專(zhuān)利名稱(chēng)：考慮預(yù)緊力的缸蓋熱沖擊試驗(yàn)臺(tái)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及考慮預(yù)緊力熱沖擊試驗(yàn)臺(tái)，尤其涉及一種考慮預(yù)緊力的缸蓋熱沖擊試驗(yàn)臺(tái)及其方法。
背景技術(shù)：
隨著發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化程度的不斷提高，特別是增壓等技術(shù)的普及與發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷問(wèn)題日益突出，直接影響到整機(jī)的工作可靠性和使用壽命。在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中，缸蓋等受熱部件大多同時(shí)承受交變熱負(fù)荷和受預(yù)緊力約束引起的機(jī)械負(fù)荷的雙重考驗(yàn)，比較容易出現(xiàn)熱裂、燒損現(xiàn)象。缸蓋的可靠性主要受熱疲勞、熱沖擊、高溫蠕變和機(jī)械疲勞等因素的綜合作用和影響，缸蓋在鑄造過(guò)程中存在的不可避免的微小裂紋會(huì)在交 變熱應(yīng)力和機(jī)械運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，產(chǎn)生應(yīng)力集中，進(jìn)而在靠近火力面?zhèn)然蚧鹆Ρ砻嫔袭a(chǎn)生裂紋，并逐步擴(kuò)展以致斷裂，嚴(yán)重威脅內(nèi)燃機(jī)的可靠性和安全性。如何綜合考慮各種因素影響，在溫度場(chǎng)及熱應(yīng)力的基礎(chǔ)上綜合考慮各種機(jī)械應(yīng)力的耦合效應(yīng)已成為目前發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的熱點(diǎn)。預(yù)緊力作為缸蓋在正常工況下受到的主要應(yīng)力，其大小將對(duì)缸蓋的工作壽命產(chǎn)生不可忽略的影響。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋螺栓預(yù)緊力過(guò)小時(shí)，會(huì)使缸蓋因?yàn)閴翰痪o缸墊而導(dǎo)致從缸墊處漏氣、漏油，并降低發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比，使得發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、工作可靠性下降。當(dāng)預(yù)緊力過(guò)大時(shí)，容易使得螺栓產(chǎn)生永久的拉伸變形，預(yù)緊力反而下降，甚至造成滑扣或折斷現(xiàn)象，且缸體螺紋易受損傷，從而影響缸體與機(jī)體的密封性。內(nèi)燃機(jī)零部件的先期試驗(yàn)研究是內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的根本。熱沖擊模擬試驗(yàn)是模擬受熱件的溫度場(chǎng)，分析其所能承受的最大熱應(yīng)力、熱應(yīng)變及熱疲勞壽命的有效手段之一。而缸蓋的損傷問(wèn)題更多的表現(xiàn)由于部件所承受的熱負(fù)荷產(chǎn)生的，所以，熱沖擊模擬試驗(yàn)是研究缸蓋可靠性的重要方法，只有真實(shí)地模擬缸蓋溫度場(chǎng)，才能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)其抗熱負(fù)荷性能。因此設(shè)計(jì)成熟完備的熱沖擊試驗(yàn)系統(tǒng)，得出符合實(shí)際工況下的缸蓋熱疲勞、熱沖擊過(guò)程，已成為現(xiàn)代汽車(chē)行業(yè)的又一大重要課題。但是，目前零部件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度研究方面，預(yù)緊力只被應(yīng)用于檢測(cè)內(nèi)燃機(jī)零部件的機(jī)械疲勞中，在熱模擬試驗(yàn)中并沒(méi)有涉及到，而內(nèi)燃機(jī)缸蓋在正常工況下是必然承受預(yù)緊力的。