一种高通量冰粘附强度测试系统

1.本发明属于冰粘附强度测试技术领域，具体涉及一种高通量冰粘附强度测试系统。


背景技术：

2.目前，积冰给我们的生活带来了巨大的经济损失和众多的安全隐患；在高空运行的航天航空设备和在低温高湿环境下工作的电力传输及网络通讯线路表面的结冰都会影响设备的正常运行，甚至会导致严重的事故和巨大的经济损失，材料表面结冰和除冰都与表面的冰粘附强度相关，因此，了解材料表面的冰粘附强度对于社会未来发展具有重大影响。
3.现有的材料表面冰粘附强度测试系统包括离心力法冰粘附强度测试系统、圆柱推拉法冰粘附强度测试系统、弯曲折断法冰粘附强度测试系统等；前述测量系统具有结构复杂、不便于外场搬运及使用、测试环境和方式单一、模拟环境不够真实导致测试结果误差较大的缺点，因此，现有的冰粘附强度检测设备无法满足不同结冰条件下冰粘附强度测试的需要，存在测试误差大和设备泛用性低的问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的问题，本发明提出一种高通量冰粘附强度测试系统，目的在于通过测试环境条件和数显推拉力计的配合调节，有效模拟真实环境，能够准确测试多种气象条件下的冰粘附强度，解决现有冰粘附强度测试装置的单一性、测试误差大和设备泛用性低的问题。
5.本发明一种高通量冰粘附强度测试系统所采用的技术方案如下：包括环境仓和位于环境仓内部的冰粘附强度测试装置；环境仓的外部设有计算机、喷淋系统和制冷系统，环境仓的顶部设有管道密封口一、管道密封口二和压力调整表，喷淋系统通过贯穿管道密封口二的导线与环境仓内部的喷淋口连接，制冷系统通过贯穿管道密封口一的导线与环境仓内部的制冷管连接；冰粘附强度测试装置包括框架、电机丝杠模组、数显推拉力计、冰柱模具和制冷板，框架上设置电机丝杠模组和制冷板，电机丝杠模组的滑块与数显推拉力计连接，制冷板上设置表面附有冰柱模具的试验试样且制冷板内设置制冷管，数显推拉力计的感应测头与冰柱模具连接以在数显推拉力计动作时使冰柱模具相对于试验试样处于拉伸状态或剪切状态；计算机通过数据线与喷淋系统、制冷系统、压力调整表和数显推拉力计连接。
6.具体的，所述环境仓呈密闭透明的柱状结构，且环境仓的材料为亚克力有机玻璃；
7.具体的，所述数显推拉力计的感应测头与冰柱模具处于拉伸状态时，制冷板设置试验试样的表面与数显推拉力计的移动方向垂直；
8.具体的，所述数显推拉力计的感应测头与冰柱模具处于剪切状态时，制冷板设置试验试样的表面与数显推拉力计的移动方向平行；
9.具体的，所述电机丝杠模组量程为计算机与数显推拉力计通过贯穿管道密封口一的数据线连接；
10.具体的，所述试验试样的尺寸为(45mm-100mm)
×
45mm
×
2mm；
11.具体的，所述电机丝杆模组包括电机、丝杠、滑块和第六固定板，第六固定板与框架上安装的第一固定板连接且第六固定板的一端与第四固定板垂直连接、另一端与第七固定板垂直连接，电机设于第四固定板一侧，丝杠设置于第五固定板和第七固定板之间，电机转轴贯穿第四固定板后与丝杠连接，丝杠上设置滑块。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
13.本发明通过喷淋系统、制冷系统和压力调整表有效模拟实际环境所处的气象条件，提高对待测材料表面冰粘附强度测量数据的准确性和稳定性；本发明通过调整框架，实现立式拉伸和卧式剪切两种冰粘附强度的测试方法，可适用于多种类、多尺寸的测试试样，有利于提高冰粘附强度测试系统设备的准确性和泛用性；本发明既可模拟飞机高空飞行气候条件下的冰粘附强度测量，也可对各类飞机、风力机、高速列车和输电线路等容易结冰部位的表面进行冰粘附强度测量，是一种应用范围广、测量精度高、泛用性强、安装简单、便于搬运的冰粘附强度测试系统。
附图说明
14.图1为本发明一种高通量冰粘附强度测试系统的结构示意图；
