本發(fā)明具體涉及一種快速評價低冰點彈性涂層抗覆冰能力的設(shè)備及方法。
背景技術(shù)：
：我國氣候冬夏分明，位于北溫帶和亞熱帶，大部分地區(qū)屬于冰雪多發(fā)地區(qū)，尤其是在東北、西北、華北等冬季積雪地區(qū)。冬季降雪和冰凍嚴(yán)重影響了公路的正常運營，路面積雪結(jié)冰給交通和出行帶來了極大的不便，導(dǎo)致交通事故頻發(fā)，特別是在初冬和初春季節(jié)，路面積雪在車輛荷載和溫度變化的重復(fù)作用下，在路面表面極易形成薄冰，給道路交通安全帶來隱患。除此之外，隨著中國列車的提速，動車組的大規(guī)模發(fā)展，人們對鐵路交通安全的重視程度越來越高。鐵路交通的安全性高一直是鐵路運輸?shù)闹匾獌?yōu)勢，只有多方面考慮安全問題，盡可能降低運輸過程中產(chǎn)生的安全隱患，才能保持和鞏固鐵路運輸?shù)膬?yōu)勢地位。在我國東北部，冬季室外氣溫常常在零下二十?dāng)z氏度，有時甚至達(dá)到零下三十?dāng)z氏度這樣的低溫，列車長時間運行在這種環(huán)境中，特別是在雨雪天氣后，積雪結(jié)冰現(xiàn)象在所難免。雖然鐵路交通的運行比公路交通不易受到氣候的影響，但是列車在冰雪天氣運行時仍會存在安全隱患。列車結(jié)冰有可能導(dǎo)致軌道交通延誤，嚴(yán)重的積雪覆冰甚至導(dǎo)致列車停運和損壞。冰雪容易堆積在列車底盤和轉(zhuǎn)向架上面，如果不及時清除，可能會造成列車剎車系統(tǒng)和軸承部件的故障。冰雪附著還可能會破壞車鉤、車廂電纜，嚴(yán)重時甚至導(dǎo)致列車的報廢，給客貨運輸帶來不便。同時還可能對交通設(shè)施造成嚴(yán)重破壞，造成建設(shè)單位巨大的經(jīng)濟(jì)損失。傳統(tǒng)的列車除冰方式是將列車拖入維修車間，然后用加熱的氣體或液體對冰層進(jìn)行噴射使之融解。有時甚至采用人工敲打的方式直接敲碎并清除附著在列車表面、車底的冰層。這些方式不僅耗費大量的人力物力，而且在除冰效果以及除冰速率方面都不盡人意。在不同領(lǐng)域有不同的除冰方式。例如飛機(jī)除冰有先進(jìn)的紅外線除冰，電磁脈沖除冰等方法；路面和鐵路機(jī)車除冰有人工清除法，機(jī)械除冰雪，撒布融雪劑，抑制凍結(jié)鋪裝技術(shù)和噴涂低冰點彈性涂層等方法。近年來，抑制凍結(jié)鋪裝技術(shù)和噴涂低冰點彈性涂層成為一種新型除冰技術(shù)日趨發(fā)展起來，兩種技術(shù)均是利用特殊材料的變形能力較強(qiáng)的特性，通過在外荷載作用下產(chǎn)生的自應(yīng)力，使表面冰層破碎，從而有效地抑制積雪和覆冰現(xiàn)象。此類方法的優(yōu)點是彈性除冰涂層利用其自身的彈性和冰與界面之間力學(xué)性能的差異進(jìn)行除冰，不僅可以使冰面破碎，還能使冰層和界面分離，除冰效果徹底。利用低冰點彈性涂層自身的彈性和變形在荷載作用下進(jìn)行除冰，克服了化學(xué)除冰雪方式造成的環(huán)境污染，而且除冰的同時不影響正常交通。因此，評價新技術(shù)有效性的方法就顯得尤為重要。目前，對于低冰點彈性涂層抗覆冰的評價方法有拉拔實驗等測試方法，但是現(xiàn)有方法不能測量出不同厚度冰體情況下與接觸界面粘結(jié)力，無法準(zhǔn)確的反映出涂層的彈性變形能力對破冰效果的影響，也無法反應(yīng)出在實際除冰過程中沖擊力對除冰效果的影響?？傊?，傳統(tǒng)列車除冰方式操作步驟冗余且耗時費力，由于除冰過程簡單且粗暴，導(dǎo)致除冰工作對列車剎車系統(tǒng)、軸承部件或其他重要部件傷害嚴(yán)重，甚至導(dǎo)致報廢，缺少有效評價方法對列車除冰進(jìn)行指導(dǎo)，難以實現(xiàn)合理有效地除冰方式。