CN101221107B - 自动进样热态应变压力试验机及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及压力试验技术。提出的自动进样热态应变压力试验机及测量方法，压力试验机具有加压装置、加热装置、进样装置、压力应变测量装置和综合控制系统；所述的进样装置包括抬样机构和推样机构，压力应变测量装置由内示差管(24)、外示差管(23)和位移传感器(25)构成，压力装置包括加压机构和承压机构，在压力轴线上设置弹性器件(20)，所述的综合控制系统主要由工业控制计算机构成，利用其完成对各个装置的控制以及测试数据的采集和处理。本发明所提出的自动进样热态应变压力试验机可自动测量试样的热态耐压强度和应变-压力关系，并有效保证对加荷速率的精确控制，每次试验可同时进多个试样并自动进样，提高了测量效率和测量的准确性。

Description

自动进样热态应变压力试验机及测量方法

技术领域

本发明涉及压力试验技术，具体涉及一种自动进样热态应变压力试验机及测量方法。

背景技术

本发明所述的自动进样热态应变压力试验机，主要用于测量不同材料热态时的耐压强度及应变-压力关系。现有技术中，热态压力试验机一般为常温压力试验机改造而成，由加热系统即加热体将加热炉内温度加热到所需温度，由加压系统对试样施加所需压力并由压力传感器检测压力值，其在热态时只能检测单一试样的耐压强度，而不具有连续进样功能；更鲜见能测量热态的应变-压力关系的，现有的压力试验机其加荷速率的控制也很难满足相关标准要求。

在现有的标准中，无论是金属材料或是其它材料的耐压强度测试标准中，对在压力测试过程中压力机的加荷速率(即单位时间力的增加值)做出了明确的规定：(如：YB/T2208-1998《耐火浇注料高温耐压强度试验方法》标准中就规定了加荷速率为：(0.3～0.5)N·mm^-2.s^-1±0.01N·mm^-2.s^-1。之所以规定了加荷速率的范围。第一，是因为在该加荷速率下对试样进行试验更能表皆征试样的耐压强度。如果加荷速率太快会变成冲击试验，太慢会变成塑性试验；第二，只有在相同的加荷速率下，对试样的测试，其结果才有可比性。在现有的压力试验机中，有两种方法实现加荷速率的控制，一是用手动调节，这种方法要想将加荷速率控制得很精确示较为困难的。另一种方法是用自动控制的方法，由于现有的压力试验机在加荷系统中是刚性设计的，普遍存在的问题是：当试样较硬，或是试样尺寸较小时，则要求压头的运动速度很慢，无论是液压加荷还是机械加荷，试验机的动力系统或调节系统将工作在低极限端。如：采用变频控制的机械加荷系统，其电机的工作频率有可能工作在3Hz以下，而电机理想工作频率应在5～50Hz。即使是如上所述，试验机还是有可能无法满足加荷速率的控制要求。

材料的研究或测试，往往需要做重复性试验或对比试验。在以往的测试中，一个试样的测试过程包括升温、保温、加压、降温等过程，整个过程需要24小时以上，如果要测试多组数据的话测试周期很长，而且试样的重复性和对比性都不太理想。如果能使热态压力试验机在一个生温、保温、降温过程中能对多个试样进行测试，则可提高测试效率和测试结果的准确性和可比性，大大的缩短了测试时间，有效节能。

材料的应变-压力关系的测试是材料学研究的一个重要内容，尤其是在热态中测量材料的应变-压力关系对耐热材料的性能研究就更为有益。在现有技术中，在常温条件下的材料应变-压力关系的测试已有了许多成熟的测试方法。但是在热态中如何测量材料的应变-压力关系的方法不多。常见的方法为间接测量法，即测量加压系统运动器件位于常温部份的位置变化来间接测量试样的受压变形，方法欠科学性，而且试验过程繁锁，数据处理困难。如何直接测量位于热态中的试样的受压变形一直是亟待解决的问题。

发明内容

本发明提出一种自动进样热态应变压力试验机及测量方法的目的就在于克服现有热态压力机所存在的上述缺陷，使其可自动测量试样的热态耐压强度和应变-压力关系，可有效地保证对加荷速率的精确控制，同时每次试验可进多个试样并自动进样，从而提高测试效率和准确性。

