CN108489824B - 多轴加载应力腐蚀试验设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多轴加载应力腐蚀试验设备，包括顶梁、立柱、底板、多轴加载装置、拉杆、釜内安装机构、电动推杆、釜体和加热炉；底板设置在若干立柱的底部，顶梁设置在若干立柱的顶部；多轴加载装置、拉杆、釜内安装机构和釜体自下而上安装在若干立柱之间；釜体安装在加热炉内，电动推杆与加热炉连接，经链条传动来实现加热炉提升或下降；拉杆的底部与多轴加载装置连接，顶部与固定在釜内安装机构内的试样连接；多轴加载装置及釜内安装机构均固定连接在若干立柱上。本发明的多轴加载应力腐蚀试验设备包括多套加载装置，保证多个试样可独立控制，可同时进行相同或不同的试验。

Description

多轴加载应力腐蚀试验设备

技术领域

本发明涉及应力腐蚀试验设备，尤其涉及一种多轴加载应力腐蚀试验设备。

背景技术

应力腐蚀是材料在外加应力和特定腐蚀介质环境共同作用下表现出的材料特性，应力腐蚀试验设备是专门针对应力腐蚀试验研发的设备，设备配有实验釜、加载单元、负荷传感器、位移传感器等。实验釜可为材料试样提供特定的介质环境，比如高温高压超纯水介质；加载单元通过拉杆和夹具为材料试样提供加载应力。目前应力腐蚀试验设备普遍采用一个实验釜配备一个加载单元的形式，每次试验只能对一个试样进行加载，而一般材料测试需对多个试样进行试验，试验形式虽不一定相同，但所处介质环境往往是相同的，然后将多个试验的数据进行比对分析，最终得出试验结果。按现有设备每次做一个试样，试验周期又特别长，一组试样做完往往需要数月时间，极大的影响试验效率。

应力腐蚀试验设备受高温高压实验釜成本的影响，单台价格并不低，若想通过增加设备数量来提高试验效率，又需投入极大的设备采购成本。而且，目前国内实验室普遍空间有限，使用多台设备势必占用较大空间，减少了实验室的使用效率。因此，研发一台具有多轴加载功能的应力腐蚀试验设备是非常有必要的。

目前试验机行业有一种四轴拉伸的应力腐蚀试验设备，主要由高温高压循环水系统、高压釜、四轴拉伸装置、数据采集系统等组成。高温高压循环水系统为高压釜内提供高温高压水，四轴拉伸装置对高压釜内的辐照试样进行慢应变速率拉伸，数据采集系统自动采集记录实验数据。其中，四周拉伸装置由伺服电机、自平衡釜外拉伸装置、力传感器、万向节和传动板等组成。该应力腐蚀试验设备能够实现四轴同时加载，但是仍然存在以下缺陷：

1、设备虽然采用四轴拉伸装置，但只有一个伺服机(即加载单元)，四根轴通过传力板同时连接到伺服机上，不能单独控制，所以四根轴只能连接相同规格尺寸的四个试样，做同一种试验。

2、由于四个试样共同分担伺服机的加载力，若其中一个试样达到拉伸极限突然断裂，其他三个试样受力必然急剧增大，甚至出现同时断裂的现象。所以，使用该装置进行试验时，试样不能够发生断裂，且应变幅值不宜过大。

3、该装置只适用于慢拉伸速率应力腐蚀试验，不适用疲劳类试验，局限性较大。

发明内容

为解决现有应力腐蚀试验设备存在的缺陷，本发明提出了一种多轴加载应力腐蚀试验设备。

本发明所采用的技术方案是：

一种多轴加载应力腐蚀试验设备，包括顶梁、立柱、底板、多轴加载装置、拉杆、釜内安装机构、电动推杆、釜体和加热炉；所述底板设置在若干所述立柱的底部，所述顶梁设置在若干所述立柱的顶部；所述多轴加载装置、拉杆、釜内安装机构和所述釜体自下而上安装在若干所述立柱之间；所述釜体安装在所述加热炉内，所述电动推杆与所述加热炉连接，经链条传动来实现所述加热炉提升或下降；所述拉杆的底部与所述多轴加载装置连接，顶部与固定在所述釜内安装机构内的试样连接；所述多轴加载装置及所述釜内安装机构均固定连接在若干所述立柱上。

