一种分布式自然环境光老化加速试验装置的制作方法

1.本发明属于自然环境加速试验技术领域，具体涉及一种分布式自然环境光老化加速试验装置。


背景技术：

2.现有文献cn113155715b公开了一种高分子材料高加速老化试验装置，包括紫外光反射系统、样品温度控制系统、太阳跟踪系统（包括手动模式和自动模式，通过控制箱控制，当系统由手动模式切换成自动模式时，系统自动寻找最佳聚光仰角和转角进行高加速老化试验，传感元件包括温度传感器、湿度传感器和辐照传感器）、多环境因素协调控制系统，该方案通过跟踪太阳并聚光，可实现30～50倍的加速老化速率。文献cn109580465a提供了一种强化光热效应的自然环境加速试验装置及其使用方法，包括试验箱和试验箱内的温湿度传感器，试验箱设置于太阳跟踪设备上，太阳跟踪设备连接控制器，控制器控制太阳跟踪设备动作以实现太阳高度角和方位角的跟踪，使试验箱顶部始终与太阳光线垂直，该方案具有热辐射热效应强化效果好、试验加速倍率高的优势。然而，采用前述加速老化试验装置无法精确、快速地拓展加速倍率。更关键地是，采用现有加速老化试验装置拓展加速倍率难度较大，所需成本较高，通常需要更改整个试验装置。


技术实现要素：

3.针对背景技术中存在的问题，本发明目的在于提供一种能够精确、快速拓展加速倍率的分布式自然环境光老化加速试验装置。
4.本发明目的是采用如下技术方案实现的。
5.一种分布式自然环境光老化加速试验装置，包括：样品固定在样品安装座上，在样品侧方设置有太阳跟踪反射镜组件，以及控制系统，控制系统用于监测、控制温度数据和辐照数据，用于控制太阳跟踪反射镜组件的跟踪装置始终跟随太阳方位转动（太阳方位角即目标方位），用于控制每个太阳跟踪反射镜组件的反射镜调节至太阳高度角（太阳高度角即目标角度），其特征在于：以样品为中心，多个相互独立的太阳跟踪反射镜组件共同构成扇形反射区或圆形反射区，且所有太阳跟踪反射镜组件的反射镜能够将紫外光反射至样品上。
6.作为优选方案，所述扇形反射区或圆形反射区间隔布置有多排太阳跟踪反射镜组件，每排太阳跟踪反射镜组件呈弧形布局或圆形布局。
7.进一步地，在所述样品安装座上设置有喷淋组件，喷淋组件的喷头位于样品上方，采用这样地方案，可实现光-湿耦合效应，在高加速倍率下提高试验结果与自然环境下试验结果的相关性和准确性。为达到最大的加速效果，喷淋周期可按如下方式间隔设定，
样品安装座上还设置黑板温度计和紫外辐射传感器。黑板温度计测试范围应大于150℃，且响应时间应小于5s；紫外辐射传感器， 300nm～400nm波段测量范围应不小于4000w/m2，且表面应封装一块紫外300nm～400nm波段透过率为10%的滤光片，防止多面反射镜照射时，传感器饱和。样品安装座上还设置有离心降温风机，离心风机出风口连接风道，风道出口有导风板，使得风能吹拂样品表面，实现风冷降温，通常离心风机风量应不小于35m3/min,风口设计应有足够的出风面积，保证样品表面风速不大于15m/s。当样品表面温度或黑板温度高于设定值时，应启动离心风机，吹风降温。
8.为降低试验装置安装难度，并降低拓展加速倍率难度和试验难度，太阳跟踪反射镜组件、样品安装座安装在地面或者混凝土基础上。
9.为了能够更加快速地改变加速倍率，所有太阳跟踪反射镜组件的反射镜能够翻转至水平状态和/或竖直状态，太阳跟踪反射镜组件能够实现倾角调整。
10.作为优选，太阳跟踪反射镜组件包括太阳跟踪机构，太阳跟踪机构的承载部上设置有转动支座，转动支座顶部设置有翻转机构，翻转机构连接反射镜，通过翻转机构控制反射镜进行俯仰翻转，通过转动支座控制反射镜水平转动；转动支座包括底板，在底板上设置有传动箱，在传动箱内设置有涡轮蜗杆机构，涡轮蜗杆机构的蜗杆连接电机，涡轮蜗杆机构的涡轮轴连接顶板，顶板上安装翻转机构，电机转动时带动蜗杆转动，进而带动涡轮转动，进而带动顶板和翻转机构同步转动；翻转机构包括活动杆，活动杆上端固定连接反射镜，活动杆下端铰接连接顶板，活动杆侧壁固定连接第二电机，第二电机运行时带动活动杆和反射镜同步进行俯仰翻转。太阳跟踪反射镜组件安装于可调倾角的机构上，该机构可采用可锁止的万向球头，也可采用可锁止的三维万向节支架。优选地：涡轮蜗杆机构减速比选择40～60倍且能自锁，电机选择无刷5v、12v或24v直流电机减速电机，转速2.2r/min～5r/min，扭矩应大于5n.m；反射镜应采用紫外光选择反射镜，要求在300～400nm波段，反射率平均值应大于80%，而400nm以上波段反射率应低于10%。
