一种覆冰模具、利用其测量覆冰剪切力的装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种覆冰模具、利用其测量覆冰剪切力的装置及方法，所述装置包括：覆冰模具、测试夹具、升降台、压力传感器、压头、电子拉力试验机；覆冰模具包括：冻冰模具、覆冰试片、冻冰上盖及紧固装置；覆冰试片上涂有待测涂层；利用覆冰模具注水覆冰后，移去冻冰上盖、紧固装置，将冷冻在一起的覆冰试片及冻冰模具固定于测量夹具上；压头安装于压力传感器上；压力传感器固定安装在升降台上，并连接于电子拉力试验机，用于生成压头按压冻冰模具时的压力值对应的压力信号；升降台连接电子拉力试验机，用于带动压头按压冻冰模具；当冻冰模具发生位移时，电子拉力试验机所测压力瞬间变小判停，记录并显示所测压力变化中的最大值。
【专利说明】一种覆冰模具、利用其测量覆冰剪切力的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及防覆冰性能的研究，主要提出了一种覆冰模具、利用其测量覆冰剪切力的装置及方法。
【背景技术】
[0002]现今，针对材料表面的覆冰粘附强度的测量，国内外学者进行了大量的研究，并设计和研制了多种覆冰粘附强度测量装置，加拿大farzaneh等利用高速旋转方式将粘附于铝片上的覆冰甩掉，利用传感器记录覆冰脱落时铝片的旋转速度，计算该旋转速度下覆冰块体所受的离心力，并以该离心力大小来表征铝片表面的覆冰粘附强度；但是这种方法测
量误差较大。
[0003]图6为现有技术中一种提拉冻冰模具测试覆冰情况的装置示意图。冻冰模具103为金属盒，在待测铝试样102表面形成一定形状的覆冰.试验固定卡具101卡主待测铝式样102，通过滑轮104及砝码105测量拉力，测试中提拉冻冰模具103的施力装置由不同质量的祛码105组成。这种方法测量的是覆冰粘合的能力，在测试时对环境要求高，有可能因主观因素产生的误差，且测量精度不高。
【发明内容】
[0004]针对现有覆冰情况测试的不足，本发明提出了一种覆冰模具、利用其测量覆冰剪切力的装置及方法，通过覆冰模具实现模拟实际覆冰情况，准确测量待测涂层的覆冰附着力，以此来比较不同待测涂层之间的防覆冰性能。
[0005]为达到上述目的，本发明提出了一种覆冰模具，包括:冻冰模具、覆冰试片、冻冰上盖及紧固装置；其中，所述覆冰试片上涂有待测涂层；当覆冰时，所述冻冰模具放置在所述覆冰试片上的待测涂层上，所述冻冰上盖盖在所述冻冰模具上方；所述紧固装置用于上下夹紧所述冻冰上盖及覆冰试片，使所述冻冰模具在所述冻冰上盖与覆冰试片之间，与所述冻冰上盖与覆冰试片紧密贴合；所述冻冰上盖设置有注水孔，用于往所述冻冰模具内注水覆冰。
[0006]为达到上述目的，本发明还提出了一种利用覆冰模具测量覆冰剪切力的装置，所述装置包括:覆冰模具、测试夹具、升降台、压力传感器、压头、电子拉力试验机；其中，所述覆冰模具包括:冻冰模具、覆冰试片、冻冰上盖及紧固装置；其中，所述覆冰试片上涂有待测涂层；当覆冰时，所述冻冰模具放置在所述覆冰试片上的待测涂层上，所述冻冰上盖盖在所述冻冰模具上方；所述紧固装置用于上下夹紧所述冻冰上盖及覆冰试片，使所述冻冰模具在所述冻冰上盖与覆冰试片之间，与所述冻冰上盖与覆冰试片紧密贴合；所述冻冰上盖设置有注水孔，用于往所述冻冰模具内注水覆冰；利用所述覆冰模具注水覆冰后，移去所述冻冰上盖、紧固装置，将冷冻在一起的所述覆冰试片及冻冰模具固定于所述测量夹具上；所述压头安装于所述压力传感器上，用于按压所述冻冰模具；所述压力传感器固定安装在所述升降台上，并连接于所述电子拉力试验机，用于生成所述压头按压冻冰模具时的压力值对应的压力信号，发送所述压力信号至所述电子拉力试验机；所述升降台连接电子拉力试验机，用于带动所述压头按压所述冻冰模具；所述电子拉力试验机，用于控制所述升降台，并接收压力信号，当所述冻冰模具发生位移时，所述电子拉力试验机所测压力瞬间变小判停，记录并显示所测压力变化中的最大值。
