一种工程机械耐高寒油管的性能检测设备的制作方法

本发明涉及材料低温力学性能检测，具体为一种工程机械耐高寒油管的性能检测设备。

背景技术：

1、工程机械在高寒地区作业时，其液压与输油系统所用的橡胶油管长期承受低温环境，橡胶材料在低温下会逐渐丧失高弹态时的柔韧与回弹能力，趋于变硬、变脆，一旦所选材料的耐寒能力不足，油管在低温下的弹性恢复就会明显滞后，密封与随动性能随之下降，严重时甚至开裂失效。因此，在这类油管的选材与质量控制中，需要通过低温回缩试验来考察其在拉伸并冷冻后随温度回升而恢复的能力，所得到的回缩温度指标是衡量橡胶耐寒性能的重要依据。

2、现有的低温回缩试验通常按照gb/t7758所规定的温度回缩程序进行，其基本做法是：在室温下将试样拉伸至选定的伸长率并将其锁定，再连同试样架一并放入盛有乙醇等冷却介质的冷却槽中，一边搅拌一边将介质制冷至设定的低温并保温一段时间，待试样充分冷却后松开上夹具，使试样在无外加拉力的状态下自由回缩，同时令冷却介质以规定的速率缓慢升温，并按温度点记录试样对应的回缩长度或回缩率，直至回缩达到规定的终点。这一流程经过长期使用，测试原理清晰，判读方法明确，是目前评价橡胶低温回缩性能的常规手段。

3、然而，这一沿用已久的做法在实现方式上仍受制于其自身的结构与热学架构，存在若干未能从根本上解决的问题。首先值得注意的是试样在冷却槽中的放置状态。按照惯常要求，冷却介质只需覆盖试样一定的深度即可，这就意味着夹持试样的夹具及与之相连的连杆有相当一部分露在液面之上，处于室温环境之中。搅拌所能均匀的只是液面以下的介质本体，对于液面以上这段暴露在室温中的连杆却无能为力，室温的热量会沿着导热的连杆源源不断地传向浸在冷介质中的试样端部，使试样沿其长度方向的温度并不一致，靠近夹具的部位与中段之间始终存在着难以消除的温差。换言之，即便介质本身的温度控制得再均匀，试样各处所真正经历的温度也未必相同。

4、与之相伴的是温度扫描方式所带来的偏差。这种做法依赖于对整槽介质的整体升温，而冷却槽容积可观，其中盛装的大量介质具有相当的热惯性，当要求介质以缓慢而恒定的速率回升时，介质本体的温度变化本就不易做到平稳跟随；橡胶导热能力又很弱，试样内部的温度进一步滞后于介质。于是记录数据时所依据的介质温度，与试样实际所处的温度之间存在着不确定的偏差，测得的回缩温度更多反映的是介质的状态而非试样自身的状态。为压制这种滞后，惯常的办法是把升温速率放得足够慢，可这只是以延长试验时间来迁就滞后，并未触及产生滞后的根源。

5、基于此，有必要从设备结构与热学架构入手，使试样在拉伸、冷却、释放与回缩的整个过程中都处于同一个温度受控的介质环境之中，既避免室温经由连杆侵入而造成的温度不均，又能以小容积循环的方式实现温度的快速跟随与准确记录。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种工程机械耐高寒油管的性能检测设备，解决了现有低温回缩检测中，试样浸没于敞口的大容积冷却介质、夹具连杆露出液面而使室温热量沿连杆侵入试样端部、导致试样沿长度方向温度不均的问题，以及依靠对整槽大容积介质整体升温进行温度扫描、介质热惯性大且橡胶导热滞后、使记录温度与试样实际温度存在不确定偏差的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

3、本发明第一方面提供一种工程机械耐高寒油管的性能检测设备，包括外壳体，所述外壳体的顶壁固定连接有机架，所述机架上滑动连接有基板，所述基板通过升降机构驱动沿竖直方向升降；所述基板的前壁底部固定连接有下夹具，所述基板的前壁沿竖直方向滑动连接有连接杆，所述连接杆的底部固定连接有上夹具，所述上夹具位于所述下夹具的上方；所述基板的顶部与所述连接杆之间设置有锁止装置，所述机架的顶部设置有定滑轮，所述连接杆的顶端固定连接有拉索，所述拉索绕过所述定滑轮并固定连接有平衡配重块；所述外壳体内的一侧设置有上方开口的箱体，所述基板上固定连接有与所述箱体的开口相匹配的盖板，所述盖板上开设有供所述连接杆通过的通孔，所述连接杆的顶端经所述通孔向上延伸，当所述基板下沉进入所述箱体并到达预设位置时，所述盖板覆盖所述箱体的开口；所述外壳体内的另一侧设置有控温罐与冷源罐，所述控温罐与所述冷源罐内盛装有冷却介质，所述控温罐经循环机构与所述箱体连通，所述冷源罐经独立的循环机构与所述控温罐连通，所述冷源罐由制冷机组制冷。