本发明完成其发明任务所采取的技术方案是：本发明压力试验机具有加压装置、加热装置、进样装置、压力应变测量装置和综合控制系统；所述的进样装置包括抬样机构和推样机构，由抬样架和滑板构成抬样机构，抬样架整体或部分位于加热装置的加热炉内，其可上下运动或一端与炉体铰接、另一端绕铰接点上下摆动；其上放有试样的多个滑板位于抬样架上并顺序排列；推样机构由驱动机构和推样杆构成，推样杆在驱动机构作用下推动滑板沿抬样架移动使被测试样移动依次至于压力装置的压棒下方；所述压力应变测量装置由内示差管、外示差管和位移传感器构成，内示差管位于外示差管内并可相对外示差管移动，在进行应变-压力测试时，内示差管下端与试样的下表面相对位置不变，外示差管下端与试样的上表面相对位置不变，内示差管、外示差管可随试样的受压变形而产生相对位移并使位移传感器的检测探头随之相应的伸缩移动，从而使位移传感器测得试样的变形数据；所述压力装置包括加压机构和承压机构，加压机构位于被测试样上方主要由动横梁、冷却器和压力传感器、压棒构成，承压机构位于被测试样下部主要包括座砖、底座；加压机构由其驱动传动部分带动向下对试样施加所需压力，压力值由压力传感器测得；加压机构和承压机构位于同一轴线即压力轴线上，本发明通过在压力轴线上设置弹性器件即在加压机构或承压机构或在加压机构和承压机构上设置弹性器件的结构形式，即所述弹性器件设置在加压机构或承压机构或加压机构和承压机构的任意两个部件之间，使得加荷速率得到有效控制；本发明所述的综合控制系统主要由工业控制计算机构成，利用其完成对各个装置的控制以及测试数据的采集和处理。

本发明所述的抬样机构中的抬样架具有两根导轨，放置试样的滑板通过其底部滑槽担放在两根导轨上，抬样架具有单独设置带动其上下运动或上下摆动的驱动传动机构，也可将抬样架与压力装置压棒的驱动传动机构相联接，构成与压棒联动结构，随压棒同时动作；此种结构可节省一套驱动传动机构并使得整体结构更为简单。

本发明所述的推样机构其驱动机构可采用电动结构或液压或汽动结构，推样机构的推样杆一端伸入加热装置的加热炉内，在驱动机构作用下前后移动，推动滑板从而使滑板沿抬样架移动到所需位置，即使后端的滑板内移；使所需测试的试样移至压棒下方并使已完成测试的试样向外移动。

本发明所述推样机构的推样杆与推样驱动机构相对位置可调，通过调整推样杆与驱动机构的相对位置，从而调整推样杆与滑板之间的间距，驱动机构通过其所具有的螺母与具有螺纹的推样杆相联接，旋动推样杆即可调整与驱动机构的相对位置。

本发明所述压力应变测量装置位于压力装置的压棒侧面其由内示差管、外示差管和位移传感器构成，内示差管位于外示差管内并可相对外示差管移动，与外示差管联接一体的位移传感器其检测探头位于外示差管内，外示差管下端落在测量时与试样上表面相对位置不变的支承板上，支承板随加压装置的压棒下表面同时运动，内示差管下端穿过支承板开孔或开口在测量时落在滑板的上表面且与试样的下表面相对位置不变；内示差管、外示差管可随试样的受压变形而产生相对位移并使位移传感器的检测触头随之相应的伸缩移动，从而使位移传感器测得试样的变形数据。

