[发明专利]一种活塞热疲劳试验装置

说明书

技术领域

本发明属于发动机检测技术领域，尤其是涉及一种活塞热疲劳试验装置。

背景技术

活塞是发动机中工况最恶劣的零部件之一，而随着发动机强化程度的提高，特别是增压等技术的普及发展，活塞的热负荷和机械负荷日益增大，直接影响到其使用寿命。为了更好地对活塞进行研发设计，必须准确评估活塞在工作中的热状态和热疲劳可靠性。

现有的活塞热疲劳试验装置，被试活塞通常处于自由态，当产生热变形时并未产生与实际工况相符合的热应力，仅考虑了活塞内部的热应力，降低了疲劳试验的可信度。同时，现有的活塞热疲劳试验装置的冷却通常都是外部冷却，通过外部喷水或喷气的方式，使活塞头部进行冷却，这样的冷却方式不仅效率较低，也与实际工况下的冷却方式不符合，会导致试验所得热疲劳寿命与实际热疲劳寿命之间出现误差。除此之外，现有的活塞热疲劳试验装置结构都比较固定，多数只能进行单个活塞的试验，而可进行多个活塞同时试验的装置又不能灵活调整被试活塞数量，存在着浪费试验资源的情况，未能达到良好的资源利用率，增加了试验成本。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种活塞热疲劳试验装置，能够减小模拟试验状态和实际工作状态的差异，真实模拟活塞的实际工作情况下的装配情况及热状态，并能够快速充分冷却，加快试验进程。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种活塞热疲劳试验装置包括支撑架和设置在支撑架上的非标活塞工装、被试活塞、冷却水支管、隔热板、冷却水总管；所述被试活塞装配活塞环后装入非标活塞工装内，冷却水总管包括冷却水进水总管和冷却水出水总管，冷却水进水总管和冷却水出水总管上均设有若干外螺纹进出水口，部分外螺纹进出水口与冷却水支管相连，剩余外螺纹进出水口由内螺纹堵头进行密封，所述的非标活塞工装和被试活塞都具有与外界相连的冷却水内腔，非标活塞工装和被试活塞的冷却水内腔的进水口通过冷却水支管与冷却水进水总管相连，出水口通过冷却水支管与冷却水出水总管相连，冷却水进水总管和冷却水出水总管与试验系统恒温冷却水路相连构成循环管路，外部系统通过水泵驱动冷却水循环；所述的隔热板固定在支撑架底部活塞头部方向，隔热板的开孔位置和尺寸与活塞的位置尺寸相对应。

优选的，所述的活塞热疲劳试验装置还包括假活塞销，假连杆小头端和假连杆固定端，假活塞销插入被试活塞销孔中，假连杆小头端端部为空心圆孔，假活塞销穿过被试活塞销孔和假连杆销孔固定，假连杆固定端通过螺栓连接与假连杆小头端及非标活塞工装形成固定连接，对被试活塞进行固定。所述的假活塞销、假连杆小头端和假连杆固定端均与被试活塞匹配的活塞销、连杆小头端和连杆固定端结构相同，只是为粗加工而成，仅用于试验。使得试验过程中约束方式与被试活塞在相应气缸中所受约束完全相同，活塞环装配位置与实机状态相同。

优选的，所述的非标活塞工装的冷却水腔为环形，位于活塞环外侧位置。冷却水腔横截面可以为矩形，在不同设计中，横截面可变换为不同形状。

优选的，所述的支撑架又空心型钢和角钢组装而成，使用螺栓固定，冷却水总管通过相应的支架固定于支撑架上，非标活塞工装通过与支撑架上的定位孔配合，用螺栓固定在支撑架上，所述支撑架通过螺栓固定到试验台架上。可承载更大载荷，也能够在平动和转动时不会产生位移。

优选的，所述的非标活塞工装的外壁设有工装螺堵，其螺纹孔与冷却水腔相通。工装螺堵用于在工作状态下对该孔进行密封，在试验结束或调整装置时拧开工装螺堵，通过该孔排出非标活塞工装中剩余的冷却水。

本发明所述的活塞热疲劳试验装置能够充分模拟活塞的实机装配情况，模拟出实际工作过程中的机械约束，能够由燃气燃烧对活塞进行加热，通过隔热板限制只有活塞火力面受热，配合工装确保活塞热量传递途径与实际工作情况相同，只能通过两个途径传播，其一是通过活塞环传递至虚拟缸套，其二是直接由火力面传导至活塞内冷却水腔，两部分的热量最终都由冷却水循环系统带走。

所述非标活塞工装完全复制实际工况下气缸对活塞的机械约束，由内外两部分空心圆柱形主体过盈配合而成，通过螺栓紧定，内部空心圆柱形主体内圈尺寸与被试活塞对应的气缸内圈尺寸相同，与装上活塞环后的被试活塞形成过盈配合。活塞工装内圈的约束，使被试活塞通过活塞环所承受的机械约束与实际工况相同，在进行热疲劳试验时，所产生的热应力也与实际工况下相同。