本发明涉及覆冰粘附强度测试技术领域，特别是涉及一种覆冰粘附强度测试装置。
背景技术：
当前，国内外科研机构(包括部分油漆公司)大都采用涂层覆冰粘附强度来评价涂层的疏冰性能。然而，关于涂层覆冰粘附强度的试验方法并没有达成共识，各自用不同的测试装置和测试方法。
目前有利用定量的液态水滴滴在已制冷的待测试件表面，使其自然结冰，然后利用带有力传感器的与试件平面平行滑动的滑刀切向剥离结冰凸包，记录剥离过程中最大切向力，此值即用于表征待测表面冰黏附力。但对于不同表面，水滴的形态不同，因此结冰凸包的形态也不同，可能会影响测试结果的一致性和可比性。
目前也有将冰与待测试件放置在冷却箱中，然后调节冷却箱内的温度至试验温度，测量探头伸入冷却箱中触及粘附在待测试件上的冰，通过测力计测量冰与待测试件间的粘附力。在该方法中，冰与待测试件之间先粘附然后移入冷却箱中冷却，最后再进行剪切测试，因此，在冷却箱冷却到设定温度之前，冰容易发生融化，从而影响测试结果。此外，冰与待测样品放入冷却箱中之后不易观测，难以调整探头与冰的剪切位置。
另外也有通过搭建一个环境温度可控的离心桶，通过不断增加离心杆的旋转速度，使其一端粘附的冰块脱离，将此刻的离心力作为粘附力，并根据冰块的实际粘附面积计算出剪切粘附强度。但该方法存在冰块断裂位置不确定、实际粘附面积计算困难以及设备复杂、操作困难等缺点。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
本发明的目的是提供一种操作简便、快速，结果重复性好的覆冰粘附强度测试装置。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种覆冰粘附强度测试装置，其包括冷台、冷却循环器、套筒、待测试件以及测力元件；所述冷却循环器通过冷媒循环管路与所述冷台连接，所述待测试件固定在所述冷台上，所述套筒上下敞口，且所述套筒的至少一端周向设有拉槽，所述套筒设有拉槽的一端设于所述待测试件上，通过向所述套筒中注入液体并通过所述冷台冷却至形成冰柱；所述测力元件的一端连接连接绳套，所述连接绳套套设在所述套筒的拉槽中，所述测力元件通过所述连接绳套向所述套筒施加拉力直至所述冰柱脱离所述待测试件表面，计算得出所述冰柱与待测试件之间的覆冰粘附强度。
其中，所述测力元件为拉力计，在施加拉力时，保持所述拉力计的轴向与所述连接绳套的中心面在同一高度且所述拉力计的轴向与所述套筒的中心轴线在同一个竖直平面内。
其中，所述冷台的一侧设有可带动所述拉力计沿其轴向移动的横向移动平台，所述拉力计通过支架安装在所述横向移动平台上。
其中，所述支架为直角支架，所述直角支架包括水平段和竖直段，所述水平段固定在所述横向移动平台上，所述拉力计水平安装在所述竖直段。
其中，所述冷台设于支撑平台上，所述支撑平台的下方设有底座，所述支撑平台通过多根立柱支撑在所述底座上。
其中，所述横向移动平台的下方设有可带动所述横向移动平台沿纵向移动的纵向移动平台，所述纵向移动平台设于所述底座上。
其中，所述竖直段位于所述拉力计的上方还设有激光定位灯；所述横向移动平台和/或所述纵向移动平台为电动平移台，所述电动平移台以及所述拉力计连接至电控设备。
其中，所述横向移动平台的下方设有可转动的转台，所述转台的中心与所述底座之间通过竖直设置的转轴连接；所述拉力计的轴向、所述转台的中心线以及套筒的中心轴线位于同一竖直平面内。
其中，所述测力元件为扭矩传感器，所述扭矩传感器设于旋转台上，所述旋转台的中心位于所述扭矩传感器的上方设有可随所述旋转台转动的滚轮，所述扭矩传感器通过所述滚轮与所述连接绳套连接，所述连接绳套的一端与所述滚轮的轮边相切连接。
