CN104568569B - 一种高温双轴应力松弛试验机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属材料高温强度试验设备技术领域，具体为一种高温双轴应力松弛试验机，包括机架，机架中设有样件加紧装置，样件加紧装置外侧设有电加热装置，样件加紧装置包括上卡盘和下卡盘，下卡盘固定连接有转盘，下卡盘连接有第一钢丝绳，第一钢丝绳还连接至拉伸加载机构，转盘的圆周侧部设有沟槽，沟槽上连接有第二正钢丝绳和第二反钢丝绳，第二正钢丝绳和第二反钢丝绳连接至平衡盘，平衡盘上连接有第三钢丝绳，第三钢丝绳还连接至扭转加载机构，该试验机还包括上引出棒和下引出棒，上引出棒以及下引出棒还均同时连接至拉伸加载机构和扭转加载机构，该试验机可以同时进行双轴高温复合应力松弛试验且稳定性好、精度高、成本低。

Description

一种高温双轴应力松弛试验机

技术领域

本发明涉及金属材料高温强度试验设备技术领域，具体为一种高温双轴应力松弛试验机。

背景技术

结构材料在高温下发生应力松弛的现象比较普遍，如燃气透平、蒸汽透平组合转子或法兰螺栓的紧固力在高温下逐渐减小，其理论与试验研究也越来越受到关注；传统的高温应力松弛试验机一般采用单轴拉压加载方式，而进行应力松弛的理论研究也常常基于单轴应力假设，往往将结构材料实际所承受的多轴载荷进行简化，其理论研究结果与实际出入较大；在多轴载荷中，以拉扭组合最为常见，相应的高温复合应力松弛试验机尚待发展；现有技术中的试验设备稳定性不够好，测试的精度也不够高。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以同时进行双轴高温复合应力松弛试验且稳定性好、精度高、成本低的高温双轴应力松弛试验机。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种高温双轴应力松弛试验机，包括机架，机架中设有样件加紧装置，所述样件加紧装置外侧设有电加热装置，所述样件加紧装置包括上卡盘和位于所述上卡盘下方且与所述上卡盘相对设置的下卡盘，所述上卡盘固定在机架上，所述下卡盘的底端部位固定连接有盘面朝向上下方向设置的圆形状的转盘，所述下卡盘的底部还连接有向下方延伸设置的第一钢丝绳，所述第一钢丝绳的另一端连接至拉伸加载机构，所述转盘的圆周侧部设有沟槽，所述沟槽上连接有反向设置的第二正钢丝绳和第二反钢丝绳，所述第二正钢丝绳和所述第二反钢丝绳分别通过安装在机架上的正定滑轮和反定滑轮改向后向下连接至盘面朝向上下方向设置的平衡盘，所述平衡盘上连接有向下方延伸设置的第三钢丝绳，所述第三钢丝绳的另一端连接至扭转加载机构，该试验机还包括作用于夹持在所述上卡盘和所述下卡盘之间的样件上且上下设置的上引出棒和下引出棒，所述上引出棒还同时连接至所述拉伸加载机构和所述扭转加载机构，所述下引出棒还同时连接至所述拉伸加载机构和所述扭转加载机构。

上述技术方案中，整个结构的机动性和整体性较好，结构更加牢固稳定，试验时稳定性好，对于试验结构的精度以及真实性均大幅度提高，机器使用过程中对本身造成的损伤较小，成本也较低，样件加紧装置可以经过住样件，使其处于竖直状态，提高试验的稳定性和精度，同时一方面，通过第一钢丝绳和拉伸加载机构的一套系统，可以进行拉伸应力松弛试验，另一方面，通过转盘、第二正钢丝绳和第二反钢丝绳、正定滑轮和反定滑轮、平衡盘、第三钢丝绳以及扭转加载机构的一套系统，可以进行扭转应力松弛试验，两个试验可以同时进行，而且相互间是组合式的关系，同时试验不仅不会相互干扰，而且更接近于现实的模拟状态，而且两套系统间通过下卡盘都结构的设计，兼容性更好，对测量的精度、稳定性和真实性都有极大的帮助，上引出棒和下引出棒的设置使得试验的自动化程度和精度可以进一步提高，可以在拉伸加载机构和扭转加载机构上设置一些自动控制设备，形成一个更加自动化又紧密、完整的控制系统，对整个试验过程和结果进行全程的跟踪和分析。