较佳的，所述釜内安装机构包括夹具支撑板、釜内立柱、釜内拉杆、夹具、釜盖和釜盖安装板；所述釜盖安装板固定在若干所述立柱上，而所述釜盖安装在所述釜盖安装板的正中央；所述夹具支撑板设置在若干所述釜内立柱的顶部，若干所述釜内立柱的底部与所述釜盖固定连接，其中一根所述釜内立柱设置在所述釜盖的正中央，其余所述釜内立柱呈圆周均布排列，并且与若干所述拉杆交错布置；若干所述釜内拉杆固定在所述夹具支撑板上，并且分别与若干所述拉杆同轴设置；所述拉杆的顶部设置有所述夹具，所述釜内拉杆的底部设置有所述夹具，所述拉杆和所述釜内拉杆通过两个所述夹具夹持试样。

较佳的，所述拉杆与所述夹具螺纹连接，所述釜内拉杆的底部与所述夹具螺纹连接，两个所述夹具与所述试样螺纹连接。

较佳的，所述釜内拉杆与所述夹具支撑板螺纹连接，用以调节所述釜内拉杆在竖直方向上的移动，并通过螺母固定连接。

较佳的，多轴加载应力腐蚀试验设备还包括拉杆套筒，所述拉杆贯穿所述拉杆套筒，所述拉杆套筒的顶部固定在所述釜盖安装板的底部，所述拉杆套筒的底部和所述拉杆之间的间隙设置有密封圈。

较佳的，多轴加载应力腐蚀试验设备还包括位移传感器，所述位移传感器包括本体和固定块，所述本体固定在所述拉杆上，而所述固定块与所述拉杆套筒固定连接。

较佳的，所述多轴加载装置包括顶板、安装板、伺服电机、减速机、滚珠丝杠、加载立柱、负荷传感器、过渡件和防转滑块；所述顶板固定安装在若干所述立柱上；所述加载立柱的顶部固定在所述顶板上，底部固定在所述安装板上；所述顶板的底部设置有上轴承座，所述安装板的顶部设置有下轴承座；所述滚珠丝杠包括丝杠螺母和丝杠螺杆；所述丝杠螺杆的顶部安装在所述上轴承座上，底部安装在所述下轴承座上；所述加载立柱以及所述丝杠螺杆均布在所述安装板的圆周方向上；所述减速机安装在所述安装板的下方，所述伺服电机安装在所述减速机的下方，所述减速机的输出轴与所述丝杠螺杆的底部固定连接；所述防转滑块与所述加载立柱滑动连接；所述过渡件的一端与所述丝杠螺母固定连接，中部与所述防转滑块固定连接，另一端与所述负荷传感器固定连接，并且所述过渡件的另一端指向所述安装板的正中央；所述负荷传感器的顶部通过连接块与所述拉杆的底部同轴固定连接；所述拉杆、负荷传感器、过渡件、加载立柱、防转滑块、滚珠丝杠、减速机以及所述伺服电机的数量均相同且一一对应。

较佳的，所述下轴承座内部安装一对角接触球轴承，所述上轴承座内部安装一件深沟球轴承。

较佳的，所述连接块分别与所述负荷传感器的顶部和所述拉杆的底部螺纹连接。

较佳的，多轴加载应力腐蚀试验设备还包括横梁和锁紧环；所述横梁通过直线轴承固定在两根所述立柱上，可沿所述立柱上下移动；所述横梁位于所述顶梁下方，并通过连杆与所述加热炉连接；所述链条的一端与所述横梁连接，所述链条的另一端与所述电动推杆连接，所述电动推杆固定在两根所述立柱之间；所述锁紧环设置在所述立柱上，并且与所述横梁连接，用于锁紧所述横梁以保证加热炉不会以外坠落。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

设备配备一个试验釜和多根拉杆，可同时对多个试样进行试验，增大了试验效率；

多轴加载装置包括多套(不限四套)伺服电机、减速机、滚珠丝杠等，分别与多根拉杆相连，保证多个试样可独立控制，可同时进行相同或不同的试验；

每套加载单元都配有一个负荷传感器，可独立测量每个试样的加载力，相互之间不受影响；

多套加载单元圆周方向均布配置，且负荷传感器排在最里侧，可最大限度缩小拉杆之间的距离，进而减小试验釜的内径，降低试验釜成本；

滚珠丝杠上下两端都设置轴承座及轴承，可增大丝杠的抗弯矩能力，减少偏载力的影响，增加丝杠的使用寿命；

滚珠丝杠和负荷传感器之间设置加载立柱与防转滑块，既起到连接固定顶板和安装板的作用，又能防止丝杠螺母转动，还能抵消负荷传感器与丝杠螺杆不同轴造成的弯矩。加载立柱与防转滑块的实际使用形式可以是光轴与直线轴承，也可以是直线导轨与滑块；

