一种用于高速高功率工况下连杆的传热试验系统及方法技术方案

本发明专利技术属于传热分析试验技术领域，具体涉及一种用于高速高功率工况下连杆的传热试验系统及方法，该系统包括试验台架，试验台架上设有试验单缸装配机构、用于驱动试验单缸装配机构的驱动机构、用于加热试验单缸装配机构的加热机构、用于冷却试验单缸装配机构的冷却机构、测温机构和控制机构，试验单缸装配机构包括活塞、连杆和曲轴，测温机构包括红外线测温仪和若干分布于连杆上的热电偶，控制机构分别与驱动机构、加热机构、冷却机构和测温机构相连，用于分别执行转速控制、加热控制、冷却控制和测温读数的采集。该方法利用该系统分阶段测得连杆的温度场分布及其传热规律，为发动机连杆工作可靠性研究提供科学依据，且该方法周期短、可控性好。可控性好。可控性好。

【技术实现步骤摘要】
一种用于高速高功率工况下连杆的传热试验系统及方法


[0001]本专利技术属于连杆传热分析试验
，具体涉及一种用于高速高功率工况下连杆的传热试验系统及方法。

技术介绍

[0002]连杆作为车辆、农业机械、船舶、航天航空等发动机的主要零部件之一，它的作用是使活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动，同时，把作用在活塞上的力传递给曲轴从而输出功率。连杆在工作中受到热负荷和机械负荷、热应力以及机械应力的影响，因此容易发生功能失效的现象，对发动机正常工作造成很大影响。对于高速高功率工作环境下的连杆而言，其受到更高的热负荷以及交变的机械负荷，在这种更加恶劣的耦合负荷下，对连杆传热规律的研究便有了更深层次的实际意义。
[0003]目前，国内外研究主要集中于连杆的结构设计、轻量化和成型工艺等研究方向，缺乏连杆在工作过程中受到热
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机耦合应力应变的相关研究。因此，有必要设计出一种用于连杆部件自身传热规律研究用的试验系统及方法，以便为连杆工作可靠性研究提供科学依据。

