huán)節(jié)點，當(dāng)容置裝置從水箱吊運至加熱爐外時，試驗人員觀察每個零部件的裂紋萌生與擴展情況。