這種對(duì)預(yù)緊力影響的忽略，會(huì)造成與實(shí)際工況之間的誤差，在有限元仿真計(jì)算中也發(fā)現(xiàn)了預(yù)緊力的約束對(duì)部件熱變形產(chǎn)生影響，因此，缸蓋熱沖擊模擬試驗(yàn)過(guò)程中忽略預(yù)緊力的約束會(huì)大大降低試驗(yàn)結(jié)果的可信度。基于以上原因，考慮預(yù)緊力的缸蓋熱疲勞、熱沖擊試驗(yàn)系統(tǒng)的研制對(duì)于更真實(shí)地模擬實(shí)際工況，準(zhǔn)確研究分析缸蓋的熱狀態(tài)，填補(bǔ)目前熱疲勞、熱沖擊試驗(yàn)系統(tǒng)的科研盲點(diǎn)，對(duì)改進(jìn)缸蓋的設(shè)計(jì)，改善內(nèi)燃機(jī)及其它構(gòu)件工作可靠性和整體性能，提高經(jīng)濟(jì)效益等都具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種考慮預(yù)緊力的缸蓋熱沖擊試驗(yàn)臺(tái)及其方法。為解決該技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是
考慮預(yù)緊力的缸蓋熱沖擊試驗(yàn)臺(tái)，包括試驗(yàn)裝置和控制系統(tǒng)，其中試驗(yàn)裝置包括第一旋鈕開(kāi)關(guān)、待測(cè)缸蓋、螺栓、氣門(mén)機(jī)構(gòu)、紅外加熱器、隔熱墊、缸墊、感應(yīng)加熱線(xiàn)圈、假機(jī)體、固定用臺(tái)架、感應(yīng)加熱器控制系統(tǒng)、紅外加熱器控制系統(tǒng)、水泵、出水管、水箱、加熱器、第二旋鈕開(kāi)關(guān)、電線(xiàn)、進(jìn)水管、回流管、第一手柄開(kāi)關(guān)、進(jìn)水電磁閥、第二手柄開(kāi)關(guān)、溫控器和熱電偶；待測(cè)缸蓋上加裝氣門(mén)機(jī)構(gòu)，待測(cè)缸蓋、隔熱墊、缸墊、假機(jī)體順次相連，并通過(guò)螺栓固定，待測(cè)缸蓋前后兩側(cè)設(shè)置紅外加熱器，假機(jī)體內(nèi)設(shè)有感應(yīng)加熱線(xiàn)圈，假機(jī)體放置在固定用臺(tái)架上，紅外加熱器與紅外加熱器控制系統(tǒng)相連，水箱內(nèi)設(shè)有加熱器、溫控器，加熱器經(jīng)溫控器與可編程控制器相連，水箱出水口經(jīng)出水管與待測(cè)缸蓋進(jìn)水口相連，出水管上設(shè)有水泵、第一旋鈕開(kāi)關(guān)，水箱回流管與待測(cè)缸蓋出水口相連，來(lái)自進(jìn)水管的水分為兩路，一路通往感應(yīng)加熱線(xiàn)圈，另一路經(jīng)第一手柄開(kāi)關(guān)、進(jìn)水電磁閥控制，流入水箱，溢水管分為兩路，一路通 往水箱上端的溢水口，另一路經(jīng)第二手柄開(kāi)關(guān)連至水箱下端，感應(yīng)加熱線(xiàn)圈經(jīng)電線(xiàn)與感應(yīng)加熱器控制系統(tǒng)相連，感應(yīng)加熱線(xiàn)圈經(jīng)回流管與水箱回流口相連，在進(jìn)水管上設(shè)有第二旋鈕開(kāi)關(guān)，待測(cè)缸蓋上設(shè)有的熱電偶，熱電偶通過(guò)信號(hào)線(xiàn)依次連接至試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)，感應(yīng)加熱器控制系統(tǒng)和紅外加熱器控制系統(tǒng)分別與可編程控制器相連，試驗(yàn)裝置由控制系統(tǒng)控制。所述的控制系統(tǒng)包括溫度變送器、第一 AD模塊、第二 AD模塊、第三AD模塊、繼電器、可編程控制器、通訊模塊、PC機(jī)、打印機(jī)、顯示器；可編程控制器分別與第一 AD模塊、第二 AD模塊、第三AD模塊、繼電器、通訊模塊相連,溫度變送器分別與第一 AD模塊、第二 AD模塊、第三AD模塊相連，通訊模塊與PC機(jī)相連，PC機(jī)與打印機(jī)、顯示器相連。所述試驗(yàn)臺(tái)的考慮預(yù)緊力的缸蓋熱沖擊試驗(yàn)方法，包括如下步驟
1)將4個(gè)熱電偶分別焊接在待測(cè)缸蓋進(jìn)排氣門(mén)口附近靠近前后兩側(cè)面處、噴油嘴附近、鼻梁區(qū)中間位置處；
