CN105300809A - 自动换取试样件的低温力学试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了自动换取试样件的低温力学试验装置及方法。目前大多数低温力学试验采用力学试验机加低温箱模式，每次换取试样件时，均需等保温箱和室温差不多时才能开门换件，增加了试验时间。本发明装置采用平行抓手实现试样件的抓取，平移驱动装置实现平行抓手的伸缩，直线驱动器实现平行抓手的升降，旋转驱动装置实现平行抓手的旋转；控制系统控制平行抓手、平移驱动装置、直线驱动器和旋转驱动装置的动作，以及数据传输。本发明方法：首先将试样件的尺寸参数输入控制系统，将试样件放置在试样件预冷架上随同低温试验箱一同预冷，当温度达到设定值时，通过控制系统执行“装件”和“卸件”动作。本发明无需打开低温试验箱，即自动换取试样件。

Description

自动换取试样件的低温力学试验装置及方法

技术领域

本发明涉及属于试验设备领域，具体涉及一种自动换取试样件的低温力学试验装置及方法，主要针对中小跨度温差力学试验。

背景技术

为了测试材料在低温环境下的力学特性，通常采用力学试验机外加低温箱组合模式进行试验，以此获取材料的非常温力学性能，而中小跨度低温环境的实现多采用压缩机制冷方式，制冷相对缓慢，若换取试样件需打开低温试验箱，将使得低温试验箱内的冷气丢失，导致试验准备时间长，造成人力等资源的浪费。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种自动换取试样件的低温力学试验装置及方法。本发明方法首先需将试样件的尺寸参数输入控制系统，将试样件放置在试样件预冷架上随同低温试验箱一同预冷，当温度达到设定值时，通过控制系统执行“装件”和“卸件”动作。

本发明自动换取试样件的低温力学试验装置，包括工装夹具、平行抓手、平移驱动装置、直线驱动器、旋转驱动装置、试样件预冷架、控制系统和低温试验箱；所述的旋转驱动装置固定在低温试验箱底部，并驱动直线驱动器旋转；所述的平移驱动装置固定在直线驱动器上，并驱动平行抓手平移；所述的工装夹具安装在平行抓手末端；所述的试样件预冷架固定在低温试验箱侧壁上；所述的控制系统控制平行抓手、平移驱动装置、直线驱动器和旋转驱动装置的动作，以及数据传输。

所述的试样件预冷架包括试样件预冷架壳体以及设置在试样件预冷架壳体内的弹簧和托件板；所述弹簧的两端分别与试样件预冷架壳体和托件板连接。

所述的旋转驱动装置采用平移气缸或平移电机。

所述的旋转驱动装置采用旋转气缸或旋转电机。

所述的直线驱动器能将自身位移参数传输给控制系统。

本发明自动换取试样件的低温力学试验方法，具体如下：

步骤一、将试样件的尺寸参数、试验机下夹头的高度位置和中心线位置输入控制系统；试样件的尺寸参数包括试样件总长和夹持部位直径。多个试样件并排装入试样件预冷架上。

步骤二、关闭低温试验箱的箱门，打开低温试验箱的降温装置并设定温度值对试样件进行预冷。

步骤三、设定工装夹具的初始位置和初始张开量；工装夹具的初始位置与试样件预冷架中心等高，物料盒放置在工装夹具的初始位置正下方；工装夹具的初始张开量比试样件夹持部位直径大1～2mm。

步骤四、当温度达到设定值时，通过控制系统执行“装件”动作，具体如下：

①旋转驱动装置将工装夹具从初始位置旋转至正对试样件预冷架的位置，平移驱动装置将工装夹具推出平移到试样件处，平行抓手则控制工装夹具夹持住已经预冷好的试样件；

②旋转驱动装置旋转将试样件从试样件预冷架上取下，平移驱动装置将工装夹具平移复位，旋转驱动装置继续旋转直至工装夹具背对试样件预冷架；平移驱动装置再次将工装夹具推出，保证试样件和试验机下夹头同轴；直线驱动器依据输入的试样件总长和试验机下夹头的高度位置上下移动实现试样件的纵向定位，同时直线驱动器的纵向位移传送至控制系统中；

