CN105651639B - 一种倒置式活塞热疲劳试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种倒置式活塞热疲劳试验装置，包括活塞非标结构、装置支撑架和冷却水路结构，至少一个所述活塞非标结构固定在装置支撑架上，所述冷却水路结构固定在装置支撑架上并与活塞非标结构连通。本发明所述活塞热疲劳试验装置是将待测活塞组(带活塞环)装入非标缸套内，其活塞组装配形态与实机一致，因此在模拟试验过程，活塞与缸套之间的传热与实际活塞工作状态的受热传导一致。

Description

一种倒置式活塞热疲劳试验装置

技术领域

本发明属于发动机活塞测试装置技术领域，尤其是涉及一种倒置式活塞热疲劳试验装置。

背景技术

活塞是发动机的核心零部件之一，其工作好坏直接关系到发动机的整体性能及工作可靠性，因此越来越多的研究人员致力于活塞的设计与改进。活塞同时是发动机中承受机械载荷和热载荷最严酷的部件之一，而由热负荷带来的疲劳破坏往往是其工作失效的主要原因。活塞顶面直接与高温燃气接触，工作中由于高温和温度分布不均匀而产生的热应力的反复作用，往往会形成热疲劳裂纹。为准确评估活塞的热状态和疲劳强度，必须对活塞进行热疲劳可靠性试验。

现有的活塞热负荷试验台均是单独对活塞顶部加热，而很少考虑到活塞与缸套之间通过活塞环的热传递、震荡油腔对活塞的冷却作用，致使活塞试件承载情况与试机状态存在很大的差异。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种倒置式活塞热疲劳试验装置，更真实的模拟活塞的使用状态，以减小活塞试件承载情况与试机状态的差异。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种倒置式活塞热疲劳试验装置，包括活塞非标结构、装置支撑架和冷却水路结构，至少一个所述活塞非标结构固定在装置支撑架上，所述冷却水路结构固定在装置支撑架上并与活塞非标结构连通。

进一步的，所述装置支撑架包括长固定板、短固定板、联接角钢、隔热板和过渡套，两个所述长固定板和两个所述短固定板构成长方形结构，长固定板和短固定板之间通过联接角钢连接；所述隔热板的两侧边与两个长固定板通过过渡套用螺栓联，所述隔热板上设有对应活塞非标结构的活塞加热孔。

进一步的，所述活塞非标结构包括活塞非标体、非标缸套、非标连杆、活塞固定杆、震荡油腔冷却水接头、非标缸套冷却水接头和密封圈，

所述密封圈设置在非标缸套外侧的密封槽内，所述活塞非标体套设在非标缸套外侧且其底部通过螺栓与非标缸套底部径向延伸的凸圆环固定连接；所述活塞固定杆的两端固定安装在活塞非标体的顶部，所述非标连杆竖直设置在非标缸套的中间，其顶端与活塞固定杆固定连接，其底端用于连接待测活塞组件；所述非标缸套冷却水接头安装在活塞非标体的顶部，所述震荡油腔冷却水接头用于连接待测活塞组件。

进一步的，所述冷却水路结构包括进水管、回水管、管路支架、非标缸套冷却支管、震荡油腔冷却支管、水堵、金属软管接头，

所述进水管与回水管通过若干个管路支架分别固定在装置支撑架的两侧，若干非标缸套冷却支管和若干震荡油腔冷却支管的一端连接所述进水管或回水管，另一端连接活塞非标结构，所述进水管或回水管上还设有若干水堵，所述进水管的一端与回水管的一端均连通用来连接总进水管或总回水管的金属软管接头。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

(1)该活塞热疲劳试验装置是将待测活塞组(带活塞环)装入非标缸套内，其活塞组装配形态与实机一致，因此在模拟试验过程，活塞与缸套之间的传热与实际活塞工作状态的受热传导一致。

(2)该活塞热疲劳试验装置采用两路水冷却，一路水通往待测活塞组的活塞震荡油腔内，并通过调节冷水的流量来模拟实机状态下活塞震荡油腔的冷却效果。另一路冷却水通往非标缸套与活塞非标体之间形成的水腔里，与实机工作状态下对活塞裙部的冷却相同，本装置完全模拟了待测活塞组在缸套内的真实工作情况。

(3)该活塞热疲劳试验装置支撑架采用组合框架结构，可以适合不同缸径的活塞热疲劳试验，具有互换性，且易拆装。该活塞热疲劳试验装置可同时为多组活塞进行热疲劳试验，且具有共轨的冷却水路可同时为多组活塞提供冷却。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述倒置式活塞热疲劳试验装置的整体结构图；

图2为本发明实施例所述装置支撑架的结构示意图；

图3为本发明实施例所述活塞非标结构的结构示意图；

图4为本发明实施例所述冷却水路结构的结构示意图；

图5为本发明实施例所述倒置式活塞热疲劳试验装置的工作原理图。

附图标记说明：

1-装置支撑架，2-活塞非标结构，3-冷却水路结构，4-加热火焰，11-长固定板，12-短固定板，13-联接角钢，14-隔热板，15-过渡套，16-台架固定端，21-活塞非标体，22-非标缸套，23-非标连杆，24-活塞固定杆，25-震荡油腔冷却水接头，26-非标缸套冷却水接头，27-密封圈，28-待测活塞组，31-进水管，32-回水管，33-管路支架，34-非标缸套冷却支管，35-震荡油腔冷却支管，36-水堵，37-金属软管接头。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明实施例一种倒置式活塞热疲劳试验装置，如图1所示，包括活塞非标结构2、装置支撑架1和冷却水路结构3，三个所述活塞非标结构2固定在装置支撑架1上，所述冷却水路结构3固定在装置支撑架1上并与活塞非标结构2连通。