2)選取一塊長(zhǎng)度和寬度尺寸分別與待測(cè)缸蓋的長(zhǎng)度和寬度尺寸相同的長(zhǎng)方體鑄鐵制作假機(jī)體，在與待測(cè)缸蓋進(jìn)行螺栓連接處鑄有螺紋孔，將假機(jī)體中部正對(duì)待測(cè)缸蓋火力面處，以火力面為底圓，將假機(jī)體以圓柱體形式打穿，加裝隔熱墊、缸墊后，用螺栓與待測(cè)缸蓋連接；
3)在螺栓上施加與待測(cè)缸蓋相等大小的預(yù)緊力；
4)選擇平面螺線(xiàn)式感應(yīng)加熱頭，制作兩個(gè)獨(dú)立的半環(huán)形纏繞方式的感應(yīng)線(xiàn)圈；
5)在PC機(jī)上設(shè)置控制模式、試驗(yàn)編號(hào)、待測(cè)缸蓋參數(shù)、循環(huán)次數(shù)、基礎(chǔ)溫度、待測(cè)缸蓋加熱溫度或加熱時(shí)間、待測(cè)缸蓋冷卻溫度或冷卻時(shí)間、冷卻水溫度、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)間隔；
6)開(kāi)啟紅外加熱器，當(dāng)待測(cè)缸蓋加熱至設(shè)置的基礎(chǔ)溫度后，感應(yīng)加熱線(xiàn)圈通電，繼續(xù)加熱待測(cè)缸蓋，當(dāng)熱電偶檢測(cè)到待測(cè)缸蓋的溫度達(dá)到所設(shè)置的最高控制溫度時(shí)，或達(dá)到加熱時(shí)間時(shí)，則可編程控制器發(fā)出信號(hào)，感應(yīng)加熱線(xiàn)圈斷電，啟動(dòng)水泵工作，將待測(cè)缸蓋冷卻至基礎(chǔ)溫度，或達(dá)到冷卻時(shí)間后，可編程控制器發(fā)出信號(hào)立即關(guān)閉水泵，停止冷卻水循環(huán)，至此完成一次工作循環(huán)；如此重復(fù)上述循環(huán)動(dòng)作，直至設(shè)定循環(huán)次數(shù)。本發(fā)明提出了可以替代目前缸蓋熱沖擊試驗(yàn)的實(shí)機(jī)考核系統(tǒng)。特別是目前階段，熱模擬試驗(yàn)都沒(méi)有考慮機(jī)械約束的影響，本發(fā)明引入了預(yù)緊力作為機(jī)械約束，可以更真實(shí)地模擬實(shí)際工況，準(zhǔn)確研究分析缸蓋的熱疲勞、熱沖擊狀態(tài)，從而提高試驗(yàn)結(jié)果的可信度。


圖I為考慮預(yù)緊力的缸蓋熱沖擊試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明的感應(yīng)線(xiàn)圈纏繞方式示意 圖3為本發(fā)明的感應(yīng)加熱示意 圖4為本發(fā)明的冷卻示意 圖5為本發(fā)明的控制系統(tǒng)示意 圖中第一旋鈕開(kāi)關(guān)I、待測(cè)缸蓋2、螺栓3、氣門(mén)機(jī)構(gòu)4、紅外加熱器5、隔熱墊6、缸墊7、感應(yīng)加熱線(xiàn)圈8、假機(jī)體9、固定用臺(tái)架10、感應(yīng)加熱器控制系統(tǒng)11、紅外加熱器控制系統(tǒng)12、水泵13、出水管14、水箱15、加熱器16、第二旋鈕開(kāi)關(guān)17、電線(xiàn)18、進(jìn)水管19、回流管20、第一手柄開(kāi)關(guān)21、進(jìn)水電磁閥22、第二手柄開(kāi)關(guān)23、溫控器24。
具體實(shí)施例方式如圖1、3、4所示，考慮預(yù)緊力的缸蓋熱沖擊試驗(yàn)臺(tái)包括試驗(yàn)裝置和控制系統(tǒng)，其中試驗(yàn)裝置包括第一旋鈕開(kāi)關(guān)I、待測(cè)缸蓋2、螺栓3、氣門(mén)機(jī)構(gòu)4、紅外加熱器5、隔熱墊6、缸墊7、感應(yīng)加熱線(xiàn)圈8、假機(jī)體9、固定用臺(tái)架10、感應(yīng)加熱器控制系統(tǒng)11、紅外加熱器控制系統(tǒng)12、水泵13、出水管14、水箱15、加熱器16、第二旋鈕開(kāi)關(guān)17、電線(xiàn)18、進(jìn)水管19、回流管20、第一手柄開(kāi)關(guān)21、進(jìn)水電磁閥22、第二手柄開(kāi)關(guān)23、溫控器24和熱電偶；