其中，所述测力元件为手持式测力计，所述连接绳套的一端与所述手持式测力计的轴端连接。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供的一种覆冰粘附强度测试装置，采用冷却循环器通过冷媒循环管路与冷台连接，待测试件固定在所述冷台上，套筒上下敞口且所述套筒的至少一端周向设有拉槽，所述套筒设有拉槽的一端设于所述待测试件上，通过向所述套筒中注入液体并通过所述冷台冷却至形成冰柱；所述测力元件的一端连接连接绳套，所述连接绳套套设在所述套筒的拉槽中，所述测力元件通过所述连接绳套向所述套筒施加拉力直至所述冰柱被剪切而脱离所述待测试件表面，记录最大拉力作为冰柱与待测试件表面间的粘附力，并将该力除以冰柱的粘附面积便计算得到覆冰粘附强度，操作简便、快速，结果重复性好。
每次试验时，连接绳套套在拉槽中，连接绳套与套筒之间的相对位置不会改变，试验的重复性好；同时，由于拉槽设于套筒的端部靠近冰柱的粘附面处，因此连接绳套和冰柱粘附面之间的距离很小，因此连接绳套拉套筒时的拉力对冰柱粘附面产生的附加弯矩很小，对冰柱的剪切脱离作用可以忽略，不影响覆冰粘附强度的测试准确性。
附图说明
图1为本发明实施例1一种覆冰粘附强度测试装置的结构主视图；
图2为图1的俯视图；
图3为实施例2一种覆冰粘附强度测试装置的结构主视图；
图4为图3的俯视图；
图5为实施例3一种覆冰粘附强度测试装置的结构主视图；
图6为图5的俯视图；
图7为实施例4一种覆冰粘附强度测试装置的结构主视图；
图8为图7的俯视图；
图9为本发明一种套筒的结构剖视图；
图10为本发明另一种套筒的结构剖视图；
图11为本发明第三种套筒的结构剖视图；
图中：1：冷台；2：冷却循环器；21：冷媒循环管路；3：套筒；31：拉槽；4：待测试件；5：支撑平台；51：立柱；6：底座；7：横向移动平台；8：纵向移动平台；81：手轮；9：拉力计；10：激光定位灯；11：连接绳套；111：连接绳套中心线；12：支架；13：电控设备；14：转台；15：转轴；16：旋转台；17：扭矩传感器；18：滚轮；19：手持式测力计。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上。
如图1-11所示，本发明提供了一种覆冰粘附强度测试装置，其包括冷台1、冷却循环器2、套筒3、待测试件4以及测力元件；所述冷却循环器2通过冷媒循环管路21与所述冷台1连接，冷却循环器2用于对冷媒冷却到设定温度(例如-10℃)，冷台1内形成有冷媒循环通道，冷媒循环管路21与冷媒循环通道连通，冷媒例如乙醇由冷媒循环管路21进入冷媒循环通道内对冷台1进行冷却，所述待测试件4固定在所述冷台1上，例如通过导热硅胶或者直接用水冷冻固定在冷台1上，所述套筒3上下敞口，且所述套筒3的至少一端周向设有拉槽31，当然也可以在套筒3的两端均设置拉槽31，拉槽31的截面形状可以根据需要设置，例如可以是圆弧形、锥形、矩形等，所述套筒3设有拉槽31的一端设于所述待测试件4上，通过向所述套筒3中注入液体优选为水并通过所述冷台1冷却至形成冰柱并粘附在待测试件4的上表面；所述测力元件的一端连接连接绳套11例如钢丝绳套，所述连接绳套11套设在所述套筒3靠近待测试件4的拉槽31中，所述测力元件通过所述连接绳套11向所述套筒3施加拉力直至所述冰柱脱离所述待测试件4表面，记录最大拉力作为冰柱与待测试件4表面间的粘附力，并将该力除以冰柱的粘附面积便计算得到覆冰粘附强度，操作简便、快速，结果重复性好。
