CN109781558B - 一种程控式机械应力试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种程控式机械应力试验装置，该装置包括机械机构和锚机；所述的机械机构包括机架、平衡梁和动力载荷平台；所述的机架为所述平衡梁上的支点提供支点座，所述的动力载荷平台能够通过传动构件在所述的平衡梁上做往复运行，所述平衡梁距离支点较近的一端设置有拉力传感器，所述的拉力传感器连接被测线性材料的一端；所述的支点在所述平衡梁上的安装位置能够与所述机架上的支点座相配合的改变，所述被测线性材料的另一端采用所述的锚机进行固定，所述平衡梁的另一端安装有水平传感器，用于测量平衡梁的水平度。本发明设计的装置是线性材料物理性能检测专用设备。可用于电缆产品等线性材料在拉应力作用下实现线性变形和变形量测量并记录。装置能够无限应力加载、自动运行、数据存储、数据远程传输等。

Description

一种程控式机械应力试验装置

技术领域

本发明属于线性材料物理性能检测技术领域，具体涉及一种程控式机械应力试验装置。

背景技术

有一种电缆类型叫做绝缘架空电力电缆,其产品质量检测中有一项叫做机械应力下线芯性能的试验，试验前把规定长度的一段电缆一端固定，一端悬挂规定载荷，保载固定时间后，在5秒钟内均匀增加数倍载荷，保载规定时间后，5秒钟内均匀卸载至初始载荷，为一个试验循环。试验需完成500次循环，历时约40天。在线缆制造和质量检测行业，此项试验用金属砝码、钢支架、起重机等配合开展，存在操作复杂、占地范围广、试验全程人工监视、规范性差、没有复现性等缺点，尤其不适用于第三方检测机构开展检测。因此需要设计一种可用于绝缘架空电力电缆质量检测的装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种程控式机械应力试验装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种程控式机械应力试验装置，该装置包括机械机构和锚机；所述的机械机构包括机架、平衡梁和动力载荷平台；所述的机架为所述平衡梁上的支点提供支点座，所述的动力载荷平台能够通过传动构件在所述的平衡梁上做往复运行，所述平衡梁距离支点较近的一端设置有拉力传感器，所述的拉力传感器连接被测线性材料的一端；所述的支点在所述平衡梁上的安装位置能够与所述机架上的支点座相配合的改变，以通过杠杆原理调整所述平衡梁一端施加到被测线性材料上的荷载值；所述被测线性材料的另一端采用所述的锚机进行固定，所述平衡梁的另一端安装有水平传感器，用于测量平衡梁的水平度，所述的平衡梁失衡并超过水平度设定值时，所述水平传感器的输出信号通过控制模块启动所述的锚机，收紧或释放被测线性材料使平衡梁恢复到设定水平度范围；所述的控制模块用于控制所述机械机构和锚机的运作。

作为一种优选技术方案，所述机架内的两侧各安装有一个支点座，所述支点座的安装位置能够在所述机架内的两侧沿水平方向进行调节；所述的平衡梁为中空的长方体框架结构，所述平衡梁的两个长边外侧各安装有一个支点，所述支点的安装位置能够在所述平衡梁的两侧沿水平方向进行调节以配合所述机架的支点座，所述的支点和点座间用高精度轴承过渡安装，以降低摩擦应力。

作为一种优选技术方案，所述的传动构件包括螺杆轴和用于驱动所述螺杆轴转动的步进电机，所述的螺杆轴纵向安装在所述平衡梁内的中心轴位置；所述的动力载荷平台包括空心盒状钢结构和多孔板，所述的空心盒状钢结构通过内螺纹铜套穿挂在所述的螺杆轴上，所述的多孔板固定安装在所述空心盒状钢结构的上表面，所述的螺杆轴由步进电机带动旋转并通过内螺纹铜套传递动力，带动载荷平台沿平衡梁做往复运动。所述的多孔板用于配合长螺栓或捆扎带固定有砝码，避免砝码在运行中晃动。

作为一种优选技术方案，所述的锚机包括锚锁、轨道和电动牵引机，所述的锚锁为立式碑状结构，所述碑状结构的碑面上开有竖向通槽，所述的通槽内安装有一只带孔拉环，所述的轨道上水平方向设有等间距的通孔，用于安装锚锁，所述的锚锁安装在轨道上且能够沿水平方调整安装位置，所述的电动牵引机安装在轨道上，与锚锁呈轴向排列；