待測(cè)缸蓋2上加裝氣門(mén)機(jī)構(gòu)4，待測(cè)缸蓋2、隔熱墊6、缸墊7、假機(jī)體9順次相連，并通 過(guò)螺栓3固定，待測(cè)缸蓋2前后兩側(cè)設(shè)置紅外加熱器5，假機(jī)體9內(nèi)設(shè)有感應(yīng)加熱線(xiàn)圈8，假機(jī)體9放置在固定用臺(tái)架10上，紅外加熱器5與紅外加熱器控制系統(tǒng)12相連，水箱15內(nèi)設(shè)有加熱器16、溫控器24，加熱器16經(jīng)溫控器24與可編程控制器相連，水箱15出水口經(jīng)出水管14與待測(cè)缸蓋2進(jìn)水口相連，出水管14上設(shè)有水泵13、第一旋鈕開(kāi)關(guān)1，水箱15回流管與待測(cè)缸蓋2出水口相連，來(lái)自進(jìn)水管的水分為兩路，一路通往感應(yīng)加熱線(xiàn)圈8，另一路經(jīng)第一手柄開(kāi)關(guān)21、進(jìn)水電磁閥22控制，流入水箱15，溢水管分為兩路，一路通往水箱15上端的溢水口，另一路經(jīng)第二手柄開(kāi)關(guān)23連至水箱15下端，感應(yīng)加熱線(xiàn)圈8經(jīng)電線(xiàn)18與感應(yīng)加熱器控制系統(tǒng)11相連，感應(yīng)加熱線(xiàn)圈8經(jīng)回流管20與水箱15回流口相連，在進(jìn)水管19上設(shè)有第二旋鈕開(kāi)關(guān)17，待測(cè)缸蓋2上設(shè)有的熱電偶，熱電偶通過(guò)信號(hào)線(xiàn)依次連接至試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)，感應(yīng)加熱器控制系統(tǒng)11和紅外加熱器控制系統(tǒng)12分別與可編程控制器相連，試驗(yàn)裝置由控制系統(tǒng)控制。如圖5所不,控制系統(tǒng)包括溫度變送器、第一 AD模塊、第二 AD模塊、第三AD模塊、繼電器、可編程控制器、通訊模塊、PC機(jī)、打印機(jī)、顯示器；可編程控制器分別與第一 AD模塊、第二 AD模塊、第三AD模塊、繼電器、通訊模塊相連,溫度變送器分別與第一 AD模塊、第二 AD模塊、第三AD模塊相連，通訊模塊與PC機(jī)相連，PC機(jī)與打印機(jī)、顯示器相連。考慮預(yù)緊力的缸蓋熱沖擊試驗(yàn)方法包括如下步驟
1)將4個(gè)熱電偶分別焊接在待測(cè)缸蓋2進(jìn)排氣門(mén)口附近靠近前后兩側(cè)面處、噴油嘴附近、鼻梁區(qū)中間位置處；
2)選取一塊長(zhǎng)度和寬度尺寸分別與待測(cè)缸蓋2的長(zhǎng)度和寬度尺寸相同的長(zhǎng)方體鑄鐵制作假機(jī)體9，在與待測(cè)缸蓋2進(jìn)行螺栓連接處鑄有螺紋孔，將假機(jī)體9中部正對(duì)待測(cè)缸蓋2火力面處，以火力面為底圓，將假機(jī)體9以圓柱體形式打穿，加裝隔熱墊6、缸墊7后，用螺栓3與待測(cè)缸蓋2連接；
3)在螺栓3上施加與待測(cè)缸蓋2相等大小的預(yù)緊力；
4)選擇平面螺線(xiàn)式感應(yīng)加熱頭，制作兩個(gè)獨(dú)立的半環(huán)形纏繞方式的感應(yīng)線(xiàn)圈；
5)在PC機(jī)上設(shè)置控制模式、試驗(yàn)編號(hào)、待測(cè)缸蓋參數(shù)、循環(huán)次數(shù)、基礎(chǔ)溫度、待測(cè)缸蓋加熱溫度或加熱時(shí)間、待測(cè)缸蓋冷卻溫度或冷卻時(shí)間、冷卻水溫度、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)間隔；
6)開(kāi)啟紅外加熱器5，當(dāng)待測(cè)缸蓋2加熱至設(shè)置的基礎(chǔ)溫度后，感應(yīng)加熱線(xiàn)圈8通電，繼續(xù)加熱待測(cè)缸蓋2，當(dāng)熱電偶檢測(cè)到待測(cè)缸蓋2的溫度達(dá)到所設(shè)置的最高控制溫度時(shí)，或達(dá)到加熱時(shí)間時(shí)，則可編程控制器發(fā)出信號(hào)，感應(yīng)加熱線(xiàn)圈8斷電，啟動(dòng)水泵13工作，將待測(cè)缸蓋2冷卻至基礎(chǔ)溫度，或達(dá)到冷卻時(shí)間后，可編程控制器發(fā)出信號(hào)立即關(guān)閉水泵13，停 止冷卻水循環(huán)，至此完成一次工作循環(huán)；如此重復(fù)上述循環(huán)動(dòng)作，直至設(shè)定循環(huán)次數(shù)?？