③控制系统控制试验机上夹头下移夹住试样件的顶部，试验机上夹头下移的位移与直线驱动器的纵向位移相等；试样件的底部由试验机下夹头夹持；

④工装夹具打开，平移驱动装置将工装夹具复位，旋转驱动装置将工装夹具回转到初始位置，开始低温力学试验。

步骤五、试样件断裂后，通过控制系统控制工装夹具回到试样件位置夹持断裂的试样件；试验机上夹头打开上移，下夹头打开；工装夹具、平行抓手和平移驱动装置随直线驱动器上移；平移驱动装置将工装夹具复位，旋转驱动装置将工装夹具回转到初始位置；直线驱动器下移，松开工装夹具，断裂的试样件落在物料盒中。

步骤六、重复步骤四和步骤五，直至试样件预冷架上所有试样件都完成低温力学试验。

本发明的有益效果：

1、本发明无需打开低温试验箱，即可自动换取试样件，对尺寸参数相同的一组试样件进行低温力学试验，试验过程中低温试验箱内的冷气不会丢失，可以节省大量的试验时间和费用；同时，使得试验更加规范，减少人为操作误差；可以增加试验操作人员的人身安全；

2、本发明应用范围广，除了可应用于低温试验，还可通过更换工装夹具应用在其它不便于人工换件的试验上。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的机构运动简图；

图3为本发明中试样件预冷架的结构示意图；

图4为图3的纵向截面图。

图中：1、试验机上夹头，2、试验机下夹头，3、工装夹具，4、平行抓手，5、平移气缸，6、直线驱动器，7、旋转气缸，8、底板，9、试样件预冷架，9-1、试样件预冷架壳体，9-2、弹簧，9-3、托件板，9-4、试样件，10、低温试验箱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1和2所示，自动换取试样件的低温力学试验装置，包括工装夹具3、平行抓手4、平移气缸5、直线驱动器6、旋转气缸7、试样件预冷架9、控制系统和低温试验箱10；旋转气缸7通过底板8固定在低温试验箱10底部；直线驱动器6与旋转气缸的活塞杆固定，针对不同的试样件长度实现平移气缸5、平行抓手4和工装夹具3的上、下移动功能，同时将自身位移参数传输给控制系统；平移气缸5固定在直线驱动器上，实现平行抓手和工装夹具的左、右移动功能；平行抓手4与平移气缸的活塞杆固定，实现工装夹具抓取试样件的功能；工装夹具3安装在平行抓手4末端，需依据不同试样件由平行抓手4控制；试样件预冷架9固定在低温试验箱10侧壁上，实现试样件9-4的预冷功能；控制系统控制平行抓手4、平移气缸5、直线驱动器6和旋转气缸7的动作，以及数据传输。

如图3和4所示，试样件预冷架9包括试样件预冷架壳体9-1以及设置在试样件预冷架壳体9-1内的弹簧9-2和托件板9-3；弹簧9-2的两端分别与试样件预冷架壳体9-1和托件板9-3连接；多个试样件9-4并排装入试样件预冷架壳体9-1内，并由托件板9-3托住。

该自动换取试样件的低温力学试验装置进行低温力学试验的方法，具体如下：

步骤一、将试样件的尺寸参数(试样件总长、夹持部位直径等)、试验机下夹头2的高度位置和中心线位置输入控制系统；多个试样件并排装入试样件预冷架9上。

步骤二、关闭低温试验箱10的箱门，打开低温试验箱10的降温装置并设定温度值对试样件进行预冷。

步骤三、设定工装夹具3的初始位置和初始张开量；工装夹具3的初始位置与试样件预冷架9中心等高，物料盒放置在工装夹具3的初始位置正下方；工装夹具3的初始张开量比试样件夹持部位直径大1～2mm。

步骤四、当温度达到设定值时，通过控制系统执行“装件”动作，具体如下：

①旋转气缸7将工装夹具3从初始位置旋转至正对试样件预冷架9的位置，平移气缸5的活塞杆推出将工装夹具移动到试样件处，平行抓手4则控制工装夹具夹持住已经预冷好的试样件；

②旋转气缸7旋转将试样件从试样件预冷架9上取下，平移气缸5的活塞杆复位，旋转气缸7继续旋转直至工装夹具3背对试样件预冷架9；平移气缸5的活塞杆推出，保证试样件和试验机下夹头2同轴；直线驱动器6依据输入的试样件总长和试验机下夹头2的高度位置上下移动实现试样件的纵向定位，同时直线驱动器6的纵向位移传送至控制系统中；