11.为了能够针对重大型柱状样品开展加速光老化试验，并对柱状样品稳定、有效地开展加速老化试验，样品为柱状样品，柱状样品安装座包括柱形筒座，柱形筒座底部设置有带阀门的排料短管，柱形筒座内插装有圆柱形支撑体，圆柱形支撑体顶部连接有顶平板，顶平板底壁始终贴靠柱形筒座顶沿，顶平板上设置有灌砂孔，圆柱形支撑体底端刚好贴靠在柱形筒座底壁，柱形筒座侧壁设置有多个径向布置的螺孔，每个螺孔内配合有球头顶丝；将柱状样品的底板固定在圆柱形支撑体的顶平板上，柱形筒座内壁与圆柱形支撑体外壁之间的腔室内填充有钢砂。
12.为了能够更加准确、更稳定地对运动过程中的样品开展加速老化试验，圆柱形支撑体的顶平板外周具有齿部，齿部配合立式蜗杆，蜗杆底部连接驱动系统，驱动系统运行时带动立式蜗杆转动，进而带动顶平板和柱状样品同步转动。
13.作为优选，柱状样品长度小于圆柱形支撑体高度。
14.作为优选，柱形筒座内径为圆柱形支撑体外径的1.5-2倍。
15.有益效果：1、采用本发明方案，不仅能够实现太阳辐射光效应的高效强化，能够实现数十至数百倍加速老化速率的任意调节，能够有效防止样品过应力损坏，而且能够精确、快速地拓展加速倍率，还能够实现恒定辐射强度的光老化试验；2、本发明适用于开展从整机到零部件、材料各层级产品的高倍率自然环境加速光老化试验；本发明可根据靶板处太阳辐射强度测试数据调节辐照强度，实现不同季节、不同时段的自然环境加速光老化试验；还能够准确、稳定地对运动过程中的样品开展加速老化试验；3、采用本发明方案，样品靶板、反射镜均为独立安装，安装、维护、更换方便，可扩展性强，可根据需要快速布局反射镜，而不需要对整个装置进行更改；4、试验装置的重心低，具有可抗10级风的抗风能力，无碳排放，尤其适用于安装在偏远极端气候区，安装样品非常方便；5、便于精确、快速调整样品受试区域的辐照温度，能够在三秒内完成样品上任意受试区域的辐照调节；6、不仅适用于对小型样品开展加速光老化试验，而且能够针对重大型样品开展加速光老化试验，还能够对柱状样品稳定、有效地开展加速老化试验。
附图说明
16.图1是实施例1中分布式自然环境光老化加速试验装置示意图；图2是实施例1中分布式自然环境光老化加速试验装置的太阳跟踪反射镜组件示意图；图3是图2的转动支座内部结构示意图；图4是实施例1中分布式自然环境光老化加速试验装置的样品安装结构示意图；图5是实施例2中分布式自然环境光老化加速试验装置示意图；图6是实施例3中分布式自然环境光老化加速试验装置的样品安装结构示意图。
具体实施方式
17.以下结合附图和具体实施例，对本发明进一步说明，应当理解，此次所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
18.实施例1如图1所示，一种分布式自然环境光老化加速试验装置，包括：样品2固定在样品安装座1上，在样品2侧方设置有太阳跟踪反射镜组件，以及控制系统，控制系统用于监测、控制温度数据和辐照数据，用于控制太阳跟踪反射镜组件的跟踪装置始终跟随太阳转动（次过程原理和控制技术为现有技术，具体参见常见的太阳跟踪系统），用于控制太阳跟踪反射镜组件的跟踪装置始终跟随太阳方位转动，用于控制每个太阳跟踪反射镜组件的反射镜调节至太阳高度角，还包括太阳能供电系统，太阳能供电系统的光伏电池板安装于样品与太阳跟踪反射镜组件之间。以样品2为中心，多个相互独立的太阳跟踪反射镜组件共同构成扇形反射区，且所有太阳跟踪反射镜组件的反射镜能够将紫外光反射至样品2上。其中，扇形反射区间隔布置有多排太阳跟踪反射镜组件，每排太阳跟踪反射镜组件呈弧形布局；在样