紤]到試驗(yàn)臺(tái)的通用性和簡(jiǎn)便性，采用了自行設(shè)計(jì)的假機(jī)體9與待測(cè)缸蓋2進(jìn)行螺栓連接，這樣當(dāng)采用不同型號(hào)的缸蓋進(jìn)行熱沖擊試驗(yàn)時(shí)，可以通過(guò)改變假機(jī)體9的尺寸和材料以適應(yīng)試驗(yàn)系統(tǒng)多樣化的要求。假機(jī)體9的形狀為長(zhǎng)方體，在與待測(cè)缸蓋2進(jìn)行螺栓連接處鑄有相應(yīng)的螺紋孔，為模擬缸蓋火力面下方的燃燒室，將假機(jī)體中部以圓柱體形式打穿，用以放置感應(yīng)加熱線(xiàn)圈8。為更真實(shí)地模擬實(shí)際情況，在待測(cè)缸蓋與假機(jī)體之間加入了缸墊6，在待測(cè)缸蓋2與假機(jī)體9之間加入隔熱墊6，置于缸墊7之上，這樣可以隔絕缸蓋火力面與假機(jī)體之間的熱傳遞，使火力面在加熱過(guò)程中可以在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到試驗(yàn)所設(shè)定的最高溫度。考慮到缸蓋表面分布著各種孔道，不利于均勻加熱和冷卻水的流通，因此在待測(cè)缸蓋2上加裝氣門(mén)機(jī)構(gòu)4，以使火力面基本封閉，在待測(cè)缸蓋左右兩表面打通冷卻水進(jìn)出水孔道，內(nèi)部直接通向缸蓋水道，同時(shí)將待測(cè)缸蓋外表面多余孔道采用密封板封住。熱電偶用于采集缸蓋上各測(cè)點(diǎn)的溫度值，作為熱沖擊試驗(yàn)臺(tái)的主要控制信號(hào)?？梢圆捎肒型熱電偶來(lái)檢測(cè)缸蓋溫度，安裝4個(gè)測(cè)點(diǎn)。熱電偶通過(guò)熱電偶焊接儀焊接在待測(cè)缸蓋上。各測(cè)點(diǎn)的熱電偶引線(xiàn)直接接在溫度變送器箱中的溫度變送器上。溫度變送器將缸蓋上的熱電偶的電勢(shì)轉(zhuǎn)換為4 20mA的標(biāo)準(zhǔn)二線(xiàn)制信號(hào)，然后通過(guò)雙絞線(xiàn)傳入PLC的4個(gè)通用模擬量輸入模塊上。這些輸入模塊對(duì)傳入的信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后將試驗(yàn)數(shù)值送給PLC,以作為溫度模式下熱沖擊試驗(yàn)臺(tái)的主要控制信號(hào)，同時(shí)所有數(shù)據(jù)通過(guò)RS232通信口上傳至監(jiān)測(cè)PC計(jì)算機(jī)中計(jì)入數(shù)據(jù)庫(kù)，用以后期處理。使用者可根據(jù)缸蓋類(lèi)型和試驗(yàn)需求自行設(shè)計(jì)感應(yīng)加熱器的加熱頭形狀，以達(dá)到針對(duì)不同缸蓋的受熱部位模擬不同的加熱范圍和加熱強(qiáng)度的目的。本試驗(yàn)臺(tái)選用平面螺線(xiàn)式感應(yīng)加熱頭，線(xiàn)圈的具體纏繞方式可根據(jù)缸蓋類(lèi)型和試驗(yàn)需要自行設(shè)定。為確?；鹆γ娴募訜崮芰ΡM量均勻，本試驗(yàn)系統(tǒng)采用的感應(yīng)線(xiàn)圈排布方式如圖2所示，為兩個(gè)獨(dú)立的半環(huán)形纏繞方式并聯(lián)在一起，其中箭頭所指為電流方向，這樣可以在不減少中央部位受熱前提下加熱整個(gè)待測(cè)缸蓋的火力面，同時(shí)兩個(gè)回形位置的中心分別對(duì)應(yīng)著缸蓋的兩個(gè)氣門(mén)中心，以達(dá)到本試驗(yàn)訴求。熱沖擊試驗(yàn)臺(tái)采用冷卻水循環(huán)對(duì)待測(cè)缸蓋2和感應(yīng)加熱線(xiàn)圈8進(jìn)行冷卻。待測(cè)缸蓋2左右兩側(cè)面打通有冷卻水進(jìn)出水孔道，內(nèi)部與待測(cè)缸蓋水道相通，通過(guò)水管與水箱15連接，由水泵13驅(qū)動(dòng)，模擬實(shí)際工況下循環(huán)水冷卻。冷卻水溫度可以在試驗(yàn)之前在溫控器24上自行設(shè)置。試驗(yàn)期間，溫控系統(tǒng)將始終保持冷卻水溫度穩(wěn)定在設(shè)置溫度±5°C范圍之內(nèi)。為保證冷卻水溫恒定，水箱15內(nèi)安裝了加熱器16、熱水溢水口和冷水進(jìn)水閥。