[发明专利]考虑预紧力的缸盖热冲击试验台及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及考虑预紧力热冲击试验台，尤其涉及一种考虑预紧力的缸盖热冲击试验台及其方法。

背景技术

随着发动机强化程度的不断提高，特别是增压等技术的普及与发展，发动机缸盖的热负荷和机械负荷问题日益突出，直接影响到整机的工作可靠性和使用寿命。在发动机工作过程中，缸盖等受热部件大多同时承受交变热负荷和受预紧力约束引起的机械负荷的双重考验，比较容易出现热裂、烧损现象。缸盖的可靠性主要受热疲劳、热冲击、高温蠕变和机械疲劳等因素的综合作用和影响，缸盖在铸造过程中存在的不可避免的微小裂纹会在交变热应力和机械运动过程中，产生应力集中，进而在靠近火力面侧或火力表面上产生裂纹，并逐步扩展以致断裂，严重威胁内燃机的可靠性和安全性。如何综合考虑各种因素影响，在温度场及热应力的基础上综合考虑各种机械应力的耦合效应已成为目前发动机设计的热点。

   预紧力作为缸盖在正常工况下受到的主要应力，其大小将对缸盖的工作寿命产生不可忽略的影响。当发动机缸盖螺栓预紧力过小时，会使缸盖因为压不紧缸垫而导致从缸垫处漏气、漏油，并降低发动机的压缩比，使得发动机的动力性、经济性、工作可靠性下降。当预紧力过大时，容易使得螺栓产生永久的拉伸变形，预紧力反而下降，甚至造成滑扣或折断现象，且缸体螺纹易受损伤，从而影响缸体与机体的密封性。

内燃机零部件的先期试验研究是内燃机产品开发的根本。热冲击模拟试验是模拟受热件的温度场，分析其所能承受的最大热应力、热应变及热疲劳寿命的有效手段之一。而缸盖的损伤问题更多的表现由于部件所承受的热负荷产生的，所以，热冲击模拟试验是研究缸盖可靠性的重要方法，只有真实地模拟缸盖温度场，才能准确评价其抗热负荷性能。因此设计成熟完备的热冲击试验系统，得出符合实际工况下的缸盖热疲劳、热冲击过程，已成为现代汽车行业的又一大重要课题。但是，目前零部件结构强度研究方面，预紧力只被应用于检测内燃机零部件的机械疲劳中，在热模拟试验中并没有涉及到，而内燃机缸盖在正常工况下是必然承受预紧力的。这种对预紧力影响的忽略，会造成与实际工况之间的误差，在有限元仿真计算中也发现了预紧力的约束对部件热变形产生影响，因此，缸盖热冲击模拟试验过程中忽略预紧力的约束会大大降低试验结果的可信度。

基于以上原因，考虑预紧力的缸盖热疲劳、热冲击试验系统的研制对于更真实地模拟实际工况，准确研究分析缸盖的热状态，填补目前热疲劳、热冲击试验系统的科研盲点，对改进缸盖的设计，改善内燃机及其它构件工作可靠性和整体性能，提高经济效益等都具有重要意义。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种考虑预紧力的缸盖热冲击试验台及其方法。

为解决该技术问题，本发明的技术方案是：

考虑预紧力的缸盖热冲击试验台，包括试验装置和控制系统，其中试验装置包括第一旋钮开关、待测缸盖、螺栓、气门机构、红外加热器、隔热垫、缸垫、感应加热线圈、假机体、固定用台架、感应加热器控制系统、红外加热器控制系统、水泵、出水管、水箱、加热器、第二旋钮开关、电线、进水管、回流管、第一手柄开关、进水电磁阀、第二手柄开关、温控器和热电偶；待测缸盖上加装气门机构，待测缸盖、隔热垫、缸垫、假机体顺次相连，并通过螺栓固定，待测缸盖前后两侧设置红外加热器，假机体内设有感应加热线圈，假机体放置在固定用台架上，红外加热器与红外加热器控制系统相连，水箱内设有加热器、温控器，加热器经温控器与可编程控制器相连，水箱出水口经出水管与待测缸盖进水口相连，出水管上设有水泵、第一旋钮开关，水箱回流管与待测缸盖出水口相连，来自进水管的水分为两路，一路通往感应加热线圈，另一路经第一手柄开关、进水电磁阀控制，流入水箱，溢水管分为两路，一路通往水箱上端的溢水口，另一路经第二手柄开关连至水箱下端，感应加热线圈经电线与感应加热器控制系统相连，感应加热线圈经回流管与水箱回流口相连，在进水管上设有第二旋钮开关，待测缸盖上设有的热电偶，热电偶通过信号线依次连接至试验台控制系统，感应加热器控制系统和红外加热器控制系统分别与可编程控制器相连，试验装置由控制系统控制。

所述的控制系统包括温度变送器、第一AD模块、第二AD模块、第三AD模块、继电器、可编程控制器、通讯模块、PC机、打印机、显示器；可编程控制器分别与第一AD模块、第二AD模块、第三AD模块、继电器、通讯模块相连，温度变送器分别与第一AD模块、第二AD模块、第三AD模块相连，通讯模块与PC机相连，PC机与打印机、显示器相连。

所述试验台的考虑预紧力的缸盖热冲击试验方法，包括如下步骤：