权利要求

1.一种铝合金活塞材料性能测试装置，包括箱体(1)，其特征在于：

所述箱体(1)内设置有驱动组件(2)和控温组件(3);

所述驱动组件(2)包括对称分布的两个升降部(202)及驱动其转动的转动部(201)，用于交替将活塞样品(9)输送至加热区域和冷却区域;

所述控温组件(3)包括对称设置的加热部(301)和冷却部(302)，所述冷却部(302)由上下对照的风冷机构(3021)和储液筒(3022)构成。

2.根据权利要求1所述的铝合金活塞材料性能测试装置，其特征在于：

所述转动部(201)包括转盘(2011)和步进电机(2012)，所述转盘(2011)中心与步进电机(2012)输出端固定，用于驱动两个升降部(202)进行交替旋转。

3.根据权利要求1所述的铝合金活塞材料性能测试装置，其特征在于：

所述升降部(202)包括安装在转盘(2011)上的电动伸缩杆(2021)，其顶部通过固定环(2022)连接装夹机构(4)，所述装夹机构(4)包括带斜面结构的弹性板(402)，用于自适应夹持活塞样品(9)。

4.根据权利要求1所述的铝合金活塞材料性能测试装置，其特征在于：

所述加热部(301)为环形感应线圈，环绕设置于加热区域内;

所述冷却部(302)的风冷机构(3021)为多向喷气阵列，位于储液筒(3022)正上方，用于对活塞样品(9)上部进行强制对流冷却。

5.根据权利要求1所述的铝合金活塞材料性能测试装置，其特征在于：

所述储液筒(3022)底部连接换液机构(5)，所述换液机构(5)包括进液管(501)、出液管(502)、水泵(503)及电磁阀(504)，用于实现冷却液的自动更换。

6.根据权利要求1所述的铝合金活塞材料性能测试装置，其特征在于：

所述箱体(1)内设有隔板(8)，其采用隔热材料制成，将箱体(1)分隔为独立的加热区域和冷却区域。

7.根据权利要求1所述的铝合金活塞材料性能测试装置，其特征在于：

所述控温组件(3)还包括第一测温部(303)和第二测温部(304)，分别通过红外传感器实时监测加热区域和冷却区域内的活塞样品(9)温度，并与控制组件形成闭环反馈。

8.根据权利要求5所述的铝合金活塞材料性能测试装置，其特征在于：

所述进液管(501)和出液管(502)分别与储液筒(3022)的底部连通，且进液管(501)的入口端连接外部冷却液循环系统，出液管(502)的出口端连接废液回收装置。

9.根据权利要求1所述的铝合金活塞材料性能测试装置，其特征在于：

所述箱体(1)顶部设有两个对称分布的盖板(6)，用于活塞样品(9)的取放，所述箱体(1)侧壁上设有检修口(7)。

10.根据权利要求1-9任一项所述的铝合金活塞材料性能测试装置对活塞进行测试的测试方法，其特征在于，所述的测试方法包括如下步骤：

S1、控制组件驱动装夹机构(4)至盖板(6)下方，开盖后放入两个活塞样品(9)，再驱动其一至加热区域、另一至冷却区域;

S2、控制组件启动加热部(301)、冷却部(302)，二者分别对两个区域的活塞样品(9)作业，第一测温部(303)和第二测温部(304)测温并反馈至控制组件;

S3、温度达标时，控制组件驱动活塞样品(9)互换区域，风冷机构(3021)与冷却液协同冷却加热后的活塞样品(9)，再交替加热冷却两活塞样品(9);

S4、循环至设定次数后，控制组件驱动取出两活塞样品(9)，分析表面以评估性能。

说明书

技术领域

[0001]本发明涉及活塞测试技术领域，更具体地说，本发明涉及一种铝合金活塞材料性能测试装置及测试方法。

背景技术

[0002]铸造活塞合金在动力装备中占据着至关重要的地位，铸造活塞膨胀系数较小，体积稳定性好，可减小配缸间隙，承受高温、高压和复杂的应力环境。随着发动机的功率不断提升和燃油效率不断提高，对活塞铝合金的高温稳定性和热疲劳性能提出了更高的要求。为了满足不断升级的发动机技术要求，铸造铝合金活塞的研发和改进一直是行业热点。

[0003]在更高服役温度下，高压气体对活塞表面的冲蚀更剧烈，对活塞的热膨胀性能和高温抗摩擦性能的要求也更加严苛。活塞的疲劳安全性直接影响其服役寿命，在研究活塞的疲劳安全性时需要用到疲劳试验机，当前市面上的疲劳试验机存在结构简陋的问题，其设计仅支持对单个活塞进行分步式的加热与降温操作，无法实现两者的同步进行。这一缺陷直接导致了试验效率的低下，不仅增加了试验成本，还延长了试验周期，使得该类设备在实际应用中面临较大的局限性。