溫控器24根據(jù)熱電阻信號(hào)，控制加熱器16和進(jìn)水閥的動(dòng)作。即當(dāng)水溫比所設(shè)置的冷卻水溫度低5°C時(shí)，驅(qū)動(dòng)繼電器閉合，使冷卻水加熱器16通電，對(duì)水箱15內(nèi)的冷卻水加熱；當(dāng)水溫比所設(shè)置的冷卻水溫度高5°C時(shí)，驅(qū)動(dòng)冷水進(jìn)水閥打開(kāi)，隨著冷水的加入，位于水箱15上部的熱水則自動(dòng)地沿著溢水口溢出，從而使水箱15內(nèi)的冷卻水溫度下降。水箱15內(nèi)溫度控制自成系統(tǒng)，由溫控器24控制。冷卻示意圖如圖4所示。(I)第一旋鈕開(kāi)關(guān)1，待測(cè)缸蓋冷卻水流量調(diào)節(jié)閥，用于調(diào)節(jié)待測(cè)缸蓋冷卻水流量，以調(diào)節(jié)冷卻速率。
(2)第二旋鈕開(kāi)關(guān)17，感應(yīng)加熱線(xiàn)圈8冷卻水流量調(diào)節(jié)閥，用于調(diào)節(jié)感應(yīng)加熱線(xiàn)圈8冷卻水流量，以保證感應(yīng)加熱線(xiàn)圈8充分冷卻。(3)第一手柄開(kāi)關(guān)21，冷卻水箱15的手動(dòng)進(jìn)水閥，用于試驗(yàn)前向冷卻水箱15加水，當(dāng)溢水口有水溢出時(shí)，請(qǐng)關(guān)閉此閥。(4)第二手柄開(kāi)關(guān)23，冷卻水箱15排水閥。當(dāng)兩次試驗(yàn)的時(shí)間間隔較長(zhǎng)時(shí)，為了防止產(chǎn)生水銹，或者冬天為了防凍，請(qǐng)?jiān)谠囼?yàn)結(jié)束后打開(kāi)此閥，排干水箱15內(nèi)的水。(5)加熱器16，當(dāng)水箱15中水溫低于設(shè)定溫度時(shí)，加熱器16由溫控器24控制加熱。(6)進(jìn)水電磁閥22，當(dāng)水箱15中水溫超過(guò)設(shè)定溫度時(shí)，由溫控器24控制其打開(kāi)，向水箱15內(nèi)充入冷水，以保持水箱15溫度恒定。為保證試驗(yàn)安全進(jìn)行，試驗(yàn)臺(tái)還可以設(shè)置以下安全與報(bào)警裝置
(I)缸蓋過(guò)熱警報(bào)。當(dāng)被加熱的缸蓋表面溫度超過(guò)設(shè)置的最高控制溫度30°C以上，且還沒(méi)有自動(dòng)切換至冷卻過(guò)程時(shí)，安全與報(bào)警裝置報(bào)警，關(guān)閉整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)的動(dòng)作，并在PC機(jī)上顯示故障類(lèi)別。否則可能燒蝕缸蓋表面或燒壞熱電偶。( 2 )感應(yīng)加熱器冷卻水路水壓過(guò)低報(bào)警。當(dāng)冷卻水管道內(nèi)水壓過(guò)低，對(duì)感應(yīng)加熱器的冷卻強(qiáng)度不夠，安全與報(bào)警裝置報(bào)警，關(guān)閉整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)的動(dòng)作，并在PC機(jī)上顯示故障類(lèi)別?？刂葡到y(tǒng)示意圖如圖5所示。試驗(yàn)臺(tái)的控制與監(jiān)視系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)過(guò)程的自動(dòng)控制和監(jiān)視。其主要元器件，包括PLC都集中安裝在電氣控制柜內(nèi)，外部配置一臺(tái)用于過(guò)程監(jiān)視和試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄處理的PC機(jī)。PLC為日本三菱公司MELSEC FX系列可編程控制器，用于信號(hào)采集以及對(duì)試驗(yàn)臺(tái)各個(gè)部分的控制。PC機(jī)與PLC之間的關(guān)系是試驗(yàn)過(guò)程中，SP使關(guān)閉PC機(jī)，PLC仍可正常工作，試驗(yàn)照常進(jìn)行，只是數(shù)據(jù)記錄中斷?？