如图9-10所示，对于拉槽31的形状，圆弧形、锥形拉槽31都不穿透套筒3端面，拉槽31中心点与套筒3端面之间的距离为h。每次试验中，连接绳套11套在拉槽31中，连接绳套11与套筒3之间的相对位置不会改变。同时，由于距离h很小，因此连接绳套11拉套筒3时的拉力对冰柱粘附面产生的附加弯矩(m＝f×h，其中，m为附加弯矩，f为拉力)很小，对冰柱的剪切脱离作用可以忽略，不影响覆冰粘附强度的测试准确性。
如图11所示，矩形拉槽31穿透套筒3端面，拉槽31上端面与套筒3端面之间的距离为h，h应略大于连接绳套11的直径，以便连接绳套11能够套在拉槽31中，并且在拉槽31中的上下位移很小，能够实现准确定位。同样，此种结构的拉槽31产生的附加弯矩也很小，不影响覆冰粘附强度的测试准确性。
下面通过三个具体实施例进一步说明本发明的内容，但是并不用来限定本发明的保护范围。
实施例1
本发明的实施例1中，如图1-2所示，所述测力元件为拉力计9，在施加拉力时，保持所述拉力计9的轴向与所述连接绳套11的中心面在同一高度且所述拉力计9的轴向与所述套筒3的中心轴线在同一个竖直平面内，以保证测试结果的准确性。
为了方便调节拉力计9的轴向位移，所述冷台1的一侧设有可带动所述拉力计9沿其轴向(x向)移动的横向移动平台7，所述拉力计9通过支架12安装在所述横向移动平台7上。
具体地，所述支架12为直角支架12，所述直角支架12包括水平段和竖直段，所述水平段固定在所述横向移动平台7上，所述拉力计9水平安装在所述竖直段，方便拉力计9安装，同时也便于保持拉力计9的轴线水平。
为了便于冷台1安装，所述冷台1设于支撑平台5上，所述支撑平台5的下方设有底座6，所述支撑平台5通过多根立柱51支撑在所述底座6上。
为了方便调节拉力计9的纵向位移，所述横向移动平台7的下方设有可带动所述横向移动平台7沿纵向(y向)移动的纵向移动平台8，所述纵向移动平台8设于所述底座6上。
其中，所述竖直段位于所述拉力计9的上方还可以设有激光定位灯10，激光定位灯10的轴线与拉力计9的轴线在同一竖直平面内，优选使用可打出一字红线或者十字红线的激光定位灯10，红线应该细而且均匀，准直型和稳定性高；所述横向移动平台7和/或所述纵向移动平台8为电动平移台，例如均为电动平移台，当然也可以有其中之一为手动平台，本实施例中，横向移动平台7为电动平移台，纵向移动平台8为手动平台，所述电动平移台以及所述拉力计9连接至电控设备13例如电脑，拉力计9的测试信号通过数据采集卡采集并输入电脑进行处理分析；电动平移台的运动由电脑程序控制电机的运动控制卡和驱动器来实现。
采用实施例1的试验过程为：开启冷却循环器2对冷台1及固定在冷台1上表面的待测试件4降温；在套筒3下端面均匀涂抹少量的低温油脂，从而套筒3下端面便不会与待测试件4表面粘附，待待测试件4表面温度降到试验温度(可以用红外点温枪测量)后，将套筒3放置在待测试件4表面，并向套筒3内注射一定量的水，水在待测试件4表面的低温作用下逐渐凝固成冰柱并粘附在待测试件4表面上；开启激光定位灯10，转动手轮81调整纵向平移台沿纵向调节，使激光光线与套筒3的轴线在竖平面内；将钢丝绳套套在套筒3的拉槽31中，钢丝绳套的另一端固定在拉力计9的轴线上，此时钢丝绳套的中心线与横向移动平台7(电动平移台)的移动方向重合(此时激光光线与钢丝绳套的中心线在水平面内的投影线之间的夹角ɑ＝0°)；通过电脑程序设定电动平移台的移动速度和距离，启动电动平移台，钢丝绳逐渐张紧，拉力逐渐增大，最终将冰柱拉离待测试件4表面；电脑记录拉力计9的最大拉力作为冰柱与待测试件4表面间的粘附力，并将该力除以冰柱的粘附面积s(s＝πr2，r为冰柱半径)便计算得到覆冰粘附强度。