[0004]为此，本发明提出了一种铝合金活塞材料性能测试装置及测试方法来解决上述问题。

发明内容

[0005]为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种铝合金活塞材料性能测试装置及测试方法，通过设置驱动组件和控温组件，以解决上述背景技术中提出的问题。

[0006]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种铝合金活塞材料性能测试装置，包括箱体：

所述箱体内设置有驱动组件和控温组件;

所述驱动组件包括对称分布的两个升降部及驱动其转动的转动部，用于交替将活塞样品输送至加热区域和冷却区域;

所述控温组件包括对称设置的加热部和冷却部，所述冷却部由上下对照的风冷机构和储液筒构成。

[0007]优选的，所述转动部包括转盘和步进电机，所述转盘中心与步进电机输出端固定，用于驱动两个升降部进行交替旋转。

[0008]优选的，所述升降部包括安装在转盘上的电动伸缩杆，其顶部通过固定环连接装夹机构，所述装夹机构包括带斜面结构的弹性板，用于自适应夹持活塞样品。

[0009]优选的，所述加热部为环形感应线圈，环绕设置于加热区域内;

所述冷却部的风冷机构为多向喷气阵列，位于储液筒正上方，用于对活塞样品上部进行强制对流冷却。

[0010]优选的，所述储液筒底部连接换液机构，所述换液机构包括进液管、出液管、水泵及电磁阀，用于实现冷却液的自动更换。

[0011]优选的，所述箱体内设有隔板，其采用隔热材料制成，将箱体分隔为独立的加热区域和冷却区域。

[0012]优选的，所述控温组件还包括第一测温部和第二测温部，分别通过红外传感器实时监测加热区域和冷却区域内的活塞样品温度，并与控制组件形成闭环反馈。

[0013]优选的，所述进液管和出液管分别与储液筒的底部连通，且进液管的入口端连接外部冷却液循环系统，出液管的出口端连接废液回收装置。

[0014]优选的，所述箱体顶部设有两个对称分布的盖板，用于活塞样品的取放，所述箱体侧壁上设有检修口。

[0015]一种铝合金活塞材料性能测试装置对活塞进行测试的测试方法，包括如下步骤：

S1、控制组件驱动装夹机构至盖板下方，开盖后放入两个活塞样品，再驱动其一至加热区域、另一至冷却区域;

S2、控制组件启动加热部、冷却部，二者分别对两个区域的活塞样品作业，第一测温部和第二测温部测温并反馈至控制组件;

S3、温度达标时，控制组件驱动活塞样品互换区域，风冷机构与冷却液协同冷却加热后的活塞样品，再交替加热冷却两活塞样品;

S4、循环至设定次数后，控制组件驱动取出两活塞样品，分析表面以评估性能。

[0016]本发明的技术效果和优点：

1、本发明通过循环对活塞样品进行加热与冷却操作，有效模拟了活塞在发动机中的实际运行工况，为研究人员深入探究活塞产品的疲劳安全性提供了有力支持。同时，该技术还有助于揭示新型铝硅合金在高温、长期动态载荷作用下的高温蠕变特性、耐久性表现及止裂机制。此外，本发明还关联研究了铸造活塞的热处理工艺与其疲劳性能之间的关系，建立了高强韧活塞热处理的关键技术体系，为开发高可靠性、高强度且耐热的铝活塞产品奠定了基础，并在动力装备等领域展现了广阔的应用前景。

[0017]2、本发明中引入了驱动组件设计，实现了测试效率的大幅提升。该驱动组件能够同步对两个活塞样品进行加热与冷却的循环测试，相较于传统测试设备，单次测试即可处理两个活塞样品，显著缩短了测试周期，降低了试验成本，并提高了整体测试效率。这一设计有效克服了现有疲劳试验机结构简单、效率低下、成本高昂、周期漫长等局限性问题。

[0018]3、本发明中设置的换液机构，进一步优化了活塞样品的测试流程。换液机构能够自动更换储液筒中的冷却液，有效避免了冷却液因循环使用次数过多而导致温度升高，进而影响后续活塞样品冷却速度的问题。通过及时、自动地更换冷却液，确保了储液筒内冷却液始终保持优异的冷却性能，从而提高了活塞样品的测试效率，并保障了测试结果的精确性与可靠性。

附图说明

[0019]图1为本发明的整体结构示意图。

[0020]图2为本发明的主视剖切示意图。

[0021]图3为本发明的左视剖切示意图。

[0022]图4为本发明的右视剖切示意图。

[0023]图5为本发明的俯视剖切示意图。

[0024]图6为本发明的俯视结构示意图。

[0025]图7为本发明的右视结构示意图。

[0026]附图标记为：

1、箱体;