所述被测线性材料的一端通过导向轮安装在所述的拉力传感器上，所述被测线性材料的另一端安装在一组滑轮上，所述的滑轮上穿过一根牵引绳，所述牵引绳的两端分别固定在所述的带孔拉环和电动牵引机上。

进一步优选的，所述的水平传感器安装在所述平衡梁另一端的水平传感器安装座上，所述的拉力传感器通过销轴安装在所述平衡梁距离支点较近的一端。

所述的多孔板上配合长螺栓或捆扎带固定有载荷砝码。

所述的控制模块包括集成在工业控制柜内的PLC控制器、工业计算机、电阻触摸屏和打印机。所述的控制模块用于控制所述机械机构和锚机的运作，具有控制装置的启动、停机、载荷方案设定、载荷切换速度控制、记录时间和拉力传感器的测量数据的主要功能，还具有储存数据、电子设备转存、纸质打印数据、安全警报等的辅助功能。

所述的工业计算机安装无线网卡用于远程操作/监控设备运行状态，远程传输数据；进一步优选，所述的工业控制柜内还安装有温湿度采集器；更进一步优选，所述的工业控制柜内还安装有声光报警器，在设备运行异常时发出警报。

本发明的有益效果：

本发明设计的程控式机械应力试验装置是线性材料物理性能检测专用设备。可用于电缆产品等线性材料在拉应力作用下实现线性变形和变形量测量并记录。装置能够无限应力加载、自动运行、数据存储、数据远程传输等。该装置能实现2个以上载荷间匀速交变，并记录载荷及变化过程，设备还带有安全警报等辅助功能，能提升线性材料如绝缘架空电力电缆的产品质量检测工作。

附图说明

图1为程控式机械应力试验装置的正视图。

图2为程控式机械应力试验装置的俯视图。

图3为机械机构的正视图。

图4为机械机构的俯视图。

图5为机械机构的侧视图。

图6为平衡梁的正视图。

图7为平衡梁的俯视图。

图8为动力载荷平台的正视图。

图9为动力载荷平台的侧视图。

图10为动力载荷平台的俯视图。

图11为锚机的指主视图。

图12为锚机的指侧视图。

图13为锚机的指侧俯视图。

其中，机架1、平衡梁2、动力载荷平台3、拉力传感器4、水平传感器5、锚机6、被测线性材料7、螺杆轴8、步进电机9、导向轮10、刹车块11；

支点座101、支点201、水平传感器安装座202上、空心盒状钢结构301、多孔板302、载荷砝码303、内螺纹铜套304、锚锁601、轨道602、电动牵引机603、竖向通槽604、带孔拉环605、通孔606、滑轮607、牵引绳608。

具体实施方式

本发明所开发的程控式机械应力试验装置是线性材料物理性能检测专用设备。可用于电缆产品等线性材料在拉应力作用下实现线性变形和变形量测量并记录。装置能够无限应力加载、自动运行、数据存储、数据远程传输等。整套装置包括机械机构和锚机。机械机构包括机架1、平衡梁2和动力载荷平台3；所述的机架1为所述平衡梁2上的支点201提供支点座101，所述的动力载荷平台3能够通过传动构件在所述的平衡梁2上做往复运行，所述平衡梁2距离支点201较近的一端设置有拉力传感器4，所述的拉力传感器4连接被测线性材料7的一端；所述的支点201在所述平衡梁2上的安装位置能够与所述机架1上的支点座101相配合的改变，以通过杠杆原理调整所述平衡梁2一端施加到被测线性材料7上的荷载值；所述被测线性材料7的另一端采用所述的锚机6进行固定，所述平衡梁2的另一端安装有水平传感器5，用于测量平衡梁2的水平度，所述的平衡梁2失衡并超过水平度设定值时，所述水平传感器5的输出信号通过控制模块启动所述的锚机6，收紧或释放被测线性材料7使平衡梁2恢复到设定水平度范围；所述的控制模块用于控制所述机械机构和锚机6的运作。各部件的具体结构为：

1、机械机构

如图3～5所示，机械机构包括机架1、平衡梁2和动力载荷平台3；

机架1是机械机构的安装基础，机架具有稳定的结构和高强度特征，所述机架1内的两侧各安装有一个支点座101，所述支点座101的安装位置能够在所述机架1内的两侧沿水平方向进行调节；如图6～7所示，所述的平衡梁2为中空的长方体框架结构，所述平衡梁2的两个长边外侧各安装有一个支点201，所述支点201的安装位置能够在所述平衡梁2的两侧沿水平方向进行调节以配合所述机架1的支点座101，所述的支点201和支点座101间用高精度轴承过渡安装，以降低摩擦应力。