本发明所述弹性件可为碟簧、压簧、弹簧钢板等。

本发明所述热态应变压力试验机的检测方法为：首先对被测的若干个试样各边长进行测量并记录；操作控制系统使压力装置的压棒上升，与压棒联动或单独设置的驱动、传动机构使进样装置的抬样架上升，使压棒与座砖之间的间距大于试样与滑板的高度和；顺序将所测各个试样的数据输入控制系统并进行加荷速率、升温曲线参数的设定，将放有试样的多个滑板按顺序放置在抬样架上并使最前端放置有试样的滑板位于压棒的正下方，关闭加热炉炉门，启动控制系统的自动控制程序，加热炉按设定升温曲线升温到所需温度，加压机构按设定的加荷速率对试样进行加压，压棒、内示差管、外示差管、位移传感器及抬样架下移，被测试样的滑板落在座砖上后，使抬样架继续下降脱离被测试样的滑板，外示差管下端落到与被测试样上表面相对位置不变的支承板上，内示差管下端落在滑板的上表面，使压棒对试样加压，由控制系统采集加压过程中压力传感器和位移传感器的信号变化，控制系统依据采集到的压力值进行加荷速率的控制；完成一个试样的测试后使加压装置的压棒和进样装置的抬样架上升，使进样装置的推样杆移动推进使经过测量的试样前移，使下一个试样移动至压棒正下方，由控制系统控制进行加压，依此重复下降加压、上升、进样的过程，直到完成全部试样测试，由控制系统在试验过程中分别测量计算及存贮各试样的耐压强度，应变-压力关系曲线。

本发明所提出的自动进样热态应变压力试验机可自动测量试样的热态耐压强度和应变-压力关系，并有效保证对加荷速率的精确控制，每次试验可同时进多个试样并自动进样，提高了测量效率和测量的准确性。

附图说明

图1为本发明的整体外型示意图。

图2为本发明的结构示意图。

图3为图2的左视图。

图4-图6为弹性器件设置结构示意图。

图7为压力应变测量装置结构示意图。

图中，1、加压装置主框架，2、加热炉，3、推样驱动机构，4、控制系统，5、加压装置电缆，6、加热炉电缆，7、进样装置电缆，8、动横梁，9、抬样架，10、滑板，11、试样，12、发热体，13、压棒，14、压力传感器，15、铝排，16、抬样架连接件，17、推样杆，18、冷却器，19、座砖，20、弹性器件，21、炉衬，22、磙杆，23、外示差管，24、内示差管，25、位移传感器，26、支承板，27、底座，28、滑杆，29、滑套，30、预紧螺钉，31、垫块。

具体实施方式

结合附图给出的实施例对本发明加以说明，但不构成对本发明的任何限制：

如图1、图2、图3、图7所示，本发明自动进样热态应变压力试验机具有加热装置、加压装置、进样装置、压力应变测量装置和综合控制系统；加热装置主体为加热炉2，其主要包括发热体12、炉衬21及铝排15等，具备将试样加温到1650℃的能力，加热过程由控制系统按预先设定的加热升温曲线控制。加压装置主要由主框架1、动力及传动机构、动横梁8、冷却器18、压力传感器14、压棒13、座砖19和底座27等组成，动力及传动机构可采用电动、气动或液压等结构形式，如由电动机通过减速器带动的丝杠、丝母结构，由驱动、传动机构带动动横梁8和冷却器18、压力传感器14、压棒13向下对试样加压；进样装置包括抬样机构和推样机构，抬样机构由抬样架9和滑板10构成，抬样架9为耐热材料制成，抬样架可为由两根横杆或由两根角形板构成的框架结构，两根横杆或两根角形板同时构成两根平行的滑轨，滑板10通过其底部的滑槽担搁在抬样架的两根滑轨上并可在推力作用下沿抬样架滑动，图3中所示为3个放置有试样的滑板位于抬样架上并顺序排列，滑板之间由耐热磙杆22隔开。抬样架9的一端铰接在炉体上，其另一端通过抬样连接件16与加压装置的动横梁8连接构成与动横梁8、压棒13联动结构，进样装置的推样机构由推样驱动机构3和推样杆17构成，驱动机构可采用电动、气动、液压等动力方式，本实施例中采用电机通过减速器带动的丝杠、丝母结构，推样杆17的一端位于加热炉内，推样杆17通过联接套与驱动机构3联接；由推样驱动机构带动前、后移动，推动后端的滑板10从而将被测试样推至压棒13的正下方，为方便调整推样杆17与滑板之间的间距，将联接套设计为螺母结构，推样杆具有螺纹并与螺母结合，旋动推样杆即可调整其与驱动机构之间的相对位置，从而调整推样杆前端与滑板之间的间距。压力应变测量装置如图7所示，主要由外示差管23、内示差管24和位移传感器25构成，位移传感器25位于外示差管23上端并通过连接螺钉与外示差管23联接，位移传感器25的检测探头位于外示差管内，外示差管23下端落在与压力机构压棒13联接一体的支承板26上，测量时支承板26与试样11的上表面相对位置不变。该实施例中，支承板26联接在压棒13的下端面与试样的上表面齐平，也即使落在支承板上的外示差管23其下端与试样上表面平齐。内示差管24位于外示差管内，其下端穿过支承板开孔并在测量时落在载样滑板的上表面与位于滑板上表面上的试样11其下表面齐平，测量时，内示差管24与滑板的上表面、试样的下表面相对位置不变。测量时外传感器的检测探头抵在内示差管的上端。检测时外示差管下端随压棒下移位于加热器的高温区内，必须采用耐热材料制成，考虑节省材料费用降低成本，外示差管的上端部分采用金属材料，下端采用耐热材料，上下两端联接构成整体外示差管，并将外示差管的下端部分设计为缩径结构，内示差管的上端设计为扩径结构，内示差管上端扩径部分位于外示差管下端缩径部分的上端；内示差管上端的扩径结构可采用在其上端设置连接杆的方式实现(其也是考虑内示差管下端位于加热炉内的高温区内要采用耐火材料制成，为节省费用将其上端部分采用其它一般性材料制作)，使连接杆的直径大于内示差管并大于外示差管下端的内径，由此保证外示差管在随压棒上升时，外示差管下端将内示差管向上提起。

