CN100545627C - 对试件两端主动加载的液压万能试验机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对试件两端主动加载的液压万能试验机。本发明的设计方案是采用一种柱塞-活塞联合作用的液压缸，柱塞连接有上横梁、两光杠、压缩试验台平板组成的上框架；活塞连接移动横梁、两丝杠、下横梁组成的下框架。在油路中设有背压平衡回路，在同一油压作用下，柱塞向上推动上框架同时活塞向下推动下框架就可以对放置在上、下框架之间的上部空间一拉伸空间或下部空间一压缩空间的试件两端主动加载。由于对试件是两端主动加载，所以能够明显消除或者明显减弱试件断裂时所带来的比较强烈的震动，并且能够从根本上解决断口偏中问题。

Description

对试件两端主动加载的液压万能试验机

技术领域

本发明涉及一种用于测试材料力学性能的万能试验机，尤其是液压万能试验机，特别是一种对试件两端主动加载的液压万能试验机。

背景技术

万能材料试验机广泛用于科研和教学。随着计算机控制技术、传感器技术、新型的液压控制器件、伺服电动机技术的发展，微机控制电液伺服万能试验机和电控万能试验机由于优良的测试性能在试验机制造业已成主导产品并已在相关业界得到普遍使用。目前市场上比较先进的液压万能试验机为WAW系列微机控制电液伺服万能试验机(例如深圳三思公司制造、天水试验机厂制造等)，其加载主体结构包括一个试验台平板、一个上横梁和一移动横梁，还包括至少一个液压缸、四根竖直的光杠和两根竖直的丝杠，所述光杠与所述试验台平板以及所述上横梁固定连接，并且穿过所述移动横梁上的光孔，可在竖直方向上相对于移动横梁移动，所述丝杠通过丝母与移动横梁连接，并穿过上横梁和试验台平板上的光孔，可相对于二者在竖直方向上运动，丝杠下部装有传动链轮，该传动链轮通过一链条被一固定在机架上的电动机驱动。此由丝杠、丝母、传动链轮、链条以及电动机构成的系统用于调节移动横梁以放入试件。此系统在对试件加载的过程中必须保持非驱动状态，以免将电动机损坏。所述液压缸的一个柱塞顶在试验台平板之下。在移动横梁与上横梁之间带有卡具，用于卡紧拉伸试验时的试件。当液压缸中加压时，所述柱塞顶着试验台平板和上横梁向上移动，而移动横梁保持不动，其与上横梁之间构成拉伸试验空间，与试验台平板之间构成压缩试验空间。

本发明的发明人在高校材料力学实验室从事教学多年，上述这些先进的试验机与传统试验机都使用过，对它们的性能、特点有切身的感受。上述的先进试验机与传统试验机相比最突出的特点是：控制功能极大提高，试验过程中加载速率、变形速率可以得到精细的控制，测试精度得到很大的提高。

然而，无论上述目前较先进的试验机还是传统的试验机都存在两个最主要的问题：第一，试件断裂时所带来的比较强烈的震动无法消除或减弱；第二，断口偏中问题无法从根本上得到解决。究其原因，就是由于这些试验机都采用对试件单端主动加载的方式(例如在上述WAW系列试验机中，拉伸试验时对试件通过上横梁主动加载，而其另一端固定在移动横梁上，当压缩试验时对试件通过试验台平板主动加载，其另一端也是固定在移动横梁上)，因而造成了当试件几何对称、材质均匀时两端加载条件不对称的问题。因而，可以说实现对试件两端主动加载是试验机技术的一大重要发展方向。

发明内容

本发明的目的就是要解决上面提到的现有技术中的震动无法消除或减弱及断口偏中的问题，提供一种能够消除或者明显减弱试件断裂时所带来的比较强烈的震动，并且能够从根本上解决断口偏中问题的对试件两端主动加载的液压万能试验机。

