[发明专利]一种气缸盖疲劳试验装置及试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及发动机生产设备技术领域，特别是用于对发动机气缸盖的疲劳寿命进行考核的试验装置。本发明还涉及气缸盖疲劳试验方法。

背景技术

气缸盖是发动机的关键部件之一，为结构复杂的箱型零件，与缸套、活塞顶等构成燃烧室，疲劳失效是气缸盖的主要失效模式，通常以出现裂纹或者微裂纹扩展导致断裂为准，因此疲劳寿命是一项重要的试验考核内容。

发动机工作时，燃气燃烧使燃气瞬间迅速膨胀，产生极大的爆发压力，该爆发压力同时作用在气缸盖、气缸套及活塞顶部，使气缸盖及气缸套产生变形，使活塞沿气缸套直线运动从而转化为曲轴的旋转运动。

气缸盖工作时受力复杂，受到诸如螺栓预紧力、燃烧爆发压力以及高温燃气与冷却水（风）的热负荷等联合作用，因此其疲劳寿命的考核需要全面考虑其所受的各种载荷。由于气缸盖受热面（火力面）的温度高达300~500℃，高温燃气对气缸盖的爆发压力高达14~20MPa，爆发频率高达15~20Hz，在如此苛刻的环境下，同时实现对高温热应力、螺栓预紧力及燃气爆发冲击力的模拟极其困难。

目前发动机气缸盖疲劳试验采取的主要方法有火焰加热法、电阻加热法、感应加热法、激光加热法等热疲劳试验方法和惰性气体加压、液力加压等机械疲劳方法，在产品方面，还没有任何能够实现热-机械耦合的疲劳试验产品，在技术和方法方面，申请公布号为CN101793606A的发明专利申请公开了一种技术方案，“通过高压气体模拟发动机缸内爆发压力的作用，高压气瓶内的高压气体减压至爆发压力，经过管道和电磁阀进入缸盖下面的高压气体作用腔，模拟发动机燃烧室，然后由连接管道和电磁阀经排气稳压腔排出”。

该专利申请虽然可以实现热-机械耦合疲劳考核，但由于其机械加载方式采用高压气体的冲放，气体加压方法的最大问题是响应太慢，加载频率较低，不能真实模拟气缸盖的受载频率，而且频率太低将导致考核时间的急剧延长；同时高压气体加载对密封的要求极高，成本相对也较大，考核一个气缸盖需要消耗大量的高压气体。

因此，如何简便可行的实现对气缸盖的热-机械耦合疲劳试验考核，是本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种气缸盖疲劳试验装置。该装置利用等效变形对气缸盖进行疲劳试验，使气缸盖的复杂受力状态可以得到简单有效的模拟，从而实现对气缸盖疲劳寿命的全面有效考核。

本发明的第二目的是提供一种气缸盖疲劳试验方法。

为了实现上述第一目的，本发明提供一种气缸盖疲劳试验装置，包括加热装置、加载部件和机械力高频加载源，所述加载部件设有加载面以及对应于气缸盖加载位置的加载柱，所述机械力高频加载源输出的等效变形集中载荷作用于所述加载部件的加载面，并通过所述加载柱作用于所述气缸盖的加载位置。

优选地，所述加载柱的位置和数量对应于气缸盖的气门，并垂直于所述加载部件的加载面，所述机械力高频加载源输出的等效变形集中载荷的方向平行于所述加载柱。

优选地，进一步包括螺栓预紧装置，所述螺栓预紧装置包括基座以及用于将气缸盖固定于所述基座的螺栓。

优选地，进一步包括用于冷却气缸盖的冷却装置。

优选地，所述冷却装置为水冷装置或风冷装置。

优选地，所述机械力高频加载源具体为作动器或其他能够产生脉动冲击的设备。

优选地，所述加热装置为电磁感应加热装置。

为实现上述第二目的，本发明提供一种气缸盖疲劳试验方法，利用上述任一项所述的气缸盖疲劳试验装置进行疲劳试验，包括以下步骤：

步骤1：根据气缸盖的结构，通过计算获得气缸盖疲劳试验等效变形所需的外加载荷的加载位置、加载大小及方向，并根据气缸盖的工况以及试验需要确定加载频率；

步骤2：在气缸盖上安装所述气缸盖疲劳试验装置，使其加载柱支撑于在步骤（1）中确定的加载位置；

步骤3：启动所述气缸盖疲劳试验装置的机械力高频加载源，其输出的等效变形集中载荷作用于所述加载部件的加载面，并通过所述加载柱按照步骤（1）确定的方向作用于所述气缸盖的加载位置，实现对气缸盖的机械力加载，从而引起气缸盖产生机械变形；

步骤4：控制所述等效变形集中载荷的大小和频率，使气缸盖加载位置的受载效果与实际工况相一致；

步骤5：在执行步骤（4）的同时，启动加热装置对气缸盖进行加热，实现对气缸盖的热-机械耦合疲劳试验。

优选地，所述气缸盖的加载位置为气门的位置。