CN106323607A - 一种发动机气缸盖热机疲劳试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种发动机气缸盖热机疲劳试验方法，包括如下内容：采用控制***控制感应线圈对锡铅合金加热到熔融状态，将其热量均匀传递试验缸盖的火力面上实现热载荷试验；采用液压伺服***将油液压力通过触动活塞传递到熔融状态下的锡铅合金上，进一步加载到试验缸盖的火力面上，模拟不同工况下缸内爆发压力。本发明采用锡铅合金加热的方式通过感应线圈把铅锡合金加热到熔融状态，将其热量均匀传递给缸盖火力面，可通过控制***控制感应线圈温度；同时，采用液压伺服***加载，将油液压力通过触动活塞传递到熔融状态下的锡铅合金上，能够将热载荷与机械载荷共同作用在缸盖火力面上，更为真实地反映缸盖在实际状态下的受力状况。

Description

一种发动机气缸盖热机疲劳试验装置及方法

技术领域

本发明属于发东西部件试验技术领域，尤其是涉及一种发动机气缸盖热机疲劳试验方法及装置。

背景技术

气缸盖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气缸盖的设计与改进。气缸盖不仅承受着螺栓预紧力等静力作用，同时还会受到热应力与机械应力的周期性动载作用，缸盖在应力集中处易产生疲劳裂纹。而由热机疲劳带来的疲劳破坏往往是其工作失效的主要原因。气缸盖火力面与缸套、活塞顶面共同组成燃烧室，缸盖在工作中由于热应力与机械应力的反复作用往往在火力面上会形成疲劳裂纹，为了能够准确的评估缸盖热机疲劳强度，必须对其进行热机疲劳试验。

现阶段缸盖的疲劳试验主要分为热疲劳试验和机械疲劳试验两种。缸盖热疲劳试验台，采用的加热方式大致可分为：(Ⅰ)激光加热：该种加热方式利用转光片对缸盖火力面进行加热，加热周期短，加热能量大，但受激光束移动速度、功率密度、光斑尺寸和材料的导热性能等因素的影响，且试验成本高，设备维修难度较大；(Ⅱ)电磁加热：该种加热方式虽然具有响应速度快的优点，但具有惯性大、干扰强、非线性的缺点，且只能对铸铁类零件加热，对铝合金类零件则往往不适用。(Ⅲ)火焰加热：该种加热方式以气态燃料(如液化气，天然气等)为燃烧介质，设备简单，使用方便，但存在因气体泄漏而引起的安全隐患、热量分配控制难、燃料更换期短等诸多不变。现有的气缸盖高周机械疲劳试验装置基本上以液压伺服疲劳试验***为主，气缸盖试验件通过螺栓紧固在假机体上，气缸盖、气门、气缸垫和假机体共同构成一个密闭容积空间，该容积与液压伺服***油路相连，通过液压油压力的改变来模拟气体力对缸盖的作用力。

但是现阶段还缺少热载荷与机械载荷共同作用在缸盖上的热机疲劳试验装置及方法，(目前这种单)做热疲劳或机械疲劳的试验方法势必造成缸盖的(受力状态模拟)不能真实的反映发动机气缸盖的整机工作状态，试验结果往往不能直接对气缸盖的热机疲劳强度进行评估。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种发动机气缸盖热机疲劳试验方法，能够将热载荷与机械载荷共同作用在缸盖火力面上，更为真实地反映缸盖在实际状态下的受力状况。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种发动机气缸盖热机疲劳试验方法，包括如下内容：

采用控制***控制感应线圈对锡铅合金加热到熔融状态，将其热量均匀传递试验缸盖的火力面上实现热载荷试验；

采用液压伺服***将油液压力通过触动活塞传递到熔融状态下的锡铅合金上，进一步加载到试验缸盖的火力面上，模拟不同工况下缸内爆发压力；

采用冷却装置对试验缸盖的冷却水腔内的冷却水进行冷却，并通过流量控制阀控制流经冷却水腔的流量。

相对于现有技术，本发明所述方法具有以下优势：

(1)本发明采用锡铅锡铅合金加热的方式通过感应线圈把铅锡合金加热到熔融状态，将其热量均匀传递给缸盖火力面，可通过控制***控制感应线圈温度，从而可以模拟不同工况下缸盖的热负荷；同时，采用液压伺服***加载，将油液压力通过触动活塞传递到熔融状态下的锡铅合金上，进一步加载到缸盖火力面上，可以模拟不同工况下缸内爆发压力；能够将热载荷与机械载荷共同作用在缸盖火力面上，更为真实地反映缸盖在实际状态下的受力状况。

(2)本发明还设有冷却***，将冷却水注入缸盖冷却水腔，从而模拟整机工作状态下缸盖内冷却。

本发明的另一目的在于提出一种发动机气缸盖热机疲劳试验装置，能够将热载荷与机械载荷共同作用在缸盖火力面上，更为真实地反映缸盖在实际状态下的受力状况。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种发动机气缸盖热机疲劳试验装置，包括机械加载***、热加载***和冷却***，

所述热加载***包括温度控制装置、感应线圈、锡铅合金介质和热电偶，所述感应线圈与热电偶装配在锡铅合金介质内腔中，所述感应线圈与热电偶的一端通过导线连接到温度控制装置上；

所述机械加载***包括触动活塞、非标机体、石墨密封垫、压力传感器，装有所述石墨密封垫的触动活塞装配到非标机体的内腔中，所述非标机体的上表面用来通过气缸垫装配试验缸盖，并通过缸盖螺栓固定；所述锡铅合金介质填充在触动活塞顶部的非标机体的内腔中，所述非标机体下端设有与外部液压伺服***相连接的液压油孔，所述触动活塞4的底部设有压力传感器7；