刂葡到y(tǒng)采用上下位機(jī)結(jié)構(gòu)，有著較高可靠性的PLC作為控制核心，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，使得整個(gè)試驗(yàn)簡(jiǎn)單易于操作并具有很高的穩(wěn)定性和安全性。最后，以上公布的僅是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形如待測(cè)缸蓋2不設(shè)有熱電偶僅采用時(shí)間模式的考慮預(yù)緊力的缸蓋熱沖擊試驗(yàn)臺(tái)及其方法，也應(yīng)認(rèn)為是在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー種考慮預(yù)緊カ的缸蓋熱沖擊試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于包括試驗(yàn)裝置和控制系統(tǒng)，其中試驗(yàn)裝置包括第一旋鈕開(kāi)關(guān)(I)、待測(cè)缸蓋(2)、螺栓(3)、氣門(mén)機(jī)構(gòu)(4)、紅外加熱器(5)、隔熱墊(6)、缸墊(7)、感應(yīng)加熱線(xiàn)圈(8)、假機(jī)體(9)、固定用臺(tái)架(10)、感應(yīng)加熱器控制系統(tǒng)(11)、紅外加熱器控制系統(tǒng)(12)、水泵(13)、出水管(14)、水箱(15)、加熱器(16)、第二旋鈕開(kāi)關(guān)(17)、電線(xiàn)(18)、進(jìn)水管(19)、回流管(20)、第一手柄開(kāi)關(guān)(21)、進(jìn)水電磁閥(22)、第二手柄開(kāi)關(guān)(23)、溫控器(24)和熱電偶；待測(cè)缸蓋(2)上加裝氣門(mén)機(jī)構(gòu)(4)，待測(cè)缸蓋(2)、隔熱墊(6)、缸墊(7)、假機(jī)體(9)順次相連，并通過(guò)螺栓(3)固定，待測(cè)缸蓋(2)前后兩側(cè)設(shè)置紅外加熱器(5)，假機(jī)體(9)內(nèi)設(shè)有感應(yīng)加熱線(xiàn)圈(8)，假機(jī)體(9)放置在固定用臺(tái)架(10)上，紅外加熱器(5)與紅外加熱器控制系統(tǒng)(12)相連，水箱(15)內(nèi)設(shè)有加熱器(16)、溫控器(24)，加熱器(16)經(jīng)溫控器(24)與可編程控制器相連，水箱(15)出水ロ經(jīng)出水管(14)與待測(cè)缸蓋(2)進(jìn)水口相連，出水管(14)上設(shè)有水泵(13)、第一旋鈕開(kāi)關(guān)(1)，水箱(15)回流管與待測(cè)缸蓋(2)出水ロ相連，來(lái)自進(jìn)水管的水分為兩路，一路通往感應(yīng)加熱線(xiàn)圈(8)，另一路經(jīng)第一手柄開(kāi)關(guān)(21)、進(jìn)水電磁閥(22)控制，流入水箱(15)，溢水管分為兩路，一路通往水箱(15)上端的溢水ロ，另一路經(jīng)第二手柄開(kāi)關(guān)(23)連至水箱(15)下端，感應(yīng)加熱線(xiàn)圈(8)經(jīng)電線(xiàn)(18)與感應(yīng)加熱器控制系統(tǒng)(11)相連，感應(yīng)加熱線(xiàn)圈(8)經(jīng)回流管(20)與水箱(15)回流ロ相連，在進(jìn)水管(19)上設(shè)有第二旋鈕開(kāi)關(guān)(17)，待測(cè)缸蓋(2)上設(shè)有的熱電偶，熱電偶通過(guò)信號(hào)線(xiàn)依次連接至試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)，感應(yīng)加熱器控制系統(tǒng)(11)和紅外加熱器控制系統(tǒng)(12)分別與可編程控制器相連，試驗(yàn)裝置由控制系統(tǒng)控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種考慮預(yù)緊カ的缸蓋熱沖擊試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于，所述的控制系統(tǒng)包括溫度變送器、第一 AD模塊、第二 AD模塊、第三AD模塊、繼電器、可編程控制器、通訊模塊、PC機(jī)、打印機(jī)、顯示器；可編程控制器分別與第一 AD模塊、第二 AD模塊、第三AD模塊、繼電器、通訊模塊相連，溫度變送器分別與第一 AD模塊、第二 AD模塊、第三AD模塊相連，通訊模塊與PC機(jī)相連，PC機(jī)與打印機(jī)、顯示器相連。
