CN104748959B - 三轴多维度加载力学性能测试试验台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三轴多维度加载力学性能测试试验台，包括框架支承组件、多维度加载组件、垂直加载组件、水平加载组件及电气控制装置。框架支承组件中框架底座上安装着基础承台，基础承台四角分别固定着框架立柱，框架立柱之间安装着反力墙，框架立柱上端通过固定横梁连接件连接着固定横梁，固定横梁通过移动连接座连接着可移动横梁；多维度加载组件中1吨多维度加载油缸通过可动支撑座与圆立柱连接；垂直加载组件中10吨加载油缸通过移动连接座安装在可移动横梁下面；水平加载组件中30吨加载油缸安装在反力墙上。本发明具有调整灵活方便、加载过程平稳无冲击的特点，具有对结构件尤其是对大型结构件的全方位的力学性能测试功能。

Description

三轴多维度加载力学性能测试试验台

技术领域

本发明涉及一种三轴加载力学性能测试试验台，尤其是一种针对大型结构件进行三轴多维度加载的力学性能测试试验台。

背景技术

随着科学技术的不断发展，人们对机械结构的力学性能如强度、刚度、疲劳寿命等提出了更高的要求。目前，在现代科研和生产中，力模拟加载试验是产品开发中一个非常重要的环节，所有的设计加工，都需要先对构件的力学性能进行验证，力学性能的好坏直接影响到对产品性能的研究，甚至决定产品研制成功与否。此外，若对构件的力学性能掌握不够，将得不到合理的设计，会存在很大的安全隐患，产品的使用期限减短，造成极大的资源浪费，不符合现代绿色环保生产的要求。在国内，现有的加载试验机设备体积小，重量轻，承载能力不高，通常只适用于小型构件，且只有一个或两个方向上的加载力，力学性能测试不全面，测试结果不可靠，无法很好地满足对构件进行多维度、全方位、不同加载力的测试要求。尤其是对一些大型的疲劳结构件而言，由于其工作载荷复杂，普通试验台难以对其进行全方位的加载试验，无法由这些试验台得出可靠的性能参考数据，从而不能对构件的性能进行验证，只能通过实际操作来检验，这样会增加生产的不确定因素和危险性，增加了生产成本。

经文献检索，已经公开的发明专利，申请号为CN201410244486 ，发明名称为多功能力学性能测试试验机，该发明采用驱动器结构对物料进行加载，加载力不能得到可靠的控制；物料上需要安装传感检测片，受环境因素的影响较大；且由于其空间本体结构的限制，承载能力不高，结构自身不能保证足够的强度和刚度，无法完成对大型结构件如机床部件等的力学性能测试。

国外对此类试验平台的设计与制造也相对较少，虽然开发的试验平台能够对构件进行力学性能测试，但现有测试设备的共同不足之处是不能完成对于结构件尤其是大型结构件的多维度、全方位、不同加载力的力学性能测试试验。

发明内容

为了克服现有的测试设备不能满足对结构件尤其是大型结构件进行全方位的性能测试要求，测试结果准确度低等缺点，本发明是要提供一种三轴多维度加载力学性能测试试验台，用于解决对不同结构件进行多维度、全方位、不同加载力的力学性能测试的问题。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种三轴多维度加载力学性能测试试验台，包括框架支承组件、多维度加载组件、垂直加载组件、水平加载组件及电气控制装置，所述框架支承组件包括框架底座，基础承台，框架立柱，反力墙，固定横梁，固定横梁连接件，可移动横梁，移动连接座，框架底座上安装着基础承台，基础承台四角分别固定着框架立柱，左侧的两根框架立柱中间安装着反力墙，框架立柱上端通过固定横梁连接件连接着固定横梁，固定横梁通过移动连接座连接着可移动横梁；所述的多维度加载组件包括1吨多维度加载油缸，减速机，圆立柱，可调整转盘，拉压力传感器，位移传感器，可动支撑座，胀紧套，升降导轨，位移传感器和拉压力传感器分别安装在1吨多维度加载油缸的末端和前端，1吨多维度加载油缸通过可调整转盘与可动支撑座安装在一起，可动支撑座通过胀紧套安装在圆立柱上，圆立柱上端通过移动连接座与可移动横梁安装在一起，圆立柱下端固定在基础承台上，减速机与升降导轨螺旋连接，并固设在可动支撑座上；所述垂直加载组件包括10吨加载油缸和与之相应的拉压力传感器、位移传感器， 所述10吨加载油缸通过移动连接座与可移动横梁相连接；所述水平加载组件包括30吨加载油缸和与之相应的拉压力传感器、位移传感器，所述30吨加载油缸安装在反力墙上。