实验釜内设置多根釜内立柱和夹具支撑板相连，其中一根在正中央，其余多根圆周均布排列，并与拉杆交错布置。这种方式，各立柱受力均匀，且不会相互影响；

实验釜的釜体和加热炉采用电动推杆驱动提升或下降，运行平稳且节省了人力；

立柱上设置锁紧环，可在釜体和加热炉提升后，锁紧提升装置，防止釜体因意外情况坠落。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为本发明一实施例的多轴加载应力腐蚀试验设备的结构图；

图2为本发明一实施例的釜内安装机构的结构图；

图3为本发明一实施例的多轴加载装置的结构图；

图4为图3的多轴加载装置的俯视图。

图中，1-顶梁；2-锁紧环；3-立柱；4-釜盖安装板；5-拉杆；6-多轴加载装置；7-底板；8-釜盖；9-夹具；10-釜内立柱；11-夹具支撑板；12-电动推杆；13-加热炉；21-上轴承座；22-滚珠丝杠；23-过渡件；24-负荷传感器；25-下轴承座；26-减速机；27-伺服电机；28-安装板；29-加载立柱；30-防转滑块；31-顶板；41-釜内拉杆；42-试样。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。

如图1所示，一种多轴加载应力腐蚀试验设备，包括顶梁1、立柱3、底板7、多轴加载装置6、拉杆5、釜内安装机构、电动推杆12、釜体和加热炉13。底板7设置在若干立柱3的底部，顶梁1设置在若干立柱3的顶部。多轴加载装置6、拉杆5、釜内安装机构和釜体自下而上安装在若干立柱3之间。釜体安装在加热炉13内，电动推杆12与加热炉13连接，经链条传动实现加热炉13提升或下降，节省人力且运行平稳。拉杆5的底部与多轴加载装置6连接，多轴加载装置6向拉杆5提供拉力；拉杆5的顶部与固定在釜内安装机构的试样42连接。多轴加载装置6及釜内安装机构均固定连接在若干立柱3上。

如图2所示，釜内安装机构包括夹具支撑板11、釜内立柱10、釜内拉杆41、夹具9、釜盖8和釜盖安装板4。釜盖安装板4固定在若干立柱3上，而釜盖8安装在釜盖安装板4的正中央，加热炉13下移的时候，方便将釜体安装在釜盖8上。夹具支撑板11设置在若干釜内立柱10的顶部，若干釜内立柱10的底部与釜盖8固定连接，其中一根釜内立柱10设置在釜盖8的正中央，其余釜内立柱10呈圆周均布排列，并且与若干拉杆5交错布置。任意一根拉杆5加载时，两侧和正中央均有立柱3，共计三根立柱3来支撑夹具支撑板11，支柱受力均匀稳定，且不会相互影响。若干釜内拉杆41固定在夹具支撑板11上，并且分别与若干拉杆5同轴设置。拉杆5的顶部设置有夹具9，釜内拉杆41的底部同样设置有夹具9，拉杆5和釜内拉杆41通过两个夹具9夹持试样42。

在一实施例中，拉杆5与夹具9螺纹连接，釜内拉杆41的底部与夹具9螺纹连接，两个夹具9与试样42螺纹连接。其中，试样42两端的外螺纹分别与两个夹具9的内螺纹连接，而夹具9与拉杆5或者夹具9与釜内拉杆41的内外螺纹连接形式不限，比如可以是夹具9的内螺纹与拉杆5的外螺纹连接或者夹具9的外螺纹与拉杆5的内螺纹连接。

在一实施例中，釜内拉杆41与夹具支撑板11螺纹连接，釜内拉杆41上具有较长的外螺纹，用以调节釜内拉杆41在竖直方向上的移动距离，然后通过螺母固定连接，以调整试样42在釜内的位置。

在一实施例中，多轴加载应力腐蚀试验设备还包括拉杆套筒，拉杆5贯穿拉杆套筒，拉杆套筒的顶部固定在釜盖安装板4的底部，拉杆套筒的底部和拉杆5之间的间隙设置有密封圈。在釜内安装机构一侧的拉杆5，其温度可能还很高，需要通过拉杆套筒进行散热，而密封圈可以防止釜内安装机构的液体或气体的泄露。