品安装座1上设置有喷淋组件，喷淋组件的喷头位于样品2上方；太阳跟踪反射镜组件、样品安装座1安装在地面或者混凝土基础上，所有太阳跟踪反射镜组件的反射镜能够翻转至水平状态和竖直状态。
19.本实施例中，如图2和图3所示，太阳跟踪反射镜组件包括太阳跟踪机构3，太阳跟踪机构3的承载部4上设置有转动支座，转动支座顶部设置有翻转机构，翻转机构连接反射镜5，通过翻转机构控制反射镜5进行俯仰翻转，通过转动支座控制反射镜5水平转动；转动支座包括底板6，在底板6上设置有传动箱7，在传动箱7内设置有涡轮蜗杆机构，涡轮蜗杆机构的蜗杆8连接电机9，涡轮蜗杆机构的涡轮轴10连接顶板11，顶板11上安装翻转机构，电机9转动时带动蜗杆8转动，进而带动涡轮22转动，进而带动顶板11和翻转机构同步转动；翻转机构包括活动杆12，活动杆12上端固定连接反射镜5，活动杆12下端铰接连接顶板11，活动杆12侧壁固定连接第二电机13，第二电机13运行时带动活动杆12和反射镜5同步进行俯仰翻转，反射镜5还通过伸缩杆21连接顶板11，反射镜5俯仰翻转时，伸缩杆21作适应性伸缩。实际应用时，太阳跟踪反射镜组件的太阳跟踪机构3安装于可调倾角的机构上，该机构可采用能够锁止的万向球头，也可采用市售的可锁止的三维万向节支架。使用时，调节太阳跟踪反射镜组件对准太阳后，通过调整可调倾角的机构调整反射镜5倾角，使太阳光刚好能够反射至靶板处，然后锁固定可调倾角的机构，这样当反射镜跟随太阳旋转时，反射光斑始终在靶板上。
20.本实施例中，如图4所示，样品2为柱状样品，样品安装座1包括柱形筒座14，柱形筒座14底部设置有带阀门的排料短管，柱形筒座14内插装有圆柱形支撑体15，圆柱形支撑体15顶部连接有顶平板16，顶平板16底壁始终贴靠柱形筒座14顶沿，顶平板16上设置有灌砂孔24，圆柱形支撑体15底端刚好贴靠在柱形筒座14底壁，柱形筒座14侧壁设置有多个径向布置的螺孔，每个螺孔内配合有球头顶丝23；将柱状样品的底板25固定在圆柱形支撑体15的顶平板16上，柱形筒座14内壁与圆柱形支撑体15外壁之间的腔室内填充有钢砂17。柱状样品长度小于圆柱形支撑体15高度，柱形筒座14内径为圆柱形支撑体15外径的1.5倍。
21.使用方法一，针对大型金属柱状样品涂层开展加速光老化试验，步骤如下：步骤11，安装呈柱状样品，柱状样品外壁自下往上依次分为第一受试区域、第二受试区域
…
第n受试区域；步骤110，按需选用柱形筒座14和圆柱形支撑体15（圆柱形支撑体15横截面面积大于柱状样品横截面面积），先将柱形筒座14安装在地基上，然后将圆柱形支撑体15插入柱形筒座14内，此时圆柱形支撑体15的顶平板16底壁刚好贴靠在柱形筒座14顶沿，圆柱形支撑体15的底端刚好贴靠在柱形筒座14底壁；步骤111，安装、调节柱形筒座14侧壁的顶丝23，使圆柱形支撑体15处于竖直状态；步骤112，从顶平板16上的通孔中往柱形筒座14内灌入钢砂17，直到钢砂17充满柱形筒座14的腔室；步骤113，将柱状样品的底板25固定在圆柱形支撑体15的顶平板16上；步骤12，控制第一排太阳跟踪反射镜组件的反射镜5转动至目标角度和目标方位，使第一排的所有太阳跟踪反射镜组件的反射光照射到柱状样品的第一受试区域；控制第二排太阳跟踪反射镜组件的反射镜5转动至目标角度和目标方位，使第二排的所有反射镜5的反射光照射到柱状样品的第二受试区域
……
，控制第n排太阳跟踪反射镜组件的反射镜5转
动至目标角度和目标方位，使第n排的所有反射镜5的反射光照射到柱状样品的第n（n=3、4
…
）受试区域；步骤13，控制太阳跟踪反射镜组件按照太阳高度角和方位角进行转动，确保太阳跟踪反射镜组件的太阳跟踪机构3始终跟随太阳转动；当监测到柱状样品上某一受试区域的温度超过预设温度上限值后，控制该受试区域对应的一个或多个反射镜5翻转至水平状态或竖直状态；当监测到柱状样品上该受试区域的温度低于预设温度下限值后，控制该受试区域的一个或多个反射镜5翻转至有效反射状态；反复执行本步骤，确保柱状样品上所有受试区域的温度始终处于预设温度区间；步骤14，试验结束后，取下柱状样品，然后打开排料短管上的阀门，将钢砂17排出。