2、驱动组件;201、转动部;2011、转盘;2012、步进电机;202、升降部;2021、电动伸缩杆;2022、固定环;2023、连接板;

3、控温组件;301、加热部;302、冷却部;3021、风冷机构;3022、储液筒;303、第一测温部;304、第二测温部;

4、装夹机构;401、托板;402、弹性板;

5、换液机构;501、进液管;502、出液管;503、水泵;504、电磁阀;

6、盖板;

7、检修口;

8、隔板;

9、活塞样品。

具体实施方式

[0027]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

[0028]请参阅图1至图7所示，本发明实施例中的一种铝合金活塞材料性能测试装置，包括箱体1，以及驱动组件2和控温组件3。

[0029]请参阅图2、图3和图4所示，驱动组件2包括转动部201和升降部202，升降部202设置为两个且对称分布在转动部201两侧，升降部202用于装载活塞样品9并驱动其上下移动;结合图5所示，控温组件3包括对称设置的加热部301和冷却部302，加热部301用于将驱动组件2运送过来的活塞样品9加热至最高测试温度，冷却部302包括上下对照的风冷机构3021和储液筒3022，风冷机构3021和储液筒3022用于将驱动组件2运送过来的活塞样品9冷却至最低测试温度。

[0030]具体的，加热部301可以设置为环形感应线圈，环绕设置于加热区域内，将活塞样品9放入环形感应线圈内部，环形感应线圈通电后能够对活塞样品9进行加热;

冷却部302的风冷机构3021为多向喷气阵列，位于储液筒3022正上方，用于对活塞样品9上部进行强制对流冷却。

[0031]请参阅图2所示，转动部201包括转盘2011和步进电机2012，转盘2011中心处与步进电机2012输出端固定，用于驱动两个升降部202进行交替旋转。

[0032]需要注意的是，步进电机2012为现有技术，能够通过控制组件实现精准的角度转动，此处不再对其具体结构进行详细描述。

[0033]请参阅2和图3所示，升降部202包括设置在转盘2011上的电动伸缩杆2021，电动伸缩杆2021顶部设有固定环2022，固定环2022上设有两个对称分布的连接板2023，两个连接板2023之间设有装夹机构4。

[0034]请参阅图3所示，装夹机构4包括与两个连接板2023固定的托板401，托板401上设有两个对称分布的弹性板402，弹性板402顶部设置有斜面结构，用于自适应夹持活塞样品9。

[0035]请参阅图6和图7所示，箱体1顶部设有两个对称分布的盖板6，用于活塞样品9的取放，箱体1侧壁上设有检修口7。

[0036]请参阅图4所示，控温组件3还包括第一测温部303和第二测温部304，第一测温部303用于测量加热中的活塞样品9温度，第二测温部304用于测量冷却中的活塞样品9温度，使测试中的活塞样品9温度满足测试条件;箱体1内还设有控制组件，控制组件用于控制驱动组件2和控温组件3运转。

[0037]具体的，第一测温部303和第二测温部304均可采用现有技术中的红外传感器，分别通过红外传感器实时监测加热区域和冷却区域内的活塞样品9温度，并与控制组件形成闭环反馈，将得出的温度数据传输至控制组件。

[0038]在使用时，工作人员需要将设备接入电路使用，打开检修口7，将冷却液添加至储液筒3022内，初始状态下，设置两个装夹机构4均位于盖板6下方，工作人员打开两个盖板6，然后将两个测试用的活塞样品9放入箱体1。

[0039]使活塞样品9头部朝上并穿过固定环2022，活塞样品9底部与弹性板402上端的斜面接触，活塞样品9通过斜面挤压两个弹性板402，使两个弹性板402向两侧分开，直到活塞样品9底部与托板401接触，两个弹性板402始终夹紧活塞样品9，避免测试过程中活塞样品9发生倾倒，此时活塞样品9被固定在装夹机构4上。

[0040]工作人员通过控制组件控制驱动组件2运转，驱动组件2中的转动部201开始运转，即步进电机2012驱动转盘2011转动，转盘2011带动升降部202和活塞样品9转动，其中一个活塞样品9将要移动至加热部301内，需要注意的是，为了避免加热部301对活塞样品9的转动造成影响，在转动部201转动开始前，升降部202中的电动伸缩杆2021会先收缩，电动伸缩杆2021输出端驱动固定环2022下降，固定环2022通过连接板2023带动装夹机构4和活塞样品9下移，使活塞样品9与加热部301处于箱体1内不同高度的空间中。

[0041]当活塞样品9移动至加热部301下方时，转动部201停止转动，升降部202中的电动伸缩杆2021开始伸长，电动伸缩杆2021输出端驱动固定环2022上升，固定环2022通过连接板2023带动装夹机构4和活塞样品9上移，直到活塞样品9位于加热部301内。

