一种受热零部件热冲击和热疲劳的模拟试验台制造技术

本发明专利技术涉及一种受热零部件热冲击和热疲劳的模拟试验台，属于试验设备技术领域。本发明专利技术包括机械平台、加热系统、冷却系统、温度检测装置、控制系统、安全报警装置，机械平台包括两组夹紧装置、隔热法兰Ⅲ、带座轴承、主轴、主轴摆动气缸、主轴摆动气缸支架、支座、轴承支座，两组夹紧装置结构相同关于主轴对称安装。本发明专利技术以试件表面的温度或试件最大加热冷却时间作为控制条件，可同时试验两个试件，一个在加热，一个在冷却，简单、实用、效率高，可以方便、快捷的对试件的热冲击和热疲劳强度进行考核、研究，可以节约成本、缩短研发周期、提高研究的准确性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种受热零部件热冲击和热疲劳的模拟试验台，属于试验设备

技术介绍
随着柴油机增压技术、多气门系统等技术的普及应用，柴油机强化程度不断提高，气缸内平均有效压力、转速、燃气最高温度等都不断增高，活塞、缸盖、排气管、涡轮、缸套等受热零部件承受着较高的热应力，而当这些受热零部件未作相应的技术改进或改进不当，如结构设计不合理、冷却能力不足、材料热强度不足等，这些受热零部件将无法满足使用要求，导致活塞、缸盖、排气管、涡轮、缸套等受热零部件热损伤故障日益突出，严重威胁着发动机的耐久性和可靠性，制约着高强化内燃机的长期可靠运行。目前对受热零部件的热冲击（疲劳）研究主要有三种方式：一是进行有限元仿真研究，一是直接进行整机试验研究，一是进行模拟试验研究。有限元仿真研究的准确性严重依赖于边界条件的准确性，而边界条件则需要通过试验来获得，另外有限元仿真研究也不能准确反应热疲劳、热冲击的产生机理。整机试验研究是将受热零部件装机、在实际工况下运转，直至试件受热零部件出现疲劳裂纹为止，试验周期长、耗资巨大，已不能满足实际要求。模拟试验研究准确性高，试验周期短，成本低，可以在不具有整机试验的条件下，对受热零部件的热冲击（疲劳）强度进行考核，是一种行之有效的方法。国外在上世纪五六十年代就已研制了许多典型的热疲劳和热冲击模拟试验台，比如德国马勒公司研发的高频感应试件热疲劳试验台、用煤气燃烧的火焰加热试件的热疲劳模拟试验台等，但到了80年代以后，国外鲜有相关的资料、报道出现；而国内在模拟试验台方面的研究则起步较晚，研究机构较少，只有浙江大学、北京理工大学、中国科学院力学研究所等少数几家研究大学和研究机构开展了有关工作。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供了一种应用于内燃机活塞、缸盖、排气管、涡轮、缸套以及其它机械受热零部件热冲击和热疲劳强度考核的试验平台，结构简单、实用、工作效率高、成本低。本专利技术技术方案是：一种受热零部件热冲击和热疲劳的模拟试验台，包括机械平台、加热系统、冷却系统、温度检测装置、控制系统、安全报警装置；所述机械平台包括两组夹紧装置、隔热法兰Ⅲ13、带座轴承14、主轴15、主轴摆动气缸16、主轴摆动气缸支架17、支座18、轴承支座19，两组夹紧装置结构相同关于主轴15对称安装，一组夹紧装置包括带座球轴承Ⅰ1、左轴2、隔热法兰Ⅰ3、夹紧机构Ⅰ4、隔热法兰Ⅱ5、右轴6、带座球轴承Ⅱ7、联轴器8、工作平台9、气缸支撑10、摆动气缸11；所述带座球轴承Ⅰ1与左轴2为过盈配合，左轴2与隔热法兰Ⅰ3通过螺栓连接，隔热法兰Ⅰ3、隔热法兰Ⅱ5之间装有夹紧机构Ⅰ4，隔热法兰Ⅱ5与右轴6通过螺栓连接，右轴6穿过带座球轴承Ⅱ7与联轴器8连接，联轴器8与气缸支撑10相连，带座球轴承Ⅰ1、带座球轴承Ⅱ7和气缸支撑10均通过螺栓与工作平台9进行固定连接，摆动气缸11通过螺钉固定在气缸支撑10上，工作平台9的下面设有隔热法兰Ⅲ13，主轴15为一根通轴，主轴15的一端穿过支座18的孔与隔热法兰Ⅲ13连接在一起，主轴15与带座轴承14为过渡配合，主轴15的另一端与主轴摆动气缸16连接，主轴摆动气缸16的上面设有主轴摆动气缸支架17，主轴摆动气缸支架17与支座18固定在一起，主轴摆动气缸16固定在主轴摆动气缸支架17上，轴承支座19固定在支座18上，带座轴承14固定在轴承支座19上，所述加热系统包括点火喷嘴20、燃气管道21，冷却系统包括冷却水管道22、冷却水喷嘴23、空气喷头24、空气管道25；点火喷嘴20位于夹紧机构Ⅰ4的正下方，点火喷嘴20与燃气管道21连接，冷却水喷嘴23位于夹紧机构Ⅱ12的正下方，冷却水喷嘴22与冷却水管道22连接，空气喷头12位于夹紧机构Ⅱ12正上方，空气喷头24与空气管道25连接，点火喷嘴20与冷却水喷嘴22关于主轴15对称布置且固定不动，控制系统分别与温度检测装置、安全报警装置相连接。