技术实现思路

[0004]本专利技术意在提供一种用于高速高功率工况下连杆的传热试验系统，以便测定连杆的传热规律，为连杆工作可靠性研究提供科学依据。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术的方案为：一种用于高速高功率工况下连杆的传热试验系统，包括试验台架，所述试验台架上设有试验单缸装配机构、驱动机构、加热机构、冷却机构、测温机构和控制机构，所述试验单缸装配机构包括缸套、活塞、连杆和曲轴，所述驱动机构用于驱动曲轴，所述加热机构包括红外线测温仪和用于加热试验单缸装配机构的加热组件，所述冷却机构用于冷却试验单缸装配机构，所述测温机构包括数据采集记录仪和若干热电偶，若干热电偶沿连杆的长度方向分布于连杆上，若干热电偶均通过引线与数据采集记录仪相连；所述控制机构分别与所述驱动机构、加热机构、冷却机构和测温机构相连，用于分别执行转速控制、加热控制和测温读数的采集。
[0006]本专利技术还提供了一种用于高速高功率工况下连杆的传热试验方法，该传热试验方法通过使用上述传热试验系统测得连杆的传热规律函数图像，包括以下步骤：
[0007]S1、设定曲轴转速：通过控制机构设定曲轴转速为2000～4000rpm；
[0008]S2、分阶段试验：整个试验分为四个阶段，包括第一阶段试验、第二阶段试验、第三阶段试验和第四阶段试验；在第一阶段试验/第二阶段试验/第三试验阶段中，设定控制机构在红外线测温仪监测到活塞温度为进气冲程终了温度/压缩冲程终了温度/做功冲程峰值温度时控制激光器关闭，所述进气冲程终了温度为600～650K，所述压缩冲程终了温度为1000～1050K，所述做功冲程峰值温度为1800～2200K；在第四阶段试验中，设定控制机构在红外线测温仪监测到活塞温度为排气冲程终了温度时控制冷却机构关闭，所述排气冲程终
了温度为900～950K；
[0009]在第一阶段试验/第二阶段试验/第三试验阶段中，传热试验系统运行，驱动机构驱动曲轴转动，加热机构将活塞加热至进气冲程终了温度/压缩冲程终了温度/做功峰值温度，热电偶将温度信号传送至数据采集记录仪，数据采集记录仪将温度信号传送至控制机构，控制机构分析处理后得到连杆在进气冲程终了温度/压缩冲程终了温度/做功峰值温度下的传热规律函数图像；在第三阶段试验结束后，冷却机构启动，对缸套进行冷却降温，活塞的温度降低至排气冲程终了温度，热电偶将温度信号传送至数据采集记录仪，数据采集记录仪将温度信号传送至控制机构，控制机构分析处理后得到连杆在排气冲程终了温度下的传热规律函数图像；
[0010]S3、重新设定曲轴转速并重复步骤S2或者关闭系统，结束试验。
[0011]本方案的工作原理及有益效果在于：1)本方案中，连杆的传热试验方法依托于传热试验系统，利用驱动机构驱动曲轴转动，模拟连杆在发动机工作过程中的转速功率变化；利用加热机构对活塞进行加热，模拟连杆在发动机工作过程中温度场变化；并利用测温机构测得连杆预先设定位置(热电偶所在位置)的实时温度，通过控制机构分析处理得到连杆的温度场分布及其传热规律，以便为发动机连杆工作可靠性研究提供科学依据。特别地，传热试验方法中，将整个试验过程分为四个阶段，从而得到连杆在进气冲程终了温度、压缩冲程终了温度、做功冲程峰值温度和排气冲程终了温度下的传热规律。
[0012]2)本方案中的传热试验方法具有实验周期短、可靠性高、可控性好的优点。
[0013]3)本方案能够测量连杆在静态和动态两种状态下的传热规律。
[0014]可选地，所述测温机构还包括引线约束组件，引线约束组件包括外环、内环和用于捆扎引线的束线带，外环通过支撑杆安装于所述试验台架上，内环通过悬吊绳悬吊于外环内。
[0015]本方案中，引线穿过内环后与数据采集记录仪相连，再利用束线带捆扎引线，束线带位于内环的两侧，从而将引线约束在内环内。如此，在连杆运动过程中，引线随着连杆运动，内环可以在外环内摆动，从而适应引线的运动，并避免引线乱动而影响试验。
[0016]可选地，所述悬吊绳为弹力绳。
[0017]本方案中，弹力绳具有弹性，内环能够移动的路程更大，避免对引线造成刚性拉扯，从而避免扯断引线。
[0018]可选地，所述试验台架上还设有用于固定缸套的固定组件，所述固定组件包括固定杆和固定环，固定杆的一端固定安装于试验台架上，固定杆的另一端与固定环固定连接，固定环的内周壁固定连接有橡胶环，橡胶环的内径小于缸套的外径。
[0019]本方案中，缸套插入固定环内，橡胶环与缸套的外周壁抵紧，从而将缸套固定在固定环内，以便活塞在缸套内竖向往复滑动。
[0020]可选地，所述固定环上螺纹连接有水平设置的抵紧螺杆，抵紧螺杆靠近缸套的一端能与缸套抵紧。
[0021]本方案中，抵紧螺杆抵紧缸套，能够进一步确保缸套稳定固定在固定环内。
[0022]可选地，所述驱动机构包括驱动电机，所述驱动电机的输出端与所述曲轴的端部固定连接，驱动电机受所述控制机构控制。
[0023]本方案中，驱动电机驱动曲轴转动，由于连杆大头与曲轴转动连接，且连杆小头通
过活塞销与活塞转动连接，因此，曲轴转动过程中，通过连杆的传动，带动活塞在缸套内往复直线运动，实现试验单缸装配机构的运行。并且，驱动电机能够根据控制机构发出的指令，调整曲轴的转速，从而在不同转速下测定连杆的传热规律。
[0024]可选地，所述加热组件包括激光器和光束整形器，所述激光器和所述红外线测温仪均与所述控制机构相连，控制机构根据红外线测温仪传送的信号控制激光器工作，激光器发出的激光通过所述光束整形器后垂直照射至所述活塞的上表面。
[0025]本方案中，加热机构采用激光加热方式对活塞进行加热，激光加热具有光源方向性单一控制性佳的优点，能够集中加热活塞，减少对驱动机构、冷却机构和控制机构的热影响。并且，激光加热的热源以光斑的形式呈现，激光光斑可以通过光路控制到很小或很均匀的程度，由于激光的光斑尺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于高速高功率工况下连杆的传热试验系统，包括试验台架，其特征在于：所述试验台架上设有试验单缸装配机构、驱动机构、加热机构、冷却机构、测温机构和控制机构，所述试验单缸装配机构包括缸套、活塞、连杆和曲轴，所述驱动机构用于驱动曲轴，所述加热机构包括红外线测温仪和用于加热试验单缸装配机构的加热组件，所述冷却机构用于冷却试验单缸装配机构，所述测温机构包括数据采集记录仪和若干热电偶，若干热电偶沿连杆的长度方向分布于连杆上，若干热电偶均通过引线与数据采集记录仪相连；所述控制机构分别与所述驱动机构、加热机构、冷却机构和测温机构相连，用于分别执行转速控制、加热控制和测温读数的采集。2.根据权利要求1所述的用于高速高功率工况下连杆的传热试验系统，其特征在于：所述测温机构还包括引线约束组件，引线约束组件包括外环、内环和用于捆扎引线的束线带，外环通过支撑杆安装于所述试验台架上，内环通过悬吊绳悬吊于外环内。3.根据权利要求2所述的用于高速高功率工况下连杆的传热试验系统，其特征在于：所述悬吊绳为弹力绳。4.根据权利要求1所述的用于高速高功率工况下连杆的传热试验系统，其特征在于：所述试验台架上还设有用于固定缸套的固定组件，所述固定组件包括固定杆和固定环，固定杆的一端固定安装于试验台架上，固定杆的另一端与固定环固定连接，固定环的内周壁固定连接有橡胶环，橡胶环的内径小于缸套的外径。5.根据权利要求4所述的用于高速高功率工况下连杆的传热试验系统，其特征在于：所述固定环上螺纹连接有水平设置的抵紧螺杆，抵紧螺杆靠近缸套的一端能与缸套抵紧。6.根据权利要求1所述的用于高速高功率工况下连杆的传热试验系统，其特征在于：所述驱动机构包括驱动电机，所述驱动电机的输出端与所述曲轴的端部固定连接，驱动电机受所述控制机构控制。7.根据权利要求1所述的用于高速高功率工况下连杆的传热试验系统，其特征在于：所述加热组件包括激光器和光束整形器，所述激光器和所述红外线测温仪均与所述控制机构相连，控制机构根据红外线测温仪传送的信号控制激光器工作，激光器发出的激光通过所述光束整形器后垂直照射至所...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓伟，罗坤，雷基林，贾德文，邓晰文，黄太红，冀会平，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：