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種快速評價低冰點彈性涂層抗覆冰能力的設(shè)備及方法，以解決現(xiàn)有用于測量冰體與接觸界面粘結(jié)力的實驗設(shè)備及方法中，無法測定不同厚度冰體與接觸界面粘結(jié)力，無法滿足高效準(zhǔn)確的反映出彈性涂層的彈性變形能力對破冰效果影響的問題。為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種快速評價低冰點彈性涂層抗覆冰能力的設(shè)備，它包括立柱、支架、球體、記錄裝置、底座、基體、冰體和彈性涂層，所述底座水平設(shè)置，所述立柱豎直設(shè)置在底座上，所述支架位于底座的正上方且其一端設(shè)置在立柱上，支架沿立柱的高度方向往復(fù)運動，球體設(shè)置在支架上，基體設(shè)置在底座上，彈性涂層設(shè)置在基體上，冰體設(shè)置在彈性涂層上，所述記錄裝置設(shè)置在立柱或支架上且其記錄端朝向冰體設(shè)置。利用具體實施方式一所述的設(shè)備實現(xiàn)的評價低冰點彈性涂層抗覆冰能力的方法，所述方法包括以下步驟：步驟一：在基體上噴涂彈性涂層；步驟二：模擬實際工況，啟動制冷設(shè)備，使彈性涂層表面結(jié)冰形成冰體，帶有彈性涂層和冰體的基體作為測試試樣；步驟三：檢查并確保底座水平設(shè)置，安裝記錄裝置；步驟四：將步驟二中得到的測試試樣進(jìn)行稱重，稱得的質(zhì)量為m0，然后將測試試樣放到底座上，設(shè)定測試試樣的中心點為O，確保測試試樣的中心點O與球體的中心處于同一垂線上，選定中心點O為第一撞擊點，調(diào)整支架至試驗要求的指定高度并固定，將記錄裝置連接電腦，調(diào)整記錄裝置的位置并確保記錄裝置的記錄端朝向冰體設(shè)置，開啟錄像模式；步驟五：使球體自由下落至測試試樣的表面；步驟六：移除球體，將測試試樣的破損面進(jìn)行翻轉(zhuǎn)使冰體朝下，清除已脫離彈性涂層表面的碎冰，然后稱量清除碎冰后的測試試樣的質(zhì)量，稱得的質(zhì)量為m1；步驟七：將測試試樣再次放在底座上，在測試試樣的一端處選取一點為第二撞擊點A，第二撞擊點A與中心點O之間的距離為測試試樣長度的1/4～1/3，調(diào)整支架或測試試樣的位置使第二撞擊點A與球體的中心處于在同一垂線上；步驟八：重復(fù)操作步驟五和步驟六進(jìn)行二次撞擊，二次撞擊完成后，對二次撞擊后的測試試樣的質(zhì)量進(jìn)行稱量，稱得的質(zhì)量為m2；步驟九：將測試試樣再次放在底座上，在測試試樣的另一端處選取一點為第三撞擊點B，第三撞擊點B與中心點O之間的距離為測試試樣長度的1/4～1/3，調(diào)整支架或測試試樣的位置使第三撞擊點B與球體的中心處于在同一垂線上；步驟十：重復(fù)操作步驟五和步驟六進(jìn)行三次撞擊，三次撞擊完成后，對三次撞擊后的測試試樣的質(zhì)量進(jìn)行稱量，稱得的質(zhì)量為m3，同理在測試試樣上選取其他撞擊點，進(jìn)行N次撞擊；步驟十一：設(shè)定冰體在球體第1次撞擊后的質(zhì)量損失率為LI1，冰體在球體第1次撞擊后的質(zhì)量損失率為LI1，冰體在球體第2次撞擊后的質(zhì)量損失率為LI2，冰體在球體第3次撞擊后的質(zhì)量損失率為LI3，冰體在球體第N次撞擊后的質(zhì)量損失率為LIN，分別計算冰體在球體第1次、第2次、第3次至第N次撞擊后的質(zhì)量損失率，質(zhì)量損失率越大，則彈性涂層的抗覆冰能力越強(qiáng)；冰體的質(zhì)量損失率的計算公式如下：第一次撞擊的質(zhì)量損失率：第二次撞擊的質(zhì)量損失率：第三次撞擊的質(zhì)量損失率：第N次撞擊的質(zhì)量損失率：步驟十二：打開記錄裝置錄制的視頻，逐一測量球體每次下落后冰體表面的出現(xiàn)各條裂縫的長度，計算出各條裂縫的長度之和為該次撞擊形成裂縫總長度C，裂縫總長度C越大，則表明彈性涂層的抗覆冰能力越強(qiáng)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：本發(fā)明有效解決了現(xiàn)有方法或裝置僅能測量冰與界面粘結(jié)力以及現(xiàn)有方法無法滿足可以高效準(zhǔn)確的反映出彈性涂層的彈性變形能力對破冰效果影響的問題。