所述夹紧机构Ⅰ4、夹紧机构Ⅱ12均包括夹具外框26、紧固螺钉27，夹具外框26上加工有螺纹孔，紧固螺钉27通过螺纹孔与夹具外框26相连。所述冷却系统中的冷却水管道22上设有三通阀，冷却水管道22一端与冷却水喷嘴23连接，冷却水管道22的另一端与循环水箱连接，冷却水管道22上设有温度计、流量计、压力表。所述加热系统中的燃气管道21上安装有燃气压力表、燃气总阀。所述温度检测装置包括热电偶、温度模块。所述控制系统包括下位机、上位机和通讯模块，下位机核心部件为PLC或工控机，上位机为pc机，上位机和下位机通过通信模块进行连接，上位机与打印机和显示器相连接。所述安全报警装置包括蜂鸣器、指示灯。所述夹紧机构Ⅰ4的旁边设有火焰监控装置，火焰监控装置包括摄像头，摄像头安装在机械平台上，火焰监控装置与控制系统相连。所述工作平台9上设有燃气检测器，燃气检测器与控制系统中的下位机相连接。本专利技术所述的元件均为市售的普通元件。所述冷却系统冷却水储存于循环水箱中，冷却水通过三通阀进入冷却水喷嘴10冷却试件，最后返回循环水箱，实现冷却水循环使用，或冷却水通过三通阀又直接返回循环水箱。所述加热系统燃气管道上安装有燃气压力表，用以检测燃气的消耗量，同时还安装有燃气总阀，均通过信号线与控制系统连接，将检测燃气压力信号传递给控制系统，而当模拟试验台出现异常故障或试验结束时，控制系统切断燃气总阀。所述温度检测系统包括热电偶、温度模块等，热电偶分别安装于两个试件的顶部表面，通过信号线与温度模块连接，温度模块安装于控制系统的下位机上，将检测的温度信号传递给控制系统，从而作为控制系统的一种控制信号，温度模块采用比如三菱公司的FX2N-4AD-TC，此温度模块是专门针对K型或J型热电偶的温度模块。所述控制系统提供温度控制、时间控制以及混合控制三种控制模式，温度控制模式试验就是在试验中只以试件表面的温度信号作为控制条件控制试验台的工作；时间控制模式就是在试验中以设置的试件最大加热时间和最大冷却时间作为控制条件控制试验台的工作；混合控制模式就是在试验中先进行温度控制模式试验，求出合适的试件最大加热时间和最大冷却时间，再以此为控制信号进行时间控制模式试验。所述安全报警系统包括用于检测燃气泄漏、燃气压力不够、试件过热、试件加热时间过长、试件过冷、试件冷却时间过长、主轴摆动气缸旋转时间超时、摆动气缸翻转时间超时的报警检测单元。燃气泄漏通过安装于室内的燃气检测器进行检测并将信号传输给控制系统，当燃气泄露量达到一定值时提示报警；燃气压力通过安装与燃气管路上的压力表进行检测，并将信号传输给控制系统，当燃气压力低于一定值时提示报警；当热电偶检测的试件温度高于在上位机中设置的试件最高温度时，表明试件过热，提示报警；当控制系统检测的试件加热时间超过设置的最大加热时间时，表面试件加热时间过长，提示报警；当热电偶检测的试件温度低于在上位机中设置的试件最低温度时，表明试件过冷，提示报警；当控制系统检测的试件冷却时间超过设置的最大冷却时间时，表面试件冷却时间过长，提示报警；控制系统通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种受热零部件热冲击和热疲劳的模拟试验台，其特征在于：包括机械平台、加热系统、冷却系统、温度检测装置、控制系统、安全报警装置；所述机械平台包括两组夹紧装置、隔热法兰Ⅲ（13）、带座轴承（14）、主轴（15）、主轴摆动气缸（16）、主轴摆动气缸支架（17）、支座（18）、轴承支座（19），两组夹紧装置结构相同关于主轴（15）对称安装，一组夹紧装置包括带座球轴承Ⅰ（1）、左轴（2）、隔热法兰Ⅰ（3）、夹紧机构Ⅰ（4）、隔热法兰Ⅱ（