22.使用方法二，针对大型块状样品涂层开展加速光老化试验，步骤如下：步骤1，在样品支座1上安装呈块状样品；步骤2，控制所有太阳跟踪反射镜组件的反射镜5转动至目标角度和目标方位，使每个反射镜5的反射光照射到块状样品的受试区域；步骤3，控制所有太阳跟踪反射镜组件分别按照太阳高度角和方位角进行转动，确保太阳跟踪机构3始终跟随太阳转动；步骤4，当监测到块状样品上受试区域的温度超过预设温度上限值后，控制一个或多个反射镜5立即翻转至水平状态或竖直状态。
23.使用方法三，针对小型块状样品涂层开展加速光老化试验，步骤如下：步骤21，在样品支座1上安装呈块状样品；步骤22，控制x（x≤10）个太阳跟踪反射镜组件的反射镜5转动至目标角度和目标方位，使该x个反射镜5的反射光照射到块状样品的受试区域；步骤23，控制该x个太阳跟踪反射镜组件分别按照太阳高度角和方位角进行转动，确保太阳跟踪机构3始终跟随太阳转动；步骤24，当监测到块状样品上受试区域的温度温升过慢时，按照步骤22-23控制第x+1、第x+2个或第x+3个太阳跟踪反射镜组件的反射镜5将反射光照射到块状样品的受试区域，直到受试区域温升符合要求。
24.本实施例中，太阳跟踪反射镜组件与样品独立、分布式安装，反射镜呈扇面布局，样品安装于反射镜的扇面中心正南（北半球太阳偏南），反射镜随着太阳跟踪机构3跟踪太阳旋转，使得镜面的反射光始终反射于样品受试区域，采用多路反射光聚焦实现太阳辐射的强化。
25.使用时，如果需要逐级拓展加速倍率，只需要先将标准数量的太阳跟踪反射镜组件调节好，使标准数量的太阳跟踪反射镜组件的反射镜都处于有效反射状态，然后每次增加合适数量的太阳跟踪反射镜组件使其反射镜处于有效反射状态，直到满足加速倍率要求。同样地，若需逐级降低加速倍率，则可先将标准数量的太阳跟踪反射镜组件调节好，使标准数量的太阳跟踪反射镜组件的反射镜都处于有效反射状态，然后每次减少合适数量的太阳跟踪反射镜组件使其反射镜处于非有效反射状态（将相应的反射镜能够翻转至水平状态和竖直状态），直到满足加速倍率要求。总而言之，加速倍率不够时，拓展合适数量的太阳跟踪反射镜组件并将其反射光照射到块状样品的受试区域，加速倍率过大时，将相应数量的反射镜能够翻转至水平状态和竖直状态。
26.实施例2一种分布式自然环境光老化加速试验装置，参照实施例1，其与实施例1的主要区别在于：如图5所示，以样品2为中心，多个相互独立的太阳跟踪反射镜组件共同构成圆形反射区，圆形反射区间隔布置有多排太阳跟踪反射镜组件，每排太阳跟踪反射镜组件呈圆形布局。使用时，每增加一个或一排太阳跟踪反射镜组件，就可拓展相应的加速倍率。
27.实施例3一种分布式自然环境光老化加速试验装置，参照实施例1，其与实施例1的主要区别在于：如图6所示，圆柱形支撑体15的顶平板16外周具有齿部18，齿部18配合立式蜗杆19，立式蜗杆19底部连接驱动系统26，驱动系统26运行时带动立式蜗杆19转动，进而带动顶平板16和柱状样品同步转动。本实施例中的方案，主要是针对运动过程中的样品准确、稳定地对开展加速老化试验。
28.采用本发明方案，不仅能够实现太阳辐射光效应的高效强化，能够实现数十至数百倍加速老化速率的任意调节，能够有效防止样品过应力损坏，而且能够精确、快速地拓展加速倍率，还能够实现恒定辐射强度的光老化试验；本发明适用于开展从整机到零部件、材料各层级产品的高倍率自然环境加速光老化试验；本发明可根据靶板处太阳辐射强度测试数据调节辐照强度，实现不同季节、不同时段的自然环境加速光老化试验；还能够准确、稳定地对运动过程中的样品开展加速老化试验；采用本发明方案，样品靶板、反射镜均为独立安装，安装、维护、更换方便，可扩展性强，可根据需要快速布局反射镜，而不需要对整个装置进行更改；本发明试验装置的重心低，具有可抗10级风的抗风能力，无碳排放，尤其适用于安装在偏远极端气候区，安装样品非常方便；便于精确、快速调整样品受试区域的辐照温度，能够在三秒内完成样品上任意受试区域的辐照调节；不仅适用于对小型样品开展加速光老化试验，而且能够针对重大型样品开展加速光老化试验，还能够对柱状样品稳定、有效地开展加速老化试验。