移动连接座包括移动座上拉板，压盖，碟形弹簧，碟形弹簧座，深沟球轴承，支撑小轴，螺杆，移动座下拉板，移动座上拉板上安装着压盖，压盖内部的碟形弹簧套装在碟形弹簧座上，碟形弹簧座平放在支撑小轴上，支撑小轴与深沟球轴承安装在一起，移动座下拉板通过螺杆与移动座上拉板连接。

本发明的有益效果是：

1、本发明使用稳定可靠的液压系统提供加载驱动力，通过1吨多维度加载油缸、10吨加载油缸、30吨加载油缸、拉压力传感器、位移传感器的组合使用，在稳定无冲击的加载力作用下，可直接测出结构件发生的形变位移量，应用该试验台可以对结构件尤其是大型结构件如机床部件等进行全方位的力学性能测试。

2、本发明通过移动连接座中碟形弹簧滚动机构的使用，可以方便快捷地调整可移动横梁相对固定横梁在X方向的位置，并同时带动1吨多维度加载油缸和10吨加载油缸作X方向上的移动，以及调整1吨多维度加载油缸和10吨加载油缸相对可移动横梁在Y方向的位置。

3、本发明通过框架底座、基础承台、框架立柱、反力墙、固定横梁构成了一个力封闭体，具有对大型结构件的承载能力，同时确保加载油缸施加较大压力时试验台自身保持足够的刚度和强度，提高对结构件进行测试时的准确可靠性。且反力墙上设置有螺纹孔，可以根据测试要求，灵活调整30吨加载油缸的位置。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是图1中1吨多维度加载油缸在垂直面内旋转90度角后的右视图；

图3是移动连接座的主剖视图；

图4是多维度加载组件的主视图；

图5是多维度加载组件的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。

请参阅图1-5，本发明的三轴多维度加载力学性能测试试验台，主要由框架支承组件、多维度加载组件、垂直加载组件、水平加载组件及电气控制装置组成。

框架支承组件包括框架底座1，基础承台2，框架立柱3，反力墙4，固定横梁7，固定横梁连接件8，可移动横梁10，移动连接座11。框架底座1是用25mm钢板与槽钢焊接而成，布置有交叉加强筋板，基础承台2是一个整体的铸铁平台，作为固定安装结构件的工作平台，固定在框架底座1上。在基础承台2四角分别固定连接着框架立柱3，框架立柱3是由25mm钢板焊接而成。左侧的两根框架立柱3中间安装着反力墙4。框架立柱3上端通过固定横梁连接件8连接着固定横梁7，固定横梁7与框架立柱3、反力墙4、基础承台2及框架底座1构成了一个力封闭体，具有足够的刚度和强度。固定横梁7通过移动连接座11连接着可移动横梁10。

其中，移动连接座11包括安全块16，移动座上拉板18，内六角螺钉19、26，压盖20，碟形弹簧21，碟形弹簧座22，深沟球轴承23，支撑小轴24，螺杆25，移动座下拉板27，螺母28。移动座上拉板18通过内六角螺钉19固定着压盖20，每个移动连接座11包含四个压盖20。在压盖20内部，碟形弹簧21套装在碟形弹簧座22上，碟形弹簧座22平放在支撑小轴24上，支撑小轴24与深沟球轴承23安装在一起。安全块16通过内六角螺钉26固定在移动座下拉板27上，起到限制可移动横梁10滑动的作用。移动座下拉板27通过螺杆25与移动座上拉板18连接，并由螺母28锁定。此外，固定横梁7与可移动横梁10的连接，可移动横梁10与10吨加载油缸9、圆立柱14的连接都是通过移动连接座11作为固定连接装置。