4、上述设备通过所述升降机构驱动所述基板沿竖直方向下沉这一动作，同时将所述下夹具、所述上夹具及夹持于二者之间的试样送入所述箱体内的冷却介质中，并使固定连接于所述基板上的所述盖板覆盖所述箱体的开口。所述箱体为上方开口的容器，冷却介质盛装于所述箱体内并由所述箱体自身予以容纳，其液面覆盖试样的标距段以及所述下夹具与所述上夹具，且低于所述盖板。所述盖板覆盖所述箱体的开口，用于降低所述箱体内的低温环境与所述外壳体内所述箱体以外的室温空间之间经所述箱体开口的热传导，从而有利于维持所述箱体内的低温环境。

5、所述盖板上开设的所述通孔位于冷却介质的液面之上的气相空间中，所述连接杆经所述通孔向上延伸，并在试样回缩时随试样在所述通孔内沿竖直方向运动。由于所述连接杆随试样回缩运动所经过的所述通孔位于液面之上、不接触液态的冷却介质，承载试样回缩运动的部位无需设置用于密封冷却介质的密封结构，冷却介质由所述箱体自身作为容器予以容纳，无需依靠随试样运动的密封件来约束冷却介质。由此，承载试样回缩运动的部位不设置压紧的密封件，避免了密封件对试样回缩运动形成附加阻力，使试样在解除锁止后能够在自身弹性恢复力的作用下自由回缩。由于承载试样回缩运动的部位不需要约束冷却介质，所述箱体的内腔容积仅需容纳试样的标距段以及下夹具、上夹具，而无需使试样浸没于大容积的冷却介质中。

6、冷却介质在所述控温罐与所述箱体之间循环流动。较小容积的所述箱体内冷却介质的热容较小，且循环流动的冷却介质不断以经过温度控制的冷却介质置换所述箱体内的冷却介质，使所述箱体内冷却介质的温度跟随经循环机构供入的冷却介质温度而变化；同时，循环流动的冷却介质在所述箱体内被不断置换并流经试样表面，有利于使所述箱体内各处冷却介质的温度趋于一致，并强化冷却介质与试样表面之间的换热，使试样表面更快地跟随冷却介质的温度。

7、所述连接杆的一端在所述箱体内与所述上夹具连接，另一端经所述通孔向上延伸并经所述拉索与所述平衡配重块连接。所述基板与所述连接杆均采用隔热材料制备，切断所述箱体内的低温区与所述机架及所述外壳体内室温区之间沿所述基板与所述连接杆的热传导，避免室温区的热量经所述基板或所述连接杆导入所述箱体内的低温区，并减小所述连接杆因温度变化产生的形变对位移采集的影响。所述盖板覆盖所述箱体开口以降低经开口的热传导，与所述基板、所述连接杆的隔热相配合，使试样的标距段沿其长度方向处于均匀的介质温度。

8、所述平衡配重块的质量与所述连接杆及所述上夹具的自重相平衡。所述锁止装置用于在试样被拉伸至选定伸长率后将所述连接杆锁止于该位置，并在解除锁止后使所述连接杆随试样回缩而运动。在解除所述锁止装置的锁止后，所述连接杆及所述上夹具的自重由所述平衡配重块经所述拉索及所述定滑轮施加的向上拉力所抵消，试样在自身弹性恢复力的作用下自由回缩，所述连接杆随试样回缩而运动，回缩过程不承受所述连接杆及所述上夹具重力形成的附加负载。

9、所述冷源罐由所述制冷机组维持于设定的温度区间并向所述控温罐提供冷量，所述控温罐设置有加热元件并经其循环机构向所述箱体供给冷却介质。在冷却阶段，所述控温罐内的冷却介质维持于设定的温度区间，使所述箱体内的冷却介质降温并保持于低温状态，对试样进行冷却与保温；在升温阶段，由所述加热元件配合所述冷源罐提供的冷量使所述控温罐内冷却介质的温度以受控速率回升，泵入所述箱体的冷却介质温度随之以受控速率回升。所述控温罐作为向所述箱体供给冷却介质的温度源，其内冷却介质的温度按设定的升温速率变化；所述冷源罐在整个检测过程中持续提供冷量，使检测在制冷可控的环境下进行。所述箱体内冷却介质温度的回升由所述控温罐供入的冷却介质温度决定，而非依靠对所述箱体内冷却介质的局部加热实现，因而所述箱体内不存在局部热源，冷却介质温度分布均匀。检测时以所述箱体内冷却介质的受控温度作为记录试样回缩量所对应的温度。