③控制系统控制试验机上夹头1(活动端)下移夹住试样件的顶部，试验机上夹头1下移的位移与直线驱动器6的纵向位移相等；试样件的底部由试验机下夹头2(固定端)夹持；

④工装夹具打开，平移气缸5的活塞杆复位，旋转气缸7将工装夹具回转到初始位置，开始低温力学试验。

步骤五、试样件断裂后，通过控制系统控制工装夹具3回到试样件位置夹持断裂的试样件；试验机上夹头1打开上移，下夹头2打开；工装夹具3、平行抓手4和平移气缸5随直线驱动器6上移，避开下夹头2；平移气缸5的活塞杆复位，旋转气缸7将工装夹具回转到初始位置；直线驱动器6下移，松开工装夹具3，断裂的试样件落在物料盒中。

步骤六、重复步骤四和步骤五，直至试样件预冷架9上所有试样件都完成低温力学试验。

Claims (7)

1.自动换取试样件的低温力学试验装置，包括控制系统和低温试验箱；其特征在于：还包括工装夹具、平行抓手、平移驱动装置、直线驱动器、旋转驱动装置和试样件预冷架；所述的旋转驱动装置固定在低温试验箱底部，并驱动直线驱动器旋转；所述的平移驱动装置固定在直线驱动器上，并驱动平行抓手平移；所述的工装夹具安装在平行抓手末端；所述的试样件预冷架固定在低温试验箱侧壁上；所述的控制系统控制平行抓手、平移驱动装置、直线驱动器和旋转驱动装置的动作，以及数据传输。

2.根据权利要求1所述的自动换取试样件的低温力学试验装置，其特征在于：所述的试样件预冷架包括试样件预冷架壳体以及设置在试样件预冷架壳体内的弹簧和托件板；所述弹簧的两端分别与试样件预冷架壳体和托件板连接。

3.根据权利要求1所述的自动换取试样件的低温力学试验装置，其特征在于：所述的旋转驱动装置采用平移气缸或平移电机。

4.根据权利要求1所述的自动换取试样件的低温力学试验装置，其特征在于：所述的旋转驱动装置采用旋转气缸或旋转电机。

5.根据权利要求1所述的自动换取试样件的低温力学试验装置，其特征在于：所述的直线驱动器能将自身位移参数传输给控制系统。

6.自动换取试样件的低温力学试验方法，其特征在于：该方法的具体步骤如下：

步骤一、将试样件的尺寸参数、试验机下夹头的高度位置和中心线位置输入控制系统；试样件的尺寸参数包括试样件总长和夹持部位直径；多个试样件并排装入试样件预冷架上；

步骤二、关闭低温试验箱的箱门，打开低温试验箱的降温装置并设定温度值对试样件进行预冷；

步骤三、设定工装夹具的初始位置和初始张开量；工装夹具的初始位置与试样件预冷架中心等高，物料盒放置在工装夹具的初始位置正下方；

步骤四、当温度达到设定值时，通过控制系统执行“装件”动作，具体如下：

①旋转驱动装置将工装夹具从初始位置旋转至正对试样件预冷架的位置，平移驱动装置将工装夹具推出平移到试样件处，平行抓手则控制工装夹具夹持住已经预冷好的试样件；

②旋转驱动装置旋转将试样件从试样件预冷架上取下，平移驱动装置将工装夹具平移复位，旋转驱动装置继续旋转直至工装夹具背对试样件预冷架；平移驱动装置再次将工装夹具推出，保证试样件和试验机下夹头同轴；直线驱动器依据输入的试样件总长和试验机下夹头的高度位置上下移动实现试样件的纵向定位，同时直线驱动器的纵向位移传送至控制系统中；

③控制系统控制试验机上夹头下移夹住试样件的顶部，试验机上夹头下移的位移与直线驱动器的纵向位移相等；试样件的底部由试验机下夹头夹持；

④工装夹具打开，平移驱动装置将工装夹具复位，旋转驱动装置将工装夹具回转到初始位置，开始低温力学试验；

步骤五、试样件断裂后，通过控制系统控制工装夹具回到试样件位置夹持断裂的试样件；试验机上夹头打开上移，下夹头打开；工装夹具、平行抓手和平移驱动装置随直线驱动器上移；平移驱动装置将工装夹具复位，旋转驱动装置将工装夹具回转到初始位置；直线驱动器下移，松开工装夹具，断裂的试样件落在物料盒中；

步骤六、重复步骤四和步骤五，直至试样件预冷架上所有试样件都完成低温力学试验。

7.根据权利要求6所述自动换取试样件的低温力学试验方法，其特征在于：工装夹具的初始张开量比试样件夹持部位直径大1～2mm。