当试验台加载时，需要锁紧移动连接座11上的螺母28，使可移动横梁10、10吨加载油缸9、圆立柱14固定不动。当根据测试要求需要调整加载油缸的位置时，只需要拧松螺母28并不需要卸下，在碟形弹簧21的作用下，移动连接座11与横梁之间会产生一定的间隙，移动连接座11通过深沟球轴承23可以轻便地移动调整，并同时带动可移动横梁10作X方向上的移动，移动连接座11还可以带动10吨加载油缸9、圆立柱14作Y方向上的移动，位置确定后锁紧螺母28即可，可以灵活方便地满足对不同结构件的测试要求。

多维度加载组件包括：1吨多维度加载油缸13，减速机12，圆立柱14，可调整转盘17，加载顶头29，拉压力传感器30，活塞杆31，位移传感器32，内六角螺钉33，弧形孔34，固定底座35，下法兰盘36，内固定卡环46，内六角螺钉37、40，可动支撑座38，胀紧套39，旋转挂板41，旋转挂盖42，上法兰盘43，内六角螺钉44，升降导轨45。位移传感器32和拉压力传感器30分别安装在1吨多维度加载油缸13的末端和前端。加载顶头29通过拉压力传感器30安装在活塞杆31的前端。1吨多维度加载油缸13固设在可调整转盘17上，可调整转盘17上有6个弧形孔34，并通过内六角螺钉33与可动支撑座38连接。可动支撑座38与圆立柱14结合部分设置有胀紧套39，通过内六角螺钉40调整胀紧套39，可以使1吨多维度加载油缸13通过可动支撑座38紧固在圆立柱14上。旋转挂板41、旋转挂盖42皆平均分为两半，安装时使旋转挂盖42的对接缝隙与旋转挂板41的对接缝隙交错90°，通过内六角螺钉便可以将旋转挂盖42和旋转挂板41拼接成一个整体，并固定在圆立柱14的沟槽里，同时起到对升降导轨45的支撑作用。减速机12与升降导轨45螺旋连接，并固设在可动支撑座38上。上法兰盘43平均分为两半，卡在圆立柱14上端的沟槽里，并通过内六角螺钉44与移动座下拉板27固定在一起。内固定卡环46安装在圆立柱14下端的沟槽里，并通过内六角螺钉37与下法兰盘36压紧在一起。下法兰盘36与固设在基础承台2上的固定底座35连接。

根据试件的大小和测试要求，拧松内六角螺钉40，使胀紧套39松动，摇动减速机12，1吨多维度加载油缸13可以随着可动支撑座38上下移动。松动内六角螺钉37、44，可以使1吨多维度加载油缸13随着圆立柱14在水平面内转动任意角度。松动内六角螺钉33，可以使1吨多维度加载油缸13在垂直面内转动最大一个弧形孔34的角度，此时，依次将内六角螺钉33移到弧行孔34的另一端，1吨多维度加载油缸13又可以再次转动最大一个弧形孔34的角度，这样多次移动内六角螺钉33的位置，便可以使1吨多维度加载油缸13在垂直面内旋转任意需要的角度。同时，通过调整移动连接座11和固定底座35，1吨多维度加载油缸13还可以随着圆立柱14相对可移动横梁10作Y方向的移动，亦可随可移动横梁10作X方向的移动。这样1吨多维度加载油缸13就可以实现多维度、全方位的加载，适应形状、大小、位置各异试件的测试。

垂直加载组件包括10吨加载油缸9和与之相应的拉压力传感器，位移传感器，加载顶头。10吨加载油缸9设计安装在可移动横梁10下方，通过移动连接座11与可移动横梁10固定相连。拧松移动连接座11上的螺母28，10吨加载油缸9便可以在碟形弹簧滚动机构的作用下轻便地作Y方向上的移动，10吨加载油缸9还可以随着可移动横梁10作X方向上的移动，如此可覆盖工作平台上的测试范围。