本發(fā)明能夠在不同彈性涂層材料下形成不同厚度的冰，并測量該種冰與不同材料粘結(jié)程度，從而為機(jī)械法除冰系統(tǒng)提供技術(shù)支持。同時，本發(fā)明還能準(zhǔn)確的反映出涂層的彈性變形能力對破冰效果的影響.本發(fā)明設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單且使用方便，本發(fā)明的方法操作簡單且評價評價低冰點彈性涂層抗覆冰能力的準(zhǔn)確性高，能夠為不同種類低冰點彈性涂層除冰法提供有利技術(shù)支持。本發(fā)明能夠有效反應(yīng)出在實際除冰過程中沖擊力對除冰效果的影響，具有顯著的進(jìn)步意義。附圖說明附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例共同用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：圖1為本發(fā)明中設(shè)備的主視結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為球體投放用板9的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為球體投放用板9的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為球體投放用板9與測試試樣之間工作位置關(guān)系的示意圖；圖5為圖1中D處的放大示意圖；圖6為球體投放用板9與支架2之間連接關(guān)系的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方式以下將結(jié)合附圖和實施例來詳細(xì)說明本發(fā)明的實施方式，借此對本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達(dá)到實現(xiàn)效果的技術(shù)過程能夠充分理解并據(jù)以實施，需要說明的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明的各個實施例以及各個實施例中的各個特征可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。具體實施方式一：結(jié)合圖1和圖5說明本實施方式，本實施方式包括立柱1、支架2、球體3、記錄裝置4、底座5、基體6、冰體7和彈性涂層8，所述底座5水平設(shè)置，所述立柱1豎直設(shè)置在底座5上，所述支架2位于底座5的正上方且其一端設(shè)置在立柱1上，支架2沿立柱1的高度方向往復(fù)運動，球體3設(shè)置在支架2上，基體6設(shè)置在底座5上，彈性涂層8設(shè)置在基體6上，冰體7設(shè)置在彈性涂層8上，所述記錄裝置4設(shè)置在立柱1或支架2上且其記錄端朝向冰體7設(shè)置。本實施方式中球體3為鋼球，鋼球的質(zhì)量根據(jù)實驗的具體要求選定。本實施方式中基體6為矩形，冰體7的形狀與基體6的形狀相配合，彈性涂層8的外形與冰體7的形狀一致。本實施方式中冰體7厚度的取值范圍為0.3cm-2.5cm，最佳取值為1cm。冰體7厚度取值由彈性涂層8的材料及厚度決定。