[發(fā)明專利]一種活塞熱疲勞試驗(yàn)裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711058712.9
• 申請(qǐng)日: 2017-11-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107917797A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓開(kāi)韋;劉震濤;沈瑜銘
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01M13/00
• 分類(lèi)號(hào): G01M13/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司33200
• 代理人: 鄭海峰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種活塞熱疲勞試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)

活塞是發(fā)動(dòng)機(jī)中工況最?lèi)毫拥牧悴考?，而隨著發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化程度的提高，特別是增壓等技術(shù)的普及發(fā)展，活塞的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷日益增大，直接影響到其使用壽命。為了更好地對(duì)活塞進(jìn)行研發(fā)設(shè)計(jì)，必須準(zhǔn)確評(píng)估活塞在工作中的熱狀態(tài)和熱疲勞可靠性。

現(xiàn)有的活塞熱疲勞試驗(yàn)裝置，被試活塞通常處于自由態(tài)，當(dāng)產(chǎn)生熱變形時(shí)并未產(chǎn)生與實(shí)際工況相符合的熱應(yīng)力，僅考慮了活塞內(nèi)部的熱應(yīng)力，降低了疲勞試驗(yàn)的可信度。同時(shí)，現(xiàn)有的活塞熱疲勞試驗(yàn)裝置的冷卻通常都是外部冷卻，通過(guò)外部噴水或噴氣的方式，使活塞頭部進(jìn)行冷卻，這樣的冷卻方式不僅效率較低，也與實(shí)際工況下的冷卻方式不符合，會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)所得熱疲勞壽命與實(shí)際熱疲勞壽命之間出現(xiàn)誤差。除此之外，現(xiàn)有的活塞熱疲勞試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)都比較固定，多數(shù)只能進(jìn)行單個(gè)活塞的試驗(yàn)，而可進(jìn)行多個(gè)活塞同時(shí)試驗(yàn)的裝置又不能靈活調(diào)整被試活塞數(shù)量，存在著浪費(fèi)試驗(yàn)資源的情況，未能達(dá)到良好的資源利用率，增加了試驗(yàn)成本。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種活塞熱疲勞試驗(yàn)裝置，能夠減小模擬試驗(yàn)狀態(tài)和實(shí)際工作狀態(tài)的差異，真實(shí)模擬活塞的實(shí)際工作情況下的裝配情況及熱狀態(tài)，并能夠快速充分冷卻，加快試驗(yàn)進(jìn)程。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種活塞熱疲勞試驗(yàn)裝置包括支撐架和設(shè)置在支撐架上的非標(biāo)活塞工裝、被試活塞、冷卻水支管、隔熱板、冷卻水總管；所述被試活塞裝配活塞環(huán)后裝入非標(biāo)活塞工裝內(nèi)，冷卻水總管包括冷卻水進(jìn)水總管和冷卻水出水總管，冷卻水進(jìn)水總管和冷卻水出水總管上均設(shè)有若干外螺紋進(jìn)出水口，部分外螺紋進(jìn)出水口與冷卻水支管相連，剩余外螺紋進(jìn)出水口由內(nèi)螺紋堵頭進(jìn)行密封，所述的非標(biāo)活塞工裝和被試活塞都具有與外界相連的冷卻水內(nèi)腔，非標(biāo)活塞工裝和被試活塞的冷卻水內(nèi)腔的進(jìn)水口通過(guò)冷卻水支管與冷卻水進(jìn)水總管相連，出水口通過(guò)冷卻水支管與冷卻水出水總管相連，冷卻水進(jìn)水總管和冷卻水出水總管與試驗(yàn)系統(tǒng)恒溫冷卻水路相連構(gòu)成循環(huán)管路，外部系統(tǒng)通過(guò)水泵驅(qū)動(dòng)冷卻水循環(huán)；所述的隔熱板固定在支撐架底部活塞頭部方向，隔熱板的開(kāi)孔位置和尺寸與活塞的位置尺寸相對(duì)應(yīng)。