考虑外示差管的支撑，该实施例中在加压机构冷却器18上开置孔并使外示差管穿过开孔与冷却器(加压机构)构成滑动连接，也可通过加大外示差管的管径和自身重量及其它方式使外示差管位于支承板上保持定位而不致发生倾斜。

本发明设置有用以控制加荷速率的弹性器件20，弹性器件可为碟簧、压簧或弹簧钢板等，实施例中采用碟簧；如图4所示，碟簧设置在座砖19与底座27之间，在座砖19与底座27之间设置有滑杆28、滑套29，并设置有预紧螺钉30；碟簧套置在滑杆28上，当压力机构向下运动对试样11加压过程中，压力通过座砖19传递到滑套29并通过碟簧将力传递到底座27上，当压力传递到碟簧时使其发生变形，从而有效改变系统的刚性，保证加压机构动横梁的移动速率能工作在适中的范围内。如图5所示，碟簧设置在冷却器18与压棒13之间，冷却器18下部具有滑杆，滑杆与冷却器为一体结构(制成或联接为一体)，设置滑套并使其位于压棒上部与压棒为一体结构，设置有预紧螺钉，碟簧套置在滑杆上并位于滑杆与滑套之间。如图6所示，在冷却器18与压力传感器14之间设置碟簧；在压力传感器14上部设置滑杆使其与压力传感器联接一体，冷却器18下端面构成滑槽结构，碟簧套置在滑杆上。

Claims (8)

1.一种自动进样热态应变压力试验机，其特征是：本发明压力试验机具有加压装置、加热装置、进样装置、压力应变测量装置和综合控制系统；

a、所述的进样装置包括抬样机构和推样机构，由抬样架(9)和滑板(10)构成抬样机构，抬样架整体或部分位于加热装置的加热炉(2)内，其可上下运动或一端与炉体铰接、另一端绕铰接点上下摆动；其上放有试样的多个滑板(10)位于抬样架(9)上并顺序排列；推样机构由驱动机构和推样杆(17)构成，推样杆(17)在驱动机构作用下推动滑板(10)沿抬样架(9)移动使被测试样移动依次至于压力装置的压棒(13)下方；

b、压力应变测量装置由内示差管(24)、外示差管(23)和位移传感器(25)构成，内示差管(24)位于外示差管(23)内并可相对外示差管移动，在进行应变-压力测试时，内示差管(24)下端与试样的下表面相对位置不变，外示差管(23)下端与试样的上表面相对位置不变，内示差管、外示差管可随试样的受压变形而产生相对位移并使位移传感器的检测探头随之相应的伸缩移动，从而使位移传感器测得试样的变形数据；