10、所述连接杆的外壁与所述通孔的内壁之间留有间隙，所述连接杆与所述通孔不接触，避免在所述连接杆的回缩运动中产生附加的摩擦阻力。所述通孔处设置有热管与环绕所述通孔的吹扫口，所述热管的吸热端与所述制冷机组的冷凝端相连接。所述制冷机组对所述冷源罐制冷时，其冷凝端产生废热，该废热经所述热管输送至所述通孔处。所述吹扫口的输出端朝上设置，其输入端通过气管与气泵相连接，气体经所述热管加热后由所述吹扫口沿所述通孔向上吹出并形成气幕。所述气幕阻止外界水汽经所述通孔进入所述箱体，减少所述箱体上方低温区的可凝结水汽来源，并使所述通孔处的温度高于产生冷凝结霜的温度，从而抑制所述通孔处的结霜。由于所述气幕以非接触的方式形成于所述通孔处，在抑制所述通孔处结霜并阻止外界水汽进入的同时，不对所述连接杆的回缩运动产生摩擦阻力，从而在所述通孔保持间隙配合的前提下保证试样回缩的顺畅。所述制冷机组对所述冷源罐制冷所产生的低温经由循环机构作用于所述箱体，而其制冷所产生的废热经所述热管用于抑制所述通孔处的结霜；所述制冷机组在冷却阶段与升温阶段持续运行，其冷凝端的废热持续可用，使所述通孔处的抑霜作用在整个检测过程中得以维持，且该废热为所述制冷机组制冷过程的副产物，无需为所述通孔处的抑霜另行设置加热装置。

11、进一步地，由所述吹扫口吹出的气体为洁净的干燥气体，所述热管的放热端位于所述吹扫口的气管内，对经过所述气管的洁净的干燥气体进行加热后由所述吹扫口吹出，避免向所述通孔处引入水汽。

12、进一步地，所述连接杆与所述基板之间设置有位移检测元件，用于采集所述连接杆随试样回缩的竖直位移，并将所述竖直位移与所述箱体内冷却介质的受控温度相对应地记录，据此得到试样的回缩量随温度变化的对应关系。

13、本发明第二方面提供一种工程机械耐高寒油管的性能检测方法，采用本发明第一方面所述的性能检测设备，包括以下步骤：

14、在所述基板由所述升降机构驱动升起的状态下，将试样分别装夹于所述下夹具与所述上夹具，使所述上夹具与所述连接杆相对所述基板向上运动，将试样拉伸至选定的伸长率，由所述锁止装置将所述连接杆锁止于该位置；

15、由所述升降机构驱动所述基板下沉进入所述箱体至预设位置，使所述下夹具、所述上夹具及试样进入所述箱体内的冷却介质中，并使所述盖板覆盖所述箱体的开口；

16、由所述冷源罐提供冷量并经所述控温罐向所述箱体供给冷却介质，使所述箱体内的冷却介质降温并保持于低温状态，对试样进行冷却与保温；在冷却与保温过程中，所述制冷机组冷凝端的废热经所述热管输送至所述通孔处，并由所述吹扫口向上吹出经加热的洁净的干燥气体形成气幕，阻止外界水汽经所述通孔进入所述箱体并使所述通孔处的温度高于产生冷凝结霜的温度；

17、解除所述锁止装置的锁止，由所述平衡配重块抵消所述连接杆及所述上夹具的自重，使试样自由回缩；

18、由所述控温罐的加热元件配合所述冷源罐提供的冷量，使所述箱体内的冷却介质温度以受控速率回升，由所述位移检测元件采集所述连接杆随试样回缩的竖直位移，并将所述竖直位移与所述箱体内冷却介质的受控温度相对应地记录，得到试样的回缩量随温度变化的对应关系。

19、本发明提供了一种工程机械耐高寒油管的性能检测设备。具备以下有益效果：

20、1、本发明通过在试样在拉伸、锁定、冷却、释放及回缩的整个过程中，将其标距段与上、下夹具始终完整地容纳于同一箱体内的冷却介质中，不再像敞口大槽那样使夹具连杆露出液面；加之基板与连接杆均采用隔热材料、盖板覆盖箱体开口以阻断经开口的换热，室温的热量难以再沿连杆或经开口侵入低温区。配合仅容纳标距段与夹具的小容积箱体及冷却介质在控温罐、冷源罐与箱体之间的循环，箱内介质热容小、被循环介质不断置换而温度快速跟随供入温度并各处趋于一致，流经试样表面时又强化了换热。由此，试样标距段沿长度方向处于均匀的介质温度，记录所依据的介质温度也更贴近试样实际所处的温度，既消除了以往靠近夹具处偏暖、中段偏冷的温度不均，又缓解了大槽升温时介质本身的滞后。

21、2、本发明通过将连接杆随试样回缩所经过的通孔设置在冷却介质液面之上，使这一运动穿越部位不接触液体、无需任何密封结构，冷却介质仅由箱体自身容纳；配合平衡配重块抵消连接杆与上夹具的自重，试样解除锁止后所受的附加阻力被降至最低。温度扫描则由控温罐作为供液温度源实现，冷源罐持续提供冷量、控温罐借加热元件与冷量的配合按受控速率调温后再泵入箱体，箱内不设任何局部热源。如此在保持腔体温度受控、升温平稳且分布均匀的同时不牺牲回缩的真实性。

22、3、本发明通过将热管吸热端接于制冷机组冷凝端，把制冷本身副产的废热引至通孔处加热洁净干燥气体并向上吹出形成气幕，一面阻挡外界水汽经通孔侵入、一面使通孔处温度高于结霜温度。该抑霜以非接触方式实现、不给连接杆运动添加摩擦，且所用热量取自制冷废热，使导致结霜的冷与消除结霜的热同出一源，无需另设加热装置。