[0007]为达到上述目的，本发明还提出了一种利用覆冰模具测量覆冰剪切力的方法，所述方法包括:在覆冰试片上涂覆待测涂层；在注水覆冰时，冻冰模具放置在所述覆冰试片上的待测涂层上，冻冰上盖盖在所述冻冰模具上方，利用紧固装置夹紧，向冻冰模具中注水覆冰；在注水覆冰后，移去所述冻冰上盖、紧固装置，将冷冻在一起的所述覆冰试片及冻冰模具固定于测量夹具上；按压所述冻冰模具，当所述冻冰模具发生位移时，利用电子拉力试验机所测压力瞬间变小判停，记录并显示所测压力变化中的最大值。
[0008]通过本发明的覆冰模具、利用其测量覆冰剪切力的装置及方法，使覆冰模拟更接近实际情况，并且通过多种形状的覆冰模具及压头实现多种覆冰情况的附着力测量，为防覆冰涂料表面附着力测量提供了有效的装置及方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中:
[0010]图1为本发明一实施例的覆冰模具结构示意图。
[0011]图2A至图2C为本发明一实施例的三种冻冰模具放置在覆冰试片上的俯视示意图。
[0012]图3为本发明一实施例的两种压头的结构示意图。
[0013]图4为本发明一实施例的测量覆冰剪切力的装置结构示意图。
[0014]图5为本发明一具体实施例的测量覆冰剪切力的装置结构示意图。
[0015]图6为现有技术中一种提拉冻冰模具测试覆冰情况的装置示意图。
【具体实施方式】
[0016]以下配合图式及本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。
[0017]图1为本发明一实施例的覆冰模具结构示意图。如图1所示，覆冰模具包括:覆冰试片1、冻冰模具2、冻冰上盖3及紧固装置4 ;其中，
[0018]覆冰试片I上涂有待测涂层11 ;当覆冰时，冻冰模具2放置在覆冰试片I上的待测涂层11上，冻冰上盖3盖在冻冰模具2上方。
[0019]紧固装置4用于上下夹紧冻冰上盖3及覆冰试片1，使冻冰模具2在冻冰上盖3与覆冰试片I之间，与冻冰上盖3与覆冰试片I紧密贴合。
[0020]冻冰上盖3设置有注水孔31,用于往冻冰模具2内注水覆冰。
[0021]在本实施例中，注水覆冰时可以利用注射器5，插进注水孔31进行注水。
[0022]在本实施例中，如图2A至图2C所示，为了能直接测出涂层表面覆冰后的剪切力，加工制作了三种不同横截面形状的冻冰模具。图2A为圆环覆冰模具21的形状示意图，图2B为正方形框覆冰模具22的形状示意图，图2C为长方形框覆冰模具23的形状示意图。[0023]其中，圆环冻冰模具21采用304拉丝不锈钢或PVC材料制成；正方形框冻冰模具22、长方形框冻冰模具23采用PVC材料制成。
[0024]正方形框冻冰模具22与长方形框冻冰模具23的厚度相同、高度相同，所述圆环冻冰模具的厚度小于所述正方形框冻冰模具的厚度，所述圆环冻冰模具的高度是所述正方形框冻冰模具的高度的1.5倍。
[0025]三者横截面形状有以下关系:正方形框冻冰模具22的外正方形是圆环冻冰模具21的外圆的外切正方形；长方形框冻冰模具23的长是正方形冻冰模具22的长的1.5倍，两者的宽相等。
[0026]在本实施例中，冻冰上盖3上粘有泡沫缓冲垫(未绘示)，用于当冻冰上盖3和冻冰模具2接触时能够起到很好的缓冲，并保持密封。
[0027]在本实施例中，紧固装置4包括紧固片41及夹紧螺栓42 ;紧固片41用于夹住冻冰上盖3及覆冰试片1，夹紧螺栓42用于紧固前述紧固片41 ;紧固片41上设置有对应冻冰上盖3上注水孔31的一注水孔。