5）、右轴（6）、带座球轴承Ⅱ（7）、联轴器（8）、工作平台（9）、气缸支撑（10）、摆动气缸（11）；所述带座球轴承Ⅰ（1）与左轴（2）为过盈配合，左轴（2）与隔热法兰Ⅰ（3）通过螺栓连接，隔热法兰Ⅰ（3）、隔热法兰Ⅱ（5）之间装有夹紧机构Ⅰ（4），隔热法兰Ⅱ（5）与右轴（6）通过螺栓连接，右轴（6）穿过带座球轴承Ⅱ（7）与联轴器（8）连接，联轴器（8）与气缸支撑（10）相连，带座球轴承Ⅰ（1）、带座球轴承Ⅱ（7）和气缸支撑（10）均通过螺栓与工作平台（9）进行固定连接，摆动气缸（11）通过螺钉固定在气缸支撑（10）上，工作平台（9）的下面设有隔热法兰Ⅲ（13），主轴（15）为一根通轴，主轴（15）的一端穿过支座（18）的孔与隔热法兰Ⅲ（13）连接在一起，主轴（15）与带座轴承（14）为过渡配合，主轴（15）的另一端与主轴摆动气缸（16）连接，主轴摆动气缸（16）的上面设有主轴摆动气缸支架（17），主轴摆动气缸支架（17）与支座（18）固定在一起，主轴摆动气缸（16）固定在主轴摆动气缸支架（17）上，轴承支座（19）固定在支座（18）上，带座轴承（14）固定在轴承支座（19）上，所述加热系统包括点火喷嘴（20）、燃气管道（21），冷却系统包括冷却水管道（22）、冷却水喷嘴（23）、空气喷头（24）、空气管道（25）；点火喷嘴（20）位于夹紧机构Ⅰ（4）的正下方，点火喷嘴（20）与燃气管道（21）连接，冷却水喷嘴（23）位于夹紧机构Ⅱ（12）的正下方，冷却水喷嘴（22）与冷却水管道（22）连接，空气喷头（12）位于夹紧机构Ⅱ（12）正上方，空气喷头（24）与空气管道（25）连接，点火喷嘴（20）与冷却水喷嘴（22）关于主轴（15）对称布置且固定不动，控制系统分别与温度检测装置、安全报警装置相连接。...

【技术特征摘要】
1.一种受热零部件热冲击和热疲劳的模拟试验台，其特征在于：包括机械平台、加热系统、冷却系统、温度检测装置、控制系统、安全报警装置；所述机械平台包括两组夹紧装置、隔热法兰Ⅲ（13）、带座轴承（14）、主轴（15）、主轴摆动气缸（16）、主轴摆动气缸支架（17）、支座（18）、轴承支座（19），两组夹紧装置结构相同关于主轴（15）对称安装，一组夹紧装置包括带座球轴承Ⅰ（1）、左轴（2）、隔热法兰Ⅰ（3）、夹紧机构Ⅰ（4）、隔热法兰Ⅱ（5）、右轴（6）、带座球轴承Ⅱ（7）、联轴器（8）、工作平台（9）、气缸支撑（10）、摆动气缸（11）；所述带座球轴承Ⅰ（1）与左轴（2）为过盈配合，左轴（2）与隔热法兰Ⅰ（3）通过螺栓连接，隔热法兰Ⅰ（3）、隔热法兰Ⅱ（5）之间装有夹紧机构Ⅰ（4），隔热法兰Ⅱ（5）与右轴（6）通过螺栓连接，右轴（6）穿过带座球轴承Ⅱ（7）与联轴器（8）连接，联轴器（8）与气缸支撑（10）相连，带座球轴承Ⅰ（1）、带座球轴承Ⅱ（7）和气缸支撑（10）均通过螺栓与工作平台（9）进行固定连接，摆动气缸（11）通过螺钉固定在气缸支撑（10）上，工作平台（9）的下面设有隔热法兰Ⅲ（13），主轴（15）为一根通轴，主轴（15）的一端穿过支座（18）的孔与隔热法兰Ⅲ（13）连接在一起，主轴（15）与带座轴承（14）为过渡配合，主轴（15）的另一端与主轴摆动气缸（16）连接，主轴摆动气缸（16）的上面设有主轴摆动气缸支架（17），主轴摆动气缸支架（17）与支座（18）固定在一起，主轴摆动气缸（16）固定在主轴摆动气缸支架（17）上，轴承支座（19）固定在支座（18）上，带座轴承（14）固定在轴承支座（19）上，所述加热系统包括点火喷嘴（20）、燃气管道（21），冷却系统包括冷却水管道（22）、冷却水喷嘴（23）、空气喷头（24）、空气管道（25）；点火喷嘴（20）位于夹紧机构Ⅰ（4）的正下方，点火喷嘴（20）与燃气管道（21）连接，冷却水喷嘴（23）位于夹紧机构Ⅱ（12）的正下方，冷却水喷嘴（22）与冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷基林，申立中，李洪民，邓晰文，毕玉华，贾德文，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53