優(yōu)選的，所述的活塞熱疲勞試驗(yàn)裝置還包括假活塞銷(xiāo)，假連桿小頭端和假連桿固定端，假活塞銷(xiāo)插入被試活塞銷(xiāo)孔中，假連桿小頭端端部為空心圓孔，假活塞銷(xiāo)穿過(guò)被試活塞銷(xiāo)孔和假連桿銷(xiāo)孔固定，假連桿固定端通過(guò)螺栓連接與假連桿小頭端及非標(biāo)活塞工裝形成固定連接，對(duì)被試活塞進(jìn)行固定。所述的假活塞銷(xiāo)、假連桿小頭端和假連桿固定端均與被試活塞匹配的活塞銷(xiāo)、連桿小頭端和連桿固定端結(jié)構(gòu)相同，只是為粗加工而成，僅用于試驗(yàn)。使得試驗(yàn)過(guò)程中約束方式與被試活塞在相應(yīng)氣缸中所受約束完全相同，活塞環(huán)裝配位置與實(shí)機(jī)狀態(tài)相同。

優(yōu)選的，所述的非標(biāo)活塞工裝的冷卻水腔為環(huán)形，位于活塞環(huán)外側(cè)位置。冷卻水腔橫截面可以為矩形，在不同設(shè)計(jì)中，橫截面可變換為不同形狀。

優(yōu)選的，所述的支撐架又空心型鋼和角鋼組裝而成，使用螺栓固定，冷卻水總管通過(guò)相應(yīng)的支架固定于支撐架上，非標(biāo)活塞工裝通過(guò)與支撐架上的定位孔配合，用螺栓固定在支撐架上，所述支撐架通過(guò)螺栓固定到試驗(yàn)臺(tái)架上?？沙休d更大載荷，也能夠在平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生位移。

優(yōu)選的，所述的非標(biāo)活塞工裝的外壁設(shè)有工裝螺堵，其螺紋孔與冷卻水腔相通。工裝螺堵用于在工作狀態(tài)下對(duì)該孔進(jìn)行密封，在試驗(yàn)結(jié)束或調(diào)整裝置時(shí)擰開(kāi)工裝螺堵，通過(guò)該孔排出非標(biāo)活塞工裝中剩余的冷卻水。

本發(fā)明所述的活塞熱疲勞試驗(yàn)裝置能夠充分模擬活塞的實(shí)機(jī)裝配情況，模擬出實(shí)際工作過(guò)程中的機(jī)械約束，能夠由燃?xì)馊紵龑?duì)活塞進(jìn)行加熱，通過(guò)隔熱板限制只有活塞火力面受熱，配合工裝確?；钊麩崃總鬟f途徑與實(shí)際工作情況相同，只能通過(guò)兩個(gè)途徑傳播，其一是通過(guò)活塞環(huán)傳遞至虛擬缸套，其二是直接由火力面?zhèn)鲗?dǎo)至活塞內(nèi)冷卻水腔，兩部分的熱量最終都由冷卻水循環(huán)系統(tǒng)帶走。

所述非標(biāo)活塞工裝完全復(fù)制實(shí)際工況下氣缸對(duì)活塞的機(jī)械約束，由內(nèi)外兩部分空心圓柱形主體過(guò)盈配合而成，通過(guò)螺栓緊定，內(nèi)部空心圓柱形主體內(nèi)圈尺寸與被試活塞對(duì)應(yīng)的氣缸內(nèi)圈尺寸相同，與裝上活塞環(huán)后的被試活塞形成過(guò)盈配合。活塞工裝內(nèi)圈的約束，使被試活塞通過(guò)活塞環(huán)所承受的機(jī)械約束與實(shí)際工況相同，在進(jìn)行熱疲勞試驗(yàn)時(shí)，所產(chǎn)生的熱應(yīng)力也與實(shí)際工況下相同。