[0028]在另一实施例中，紧固装置4可为一紧固夹，用于夹紧冻冰上盖3及覆冰试片I。其中，紧固夹包括:紧固上片、紧固底片及夹紧弹簧；紧固底片水平且连接有手柄，不可移动，紧固底片设有卡槽，同覆冰试片I等宽，可使覆冰试片I保持水平稳定且不容易移动，紧固上片水平且带手柄，在两紧固片与手柄连接处通过弹簧将两紧固片相连。紧固上片同手柄相连并且可翻转，便于放入覆冰试片1、冻冰模具2和冻冰上盖3，用于夹住冻冰上盖3及覆冰试片I。
[0029]在覆冰时，覆冰试验箱内有风扇，盖上冻冰上盖3能够防止刚形成的冰核不被吹散，能够均匀结冰。具体操作为:将冻冰模具2放置于覆冰试片I上，盖上冻冰上盖3，将冻冰上盖3和覆冰试片I通过紧固装置4夹紧后水平的放入试验箱内，用注射器5量取一定量的过冷水后，通过注水孔31缓慢的将过冷水注入到圆环内，设定实验需要的冻冰温度、时间结冰。
[0030]基于前述覆冰模具，本发明还利用前述覆冰模具提出了一种测量覆冰剪切力的装置。图4为本发明一实施例的测量覆冰剪切力的装置结构示意图。如图4所示，该装置包括:覆冰模具、压头6、测试夹具7、压力传感器8、升降台9、电子拉力试验机10。
[0031]其中，覆冰模具如图1以及图2A至图2C所述，利用覆冰模具注水覆冰后，移去冻冰上盖3、紧固装置4，将冷冻在一起的覆冰试片I及冻冰模具2固定于测试夹具7上。
[0032]压头6安装于压力传感器8上，用于按压冻冰模具2 ；
[0033]压力传感器8固定安装在升降台9上，并连接于电子拉力试验机10，用于生成压头6按压冻冰模具2时的压力值对应的压力信号，发送压力信号至电子拉力试验机10 ；
[0034]升降台9连接电子拉力试验机10，用于带动压头6按压冻冰模具2 ；
[0035]电子拉力试验机10，用于控制升降台9，并接收压力信号，当冻冰模具2发生位移时，电子拉力试验机10所测压力瞬间变小判停，记录并显示所测压力变化中的最大值，该，值即为冰在该测涂层11表面的附着力。
[0036]在本实施例中，测试夹具7可为一与升降台9配套使用的台钳，用于固定覆冰后的覆冰试片I。
[0037]在本实施例中，电子拉力试验机10可以用现有技术中的电子拉力试验机，其测量精度可以达到小数点后I位，测力范围可调；主要通过两种1-1000N和1-5000N规格压力传感器8即可实现调整测力范围，电子拉力试验机10可显示测量位移，压头速度可调0.0lmm/min-500mm/min,实验时设定为10mm/min,测试结果可以打印。
[0038]在本实施例中，如图3所示，为本发明一实施例的两种压头的结构示意图；压头6包括了两种:弧形压头61及尖状压头62。
[0039]弧形压头61的圆弧与圆环冻冰模具21匹配(弧形压头61的圆弧与圆环冻冰模具21的外圆是同心圆，弧形压头的直径同圆环冻冰模具21的高度一致)，用于在按压圆环冻冰模具61时使用，保证了在实验时施加的力在同一轴心方向上。
[0040]尖状压头62，其直径与正方形框冻冰模具22及长方形框冻冰模具23 —致，用于在按压正方形框冻冰模具22及长方形框冻冰模具23时使用，尽可能的使方框受力均匀。
[0041]为了对上述测量覆冰剪切力的装置进行更为清楚的解释，下面结合图5，以一个具体的实施例来进行说明，然而值得注意的是该实施例仅是为了更好地说明本发明，并不构成对本发明不当的限定。
[0042]在一具体实施例中，利用覆冰模具测量覆冰剪切力的步骤包括:
[0043]1、结合图1所不，在覆冰试片I上涂覆待测涂层11。
[0044]2、在注水覆冰时，将圆环冻冰模具21放置在覆冰试片I的待测涂层11上，冻冰上盖3盖在圆环冻冰模具21上方，利用紧固夹夹紧。