3.ー種使用如權(quán)利要求I所述試驗(yàn)臺(tái)的考慮預(yù)緊カ的缸蓋熱沖擊試驗(yàn)方法，其特征在于包括如下步驟 I)將4個(gè)熱電偶分別焊接在待測(cè)缸蓋(2)進(jìn)排氣門(mén)ロ附近靠近前后兩側(cè)面處、噴油嘴附近、鼻梁區(qū)中間位置處； . 2 )選取ー塊長(zhǎng)度和寬度尺寸分別與待測(cè)缸蓋(2 )的長(zhǎng)度和寬度尺寸相同的長(zhǎng)方體鑄鐵制作假機(jī)體(9)，在與待測(cè)缸蓋(2)進(jìn)行螺栓連接處鑄有螺紋孔，將假機(jī)體(9)中部正對(duì)待測(cè)缸蓋(2)火力面處，以火力面為底圓，將假機(jī)體(9)以圓柱體形式打穿，加裝隔熱墊(6)、缸墊(7)后，用螺栓(3)與待測(cè)缸蓋(2)連接； . 3)在螺栓(3)上施加與待測(cè)缸蓋(2)相等大小的預(yù)緊カ； .4)選擇平面螺線(xiàn)式感應(yīng)加熱頭，制作兩個(gè)獨(dú)立的半環(huán)形纏繞方式的感應(yīng)線(xiàn)圈； . 5)在PC機(jī)上設(shè)置控制模式、試驗(yàn)編號(hào)、待測(cè)缸蓋參數(shù)、循環(huán)次數(shù)、基礎(chǔ)溫度、待測(cè)缸蓋加熱溫度或加熱時(shí)間、待測(cè)缸蓋冷卻溫度或冷卻時(shí)間、冷卻水溫度、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)間隔； 6)開(kāi)啟紅外加熱器(5)，當(dāng)待測(cè)缸蓋(2)加熱至設(shè)置的基礎(chǔ)溫度后，感應(yīng)加熱線(xiàn)圈(8)通電，繼續(xù)加熱待測(cè)缸蓋(2)，當(dāng)熱電偶檢測(cè)到待測(cè)缸蓋(2)的溫度達(dá)到所設(shè)置的最高控制溫度時(shí)，或達(dá)到加熱時(shí)間時(shí)，則可編程控制器發(fā)出信號(hào)，感應(yīng)加熱線(xiàn)圈(8)斷電，啟動(dòng)水泵(13)工作，將待測(cè)缸蓋(2)冷卻至基礎(chǔ)溫度，或達(dá)到冷卻時(shí)間后，可編程控制器發(fā)出信號(hào)立即關(guān)閉水泵(13)，停止冷卻 水循環(huán)，至此完成一次工作循環(huán)；如此重復(fù)上述循環(huán)動(dòng)作，直至設(shè)定循環(huán)次數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種考慮預(yù)緊力的缸蓋熱沖擊試驗(yàn)臺(tái)及其方法。包括試驗(yàn)裝置和控制系統(tǒng)，其中試驗(yàn)裝置包括待測(cè)缸蓋、螺栓、氣門(mén)機(jī)構(gòu)、紅外加熱器、隔熱墊、缸墊、感應(yīng)加熱線(xiàn)圈、假機(jī)體、固定用臺(tái)架、感應(yīng)加熱器控制系統(tǒng)、紅外加熱器控制系統(tǒng)、水泵、水箱、加熱器、溫控器等；待測(cè)缸蓋上加裝氣門(mén)機(jī)構(gòu)，待測(cè)缸蓋、隔熱墊、缸墊、假機(jī)體順次相連，并通過(guò)螺栓固定，待測(cè)缸蓋前后兩側(cè)設(shè)置紅外加熱器，假機(jī)體內(nèi)設(shè)有感應(yīng)加熱線(xiàn)圈，待測(cè)缸蓋經(jīng)水管與水箱連接，由水泵驅(qū)動(dòng)，對(duì)待測(cè)缸蓋進(jìn)行強(qiáng)制水冷，試驗(yàn)裝置由控制系統(tǒng)控制。本發(fā)明考慮了預(yù)緊力作為機(jī)械約束，可以更真實(shí)地模擬實(shí)際工況，準(zhǔn)確研究分析缸蓋的熱疲勞、熱沖擊狀態(tài)，從而提高試驗(yàn)結(jié)果的可信度。
文檔編號(hào)G01N3/60GK102735561SQ201210202648
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月19日
發(fā)明者俞小莉, 馮燕, 劉震濤, 宋玉, 戴一濤, 牛健 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)