在一实施例中，多轴加载应力腐蚀试验设备还包括位移传感器，位移传感器包括本体和固定块，本体通过连接件固定在拉杆5上，而固定块固定在拉杆套筒上。固定块固定不动，而本体随着拉杆5上下移动，从而测量出试样42的拉伸长度。

如图3和图4所示，多轴加载装置6包括顶板31、安装板28、伺服电机27、减速机26、滚珠丝杠22、加载立柱29、负荷传感器24、过渡件23和防转滑块30。顶板31固定安装在若干立柱3上。加载立柱29的顶部固定在顶板31上，底部固定在安装板28上。顶板31的底部设置有上轴承座21，安装板28的顶部设置有下轴承座25。滚珠丝杠22包括丝杠螺母和丝杠螺杆，丝杠螺杆的顶部安装在上轴承座21上，底部安装在下轴承座25上。加载立柱29以及丝杠螺杆均布在安装板28的圆周方向上。减速机26安装在安装板28的下方，伺服电机27安装在减速机26的下方并且减速机26连接，减速机26的输出轴与丝杠螺杆的底部固定连接。伺服电机27驱动减速机26，减速机26优选为行星减速机，减速机26带动丝杠螺杆转动，丝杠螺杆的回转运动转换为丝杠螺母的直线运动。过渡件23的一端与丝杠螺母固定连接，比如套接在丝杠螺母上；过渡件23的中部与防转滑块30固定连接，比如套接在防转滑块30上；过渡件23的另一端与负荷传感器24固定连接，比如负荷传感器24的底部与过渡件23螺纹连接，而负荷传感器24的顶部通过连接块与拉杆5的底部同轴固定连接。由于负荷传感器24与滚珠丝杠22不在同一直线上，加载时势必对丝杠螺母产生一定的弯矩，而防转滑块30与加载立柱滑动连接，通过与加载立柱的紧密配合，可抵消负荷传感器24带来的弯矩。同时过渡件23的另一端必须是指向安装板28的正中央或者是指向多轴加载应力腐蚀试验设备的中轴线上。防转滑块30保证丝杠螺母圆周方向不转动的同时又可沿加载立柱上下移动。本实施例的四套加载单元呈圆周均布排列，滚珠丝杠22在最外侧，负荷传感器24在最内侧，这种排列方式可使负荷传感器24相互之间的距离减小，进而缩小四根拉杆5之间的距离，保证试验釜内径不要太大，以降低试验釜成本。本实施例多轴加载应力腐蚀试验设备中的拉杆5、负荷传感器24、过渡件23、加载立柱29、防转滑块30、滚珠丝杠22、减速机26以及伺服电机27各自的数量均为四个且一一对应。应当理解的是，本发明的多轴加载应力腐蚀试验设备适用于对N(N≥2)个试样42同时进行测试，N个试样42分别由N个伺服电机27进行驱动，从而拉伸试样42进行测试。

在一实施例中，下轴承座25内安装一对角接触球轴承，上轴承座21内安装一件深沟球轴承。即上轴承座21对丝杠螺杆承受径向载荷，而下轴承座25同时对丝杠螺杆承受径向载荷和轴向载荷。该设计可增大滚珠丝杠22的抗弯矩能力，减少装配误差造成的偏载力的影响，增加滚珠丝杠22的使用寿命。

在一实施例中，连接块分别与负荷传感器24的顶部和拉杆5的底部螺纹连接，内外螺纹连接形式不限。连接块的结构形式也不设限制，可以是正方形块状结构，中心设有螺纹孔，通过螺纹孔分别与负荷传感器24的顶部和栏杆的底部连接。

在一实施例中，多轴加载应力腐蚀试验设备还横梁、链条和锁紧环2；横梁通过直线轴承固定在两根立柱3上，可沿立柱3上下移动；横梁位于顶梁1下方，并通过连杆与加热炉13连接；链条的一端与横梁连接，链条的另一端与电动推杆12连接，电动推杆12固定在两根立柱3之间；锁紧环2设置在立柱3上，通过手动操作，并且与横梁连接，用于锁紧横梁，防止加热炉13因链条意外断裂或人为操作失误而坠落。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种多轴加载应力腐蚀试验设备，其特征在于，包括顶梁、立柱、底板、多轴加载装置、拉杆、釜内安装机构、电动推杆、釜体和加热炉；所述底板设置在若干所述立柱的底部，所述顶梁设置在若干所述立柱的顶部；所述多轴加载装置、拉杆、釜内安装机构和所述釜体自下而上安装在若干所述立柱之间；所述釜体安装在所述加热炉内，所述电动推杆与所述加热炉连接，经链条传动来实现所述加热炉提升或下降；所述拉杆的底部与所述多轴加载装置连接，顶部与固定在所述釜内安装机构内的试样连接；所述多轴加载装置及所述釜内安装机构均固定连接在若干所述立柱上；