所述冷却***主要由通过管路连接的冷却装置12和流量调节阀13组成。

进一步的，所述触动活塞4为圆柱状，其材质为钢。

所述装置与上述方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

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发动机气缸盖热机疲劳试验装置的结构示意图。

图2为本发明实施例所述热加载***的结构原理图；

图3为本发明实施例所述发动机气缸盖热机疲劳试验装置工作原理图。

附图标记说明：

1-试验缸盖；2-缸盖螺栓；3-气缸垫；4-触动活塞；5-非标机体；6-石墨密封垫；7-压力传感器；8-温度控制装置；9-感应线圈；10-锡铅合金介质；11-热电偶；12-冷却装置；13-流量调节阀。

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。

本发明发动机气缸盖热机疲劳试验方法，包括如下内容：

采用控制***控制感应线圈对锡铅合金加热到熔融状态，将其热量均匀传递试验缸盖的火力面上实现热载荷试验；

采用液压伺服***将油液压力通过触动活塞传递到熔融状态下的锡铅合金上，进一步加载到试验缸盖的火力面上，模拟不同工况下缸内爆发压力；

采用冷却装置对试验缸盖的冷却水腔内的冷却水进行冷却，并通过流量控制阀控制流经冷却水腔的流量。

本发明发动机气缸盖热机疲劳试验装置，如图1所示，包括机械加载***、热加载***和冷却***，

如图2所示，所述热加载***包括温度控制装置8、感应线圈9、锡铅合金介质10和热电偶11，所述锡铅合金介质10为空心结构，所述感应线圈9与热电偶11装配在锡铅合金介质10内腔中，如图2所示，所述感应线圈9与热电偶11的一端通过导线连接到锡铅合金介质10外部的温度控制装置8上；

所述机械加载***包括触动活塞4、非标机体5、石墨密封垫6、压力传感器7，装有所述石墨密封垫6的触动活塞4装配到非标机体5的内腔中，所述非标机体5的上表面通过气缸垫3装配试验缸盖1，并通过缸盖螺栓2固定；所述锡铅合金介质10填充在试验缸盖1、触动活塞4和非标机体5共同组成的空腔中，所述非标机体5下端的液压油孔与外部液压伺服***相连接；所述触动活塞4的底部设置压力传感器7，通过压力传感器7可以实时了解触动活塞4受到的外部液压伺服***的油液压力大小。

所述冷却***主要由通过管路连接的冷却装置12和流量调节阀13组成，所述冷却装置12和流量调节阀13的另一端分别通过冷却水管串联到试验缸盖1的冷却水腔的入口与出口，形成闭合回路。

所述触动活塞4为圆柱状，其材质为钢。

所述冷却装置12为冷却器。

如图3所示，本发明缸盖热机疲劳试验装置工作过程如下：

首先，将试验缸盖1和气缸垫与非标机体按照整机状态的预紧力通过缸盖螺栓装配在一起。

试验时，首先通过温度控制装置8控制感应线圈9的温度将锡铅合金介质10加热并调节温度，温度控制装置8通过热电偶11采集感应线圈9的温度，使试验缸盖1的火力面达到预定温度，此时热量将通过熔融状态下锡铅合金介质10均匀地传递到试验缸盖1的火力面；

当温度达到稳定后，启动液压伺服***将油压按照预设幅值通过非标机体5的油孔加载到触动活塞4的底部，这样油液压力将进一步通过触动活塞4和锡铅合金介质10传递到试验缸盖1的火力面；同时启动冷却***，使冷却水通过冷却装置12和流量调节阀13进入到试验缸盖1的水腔进口从而实现试验缸盖1的循环冷却，用户可通过控制流量调节阀13来控制冷却水流量。试验过程中可通过观察压力及位移波形来监测试验状态并判断试验缸盖1是否达到疲劳极限。

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)

1.一种发动机气缸盖热机疲劳试验方法，其特征在于包括如下内容：

采用控制***控制感应线圈对锡铅合金加热到熔融状态，将其热量均匀传递试验缸盖的火力面上实现热载荷试验；

采用液压伺服***将油液压力通过触动活塞传递到熔融状态下的锡铅合金上，进一步加载到试验缸盖的火力面上，模拟不同工况下缸内爆发压力；

采用冷却装置对试验缸盖的冷却水腔内的冷却水进行冷却，并通过流量控制阀控制流经冷却水腔的流量。

2.一种发动机气缸盖热机疲劳试验装置，其特征在于：包括机械加载***、热加载***和冷却***，

所述热加载***包括温度控制装置、感应线圈、锡铅合金介质和热电偶，所述感应线圈与热电偶装配在锡铅合金介质内腔中，所述感应线圈与热电偶的一端通过导线连接到温度控制装置上；

所述机械加载***包括触动活塞、非标机体、石墨密封垫、压力传感器，装有所述石墨密封垫的触动活塞装配到非标机体的内腔中，所述非标机体的上表面用来通过气缸垫装配试验缸盖，并通过缸盖螺栓固定；所述锡铅合金介质填充在触动活塞顶部的非标机体的内腔中，所述非标机体下端设有与外部液压伺服***相连接的液压油孔，所述触动活塞4的底部设有压力传感器7；

所述冷却***主要由通过管路连接的冷却装置12和流量调节阀13组成。

3.根据权利要求2所述的发动机气缸盖热机疲劳试验装置，其特征在于：所述触动活塞4为圆柱状，其材质为钢。