[實用新型]活塞熱疲勞試驗裝置

有效

• 申請號: 201721439250.0
• 申請日: 2017-11-01
• 公開（公告）號: CN207114171U
• 公開（公告）日: 2018-03-16
• 發明（設計）人: 韓開韋;劉震濤;沈瑜銘
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 鄭海峰

技術領域

本實用新型屬于發動機檢測技術領域，尤其是涉及一種活塞熱疲勞試驗裝置。

背景技術

活塞是發動機中工況最惡劣的零部件之一，而隨著發動機強化程度的提高，特別是增壓等技術的普及發展，活塞的熱負荷和機械負荷日益增大，直接影響到其使用壽命。為了更好地對活塞進行研發設計，必須準確評估活塞在工作中的熱狀態和熱疲勞可靠性。

現有的活塞熱疲勞試驗裝置，被試活塞通常處于自由態，當產生熱變形時并未產生與實際工況相符合的熱應力，僅考慮了活塞內部的熱應力，降低了疲勞試驗的可信度。同時，現有的活塞熱疲勞試驗裝置的冷卻通常都是外部冷卻，通過外部噴水或噴氣的方式，使活塞頭部進行冷卻，這樣的冷卻方式不僅效率較低，也與實際工況下的冷卻方式不符合，會導致試驗所得熱疲勞壽命與實際熱疲勞壽命之間出現誤差。除此之外，現有的活塞熱疲勞試驗裝置結構都比較固定，多數只能進行單個活塞的試驗，而可進行多個活塞同時試驗的裝置又不能靈活調整被試活塞數量，存在著浪費試驗資源的情況，未能達到良好的資源利用率，增加了試驗成本。

發明內容

有鑒于此，本實用新型旨在提出一種活塞熱疲勞試驗裝置，能夠減小模擬試驗狀態和實際工作狀態的差異，真實模擬活塞的實際工作情況下的裝配情況及熱狀態，并能夠快速充分冷卻，加快試驗進程。

為達到上述目的，本實用新型的技術方案是：

一種活塞熱疲勞試驗裝置包括支撐架和設置在支撐架上的非標活塞工裝、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后裝入非標活塞工裝內，冷卻水總管包括冷卻水進水總管和冷卻水出水總管，冷卻水進水總管和冷卻水出水總管上均設有若干外螺紋進出水口，部分外螺紋進出水口與冷 卻水支管相連，剩余外螺紋進出水口由內螺紋堵頭進行密封，所述的非標活塞工裝和被試活塞都具有與外界相連的冷卻水內腔，非標活塞工裝和被試活塞的冷卻水內腔的進水口通過冷卻水支管與冷卻水進水總管相連，出水口通過冷卻水支管與冷卻水出水總管相連，冷卻水進水總管和冷卻水出水總管與試驗系統恒溫冷卻水路相連構成循環管路，外部系統通過水泵驅動冷卻水循環；所述的隔熱板固定在支撐架底部活塞頭部方向，隔熱板的開孔位置和尺寸與活塞的位置尺寸相對應。

優選的，所述的活塞熱疲勞試驗裝置還包括假活塞銷，假連桿小頭端和假連桿固定端，假活塞銷插入被試活塞銷孔中，假連桿小頭端端部為空心圓孔，假活塞銷穿過被試活塞銷孔和假連桿銷孔固定，假連桿固定端通過螺栓連接與假連桿小頭端及非標活塞工裝形成固定連接，對被試活塞進行固定。所述的假活塞銷、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、連桿小頭端和連桿固定端結構相同，只是為粗加工而成，僅用于試驗。使得試驗過程中約束方式與被試活塞在相應氣缸中所受約束完全相同，活塞環裝配位置與實機狀態相同。

優選的，所述的非標活塞工裝的冷卻水腔為環形，位于活塞環外側位置。冷卻水腔橫截面可以為矩形，在不同設計中，橫截面可變換為不同形狀。

優選的，所述的支撐架又空心型鋼和角鋼組裝而成，使用螺栓固定，冷卻水總管通過相應的支架固定于支撐架上，非標活塞工裝通過與支撐架上的定位孔配合，用螺栓固定在支撐架上，所述支撐架通過螺栓固定到試驗臺架上。可承載更大載荷，也能夠在平動和轉動時不會產生位移。

優選的，所述的非標活塞工裝的外壁設有工裝螺堵，其螺紋孔與冷卻水腔相通。工裝螺堵用于在工作狀態下對該孔進行密封，在試驗結束或調整裝置時擰開工裝螺堵，通過該孔排出非標活塞工裝中剩余的冷卻水。

本實用新型所述的活塞熱疲勞試驗裝置能夠充分模擬活塞的實機裝配情況，模擬出實際工作過程中的機械約束，能夠由燃氣燃燒對活塞進行加熱，通過隔熱板限制只有活塞火力面受熱，配合工裝確保活塞熱量傳遞途徑與實際工作情況相同，只能通過兩個途徑傳播，其一是通過活塞環傳遞至虛擬缸套，其二是直接由火力面傳導至活塞內冷卻水腔，兩部分的熱量最終都由冷卻水循環系統帶走。

所述非標活塞工裝完全復制實際工況下氣缸對活塞的機械約束，由內外兩部分空心圓柱形主體過盈配合而成，通過螺栓緊定，內部空心圓柱形主體內圈尺寸與被試活塞對應的氣缸內圈尺寸相同，與裝上活塞環后的被試活塞形成過盈配合。 活塞工裝內圈的約束，使被試活塞通過活塞環所承受的機械約束與實際工況相同，在進行熱疲勞試驗時，所產生的熱應力也與實際工況下相同。