[发明专利]一种热疲劳试验机及试验方法

权利要求书

1.一种热疲劳试验机，其特征在于包括驱动系统（1）、加热系统（2）、冷却系统（3）、干燥系统（4）、观测系统（5）、温度检测系统（6）、控制系统（7）和机座（8）；所述的驱动系统包括步进电机（1.1）、旋转轴（1.2）、工作台圆盘（1.3）、试样装载装置（1.4）；所述的加热系统包括超音频感应器（2.1）、U形感应线圈（2.2）、循环水槽（2.3）、潜水泵（2.4）；所述冷却系统包括低温恒温槽（3.1）、水泵（3.2）、冷却槽（3.3）、输送管（3.4）、喷嘴（3.5）；干燥系统包括鼓风机（4.1）、聚风管（4.2）；观测系统包括连续变焦镜头（5.1）、LED辅助光源（5.2）、CCD相机（5.3）；温度检测系统包括2支红外线温度传感器（6.1）和支架（6.2）；控制系统包括电源开关（7.1）、触摸屏（7.2）、工控机（7.3）、PLC（7.4）、疲劳试验应用程序（7.5）；所有的部件都装配和固定于机座（8）上，并可根据进行位置调节；其中，热疲劳试验机的驱动系统（1）中试样装载装置（1.4）的一端正面带两个螺纹孔，用于安放螺钉与工作台圆盘（1.3）固定；另一端的侧面有X≧1个圆柱孔或方孔用于装载试样（9），正面带Y=X个螺纹孔，用于安放螺钉紧固试样；工作台圆盘（1.3）的正面圆周上均匀分布着四组螺纹孔，每组两个，其尺寸与试样装载装置（1.4）相匹配，用于试样装载装置（1.4）在工作台圆盘（1.3）上的安装；工作台圆盘（1.3）与旋转轴（1.2）采用键销连接；旋转轴（1.2）与步进电机（1.1）相连，步进电机（1.1）与控制系统（7）中的PLC（7.4）相连并受其控制；热疲劳试验机的加热系统（2）中U形感应线圈（2.2）的开口处中心线与试样的中心线重合，其U形开口的尺寸比试样大5mm~10mm以确保试样（9）随工作台圆盘（1.3）旋转时能顺利通过不发生干涉而且具有高的加热效率；U形感应线圈（2.2）与超音频感应器（2.1）相连，潜水泵（2.4）置于循环水槽（2.3）中并与U形感应线圈（2.2）相连接，工作时使感应线圈（2.2）内通有循环冷却水；超音频感应器（2.1）与控制系统（7）中的PLC（7.4）相连并受其控制；热疲劳试验机的冷却系统（3）中低温恒温槽（3.1）的恒温范围为-40~100℃，采用水泵（3.2）将低温恒温槽（3.1）中的冷却液体抽出并经过喷嘴（3.5）从上向下垂直的喷向试样表面实现冷却；冷却槽（3.3）位于试样的正下方并高于低温恒温槽的位置，冷却液冷却试样后汇集于冷却槽（3.3）中并经输送管（3.4）自然回流到低温恒温槽（3.1）中循环使用；低温恒温槽（3.1）与控制系统（7）中的PLC（7.4）相连并受其控制；热疲劳试验机的干燥系统（4）中鼓风机（4.1）与聚风管（4.2）相连，冷风经聚风管（4.2）从上向下垂直的吹向试样表面实现干燥，鼓风机（4.1）与控制系统（7）中的PLC（7.4）相连并受其控制；热疲劳试验机的观测系统（5）中连续变焦镜头（5.1）的放大倍数为0.7~4.5倍,LED辅助光源（5.2）由亮度可调且环形分布于镜头（5.1）下方的18~56颗LED灯组成，CCD相机（5.3）带有VGA、USB、HDMI接口并与控制系统中的工控机相连（7.3）；疲劳实验过程中观测系统保持开启，连续记录试样表面形貌；观测系统的总电源与控制系统（7）中的PLC（7.4）相连并受其控制；热疲劳试验机的温度检测系统（6）中2只红外测温传感器（6.1）分别位于加热系统的U形感应线圈（2.2）位置及冷却系统的冷却槽（3.3）位置，分别检测加热过程中和冷却过程中的温度状态，红外测温传感器的测量范围为-20~800℃，响应时间为150ms,光学分辨率20:1，红外测温传感器与控制系统（7）中的PLC（7.4）相连并受其控制；热疲劳试验机的控制系统（7）包括控制着各组成部分的电源开关（7.1），PLC（7.4）与工控机（7.3）相连并受工控机中的疲劳试验应用程序（7.5）控制，触摸屏（7.2）上显示疲劳实验中的运行状态，包括运转速度、试样加热温度、保温时间、冷却温度、冷却时间、干燥时间、运行次数。

2.根据权利要求1所述的热疲劳试验机的试验方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）装夹试样：将长方体或圆柱试样（9）装入试样装载装置（1.4），并拧紧螺钉，将试样装载装置（1.4）旋入工作台圆盘（1.3），并使其处于观测位置；

（2）疲劳实验参数设置：开启控制系统（7）中的电源开关（7.1），打开并登陆进入工控机（7.3），在控制系统（7）中触摸屏（7.2）中操作疲劳试验应用程序（7.5）设置疲劳实验的运转速度、试样加热温度、加热时间、冷却温度、冷却时间、干燥时间、观测停留时间、运行次数，以及加热、冷却、干燥、观测四个步骤的启动和关闭过程和顺序，干燥时间≧0s，观测停留时间≧0s，形成当次疲劳试验运行程序；

（3）开启观测系统：在控制系统（7）中触摸屏（7.2）中操作疲劳试验应用程序（7.5）开启观测系统（5）的LED辅助光源（5.2），并调节焦距至能清晰观察到试样（9）表面形貌；

（4）开启冷却系统：在控制系统（7）中触摸屏（7.2）中操作疲劳试验应用程序（7.5）开启冷却系统（3）中的低温恒温槽（3.1），低温恒温槽（3.1）开始工作并使冷却液达到预设冷却温度；

（5）进行疲劳试验：在控制系统（7）中启动设置好的疲劳试验运行程序，步进电机（1.1）带动工作台圆盘（1.3）顺时针转动90°，使试样（9）从观测位置转动到加热位置；加热系统（2）按设置好的疲劳试验运行程序开始运行，U形感应线圈（2.2）内冷却水开始循环，超音频感应器（2.1）按设定的程序开启，试样（9）达到设定的加热温度或加热时间后，步进电机（1.1）带动工作台圆盘（1.3）顺时针转动90°，使试样（9）从加热位置转动到冷却位置，超音频感应器（2.1）按设定的程序关闭；冷却系统（3）中水泵（3.2）按设定的程序开启，冷却水从喷嘴（3.3）中喷出冷却试样，试样（9）达到设定的冷却温度或冷却时间后，步进电机（1.1）带动工作台圆盘（1.3）顺时针转动90°，使试样从冷却位置转动到干燥位置；干燥系统（4）中鼓风机（4.1）按设定的程序开始运行，冷风自聚风管（4.2）吹向试样（9）并干燥试样，试样（9）达到预设的干燥时间后，步进电机（1.1）带动工作台圆盘（1.3）顺时针转动90°，使试样（9）从干燥位置转动到观测位置；试样（9）在观测位置按设定的观测时间停留，即完成单次热疲劳实验；

（6）按设定的疲劳实验参数继续运行，达到设定的疲劳实验次数后，步进电机（1.1）停止转动，在观测位置取下试样（9）即完成热疲劳实验。