15.图2为本发明一种高通量冰粘附强度测试系统的框架示意图；
16.图3为本发明一种高通量冰粘附强度测试系统的立式拉伸状态示意图；
17.图4为本发明一种高通量冰粘附强度测试系统的卧式剪切状态示意图；
18.图5为本发明一种高通量冰粘附强度测试系统的电机丝杠模组示意图；
19.图中：1-计算机，2-喷淋系统，3-制冷系统，4-管道密封口一，5-管道密封口二，6-压力调整表，7-环境仓，8-第一固定板，9-框架，10-电机丝杠模组，11-第二固定板，12-数显推拉力计，13-冰柱模具，14-制冷板，15-第三固定板，16-电机，17-第四固定板，18-第五固定板，19-丝杠，20-滑块，21-第六固定板，22-第七固定板，23-铝型材一，24-铝型材二。
具体实施方式
20.为了更好地理解本发明的内容，下面将结合具体实施例和附图来进一步阐述本发明。以下实施例以本发明的技术为基础，给出了详细的实施方式和操作步骤，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
21.为了更好地理解本发明的内容，在此作出方向的指明限定：将图1做为限定条件，以冰粘附强度测试装置的竖直轴线的延伸方向为纵向，即上下方向。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“开设”、“安装”、“连接”应做广义理解；例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
22.请参阅图1-2，本发明一种高通量冰粘附强度测试系统包括计算机1、喷淋系统2、制冷系统3、管道密封口一4、管道密封口二5、压力调整表6、环境仓7和冰粘附强度测试装
置；其中，环境仓7呈密闭透明的柱状结构，且环境仓的材料为亚克力有机玻璃；环境仓外设有计算机1、用以模拟高湿环境的喷淋系统2、用以模拟寒冷环境的制冷系统3，喷淋系统2通过贯穿管道密封口二5的导线与环境仓内部的喷淋口连接，制冷系统3通过贯穿管道密封口一4的导线与环境仓内部的制冷管连接；其他相关电源数据线通过管道密封口一连接；压力调整表6设于环境仓的顶部，并通过计算机与用以控制环境仓内部气压的真空泵连接(真空泵为现有技术，不再详述)；计算机1与喷淋系统2、制冷系统3和压力调整表6连接，用以对环境仓内模拟的气象条件进行综合调节，实现智能化控制测试系统的仓内环境。环境仓7的内部设有冰粘附强度测试装置，冰粘附强度测试装置包括第一固定板8、框架9、电机丝杠模组10、第二固定板11、数显推拉力计12、冰柱模具13、制冷板14和第三固定板15，框架9在冰粘附强度测试装置中起支撑作用，且框架9通过第一固定板8与电机丝杠模组10固接，电机丝杠模组上设有可上下移动的滑块20，滑块20通过第二固定板11与数显推拉力计12连接，电机控制滑块运动，进而实现滑块带动数显推拉力计进行推拉运动；第三固定板15设于框架上靠近数显推拉力计感应侧头的一侧，第三固定板15上设有与制冷管连接、且用以控制试验试样环境温度的制冷板14，制冷板14上设置表面附有冰柱模具13的试验试样；计算机与数显推拉力计通过数据线连接，用以记录试验试样表面冰柱模具13被推拉脱落后的冰粘附强度数据，完成信息采集。
23.请参阅图3-4，承载第三固定板的框架为第一子框架，固定第一固定板的框架为第二子框架，本实施例通过调整框架的放置状态及铝型材一23、铝型材二24在第一子框架内的位置，可将冰粘附强度测试装置从立式拉伸状态(如图3)切换成卧式剪切状态(如图4)：立式拉伸状态时，第二子框架呈竖直布置且第一子框架内的铝型材一和铝型材二呈水平布置，数显推力计滑动装配在第二子框架上且数显推力计的滑动方向垂直于第一子框架；卧式剪切状态时，将图3所示框架放倒，使第二子框架呈水平布置，调整两个铝型材的位置以使第一子框架内的铝型材一和铝型材二仍呈水平布置，数显推力计滑动装配在第二子框架上且数显推力计的滑动方向平行于第一子框架。