作为对本发明的优选，机架包括立柱和横梁，所述立柱的底部固定于平底座上，上卡盘的顶端部位固定在横梁上。保证试验机的整体结构强度和运行的稳定性，提升测量的精度和测试效果的真实性，减少设备本身的损伤。

作为对本发明的优选，拉伸加载机构包括与第一钢丝绳连接且向右方延伸的右横轴架、与所述右横轴架靠第一钢丝绳远端的部位固定连接且垂直于所述右横轴架并向上方延伸的右纵轴架，所述右纵轴架的上方安装有横卧的右横臂，所述右横臂位于右纵轴架的右端设有右电机，所述右电机的输出轴朝向左方并连接有右丝杠，所述右丝杠上位于右纵轴架的左端设有移动重锤，所述右横轴架和所述右纵轴架的固定连接端铰接于设置在平底座上的右支座上，所述拉伸加载机构还包括输出端与所述右电机电连接的右控制器、与所述右控制器的输入端电连接且与上引出棒和下引出棒均电连接的伸长检测器。

上述优选方式中，右控制器可以采用现有的常规微处理器，伸长检测器可以采用现有的常规的传感器，使得整个拉伸试验系统的结构稳定和强度更高，便于操作，测试精度更高，测试结构的真实性更强，可参考性非常优越，实现闭环控制加载系统，结构设计更加合理，制作成本也低，试验过程中，设置在样件上的上引出棒和下引出棒分别与伸长检测器连接，右控制器通过接收伸长检测器的信号来控制右电机转动，当伸长位移增大时，移动重锤在右电机作用下移动，通过减轻载荷保证原有应变不变，并通过右控制器进行各种测试数据的运算、记录、处理、显示等，提高试验的自动化程度以及试验的有效性。

作为对本发明的优选，扭转加载机构包括与第三钢丝绳连接的且向左方延伸的左横轴架、与所述左横轴架靠第三钢丝绳远端的部位固定连接且垂直于所述左横轴架并向上方延伸的左纵轴架，所述左纵轴架的上方安装有横卧的左横臂，所述左横臂位于左纵轴架的左端设有左电机，所述左电机的输出轴朝向右方并连接有左丝杠，所述左丝杠上位于左纵轴架的右端也设有移动重锤，所述左横轴架和所述左纵轴架的固定连接端铰接于设置在平底座上的左支座上，所述扭转加载机构还包括输出端与所述左电机电连接的左控制器、与所述左控制器的输入端电连接且与上引出棒和下引出棒均电连接的转角检测器。

上述优选方式中，左控制器可以采用现有的常规微处理器，转角检测器可以采用现有的常规的传感器，使得整个扭转试验系统的结构稳定和强度更高，便于操作，测试精度更高，测试结构的真实性更强，可参考性非常优越，实现闭环控制加载系统，结构设计更加合理，制作成本也低，试验过程中，设置在样件上的上引出棒和下引出棒分别与转角检测器连接，左控制器通过接收转角检测器的信号来控制左电机转动，当转角增大时，移动重锤在左电机作用下移动，通过减轻载荷保证原有应变不变，并通过左控制器进行各种测试数据的运算、记录、处理、显示等，提高试验的自动化程度以及试验的有效性，而且该扭转试验系统配合前述的拉伸试验系统，可以完成双轴式的盈利松弛试验，两者融合性更好，对于测试精度以及测试的真实性相比于传统是设备可以提高到相当的层次。