本发明的目的是按如下的技术方案来实现的：

所述对试件两端主动加载的液压万能试验机，包括一个试验台平板、一个上横梁、一个下横梁和一个移动横梁，还包括至少一个液压缸、两根竖直的丝杠、至少两根竖直的光杠；所述光杠与试验台平板以及上横梁固定连接，并且穿过移动横梁上的光孔，可在竖直方向上相对于移动横梁移动，这样光杠与试验台平板及上横梁就构成一个可对试件上端主动加载的上框架；所述丝杠通过丝母与移动横梁连接，并穿过上横梁和试验台平板上的光孔，可相对于二者在竖直方向上运动，丝杠下端与下横梁通过不能相对移动而可相对转动的连接方的相连，这样丝杠与移动横梁及下横梁就构成一个可对试件下端主动加载的下框架；丝杠下部装有传动链轮，该传动链轮通过一链条被一固定在机架上的电动机驱动带动丝杠转动，从而通过丝母转化为移动横梁相对与丝杠的竖向移动。此由丝杠、丝母、传动链轮、链条以及电动机构成的系统用于在放入试件时调节移动横梁，在对试件加载时必须保持此系统处于非驱动状态，否则将会使电动机烧坏；而在对试件加载的过程中，丝杠将与移动横梁一起向下运功；所以，传动链轮与丝杠必须通过键槽配合装在一起，从而可以使丝杠在竖直方向上相对传动链轮移动；所述液压缸的一个柱塞或活塞顶在试验台平板之下，另一液压缸的柱塞或活塞顶在下横梁的上方；所述上横梁与所述移动横梁的相对的面上分别带有一个卡具，这两卡具相对而置。

所述对试件两端主动加载的液压万能试验机采用一个柱塞—活塞或者双活塞联合作用的液压缸，该液压缸固定于机架上，缸体下内腔里有一个活塞，上内腔里有一个柱塞或者活塞，优选柱塞；所述上内腔中的柱塞或活塞顶在试验台平板下，所述丝杠的下端借助于一止推轴承连接在一下横梁上，而该下横梁与所述活塞固定连接。在同一液体(例如油)介质压力作用下，柱塞向上推动上框架，同时活塞向下推动下框架，这样就可以对放置在拉伸空间或压缩空间的试件两端主动加载。这一优选实施例的优点在于，为克服单端主动加载的固有缺陷，结构比较简单，与现有液压万能试验机结构相似，而测试精度进一步提高。只用一个柱塞-活塞联合作用的液压缸，柱塞与活塞各自的工作行程均为同加载级别液压万能试验机所用液压缸的柱塞工作行程的一半，因而这一优选实施例的整体尺寸没有太大的变化，结构布置与现有液压万能试验机相比并没有重大的变化。液压系统可省去使用同步阀，而采用多缸方案除了同此方案要使用背压平衡回路外，还要使用同步阀。

所述对试件两端主动加载的液压万能试验机还包括一个由电动机、链轮和链条构成的移动横梁高度调节系统，用于在将试件放入拉伸空间或压缩空间时调节移动横梁的高度。所述链轮包括至少一个传动链轮，该传动链轮通过其内径上的花键槽套在所述丝杠下部的一带有配合精度的花键部位上，从而使二者可以相对上下移动，该部位位于所述试验台平板与所述下横梁之间。优选还包括至少一个导向链轮，其套装在至少一个光杠上。用电动机带动链轮传动丝杠及丝母，完成移动横梁的升降运动，在链轮传动中加入导向链轮可以调节链条的张紧力，使传动更加平稳。

所述导向链轮是套装在两根光杠上。两根光杠和丝杠可以任意地分布在上横梁、移动横梁、试验台平板和下横梁的四个角上，优选对称分布，例如两根丝杠相邻，两根光杠相邻。但更优选两根丝杠与两根光杠交错呈矩形对角分布。这样设置可以使加载机构受力均衡，不发生移动横梁与丝杠卡阻的现象，使传动更加平稳。

为了更好地实现控制，在机架上分别带有柱塞行程限位开关和活塞行程限位开关，二者分别通过探测柱塞的上下运动和活塞的上下运动的极限位置制动液压缸。

以上所述的对试件两端主动加载的液压万能试验机，其技术方案的基本点是从试件的两端对试件主动加载，而不是像现有技术中的试验机那样，从试件的一端主动加载。实现上述技术方案有多种途径，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明的基本构思的启发下，很容易想到多种实现对试件两端主动加载的实施方式的，例如可采用双液压油缸竖向在材料两端加载来实现。即，除了现有的用于驱动上横梁和试验台平板的液压缸以外，再设置一个液压缸来驱动移动横梁，并使传动链轮与丝杠之间可以相对在竖直方向上移动，例如使二者通过键槽相互连接。在这种实施方案中，优选在液压回路中加入液压同步阀来调节试件两端的均衡加载。采用双液压油缸横向在材料两端主动加载是较容易实现的，但只适于单一的拉伸试验，这样的试验机不能称其为万能试验机。这些实施方案都没有偏离本发明的基本方案，故都包含在本发明权利要求的保护范围内。