在實驗指定的動能條件下，冰體7厚度隨彈性涂層8厚度的增加而增加，但當(dāng)冰體厚度超過3cm的時候，即使彈性涂層厚度再增加，除冰效果無明顯差別。本實施方式中彈性涂層8的材料為可大變形、可小變形或其他具有彈性的軟質(zhì)材料，例如液體丁腈、低丙烯丁腈橡膠、PVC合金膠或其他柔性材料均可，根據(jù)實驗的具體要求選定彈性涂層8的種類即可。本實施方式中基體6的材料為鋼板、鐵板或其他硬質(zhì)材料制成的板體。具體實施方式二：本實施方式為具體實施方式一的進(jìn)一步限定，本實施方式中所述立柱1上加工有刻度?？潭鹊臉?biāo)記有效顯示出支架2的上升和下落高度，能夠有效記錄支架2的位移距離。具體實施方式三：結(jié)合圖1、圖2、圖3、圖4和圖6說明本實施方式，本實施方式中支架2上設(shè)置球體投放用板9，所述球體投放用板9沿其板厚方向加工有中心孔9-1和多個矯位孔9-2，所述中心孔9-1正對于冰體7的中心設(shè)置，多個矯位孔9-2均朝向冰體7設(shè)置。本實施方式中球體投放用板9上的中心孔9-1和多個矯位孔9-2是為了配合球體3而設(shè)置。中心孔9-1和多個矯位孔9-2均為球體3的定位通過孔，起到有效輔助球體3從指定位置落下并撞擊冰體7的指定位置。多個矯位孔9-2分別位于中心孔9-1的兩側(cè)。對球體3的下落位置起到準(zhǔn)確的引導(dǎo)作用，矯正球體3的下落位置，有效防止球體3下落位置發(fā)生偏移的問題發(fā)生。本實施方式中球體投放用板9的形狀與冰體7的形狀相一致。其他結(jié)構(gòu)及連接關(guān)系與具體實施方式一相同。具體實施方式四：本實施方式為具體實施方式一、二或三的進(jìn)一步限定，本實施方式中所述支架2為伸縮式支架，所述支架2沿底座5長度方向作出收縮或伸展動作。本實施方式中支架2設(shè)置為伸縮式支架有利于提高本發(fā)明中設(shè)備整體的靈活性。更加便于準(zhǔn)確且有效地進(jìn)行撞擊實驗。具體實施方式五：結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式中記錄裝置4為攝像頭。其他能夠?qū)崿F(xiàn)記錄撞擊過程中冰體7出現(xiàn)裂縫影像的裝置均可。其他結(jié)構(gòu)及連接關(guān)系與具體實施方式四相同。具體實施方式六：結(jié)合圖1、圖2、圖3、圖4和圖5說明本實施方式，本實施方式中所述方法包括以下步驟：步驟一：在基體6上噴涂彈性涂層8；步驟二：模擬實際工況，啟動制冷設(shè)備，使彈性涂層8表面結(jié)冰形成冰體7，帶有彈性涂層8和冰體7的基體6作為測試試樣；步驟三：檢查并確保底座5水平設(shè)置，安裝記錄裝置4；步驟四：將步驟二中得到的測試試樣進(jìn)行稱重，稱得的質(zhì)量為m0，然后將測試試樣放到底座5上，設(shè)定測試試樣的中心點為O，確保測試試樣的中心點O與球體3的中心處于同一垂線上，選定中心點O為第一撞擊點，調(diào)整支架2至實驗要求的指定高度并固定，將記錄裝置4連接電腦，調(diào)整記錄裝置4的位置并確保記錄裝置4的記錄端朝向冰體7設(shè)置，開啟錄像模式；步驟五：使球體3自由下落至測試試樣的表面；步驟六：移除球體3，將測試試樣的破損面進(jìn)行翻轉(zhuǎn)使冰體7朝下，清除已脫離彈性涂層8表面的碎冰，然后稱量清除碎冰后的測試試樣的質(zhì)量，稱得的質(zhì)量為m1；步驟七：將測試試樣再次放在底座5上，在測試試樣的一端處選取一點為第二撞擊點A，第二撞擊點A與中心點O之間的距離為測試試樣長度的1/4～1/3，調(diào)整支架2或測試試樣的位置使第二撞擊點A與球體3的中心處于在同一垂線上；步驟八：重復(fù)操作步驟五和步驟六進(jìn)行二次撞擊，二次撞擊完成后，對二次撞擊后的測試試樣的質(zhì)量進(jìn)行稱量，稱得的質(