所述釜内安装机构包括夹具支撑板、釜内立柱、釜内拉杆、夹具、釜盖和釜盖安装板；所述釜盖安装板固定在若干所述立柱上，而所述釜盖安装在所述釜盖安装板的正中央；所述夹具支撑板设置在若干所述釜内立柱的顶部，若干所述釜内立柱的底部与所述釜盖固定连接，其中一根所述釜内立柱设置在所述釜盖的正中央，其余所述釜内立柱呈圆周均布排列，并且与若干所述拉杆交错布置；若干所述釜内拉杆固定在所述夹具支撑板上，并且分别与若干所述拉杆同轴设置；所述拉杆的顶部设置有所述夹具，所述釜内拉杆的底部设置有所述夹具，所述拉杆和所述釜内拉杆通过两个所述夹具夹持试样；

所述多轴加载装置包括顶板、安装板、伺服电机、减速机、滚珠丝杠、加载立柱、负荷传感器、过渡件和防转滑块；所述顶板固定安装在若干所述立柱上；所述加载立柱的顶部固定在所述顶板上，底部固定在所述安装板上；所述顶板的底部设置有上轴承座，所述安装板的顶部设置有下轴承座；所述滚珠丝杠包括丝杠螺母和丝杠螺杆；所述丝杠螺杆的顶部安装在所述上轴承座上，底部安装在所述下轴承座上；所述加载立柱以及所述丝杠螺杆均布在所述安装板的圆周方向上；所述减速机安装在所述安装板的下方，所述伺服电机安装在所述减速机的下方，所述减速机的输出轴与所述丝杠螺杆的底部固定连接；所述防转滑块与所述加载立柱滑动连接；所述过渡件的一端与所述丝杠螺母固定连接，中部与所述防转滑块固定连接，另一端与所述负荷传感器固定连接，并且所述过渡件的另一端指向所述安装板的正中央；所述负荷传感器的顶部通过连接块与所述拉杆的底部同轴固定连接；所述拉杆、负荷传感器、过渡件、加载立柱、防转滑块、滚珠丝杠、减速机以及所述伺服电机的数量均相同且一一对应。

2.根据权利要求1所述的多轴加载应力腐蚀试验设备，其特征在于，所述拉杆与所述夹具螺纹连接，所述釜内拉杆的底部与所述夹具螺纹连接，两个所述夹具与所述试样螺纹连接。

3.根据权利要求1所述的多轴加载应力腐蚀试验设备，其特征在于，所述釜内拉杆与所述夹具支撑板螺纹连接，用以调节所述釜内拉杆在竖直方向上的移动，并通过螺母固定连接。

4.根据权利要求1所述的多轴加载应力腐蚀试验设备，其特征在于，包括拉杆套筒，所述拉杆贯穿所述拉杆套筒，所述拉杆套筒的顶部固定在所述釜盖安装板的底部，所述拉杆套筒的底部和所述拉杆之间的间隙设置有密封圈。

5.根据权利要求4所述的多轴加载应力腐蚀试验设备，其特征在于，包括位移传感器，所述位移传感器包括本体和固定块，所述本体固定在所述拉杆上，而所述固定块与所述拉杆套筒固定连接。

6.根据权利要求1所述的多轴加载应力腐蚀试验设备，其特征在于，所述下轴承座内部安装一对角接触球轴承，所述上轴承座内部安装一件深沟球轴承。

7.根据权利要求1所述的多轴加载应力腐蚀试验设备，其特征在于，所述连接块分别与所述负荷传感器的顶部和所述拉杆的底部螺纹连接。

8.根据权利要求1所述的多轴加载应力腐蚀试验设备，其特征在于，包括横梁和锁紧环；所述横梁通过直线轴承固定在两根所述立柱上，可沿所述立柱上下移动；所述横梁位于所述顶梁下方，并通过连杆与所述加热炉连接；所述链条的一端与所述横梁连接，所述链条的另一端与所述电动推杆连接，所述电动推杆固定在两根所述立柱之间；所述锁紧环设置在所述立柱上，并且与所述横梁连接，用于锁紧所述横梁。