c、压力装置包括加压机构和承压机构，加压机构位于被测试样上方主要由动横梁(8)、冷却器(18)和压力传感器(14)、压棒(13)构成，承压机构位于被测试样下部主要包括座砖(19)、底座(27)；加压机构由其驱动传动部分带动向下对试样施加所需压力，压力值由压力传感器测得；加压机构和承压机构位于同一轴线即压力轴线上；

d、在压力轴线上设置弹性器件(20)即在加压机构或承压机构或在加压机构和承压机构上设置弹性器件，即所述弹性器件(20)设置在加压机构或承压机构或加压机构和承压机构的任意两个部件之间，使得加荷速率得到有效控制；

e、所述的综合控制系统主要由工业控制计算机构成，利用其完成对各个装置的控制以及测试数据的采集和处理。

2.根据权利要求1所述自动进样热态应变压力试验机，其特征是：所述抬样机构中的抬样架(9)具有两根导轨，放置试样(11)的滑板(10)通过其底部滑槽担放在两根导轨上。

3.根据权利要求1所述自动进样热态应变压力试验机，其特征是：所述的抬样架(9)具有单独设置带动其上下运动或上下摆动的驱动传动机构，或将抬样架(9)与压力装置压棒(13)的驱动传动机构相联接，构成与压棒联动结构。

4.根据权利要求1所述自动进样热态应变压力试验机，其特征是：推样机构的推样杆(17)一端伸入加热装置的加热炉(2)内，在驱动机构作用下前后移动。

5.根据权利要求1所述自动进样热态应变压力试验机，其特征是：所述推样机构的推样杆(17)与推样驱动机构相对位置可调。

6.根据权利要求1所述自动进样热态应变压力试验机，其特征是：所述压力应变测量装置中位移传感器(25)与外示差管(23)联接一体，其检测探头位于外示差管(23)内，外示差管(23)下端落在测量时与试样上表面相对位置不变的支承板(26)上，支承板(26)随加压装置的压棒下表面同时运动，内示差管(24)下端穿过支承板开孔或开口在测量时落在滑板的上表面且与试样的下表面相对位置不变。

7.根据权利要求1所述的自动进样热态应变压力试验机，其特征是：所述弹性器件(20)为碟簧或压簧或弹性钢板。

8.根据权利要求1所述的自动进样热态应变压力试验机的测量方法，其特征是：首先对被测的若干个试样各边长进行测量并记录；操作控制系统使压力装置的压棒(13)上升，与压棒联动或单独设置的驱动、传动机构使进样装置的抬样架(9)上升，使压棒(13)与座砖(27)之间的间距大于试样(11)与滑板(10)的高度和；顺序将所测各个试样的数据输入控制系统并进行加荷速率、升温曲线参数的设定，将放有试样的多个滑板按顺序放置在抬样架(9)上并使最前端放置有试样的滑板(10)位于压棒(13)的正下方，关闭加热炉炉门，启动控制系统的自动控制程序，加热炉按设定升温曲线升温到所需温度，加压机构按设定的加荷速率对试样进行加压，压棒(13)、内示差管(24)、外示差管(23)、位移传感器(25)及抬样架(9)下移，被测试样的滑板落在座砖上后，使抬样架继续下降脱离被测试样的滑板，外示差管下端落到与被测试样上表面相对位置不变的支承板(26)上，内示差管(24)下端落在滑板的上表面，使压棒对试样加压，由控制系统采集加压过程中压力传感器和位移传感器的信号变化，控制系统依据采集到的压力值进行加荷速率的控制；完成一个试样的测试后使加压装置的压棒和进样装置的抬样架上升，使进样装置的推样杆移动推进使经过测量的试样前移，使下一个试样移动至压棒正下方，由控制系统控制进行加压，依此重复下降加压、上升、进样的过程，直到完成全部试样测试，由控制系统在试验过程中分别测量计算及存贮各试样的耐压强度，应变-压力关系曲线。

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