作为对本发明的优选，上卡盘包括与横梁固定的上直立部以及与所述上直立部的下端一体连接且卡口朝下的上卡部，下卡盘包括与转盘固定的下直立部以及与所述下直立部的上端一体连接且卡口朝上并与上卡部相对设置的下卡部。该优选使得结构的稳定性和强度提升，对于受力的分布更加合理也更贴近现实，有效提高试验的精度和真实性，上直立部与上卡部的连接位置优选处于上卡部的中心位置处并与卡口位置上下相对，上直立部与上卡部整体呈垂直状，下直立部与下卡部的连接位置优选处于下卡部的中心位置处并与卡口位置上下相对，下直立部与下卡部整体呈垂直状。

作为对本发明的优选，上引出棒和下引出棒均垂直于样件。提高试验精度和真实性。

作为对本发明的优选，平衡盘呈方形状，所述平衡盘其中一个对角方向的两个对角部位分别与第二正钢丝绳和第二反钢丝绳连接，所述平衡盘的另一个对角方向的两个对角部位上设有导向柱，机架上设有供导向柱进行导向的导向套。利于加工、安装，且受力的分布更好更符合实际，结构的稳定性进一步提高，试验出现异常的情况的发生率大大降低，试验更加流畅，而且对设备本身的损伤较小。

作为对本发明的优选，电加热装置为电加热炉且具有自动恒温调节装置。提高仿真模拟性，提高试验的精度和试验结构的真实性。

作为对本发明的优选，下卡盘与转盘的固定连接部位位于所述转盘的中心区域。进一步提高结构强度和稳定性，同时提升试验的精度和真实性。

作为对本发明的优选，第三钢丝绳与平衡盘的连接部位位于所述平衡盘的中央区域。进一步提高结构强度和稳定性，同时提升试验的精度和真实性。

本发明的有益效果：该试验机实现了高温下双轴式的拉扭组合应力松弛试验，可以采用闭环控制加载，结构设计合理，制作成本低；整个结构的物理性能更加优越，运行稳定性好，试验的精度和测量结果的真实性相当高，设备本身也更加持久耐用。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是图1的A-A剖面图；

图3是本发明实施例的工作原理图。

图中：1、机架，8、电加热装置，3、上卡盘，4、下卡盘，6、转盘，7、第一钢丝绳，9、拉伸加载机构，10、第二正钢丝绳，1010、第二反钢丝绳，11、正定滑轮，1111、反定滑轮，12、平衡盘，13、第三钢丝绳，14、扭转加载机构，34、样件，15、上引出棒，16、下引出棒，55、立柱，5、横梁，2、平底座，91、右横轴架，92、右纵轴架，93、右横臂，21、右电机，23、右丝杠，230、移动重锤，200、右支座，19、右控制器，17、伸长检测器，94、左横轴架，95、左纵轴架，96、左横臂，22、左电机，2323、左丝杠，201、左支座，20、左控制器，18、转角检测器，31、上直立部，32、上卡部，41、下直立部，42、下卡部，24、导向柱，240、导向套。