[0045]3、将覆冰模具放入覆冰试验箱内，用注射器5量取8ml过冷水后，通过注水孔31缓慢将过冷水注入到圆环冻冰模具21内，设定试验箱温度为_20°C，结冰24h。
[0046]4、结合图5所示，在覆冰结束前lOmin，将弧形压头61安装在压力传感器8上，打开电子拉力试验机10电源，设定参数，选取压头量程“1000N”，设定试验形状为“圆环”，直径 “37.00mm”,测试速度 “ 10mm/min”。
[0047]5、在覆冰结束后，迅速打开紧固夹，移去冻冰上盖3 ;将覆冰后的覆冰试片I竖直固定在测试夹具7上，并调整升降台9及弧形压头61，使弧形压头61与圆环冻冰模具21贴
八
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[0048]6、升降台9带动弧形压头61按压圆环冻冰模具21 ;当圆环冻冰模具21发生位移时，电子拉力试验机10所测压力瞬间变小判停，记录并显示所测压力变化中的最大值。
[0049]测试结果如下:
[0050](I)、试片待测涂层表面冰的附着力为:221.68N。
[0051](2)、试片待测涂层表面冰的粘附强度:0.206MPa。
[0052](3)、压剪位移:2.174mm。
[0053]更换其他待测涂层，进行相应的覆冰剪切力测试，可以通过比较测量数据判断待测涂料的防覆冰性能。在实际应用中，可为风机叶片表面防覆冰涂料覆冰性能的评价及涂料筛选提供了有效的试验平台。
[0054]通过本发明的覆冰模具、利用其测量覆冰剪切力的装置及方法，使覆冰模拟更接近实际情况，并且通过多种形状的覆冰模具及压头实现多种覆冰情况的附着力测量，为防覆冰涂料表面附着力测量提供了有效的装置及方法。
[0055]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种覆冰模具，其特征在于，包括:冻冰模具、覆冰试片、冻冰上盖及紧固装置；其中， 所述覆冰试片上涂有待测涂层； 当覆冰时，所述冻冰模具放置在所述覆冰试片上的待测涂层上，所述冻冰上盖盖在所述冻冰模具上方； 所述紧固装置用于上下夹紧所述冻冰上盖及覆冰试片，使所述冻冰模具在所述冻冰上盖与覆冰试片之间，与所述冻冰上盖与覆冰试片紧密贴合； 所述冻冰上盖设置有注水孔，用于往所述冻冰模具内注水覆冰。
2.根据权利要求1所述的覆冰模具，其特征在于，所述冻冰模具的横截面的形状包括:圆环、正方形框或长方形框；其中， 正方形框冻冰模具是圆环冻冰模具的外切正方形； 长方形框冻冰模具的长是所述正方形冻冰模具的长的1.5倍，两者的宽相等。
3.根据权利要求2所述的覆冰模具，其特征在于，所述圆环冻冰模具采用304拉丝不锈钢或PVC材料制成； 所述正方形框冻冰模具、长方形框冻冰模具采用PVC材料制成； 所述正方形框冻冰模具与所述长方形框冻冰模具的厚度相同、高度相同，所述圆环冻冰模具的厚度小于所述正方形框冻冰模具的厚度，所述圆环冻冰模具的高度是所述正方形框冻冰模具的高度的1.5倍。
4.根据权利要求1所述的覆冰模具，其特征在于，所述冻冰上盖上粘有泡沫缓冲垫，用于当所述冻冰上盖和冻冰模具接触时保持密封。
5.根据权利要求1所述的覆冰模具，其特征在于，所述紧固装置包括紧固片及夹紧螺栓；所述紧固片用于夹住所述冻冰上盖及覆冰试片，所述夹紧螺栓用于紧固所述紧固片。
6.根据权利要求1所述的覆冰模具，其特征在于，所述紧固装置为一紧固夹，用于夹紧所述冻冰上盖及覆冰试片。