在试验过程中，如果要控制试验的环境温度和湿度，可以将整个测试装置安装在温湿度箱中进行。
实施例2
如图3-4所示，实施例2与实施例1的区别在于将纵向移动平台8替换成能绕z轴自由转动的转台14，具体地，所述横向移动平台7的下方设有可转动的转台14，所述转台14的中心与所述底座6之间通过竖直设置的转轴15连接；所述拉力计9的轴向、所述转台14的中心线以及套筒3的中心轴线位于同一竖直平面内。在转台14的边缘处安装电动平移台，使拉力计9的轴线在水平平面内的投影线经过转台中心，同时确保在电动平移台的整个移动量内，钢丝绳套在拉力计9上的连接点p不越过转台中心；将钢丝绳套套在套筒3的拉槽31中，钢丝绳套的另一端固定在拉力计9轴线上的连接点p；通过电脑程序设定电动平移台的移动速度和距离，启动电动平移台，钢丝绳逐渐张紧。此时，由于转台能够自由转动，因此在力平衡条件下，拉力计9的轴线、套筒3的轴线和转台14的轴线都会自动保持在竖平面内，从而实现了自动定位(即钢丝绳套的中心线与电动平移台的移动方向相同，并经过转台14中心)；随着拉力逐渐增大，钢丝绳套最终将冰柱拉离待测试件4表面；电脑记录拉力计9的最大拉力作为冰柱与待测试件4表面间的粘附力，并将该力除以冰柱的粘附面积s(s＝πr2，r为冰柱半径)便计算得到覆冰粘附强度。
实施例3
本实施例中，如图5-6所示，所述测力元件为扭矩传感器17，所述扭矩传感器17设于旋转台16上，本实施例采用电动旋转台16，所述旋转台16的中心位于所述扭矩传感器17的上方设有可随所述旋转台16转动的滚轮18，所述扭矩传感器17通过所述滚轮18与所述连接绳套11连接，用于收放连接绳套11，所述连接绳套11的一端与所述滚轮18的轮边相切连接。调整滚轮18的安装高度，使滚轮18的中心对称面与套筒3拉槽31的中心面在同一高度；将连接绳套11套在套筒3的拉槽31中，连接绳套11的另一端固定在滚轮18上；通过电脑程序设定电动旋转台16的转动速度和转角，启动电动旋转台16，钢丝绳逐渐张紧。此时，在力平衡条件下，连接绳套中心线111自动与滚轮18相切；随着扭矩逐渐增大，钢丝绳最终将冰柱拉离待测试件4表面；电脑根据扭矩传感器17的最大扭矩换算出最大拉力f0(f0＝m0/r，m0为扭矩传感器17的最大扭矩，r为钢丝绳滚轮18的半径)，并将其作为冰柱与待测试件4表面间的粘附力，再将该力除以冰柱的粘附面积s(s＝πr2，r为冰柱半径)便计算得到覆冰粘附强度。
实施例4
本实施例中，如图7-8所示，所述测力元件为手持式测力计19，所述连接绳套11的一端与所述手持式测力计19的轴端连接。作业人员将连接绳套11套在套筒3的拉槽31中，并将连接绳套11的另一端固定在手持式测力计19的拉钩上；略微张紧连接绳套11并调整手持式测力计19的高度，使连接绳套11的中心线与手持式测力计19的中心线重合，同时使连接绳套11的中心线位于套筒3拉槽31的中心面上。连接绳套中心线111与x轴之间的夹角ɑ可以为任意值；作业人员缓慢拉手持式测力计19，连接绳套11作用在套筒3上的拉力逐渐增大，最终将冰柱拉离待测试件4表面；测力计会自动记录最大拉力值f0(即冰柱与待测试件4表面间的粘附力)，再将该力除以冰柱的粘附面积s(s＝πr2，r为冰柱半径)便计算得到覆冰粘附强度。
由以上实施例可以看出，本发明能够方便计算得到覆冰粘附强度，整个测试装置操作简便、快速，结果重复性好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。