如图8～10所示，所述的传动构件包括螺杆轴8和用于驱动所述螺杆轴8转动的步进电机9，所述的螺杆轴8纵向安装在所述平衡梁2内的中心轴位置；所述的动力载荷平台3包括空心盒状钢结构301和多孔板302，所述的空心盒状钢结构301通过内螺纹铜套304穿挂在所述的螺杆轴8上，所述的多孔板302固定安装在所述空心盒状钢结构301的上表面，所述的螺杆轴8由步进电机9带动旋转并通过内螺纹铜套304传递动力，带动动力载荷平台3沿平衡梁2做往复运动。所述的多孔板302上配合长螺栓或捆扎带固定有载荷砝码303，避免载荷砝码303在运行中晃动。

所述的水平传感器5安装在所述平衡梁2另一端的水平传感器安装座202上，所述的拉力传感器4通过销轴安装在所述平衡梁2距离支点较近的一端的拉力传感器安装座上。

2.锚机

锚机是独立于机械机构之外的装置，试验装置的一项重要功能要依靠锚机实现，是该装置进行线性材料耐应力检测试验中不可缺少的部分。

如图11～13所示，所述的锚机6包括锚锁601、轨道602和电动牵引机603，所述的锚锁601为立式碑状结构，所述碑状结构的碑面上开有竖向通槽604，所述的通槽604内安装有一只带孔拉环605，所述的带孔拉环605在碑面的通槽604上可以上下移动；所述锚机6的轨道602固定安装在砼基础上，所述的轨道602上水平方向被加工出等间距的通孔606，用于安装锚锁601，所述的锚锁601安装在轨道602上且能够沿水平方调整安装位置，所述的电动牵引机602安装在轨道602上，与锚锁601呈轴向排列；

所述被测线性材料7的一端通过导向轮10安装在所述的拉力传感器4上，所述被测线性材料7的另一端固定在一组滑轮607上，所述的滑轮607上穿过一根牵引绳608，所述牵引绳608的两端分别安装在所述的带孔拉环605和电动牵引机603上。

锚机的作用一：连接被检测线性材料的一端；作用二：电动牵引机卷绕或释放钢丝绳。

被检测的线性材料7水平安装在锚机和机械机构之间。被检测的线性材料7如绝缘架空电力电缆用专用夹具夹持两端，再用钢丝绳分别连接到机械机构和锚机6上，连接到机械机构一端的钢丝绳通过导向轮10安装在拉力传感器4上，可靠固定。连接到锚机一端的钢丝绳安装在一组滑轮607上，可靠固定。一根牵引绳608绕过滑轮607两端分别固定到带孔拉环605和电动牵引机603。电动牵引机603的动力由变频电机提供，由平衡梁2上安装的水平传感器5控制变频电机的启动和停止。变频电机顺逆旋转牵引绳收紧或释放，带动被检测线性材料7轴向移动，进而调节平衡梁2的水平度。

载荷力值更大时，在锚机和被测线性材料7间布置的滑轮607可进一步提高锚机6的牵引能力。

所述的机架1在水平方向上可调节安装位置的支点座101和所述平衡梁2在水平方向上可调节安装位置的支点201，能够在载荷砝码不改变的情况下调整载荷值。

所述的螺杆轴8作为动力载荷平台3的传动构件和运行导轨，通过动力载荷平台3的自重和叠放的载荷砝码303的位置变化实现施加到被测线性材料7上的载荷变化。当承受拉引力载荷的被测线性材料7受力后长度变化时，平衡梁失衡，水平传感器5启动锚机的电动牵引机603，微调被测线性材料7的长度，使平衡梁2处于水平状态。

所述平衡梁的支点远端短边安装有刹车块11当拉力传感器4检测到载荷突变超1％-1‰(可以在人机界面设定)时，平衡梁2会受到刹车块11阻挡，停止平衡梁2的运行。锁定平衡梁位置，终止测试。

由步进电机9提供动力使动力载荷平台3在螺杆轴8上做往复运动，实现改变施加在被测线性材料7上的载荷大小，控制模块按程序设定指令步进电机9动作。

拉力传感器4选择有线数据传输，额定在和10-200t间可选(样机选择20t型号)，安装在平衡梁2靠近支点201的一侧短边上。拉力数据传输给控制模块后，由控制模块根据程序设定指令设备动力模块动作。

3、控制模块

所述的控制模块由PLC控制器、工业计算机、电阻触摸屏、打印机等集成在工业控制柜内。装置运行控制：装置启动、停机、载荷方案设定、载荷切换速度控制(通过调节步进电机的运转速度控制动力载荷平台3的运行速度)等；