7.一种利用覆冰模具测量覆冰剪切力的装置，其特征在于，所述装置包括:覆冰模具、测试夹具、升降台、压力传感器、压头、电子拉力试验机；其中， 所述覆冰模具包括:冻冰模具、覆冰试片、冻冰上盖及紧固装置；其中， 所述覆冰试片上涂有待测涂层； 当覆冰时，所述冻冰模具放置在所述覆冰试片上的待测涂层上，所述冻冰上盖盖在所述冻冰模具上方； 所述紧固装置用于上下夹紧所述冻冰上盖及覆冰试片，使所述冻冰模具在所述冻冰上盖与覆冰试片之间，与所述冻冰上盖与覆冰试片紧密贴合； 所述冻冰上盖设置有注水孔，用于往所述冻冰模具内注水覆冰； 利用所述覆冰模具注水覆冰后，移去所述冻冰上盖、紧固装置，将冷冻在一起的所述覆冰试片及冻冰模具固定于所述测量夹具上； 所述压头安装于所述压力传感器上，用于按压所述冻冰模具； 所述压力传感器固定安装在所述升降台上，并连接于所述电子拉力试验机，用于生成所述压头按压冻冰模具时的压力值对应的压力信号，发送所述压力信号至所述电子拉力试验机；所述升降台连接电子拉力试验机，用于带动所述压头按压所述冻冰模具； 所述电子拉力试验机，用于控制所述升降台，并接收压力信号，当所述冻冰模具发生位移时，所述电子拉力试验机所测压力瞬间变小判停，记录并显示所测压力变化中的最大值。
8.根据权利要求7所述的利用覆冰模具测量覆冰剪切力的装置，其特征在于，所述冻冰模具的形状包括:圆环、正方形框或长方形框；其中， 正方形框冻冰模具是圆环冻冰模具的外切正方形； 长方形框冻冰模具的长是所述正方形冻冰模具的长的1.5倍，两者的宽相等。
9.根据权利要求8所述的利用覆冰模具测量覆冰剪切力的装置，其特征在于，所述圆环冻冰模具采用304拉丝不锈钢或PVC材料制成； 所述正方形框冻冰模具、长方形框冻冰模具采用PVC材料制成； 所述正方形框冻冰模具与所述长方形框冻冰模具的厚度相同、高度相同，所述圆环冻冰模具的厚度小于所述正方形框冻冰模具的厚度，所述圆环冻冰模具的高度是所述正方形框冻冰模具的高度的1.5倍。
10.根据权利要求9所述的利用覆冰模具测量覆冰剪切力的装置，其特征在于，所述压头包括:弧形压头、尖状压头； 所述弧形压头的圆弧与所述圆环冻冰模具匹配，用于在按压圆环冻冰模具时使用； 所述尖状压头用于在按压所述正方形框冻冰模具及长方形框冻冰模具时使用。
11.根据权利要求7所述的利用覆冰模具测量覆冰剪切力的装置，其特征在于，所述冻冰上盖上粘有泡沫缓冲垫，用于当所述冻冰上盖和冻冰模具接触时保持密封。`
12.根据权利要求7所述的利用覆冰模具测量覆冰剪切力的装置，其特征在于，所述紧固装置包括紧固片及夹紧螺栓；所述紧固片用于夹住所述冻冰上盖及覆冰试片，所述夹紧螺栓用于紧固所述紧固片。
13.根据权利要求7所述的利用覆冰模具测量覆冰剪切力的装置，其特征在于，所述紧固装置为一紧固夹，用于夹紧所述冻冰上盖及覆冰试片。
14.一种利用覆冰模具测量覆冰剪切力的方法，其特征在于，所述方法包括: 在覆冰试片上涂覆待测涂层； 在注水覆冰时，冻冰模具放置在所述覆冰试片上的待测涂层上，冻冰上盖盖在所述冻冰模具上方，利用紧固装置夹紧，向冻冰模具中注水覆冰； 在注水覆冰后，移去所述冻冰上盖、紧固装置，将冷冻在一起的所述覆冰试片及冻冰模具固定于测量夹具上； 按压所述冻冰模具，当所述冻冰模具发生位移时，利用电子拉力试验机所测压力瞬间变小判停，记录并显示所测压力变化中的最大值。
【文档编号】G01N19/04GK103760106SQ201410042121
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月28日 优先权日:2014年1月28日
【发明者】张秀丽, 黄治娟, 贺惠民, 王应高, 王娜, 闫保全, 张懿, 李永立, 马茜 申请人:国家电网公司, 华北电力科学研究院有限责任公司
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