zhì)量為m2；步驟九：將測試試樣再次放在底座5上，在測試試樣的另一端處選取一點為第三撞擊點B，第三撞擊點B與中心點O之間的距離為測試試樣長度的1/4～1/3，調(diào)整支架2或測試試樣的位置使第三撞擊點B與球體3的中心處于在同一垂線上；步驟十：重復(fù)操作步驟五和步驟六進(jìn)行三次撞擊，三次撞擊完成后，對三次撞擊后的測試試樣的質(zhì)量進(jìn)行稱量，稱得的質(zhì)量為m3，同理在測試試樣上選取其他撞擊點，進(jìn)行N次撞擊；步驟十一：設(shè)定冰體7在球體3第1次撞擊后的質(zhì)量損失率為LI1，冰體7在球體3第1次撞擊后的質(zhì)量損失率為LI1，冰體7在球體3第2次撞擊后的質(zhì)量損失率為LI2，冰體7在球體3第3次撞擊后的質(zhì)量損失率為LI3，冰體7在球體3第N次撞擊后的質(zhì)量損失率為LIN，分別計算冰體7在球體3第1次、第2次、第3次至第N次撞擊后的質(zhì)量損失率，質(zhì)量損失率越大，則彈性涂層的抗覆冰能力越強(qiáng)；冰體7的質(zhì)量損失率的計算公式如下：第一次撞擊的質(zhì)量損失率：第二次撞擊的質(zhì)量損失率：第三次撞擊的質(zhì)量損失率：第N次撞擊的質(zhì)量損失率：步驟十二：打開記錄裝置4錄制的視頻，逐一測量球體3每次下落后冰體7表面的出現(xiàn)各條裂縫的長度，計算出各條裂縫的長度之和為該次撞擊形成裂縫總長度C，裂縫總長度C越大，則表明彈性涂層的抗覆冰能力越強(qiáng)。本方法中的步驟五、八和十中還設(shè)置有球體投放用板7以糾正和定位球體3的撞擊位置。本方法中球體3在第1次撞擊冰體7后，冰體表面形成的裂縫總長度為C1，球體3在第2次撞擊冰體7后，冰體表面形成的裂縫總長度為C2，球體3在第3次撞擊冰體7后，冰體表面形成的裂縫總長度為C3，球體3在第N次撞擊冰體7后，冰體表面形成的裂縫總長度為CN。結(jié)合本發(fā)明的實施例：實施例一：利用本發(fā)明分別對三種工況：底面為純鋼板、底面為可小變形的低冰點彈性涂層、底面為可大變形的低冰點彈性涂層，進(jìn)行對本發(fā)明的效果驗證。上述三種工況的冰體7厚度均為0.5cm，基體6尺寸為10cm×20cm，支架2高度為50cm，球體3質(zhì)量為200g。嚴(yán)格按照相同的實驗操作程序進(jìn)行效果驗證，對低冰點彈性涂層抗覆冰能力進(jìn)行評價。實驗結(jié)果如下表所示：為對比驗證本發(fā)明評價指標(biāo)的準(zhǔn)確性及優(yōu)越性，進(jìn)行了原實驗方法的對比，原實驗方法為拉拔實驗。相同地，分別對三種工況：底面為純鋼板、底面為可小變形的低冰點彈性涂層、底面為可大變形的低冰點彈性涂層，使用舊實驗方法進(jìn)行效果驗證。三種工況的冰體厚度均為0.5cm，同樣地，嚴(yán)格按照相同的實驗操作程序進(jìn)行效果驗證，對低冰點彈性涂層抗覆冰能力進(jìn)行評價。實驗結(jié)果如下表所示：拉拔力MPa純鋼板3.9小變形涂層2.1大變形涂層1.8利用本發(fā)明測試出的評價指標(biāo)可以看出，大變形低冰點彈性涂層抗覆冰能力強(qiáng)于低冰點小變形彈性涂層，遠(yuǎn)強(qiáng)于純鋼板抗覆冰能力。除此之外，本發(fā)明還可以通過不同質(zhì)量的鋼球有效測量出在實際除冰過程中沖擊力對除冰效果的影響。而在舊實驗方法中，測試鋼球與冰體7的拉拔力時，拉拔斷裂面為冰體7中部而并非鋼板與冰的接觸界面處斷裂，不僅無法準(zhǔn)確評價剛性涂層和彈性涂層之間抗覆冰能力的差異，也無法顯著分辨出不同涂層間的抗覆冰能力，還無法快速評價外界沖擊力對除冰效果的影響。因此由上述實際實驗可以證明，本發(fā)明在快速評價低冰點彈性涂層抗覆冰能力上有著顯著的準(zhǔn)確、客觀性，具有進(jìn)步意義。當(dāng)前第1頁1 2 3