所述装置支撑架1包括长固定板11、短固定板12、联接角钢13、隔热板14和过渡套15，如图2所示，两个所述长固定板11和两个所述短固定板12构成长方形结构，长固定板11和短固定板12之间通过联接角钢13连接，再用螺栓固定；所述隔热板14的两侧边与两个长固定板11通过过渡套15用螺栓固定联接，所述隔热板14上设有三个活塞加热孔，分别对应一个装配在活塞非标结构2内的待测活塞组28；所述短固定板12的截面为L型，其L型底部为台架固定端16，实验时，短固定板12通过台架固定端16用螺栓固定在试验台架上。

所述活塞非标结构2包括活塞非标体21、非标缸套22、非标连杆23、活塞固定杆24、震荡油腔冷却水接头25、非标缸套冷却水接头26和密封圈27，如图3所示，多个所述密封圈27设置在非标缸套22外侧的多个密封槽内，所述活塞非标体21套设在非标缸套22外侧且其底部通过螺栓与非标缸套22底部径向延伸的凸圆环固定连接；所述活塞固定杆24的两端通过螺栓固定安装在活塞非标体21的顶部，所述非标连杆23竖直设置在非标缸套22的中间，其顶端与活塞固定杆24通过螺栓固定连接，其底端用于连接待测活塞组28，实验时将待测活塞组28按照活塞组的装配规范装配好，并装配在非标缸套22内的非标连杆23上；所述非标缸套冷却水接头26安装在活塞非标体21的顶部连通活塞非标体21与非标缸套22组成的水腔，螺纹固定；所述震荡油腔冷却水接头25用于连接待测活塞组28的活塞震荡油腔，通过螺纹固定。

所述冷却水路结构3包括进水管31、回水管32、管路支架33、非标缸套冷却支管34、震荡油腔冷却支管35、水堵36、金属软管接头37，如图4所示，所述进水管31与回水管32由若干个管路支架33通过螺栓分别固定在装置支撑架1的两侧，若干非标缸套冷却支管34和若干震荡油腔冷却支管35的一端连接所述进水管31或回水管32，另一端分别连接活塞非标结构2的非标缸套冷却水接头26和震荡油腔冷却水接头25；所述进水管31或回水管32上还设有若干水堵36，所述进水管31的一端与回水管32的一端均连通用来连接总进水管或总回水管的金属软管接头37。

所述倒置式活塞热疲劳试验装置的工作过程如图5所示，将该试验装置两端固定在试验台架上，由底部火焰对待测活塞组28的顶部加热，冷却水由进水管31进入，一部分通过非标缸套冷却支管34进入活塞非标体21与非标缸套22组成的水腔内为活塞裙部提供冷却，一部分通过震荡油腔冷却支管35进入活塞震荡油腔内为待测活塞组28的活塞头部提供冷却。试验过程中冷却水流速及流量皆可由用户自行调节(改变冷却支管接头的直径)。试验过程中，每隔一段时间(如100个工作循环)暂停试验，观测活塞热疲劳损伤状况，直至待测活塞组28出现失效或满足试验循环次数。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种倒置式活塞热疲劳试验装置，其特征在于：包括活塞非标结构、装置支撑架和冷却水路结构，至少一个所述活塞非标结构固定在装置支撑架上，所述冷却水路结构固定在装置支撑架上并与活塞非标结构连通；

所述活塞非标结构包括活塞非标体、非标缸套、非标连杆、活塞固定杆、震荡油腔冷却水接头、非标缸套冷却水接头和密封圈，

所述密封圈设置在非标缸套外侧的密封槽内，所述活塞非标体套设在非标缸套外侧且其底部通过螺栓与非标缸套底部径向延伸的凸圆环固定连接；所述活塞固定杆的两端固定安装在活塞非标体的顶部，所述非标连杆竖直设置在非标缸套的中间，其顶端与活塞固定杆固定连接，其底端用于连接待测活塞组件；所述非标缸套冷却水接头安装在活塞非标体的顶部，所述震荡油腔冷却水接头用于连接待测活塞组件。

2.根据权利要求1所述的倒置式活塞热疲劳试验装置，其特征在于：所述装置支撑架包括长固定板、短固定板、联接角钢、隔热板和过渡套，两个所述长固定板和两个所述短固定板构成长方形结构，长固定板和短固定板之间通过联接角钢连接；所述隔热板的两侧边与两个长固定板通过过渡套用螺栓联接，所述隔热板上设有对应活塞非标结构的活塞加热孔。

3.根据权利要求1所述的倒置式活塞热疲劳试验装置，其特征在于：所述冷却水路结构包括进水管、回水管、管路支架、非标缸套冷却支管、震荡油腔冷却支管、水堵、金属软管接头，

所述进水管与回水管通过若干个管路支架分别固定在装置支撑架的两侧，若干非标缸套冷却支管和若干震荡油腔冷却支管的一端连接所述进水管或回水管，另一端连接活塞非标结构，所述进水管或回水管上还设有若干水堵，所述进水管的一端与回水管的一端均连通用来连接总进水管或总回水管的金属软管接头。