立式拉伸状态的冰粘附强度测试装置，第三固定板设于数显推拉力计下方的框架上，且试验试样所在平面与数显推拉力计的移动方向垂直，冰柱模具与数显推拉力计的感应侧头连接，记录数显推拉力计向上移动，将冰柱模具从试验试样表面拉脱落时的冰粘附强度数据；卧式剪切状态的冰粘附强度测试装置，第三固定板设于框架上靠近数显推拉力计感应侧头的一侧，且试验试样所在平面与数显推拉力计的移动方向平行，冰柱模具不与数显推拉力计的感应侧头连接，记录数显推拉力计向试验试样方向移动，将冰柱模具从试验试样表面推脱落时的冰粘附强度数据。
24.优选的，铝型材一尺寸为30
×
290mm，铝型材二尺寸为30
×
250mm；电机丝杠模组量程为0mm-200mm；所述数显推拉力计量程为0n-100n(分辨率0.01n)；待测试验试样的尺寸为(45mm-100mm)
×
45mm
×
2mm。
25.请参阅图5，所述电机丝杆模组10包括电机16、第四固定板17、第五固定板18、丝杠19、滑块20、第六固定板21和第七固定板22，第六固定板21安装在第一固定板8上且第六固定板的一端与第四固定板17垂直连接、另一端与第七固定板22垂直连接，电机16设于第四固定板17一侧，电机转轴贯穿第四固定板17后通过联轴器与丝杠19连接，丝杠设置于第五固定板和第七固定板之间，且丝杠上设有滑块；电机16工作时，带动丝杠同步旋转，从而实现丝杠上滑块沿第六固定板的长度方向移动。
26.本发明一种高通量冰粘附强度测试系统的测试方法如下：
27.(1)将冰粘附强度测试装置固定在环境仓内部，然后将相关电源数据线和制冷管连接完成；
28.(2)将待测的试验试样固定在制冷板上，同时冰柱模具置于试验试样表面一起预冷；
29.(3)对应不同的实际环境，调节环境仓内部的湿度、气压和温度：通过喷淋系统模拟高湿环境，通过制冷系统模拟寒冷环境，通过气压表和真空泵控制环境仓内部气压，待其稳定；
30.(4)调节数显推拉力计，进入待记录数据状态；
31.(5)根据试验测试的实际条件对电机的运行速度、环境仓内部气象条件和制冷板的温度进行综合调节；
32.(6)由计算机记录数显推拉力计使冰柱模具脱落后的冰粘附强度数据，并计算出试验试样表面的冰粘附强度。
33.本发明通过喷淋系统模拟高湿环境，通过制冷系统模拟寒冷环境，通过真空度模拟大气压环境，这几种条件可以相互配合，同时调控，有效模拟真实环境，通过电机控制数显推拉力计的移动速度，对推拉冰柱把控更为精准，提高对材料表面冰粘附强度测量数据的准确性和稳定性；本发明也可通过调整框架，实现立式拉伸和卧式剪切两种冰粘附强度的测试方法，可适应于多种不同的使用环境中，有利于提高冰粘附强度测试系统设备的准确性和泛用性；本发明既可模拟飞机高空飞行气候条件下冰粘附强度的测试，也可对各类飞机、风力机、高速列车和输电线路等容易结冰部位的表面进行冰粘附强度测量，同时也可以使用不同的方式测量冰粘附强度，安装灵活、方法简单、操作方便、应用范围广，是一种高通性优良的冰粘附强度测试系统。
34.下面以具体实施例对本发明进行详细说明：
35.本实施例的试验试样为45mm
×
45mm
×
2mm的疏水铝板，调整环境仓内部湿度为60％、气压为0.3个大气压、温度为-15℃；冰柱模具的尺寸为φ20mm
×
30mm；数显推拉力计量程分辨率0.01n；感应测头的最低点与铝板之间的距离为0～5mm；电机丝杠模组带动感应测头以1mm/s的速度推向冰柱。记录冰柱脱落所需的最大力，并通过最大力除以冰柱截面积来计算相应的冰粘附强度τ；由计算机记录冰柱脱落所需的最大力如下表：
[0036][0037]
以45mm
×
45mm
×
2mm的铝板、碳纤维、疏水碳纤、橡胶、疏水橡胶为试验试样，其他条件与上述实施例不变，记录冰柱脱落所需的最大力如下表，试验结果为多次测量的平均值；