与现有液压万能试验机相比，本发明的结构形式、液压系统、电气系统没有太大变化，电控系统也基本没有变化，所以不会带来太大的研制困难。由于对试件是两端主动加载，所以能够明显消除或者明显减弱试件断裂时所带来的比较强烈的震动，并且能够从根本上解决断口偏中问题。下面结合附图对本发明进行更详细的描述。

附图说明

图1为本新型专利的最佳实施例的结构示意图。

图2为图1所示实施例的液压系统工作原理示意图。

图3为本实施例中极限位置限位开关与位置指示灯设置位置图。

图中：1上横梁       2光杠         3移动横梁

      4压力传感器   5限位开关     6柱塞

      7限位开关     8电动机       9活塞

      10下横梁      11止推轴承    12油缸

      13传动链轮    14试验台平板  15丝母

      16丝杆

      25电液伺服(或比例)阀    26送油阀    27回油阀

      28背压平衡回路(直控平衡阀+单向阀)

      I换向阀        II换向阀        III溢流阀

图3中：  ②、④    限位开关(常闭  位置固定)

         ①、③    极限位置指示灯开关(常开)

         ⑥        限位开关(常闭  位置可调)

         ⑤        极限位置指示灯开关(常开)

         5a、7a    上极限位置

         5b、7b    下极限位置

具体实施方案

如图1所示，本发明专利的液压万能材料试验机的最佳实施方案包括一上横梁1、一移动横梁3、一下横梁10、一油缸12，移动横梁3套装在至少两根处于矩形对角线两端的光杠2上，其在所述矩形的另一对角线的两端位置上通过丝母15与两根丝杠16上部的螺纹部分啮合，上横梁1与光杠2固定连接，另一侧套装在丝杠16上，丝杠的下端通过止推轴承11与下横梁10连接，下横梁10与活塞9固定，而柱塞6顶在一试验台平板14下，该试验台平板与光杠2固定连接，其另一侧套装在丝杠16外。所示实施例还包括传动链轮13、一台电动机8。如图1所示，传动链轮13通过其花键部分与竖直方向的丝杠16下部的花键部分滑动配合。虽然图1中未示出，但在各光杠2上最好配置一个导向链轮，这样有利于提高链轮传动的效率。

如图2所示，本实施例的液压系统工作原理如下：加载时，手动三位四通换向阀II处于右位，回油阀27与手动二位二通换向阀I处于关闭状态。手动加载则打开送油阀26，自动加载则关闭送油阀26，此时电液比例阀或电液伺服阀25起作用。加载过程中背压平衡回路28起作用，预先调节该平衡回路使背油压作用于活塞的向上的力略大于两框架及卡具与传感器的自重。卸载时，手动三位四通换向阀II处于左位，打开回油阀27。手动加载试验过程中如要保持某种水平的恒载或卸载后较长时间不工作，则手动三位四通换向阀II处于中位，不工作时，回油阀27与手动二位二通换向阀处于关闭状态。预先调节溢流阀III，使液压系统最大油压-略大于理论最大油压〔(上加载框架与卡具自重+考虑过载的最大加载力)÷柱塞面积〕。

如图3所示，本实施例中还包括一组柱塞上行程限位开关5、一组活塞上行程限位开关7、一压力传感器4。为了在试验过程中对油缸进行更加安全可靠的控制，不但设置了柱塞与活塞上下极限位置的限位开关(达到控制极限位置时油泵电动机停、启)，而且还设置了相应的极限位置指示灯。

当柱塞行至上极限位置5a时触碰极限位置限位开关常闭触点②与指示灯开关常开触点①，柱塞停止，指示灯亮。这时，只要将回油阀打开一些，柱塞就可在自重的作用下脱离上极限位置，限位开关常闭触点②恢复闭合，常开触点①恢复断开，油泵电动机重新启动，极限位置指示灯灭。柱塞回到下极限位置5b时，只要控制回油阀开启程度即可避免柱塞与其支撑座发生冲撞，故不设置极限位置限位开关与指示灯开关。