装置开发是开展载荷试验，根据电缆检验标准要求，两个数值载荷1和载荷2交替变化，载荷1保载时间1后限定时间内变化到载荷2保载时间2，完成一次检测循环用1.5小时，完整试验需要500次循环用时750小时(约31天)。被测电缆延伸超过5mm，将终止试验。基于以上需要，设备的控制系统可编程。

可随机设定两组载荷值和保荷时间。控制模块主要功能包含仪器运行控制、数据处理、数据记录和输出、报警等。

刹车块11启动由载荷突变设定值决定，突变数值可在载荷±1％-1‰范围内设定；

保载时被测材料发生延展，水平传感器5信号启动锚机正/反转，补偿被测线性材料7的长度，使载荷恢复水平。

工业计算机可储存力值变化的时间对应力值数据组，保载期间没有力值变化时储存起始时间，数据存储仅受到硬盘空间限制，通过测算，1t容量的硬盘可连续存储超过十年的试验数据。

工业计算机安装无线网卡后，可远程操作/监控设备运行状态，远程传输数据。

工控机柜内安装温湿度采集器，数据可按程序设定时间循环记录。

工控机柜安装声光报警器，在设备运行异常是发出警报。工控机柜配置打印机，可输出纸质数据＝-0987654321。

Claims (8)

1.一种程控式机械应力试验装置，其特征在于，该装置包括机械机构和锚机；所述的机械机构包括机架、平衡梁和动力载荷平台；所述的机架为所述平衡梁上的支点提供支点座，所述的动力载荷平台能够通过传动构件在所述的平衡梁上做往复运行，所述平衡梁距离支点较近的一端设置有拉力传感器，所述的拉力传感器连接被测线性材料的一端；所述的支点在所述平衡梁上的安装位置能够与所述机架上的支点座相配合的改变，以通过杠杆原理调整所述平衡梁一端施加到被测线性材料上的荷载值；所述被测线性材料的另一端采用所述的锚机进行固定，所述平衡梁的另一端安装有水平传感器，用于测量平衡梁的水平度，所述的平衡梁失衡并超过水平度设定值时，所述水平传感器的输出信号通过控制模块启动所述的锚机，收紧或释放被测线性材料使平衡梁恢复到设定水平度范围；所述的控制模块用于控制所述机械机构和锚机的运作；

所述的锚机包括锚锁、轨道和电动牵引机，所述的锚锁为立式碑状结构，所述碑状结构的碑面上开有竖向通槽，所述的通槽内安装有一只带孔拉环，所述的轨道上水平方向设有等间距的通孔，用于安装锚锁，所述的锚锁安装在轨道上且能够沿水平方调整安装位置，所述的电动牵引机安装在轨道上，与锚锁呈轴向排列；

所述被测线性材料的一端通过导向轮安装在所述的拉力传感器上，所述被测线性材料的另一端安装在一组滑轮上，所述的滑轮上穿过一根牵引绳，所述牵引绳的两端分别固定在所述的带孔拉环和电动牵引机上。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述机架内的两侧各安装有一个支点座，所述支点座的安装位置能够在所述机架内的两侧沿水平方向进行调节；所述的平衡梁为中空的长方体框架结构，所述平衡梁的两个长边外侧各安装有一个支点，所述支点的安装位置能够在所述平衡梁的两侧沿水平方向进行调节以配合所述机架的支点座，所述的支点和点座间用轴承过渡安装，以降低摩擦应力。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述的传动构件包括螺杆轴和用于驱动所述螺杆轴转动的步进电机，所述的螺杆轴纵向安装在所述平衡梁内的中心轴位置；所述的动力载荷平台包括空心盒状钢结构和多孔板，所述的空心盒状钢结构通过内螺纹铜套穿挂在所述的螺杆轴上，所述的多孔板固定安装在所述空心盒状钢结构的上表面，所述的螺杆轴由步进电机带动旋转并通过内螺纹铜套传递动力，带动动力载荷平台沿平衡梁做往复运动。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的水平传感器安装在所述平衡梁另一端的水平传感器安装座上，所述的拉力传感器通过销轴安装在所述平衡梁距离支点较近的一端。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述的多孔板上配合长螺栓或捆扎带固定有载荷砝码。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的控制模块包括PLC控制器、工业计算机、电阻触摸屏和打印机。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述的控制模块还包括有温湿度采集器。

8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述的控制模块还包括有声光报警器。

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