[0038][0039]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，本发明可以根据以上制备方法具有其它形式的实施例，不再一一列举。因此，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

技术特征：
1.一种高通量冰粘附强度测试系统，其特征在于，包括环境仓(7)和位于环境仓内部的冰粘附强度测试装置；环境仓(7)外设有计算机(1)、喷淋系统(2)和制冷系统(3)，环境仓的顶部设有管道密封口一(4)、管道密封口二(5)和压力调整表(6)，喷淋系统(2)通过贯穿管道密封口二(5)的导线与环境仓内部的喷淋口连接，制冷系统(3)通过贯穿管道密封口一(4)的导线与环境仓内部的制冷管连接；冰粘附强度测试装置包括框架(9)、电机丝杠模组(10)、数显推拉力计(12)、冰柱模具(13)和制冷板(14)，框架上设置电机丝杠模组(10)和制冷板(14)，电机丝杠模组的滑块(20)与数显推拉力计(12)连接，制冷板(14)上设置表面附有冰柱模具(13)的试验试样且制冷板内设置制冷管，数显推拉力计(12)的感应测头与冰柱模具连接以在数显推拉力计动作时使冰柱模具相对于试验试样处于拉伸状态或剪切状态；计算机(1)通过数据线与喷淋系统(2)、制冷系统(3)、压力调整表(6)和数显推拉力计(12)连接。2.如权利要求1所述的一种高通量冰粘附强度测试系统，其特征在于，所述环境仓(7)呈密闭透明的柱状结构，且环境仓的材料为亚克力有机玻璃。3.如权利要求1所述的一种高通量冰粘附强度测试系统，其特征在于，所述数显推拉力计(12)的感应测头与冰柱模具处于拉伸状态时，制冷板设置试验试样的表面与数显推拉力计的移动方向垂直。4.如权利要求1所述的一种高通量冰粘附强度测试系统，其特征在于，所述数显推拉力计(12)的感应测头与冰柱模具处于剪切状态时，制冷板设置试验试样的表面与数显推拉力计的移动方向平行。5.如权利要求1所述的一种高通量冰粘附强度测试系统，其特征在于，所述计算机(1)与数显推拉力计(12)通过贯穿管道密封口一(4)的数据线连接。6.如权利要求1所述的一种高通量冰粘附强度测试系统，其特征在于，所述试验试样的尺寸为(45mm-100mm)
×
45mm
×
2mm。7.如权利要求1所述的一种高通量冰粘附强度测试系统，其特征在于，所述电机丝杆模组(10)包括电机(16)、丝杠(19)、滑块(20)和第六固定板(21)，第六固定板(21)与框架上安装的第一固定板(8)连接且第六固定板的一端与第四固定板(17)垂直连接、另一端与第七固定板(22)垂直连接，电机(16)设于第四固定板(17)一侧，丝杠设置于第五固定板(18)和第七固定板之间，电机转轴贯穿第四固定板(17)后与丝杠(19)连接，丝杠上设置滑块(20)。

技术总结
本发明提出一种高通量冰粘附强度测试系统，包括环境仓和位于环境仓内部的冰粘附强度测试装置；环境仓的外部设有计算机、喷淋系统和制冷系统，喷淋系统通过贯穿管道密封口二的导线与环境仓内部的喷淋口连接，制冷系统通过贯穿管道密封口一的导线与环境仓内部的制冷管连接；冰粘附强度测试装置中数显推拉力计的感应测头与冰柱模具连接以在数显推拉力计动作时使冰柱模具相对于试验试样处于拉伸状态或剪切状态。本发明通过调整框架，实现立式拉伸和卧式剪切两种冰粘附强度的测试方法，有利于提高冰粘附强度测试系统设备的准确性和泛用性；本发明是一种应用范围广，适合多种类、多尺寸的测试试样，测量精度高，高通性优良的冰粘附强度测试系统。粘附强度测试系统。粘附强度测试系统。


技术研发人员：何强 贾洋洋 李安玲 谭文凯 刘宇杰 任帅阳 许渊
受保护的技术使用者：中国民用航空飞行学院
技术研发日：2023.05.22
技术公布日：2023/7/26