具体实施方式

以下具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

实施例，如图1、2、3所示，一种高温双轴应力松弛试验机，包括机架1，机架1中设有样件加紧装置，所述样件加紧装置外侧设有电加热装置8，所述样件加紧装置包括上卡盘3和位于所述上卡盘3下方且与所述上卡盘3相对设置的下卡盘4，所述上卡盘3固定在机架1上，所述下卡盘4的底端部位固定连接有盘面朝向上下方向设置的圆形状的转盘6，所述下卡盘4和所述转盘6可以优选采用键连接或焊接，所述下卡盘4的底部还连接有向下方延伸设置的第一钢丝绳7，所述第一钢丝绳7的另一端连接至拉伸加载机构9，所述转盘6的圆周侧部设有沟槽，所述沟槽上连接有反向设置的第二正钢丝绳10和第二反钢丝绳1010，所述第二正钢丝绳10和所述第二反钢丝绳1010分别通过安装在机架1上的正定滑轮11和反定滑轮1111改向后向下连接至盘面朝向上下方向设置的平衡盘12，所述平衡盘12上连接有向下方延伸设置的第三钢丝绳13，所述第三钢丝绳13的另一端连接至扭转加载机构14，该试验机还包括作用于夹持在所述上卡盘3和所述下卡盘4之间的样件34上且上下设置的上引出棒15和下引出棒16，所述上引出棒15还同时连接至所述拉伸加载机构9和所述扭转加载机构14，所述下引出棒16还同时连接至所述拉伸加载机构9和所述扭转加载机构14。机架1包括立柱55和横梁5，所述立柱55的底部固定于平底座2上，上卡盘3的顶端部位固定在横梁5上。上卡盘3包括与横梁5固定的上直立部31以及与所述上直立部31的下端一体连接且卡口朝下的上卡部32，下卡盘4包括与转盘6固定的下直立部41以及与所述下直立部41的上端一体连接且卡口朝上并与上卡部32相对设置的下卡部42。上引出棒15和下引出棒16均垂直于样件34。平衡盘12呈方形状，所述平衡盘12其中一个对角方向的两个对角部位分别与第二正钢丝绳10和第二反钢丝绳1010连接，所述平衡盘12的另一个对角方向的两个对角部位上设有导向柱24，机架1上设有供导向柱24进行导向的导向套240。电加热装置8为电加热炉且具有自动恒温调节装置。下卡盘4与转盘6的固定连接部位位于所述转盘6的中心区域。第三钢丝绳13与平衡盘12的连接部位位于所述平衡盘12的中央区域。

拉伸加载机构9包括与第一钢丝绳7连接且向右方延伸的右横轴架91、与所述右横轴架91靠第一钢丝绳7远端的部位固定连接且垂直于所述右横轴架91并向上方延伸的右纵轴架92，所述右纵轴架92的上方安装有横卧的右横臂93，所述右横臂93位于右纵轴架92的右端设有右电机21，所述右电机21的输出轴朝向左方并连接有右丝杠23，所述右丝杠23上位于右纵轴架92的左端设有移动重锤230，所述右横轴架91和所述右纵轴架92的固定连接端铰接于设置在平底座2上的右支座200上，所述拉伸加载机构9还包括输出端与所述右电机21电连接的右控制器19、与所述右控制器19的输入端电连接且与上引出棒15和下引出棒16均电连接的伸长检测器17。扭转加载机构14包括与第三钢丝绳13连接的且向左方延伸的左横轴架94、与所述左横轴架94靠第三钢丝绳13远端的部位固定连接且垂直于所述左横轴架94并向上方延伸的左纵轴架95，所述左纵轴架95的上方安装有横卧的左横臂96，所述左横臂96位于左纵轴架95的左端设有左电机22，所述左电机222的输出轴朝向右方并连接有左丝杠2323，所述左丝杠2323上位于左纵轴架95的右端也设有移动重锤230，所述左横轴架94和所述左纵轴架95的固定连接端铰接于设置在平底座2上的左支座201上，所述扭转加载机构14还包括输出端与所述左电机22电连接的左控制器20、与所述左控制器20的输入端电连接且与上引出棒15和下引出棒16均电连接的转角检测器18。

Claims (6)