当活塞行至上极限位置7a时触碰极限位置限位开关常闭触点④与指示灯开关常开触点③，活塞停止，指示灯亮。这时需要手动二位三通换向阀I换向为通的状态，才可使活塞在自重的作用下脱离上极限位置，极限位置限位开关常闭触点④与指示灯开关常开触点③才可恢复原态。当活塞处于下极限位置7b时，由于限位开关常闭触点⑥处于开状态，极限位置指示灯开关常开触点⑤处于闭状态，如果活塞不向上脱离该位置，则灯常亮，油泵电动机无法启动。为此，要将该位置的限位开关设置成位置可以用手调整的限位开关。具体讲，就是在该极限位置侧向触压限位开关，而限位开关外壳通过弹簧与一手柄相连，此时，拉动手柄，以使限位开关脱开与之相触碰之物，并转动手柄，以在新位置固定限位开关，将手动三位四通换向阀II处于左位，回油阀打开，则活塞上移，脱离下极限位置，反向转动手柄，弹簧将限位开关自动复位。

Claims (12)

1.一种对试件两端主动加载的液压万能试验机，包括一个试验台平板、一个上横梁和一移动横梁，还包括至少一个液压缸、两根竖直的丝杠、至少两根竖直的光杠；所述光杠与试验台平板以及上横梁固定连接，并且穿过移动横梁上的光孔，可在竖直方向上相对于移动横梁移动；所述丝杠通过丝母与移动横梁连接，并穿过上横梁和试验台平板上的光孔，可相对于二者在竖直方向上运动；所述液压缸的一个柱塞或活塞从下面顶着试验台平板，其特征在于：还包括一个由电动机、链轮和链条构成的移动横梁高度调节系统，所述链轮包括至少一个传动链轮，该传动链轮通过其内径上的花键槽套在所述丝杠下部的一带有配合精度的花键部位上，从而使二者可以相对上下移动，该部位位于所述试验台平板与所述下横梁之间，所述传动链轮通过所述链条被固定在机架上的所述电动机驱动；所述液压缸为一个柱塞-活塞或者双活塞联合作用的液压缸，该液压缸固定于机架上，缸体下内腔里有一个活塞，上内腔里有一个柱塞或者活塞，该柱塞或活塞顶在试验台平板下；所述丝杠的下端通过一止推轴承连接在一下横梁上，而该下横梁与所述液压缸体下内腔里的所述活塞的活塞杆固定连接。

2.根据权利要求1所述的对试件两端主动加载的液压万能试验机，其特征在于：所述液压缸缸体的上内腔中设置的是一个柱塞。

3.根据权利要求1或2所述的对试件两端主动加载的液压万能试验机，其特征在于：所述的至少两根竖直的光杠为两根竖直的光杠。

4.根据权利要求1或2所述的对试件两端主动加载的液压万能试验机，其特征在于：还包括至少一个导向链轮，其套装在至少一个光杠上。

5.根据权利要求3所述的对试件两端主动加载的液压万能试验机，其特征在于：还包括至少一个导向链轮，其套装在至少一个光杠上。

6.根据权利要求1、2或5中任一项所述的对试件两端主动加载的液压万能试验机，其特征在于：所述丝杆与光杠交错对角分布。

7.根据权利要求3所述的对试件两端主动加载的液压万能试验机，其特征在于：所述丝杆与光杠交错对角分布。

8、根据权利要求4所述的对试件两端主动加载的液压万能试验机，其特征在于：所述丝杆与光杠交错对角分布。

9、根据权利要求1、2、5、7或8中任一项所述的对试件两端主动加载的液压万能试验机，其特征在于：在机架上分别带有上限位开关和下限位开关，二者分别通过探测柱塞的向上运动的极限位置和活塞的向下运动的极限位置来制动液压缸。

10.根据权利要求3所述的对试件两端主动加载的液压万能试验机，其特征在于：在机架上分别带有上限位开关和下限位开关，二者分别通过探测柱塞的向上运动的极限位置和活塞的向下运动的极限位置来制动液压缸。

11.根据权利要求4所述的对试件两端主动加载的液压万能试验机，其特征在于：在机架上分别带有上限位开关和下限位开关，二者分别通过探测柱塞的向上运动的极限位置和活塞的向下运动的极限位置来制动液压缸。

12.根据权利要求6所述的对试件两端主动加载的液压万能试验机，其特征在于：在机架上分别带有上限位开关和下限位开关，二者分别通过探测柱塞的向上运动的极限位置和活塞的向下运动的极限位置来制动液压缸。

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