[0042]同时，另一个活塞样品9将要移动至冷却部302内，需要注意的是，为了避免储液筒3022对活塞样品9的转动造成影响，在转动部201转动开始前，升降部202中的电动伸缩杆2021会先伸长，电动伸缩杆2021输出端驱动固定环2022上升，固定环2022通过连接板2023带动装夹机构4和活塞样品9上移，使活塞样品9与储液筒3022位于箱体1内不同高度的空间中。

[0043]当活塞样品9移动至储液筒3022与风冷机构3021之间时，转动部201停止转动，升降部202中的电动伸缩杆2021开始收缩，电动伸缩杆2021输出端驱动固定环2022下降，固定环2022通过连接板2023带动装夹机构4和活塞样品9下降，直到活塞样品9移动至储液筒3022内，活塞样品9下部浸没在冷却液中。

[0044]工作人员通过控制组件控制加热部301工作，加热部301开始对活塞样品9进行加热，第一测温部303能够对加热中的活塞样品9温度进行实时测量，当活塞样品9的温度达到最高测试温度时，加热部301停止工作，同时控制组件控制冷却部302工作，储液筒3022中冷却液对另一个活塞样品9下部进行冷却，冷却部302中的风冷机构3021吹出的冷风作用于活塞样品9上部，加速活塞样品9冷却的速度，第二测温部304能够对冷却中的活塞样品9温度进行实时测量，当活塞样品9的温度达到最低测试温度时，风冷机构3021停止工作，升降部202工作并驱动活塞样品9上移，使活塞样品9与冷却液分离。

[0045]控制组件控制驱动组件2工作，使两个活塞样品9的位置互换，加热部301对冷却后的活塞样品9进行加热，冷却液和风冷机构3021对加热后的活塞样品9进行冷却，之后对两个活塞样品9循环进行加热和冷却，并对循环次数进行统计，当循环次数达到一预设数值后，工作人员可将两个活塞样品9从箱体1内取出，并通过现有的分析设备对活塞样品9表面状态进行分析，从而得出活塞样品9的材料性能参数，相对于现有的测试设备效率更高。

实施例二

[0046]在实际测试过程中发现，储液筒3022中的冷却液与加热后的活塞样品9直接接触，活塞样品9的温度传递给冷却液，在循环使用一定次数后，冷却液的温度会显著上升，从而影响后续活塞样品9的冷却速度，降低测试的效率，在上述实施例的基础上作出进一步改进。

[0047]请参阅图4所示，控温组件3还包括换液机构5，换液机构5包括设置在储液筒3022底部的进液管501和出液管502，进液管501中部设有水泵503，水泵503用于向储液筒3022内添加冷却液，出液管502中部设有电磁阀504，电磁阀504用于控制储液筒3022内废液的排放，从而实现冷却液的自动更换。

[0048]具体的，进液管501和出液管502分别与储液筒3022的底部连通，且进液管501的入口端连接外部冷却液循环系统，出液管502的出口端连接废液回收装置。

[0049]请参阅图5所示，箱体1内设有位于加热部301与冷却部302之间的隔板8，隔板8采用隔热材料制成，将箱体1分隔为独立的加热区域和冷却区域。

[0050]在上述实施例的基础上，在使用之前，工作人员需要将进液管501接入外部冷却液循环系统，将出液管502接入废液回收装置，在两个活塞样品9加热和冷却完成后，控制组件控制电磁阀504打开，储液筒3022中的废液从出液管502流出，最后流动至外部的废液回收装置中进行处理，当储液筒3022中的废水全部流出后，控制组件控制电磁阀504关闭，同时水泵503开始工作，外部冷却液循环系统中的冷却液从进液管501流入储液筒3022，工作人员可在储液筒3022中加入液位计，当储液筒3022中的冷却液达到液位计的预设示数时，水泵503停止工作。

[0051]驱动组件2带动加热后的活塞样品9进入新换的冷却液中，从而达到更好的冷却效果，提高活塞样品9的测试效率。

实施例三

[0052]本实施例提供了一种铝合金活塞材料性能测试装置对活塞进行测试的测试方法，包括以下步骤：

S1、控制组件驱动装夹机构4至盖板6下方，开盖后放入两个活塞样品9，再驱动其一至加热区域、另一至冷却区域;

S2、控制组件启动加热部301、冷却部302，二者分别对两个区域的活塞样品9作业，第一测温部303和第二测温部304测温并反馈至控制组件;

S3、温度达标时，控制组件驱动活塞样品9互换区域，风冷机构3021与冷却液协同冷却加热后的活塞样品9，再交替加热冷却两活塞样品9;

S4、循环至设定次数后，控制组件驱动取出两活塞样品9，分析表面以评估性能。

[0053]以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

说明书附图(7)