1.一种高温双轴应力松弛试验机，包括机架（1），其特征在于：机架（1）中设有样件加紧装置，所述样件加紧装置外侧设有电加热装置（8），所述样件加紧装置包括上卡盘（3）和位于所述上卡盘（3）下方且与所述上卡盘（3）相对设置的下卡盘（4），所述上卡盘（3）固定在机架（1）上，所述下卡盘（4）的底端部位固定连接有盘面朝向上下方向设置的圆形状的转盘（6），所述下卡盘（4）的底部还连接有向下方延伸设置的第一钢丝绳（7），所述第一钢丝绳（7）的另一端连接至拉伸加载机构（9），所述转盘（6）的圆周侧部设有沟槽，所述沟槽上连接有反向设置的第二正钢丝绳（10）和第二反钢丝绳（1010），所述第二正钢丝绳（10）和所述第二反钢丝绳（1010）分别通过安装在机架（1）上的正定滑轮（11）和反定滑轮（1111）改向后向下连接至盘面朝向上下方向设置的平衡盘（12），所述平衡盘（12）上连接有向下方延伸设置的第三钢丝绳（13），所述第三钢丝绳（13）的另一端连接至扭转加载机构（14），该试验机还包括作用于夹持在所述上卡盘（3）和所述下卡盘（4）之间的样件（34）上且上下设置的上引出棒（15）和下引出棒（16），所述上引出棒（15）还同时连接至所述拉伸加载机构（9）和所述扭转加载机构（14），所述下引出棒（16）还同时连接至所述拉伸加载机构（9）和所述扭转加载机构（14），机架（1）包括立柱（55）和横梁（5），所述立柱（55）的底部固定于平底座（2）上，上卡盘（3）的顶端部位固定在横梁（5）上，拉伸加载机构（9）包括与第一钢丝绳（7）连接且向右方延伸的右横轴架（91）、与所述右横轴架（91）靠第一钢丝绳（7）远端的部位固定连接且垂直于所述右横轴架（91）并向上方延伸的右纵轴架（92），所述右纵轴架（92）的上方安装有横卧的右横臂（93），所述右横臂（93）位于右纵轴架（92）的右端设有右电机（21），所述右电机（21）的输出轴朝向左方并连接有右丝杠（23），所述右丝杠（23）上位于右纵轴架（92）的左端设有移动重锤（230），所述右横轴架（91）和所述右纵轴架（92）的固定连接端铰接于设置在平底座（2）上的右支座（200）上，所述拉伸加载机构（9）还包括输出端与所述右电机（21）电连接的右控制器（19）、与所述右控制器（19）的输入端电连接且与上引出棒（15）和下引出棒（16）均电连接的伸长检测器（17），下卡盘（4）与转盘（6）的固定连接部位位于所述转盘（6）的中心区域，第三钢丝绳（13）与平衡盘（12）的连接部位位于所述平衡盘（12）的中央区域。

2.根据权利要求1所述的一种高温双轴应力松弛试验机，其特征在于：扭转加载机构（14）包括与第三钢丝绳（13）连接的且向左方延伸的左横轴架（94）、与所述左横轴架（94）靠第三钢丝绳（13）远端的部位固定连接且垂直于所述左横轴架（94）并向上方延伸的左纵轴架（95），所述左纵轴架（95）的上方安装有横卧的左横臂（96），所述左横臂（96）位于左纵轴架（95）的左端设有左电机（22），所述左电机（222）的输出轴朝向右方并连接有左丝杠（2323），所述左丝杠（2323）上位于左纵轴架（95）的右端也设有移动重锤（230），所述左横轴架（94）和所述左纵轴架（95）的固定连接端铰接于设置在平底座（2）上的左支座（201）上，所述扭转加载机构（14）还包括输出端与所述左电机（22）电连接的左控制器（20）、与所述左控制器（20）的输入端电连接且与上引出棒（15）和下引出棒（16）均电连接的转角检测器（18）。

3.根据权利要求1或2所述的一种高温双轴应力松弛试验机，其特征在于：上卡盘（3）包括与横梁（5）固定的上直立部（31）以及与所述上直立部（31）的下端一体连接且卡口朝下的上卡部（32），下卡盘（4）包括与转盘（6）固定的下直立部（41）以及与所述下直立部（41）的上端一体连接且卡口朝上并与上卡部（32）相对设置的下卡部（42）。

4.根据权利要求3所述的一种高温双轴应力松弛试验机，其特征在于：上引出棒（15）和下引出棒（16）均垂直于样件（34）。

5.根据权利要求1或2所述的一种高温双轴应力松弛试验机，其特征在于：平衡盘（12）呈方形状，所述平衡盘（12）其中一个对角方向的两个对角部位分别与第二正钢丝绳（10）和第二反钢丝绳（1010）连接，所述平衡盘（12）的另一个对角方向的两个对角部位上设有导向柱（24），机架（1）上设有供导向柱（24）进行导向的导向套（240）。

6.根据权利要求1或2所述的一种高温双轴应力松弛试验机，其特征在于：电加热装置（8）为电加热炉且具有自动恒温调节装置。