水平加载组件包括30吨加载油缸5，安装底座6和与之相应的拉压力传感器，位移传感器，加载顶头。30吨加载油缸5通过安装底座6固定在反力墙4上，且反力墙4上设置有螺纹孔15，可以根据测试要求，灵活调整30吨加载油缸5的位置，以适应不同形状大小的测试结构件。

本发明中多维度方向、水平方向及垂直方向三个加载装置，其加载施力分别由液压油缸来驱动，三个加载油缸都设计安装有高精度的拉压力传感器、位移传感器和加载顶头，可直接测出在不同的加载力下试件发生的形变位移量。且加载油缸为双出杆油缸，其两端作用面积相等，系统压力不变的情况下测试拉压的加载力是相同的，可方便运用于各种试件的测试要求。

本发明通过调节加载油缸的位置，由电气控制装置调节三个加载油缸中活塞杆的前进与后退，形成了调整灵活方便，加载过程平稳，加载力无冲击，承载能力高，力学性能测试可靠的功能。本发明主要解决现有的机械测试设备无法很好地完成对结构件尤其是对大型结构件如机床部件等的力学性能测试的问题，它具有整体组合测试的功能，根据结构件的形状大小和结构件在基础承台上的固定位置，以及测试的侧重点要求，可以方便快捷地将三个加载轴调到相应位置，按设定的要求测出试件的力学性能参数，为进一步的加工与应用提供可靠的理论依据。

Claims (2)

1.一种三轴多维度加载力学性能测试试验台，包括框架支承组件、多维度加载组件、垂直加载组件、水平加载组件及电气控制装置，其特征在于：

所述框架支承组件包括框架底座（1），基础承台（2），框架立柱（3），反力墙（4），固定横梁（7），固定横梁连接件（8），可移动横梁（10），移动连接座（11），框架底座（1）上安装基础承台（2），基础承台（2）四角分别固定着框架立柱（3），左侧的两根框架立柱（3）中间安装反力墙（4），框架立柱（3）上端通过固定横梁连接件（8）连接固定横梁（7），固定横梁（7）通过移动连接座（11）连接可移动横梁（10）；

所述多维度加载组件包括1吨多维度加载油缸（13）、减速机（12）、圆立柱（14）、可调整转盘（17）、拉压力传感器（30）、活塞杆（31）、位移传感器（32）、可动支撑座（38）、胀紧套（39）、升降导轨（45），所述位移传感器（32）和拉压力传感器（30）分别安装在1吨多维度加载油缸（13）的末端和前端，1吨多维度加载油缸（13）通过可调整转盘（17）安装在可动支撑座（38）上，可动支撑座（38）通过胀紧套（39）安装在圆立柱（14）上，圆立柱（14）上端通过移动连接座（11）与可移动横梁（10）安装在一起，圆立柱（14）下端固定在基础承台（2）上，减速机（12）与升降导轨（45）螺旋连接，并固设在可动支撑座（38）上；

所述垂直加载组件包括10吨加载油缸（9）和与之相应的拉压力传感器、位移传感器，所述10吨加载油缸（9）通过移动连接座（11）与可移动横梁（10）相连接；

所述水平加载组件包括30吨加载油缸（5）和与之相应的拉压力传感器、位移传感器，所述30吨加载油缸（5）安装在反力墙（4）上。

2.根据权利要求1所述的三轴多维度加载力学性能测试试验台，其特征在于：所述的移动连接座（11）包括移动座上拉板（18），压盖（20），碟形弹簧（21），碟形弹簧座（22），深沟球轴承（23），支撑小轴（24），螺杆（25），移动座下拉板（27），移动座上拉板（18）上安装着压盖（20），压盖（20）内部的碟形弹簧（21）套装在碟形弹簧座（22）上，碟形弹簧座（22）平放在支撑小轴（24）上，支撑小轴（24）与深沟球轴承（23）安装在一起，移动座下拉板（27）通过螺杆（25）与移动座上拉板（18）连接。