CN110411846A - 一种便携式材料性能压入试验测试仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种便携式材料性能压入试验测试仪，其包括防护罩、油箱和施力座，防护罩安装于油箱上方，施力座固定于油箱下方；防护罩内部安装有电机，油箱中设有液压油泵和油缸；电机的输出轴伸入油箱中，并通过联轴器与液压油泵的驱动轴相连；油缸中设有活塞杆，液压油泵通过输油管与油缸相连；活塞杆伸入施力座中且在底端设有压头，活塞杆上还设有压力传感器以及位移传感器；施力座上设有工件固定装置，用于将待加载的工件固定于施力座下方的压头行进路径上。本发明的压痕实验压力加载平台可以灵活的对试件进行现场压痕试验，通过液压加载机构对试件施加所需的压力给予压头，试验人员可通过对传感器数据的分析获取材料性能。
Description
技术领域
本发明属于试验设备领域，具体涉及一种材料性能压入试验测试仪。
背景技术
仪器化的压痕试验是在硬度试验基础上迅速发展起来的一种测量材料力学特性参数的方法，相对于传统的室内力学试验，如单压试验、单拉试验、三轴压缩试验，压痕试验过程短，操作简单方便，对材料试样制备要求低，因此，压痕试验在很多材料如金属、陶瓷、高聚物等材料上得到了广泛应用，应用尺度也已经从毫米级逐步发展到微米级(微痕试验)乃至纳米级(纳痕试验)，压痕试验也被应用到一些地质材料如岩石的弹塑性参数的确定。
目前，压痕实验方法被广泛应用于研究材料的屈服强度、抗拉强度、加工硬化指数、弹性模量、残余应力以及断裂韧性，实现了在役设备材料拉伸性能的连续性监控，对在役设备的结构性完整评估提供了实验手段。
压痕试验机主要通过设置有压头的压力机械压入到试件表面中，在试压过程中，压头下的材料记录施加压力的大小和压头的位移量的大小，并记录下施加压力的时间信息，最后得到一组关于实验力和相应的压痕实验深度的对应函数。目前压痕试验机一般用于实验室环境中，体积庞大，难以搬运，针对现场的压力储罐、压力管道等设备的检测，无法找到满足现场使用的小型化的便携压痕试验设备，因此需要研究设计一种便携式的压痕试验压力加载平台。
发明内容
本发明的目的在于解决现有的压痕试验机体积庞大，便携性难以满足的缺点，设计了一种用于现场测试的便携式压痕试验压力加载平台。
本发明具体采用的技术方案如下：
一种便携式材料性能压入试验测试仪，其包括防护罩、油箱和施力座，防护罩安装于油箱上方，施力座固定于油箱下方；防护罩内部安装有电机，油箱中设有液压油泵和油缸；电机的输出轴穿过防护罩以及油箱的连接面后伸入油箱中，并通过联轴器与液压油泵的驱动轴相连；油缸中设有活塞杆，液压油泵通过输油管与油缸相连，构成驱动活塞杆上下移动的液压加载机构；活塞杆伸入施力座中且在底端设有压头，活塞杆上还设有用于感应施加力大小的压力传感器以及用于感应压头位移的位移传感器；所述的施力座上设有工件固定装置，用于将待加载的工件固定于施力座下方的压头行进路径上。
作为优选，所述的防护罩顶部设有提手。
作为优选，所述的油箱中灌注有淹没液压油泵的液压油。
作为优选，所述的工件固定装置包括锁紧装置和链条，链条的一端固定于施力座一侧，另一端绕过施力座底部后通过锁紧装置固定于施力座另一侧，用于将圆形工件绑定于施力座底部。
进一步的，所述的锁紧装置包括调节螺杆和连接座，连接座固定于施力座侧部，施力座中部开设有螺孔，调节螺杆穿过螺孔构成上下调节的螺旋副；调节螺杆的底部与链条的端部固连。
作为优选，所述的工件固定装置包括反力架和电磁吸盘，电磁吸盘通过反力架安装于施力座的周侧，用于将平板工件吸附于施力座底部。
进一步的，所述的电磁吸盘的底部与施力座底部平齐。
作为优选，所述的防护罩、油箱和施力座采用铝镁合金。
作为优选，所述的位移传感器选用LVDT笔式位移传感器。
作为优选，所述的工件固定装置与施力座可拆卸式连接。
作为优选，所述的电磁吸盘包括座体和磁性真空吸盘座，座体中心开设有安装孔，电磁吸盘通过安装孔安装于施力座下方，且电磁吸盘能够绕施力座同轴转动；座体的环形底面上均布有若干个磁性真空吸盘座，磁性真空吸盘座的底面上均布有若干真空吸盘和若干电磁铁。
本发明的压痕实验压力加载平台可以灵活的对试件进行现场压痕试验，通过液压加载机构对试件施加所需的压力给予压头，试验人员可通过对传感器数据的分析获取材料性能。而且，本发明为了满足现场测试的需求，专门设计了两种固定方式，链条固定方式和磁铁固定方式，其中，链条固定方式用于柱状试样，磁铁固定方式用于平板板材。
附图说明
图1是便携式压痕试验压力加载平台的加载机构主体结构示意图；
图2是链条固定模式下的便携式压痕试验压力加载平台的三维外观图；
图3是链条固定模式下的便携式压痕试验压力加载平台的内部结构图；
图4是磁铁固定模式下的便携式压痕试验压力加载平台的三维外观图；
图5是磁铁固定模式下的便携式压痕试验压力加载平台的内部结构图；
图6为电磁吸盘的侧视图；
图7为电磁吸盘的侧视图的底面示意图；
图8为磁性真空吸盘座上真空吸盘与电磁铁的布置图；
图中附图标记为：加载机构主体Ⅰ、提手1、防护罩2、电机3、联轴器4、液压油泵5、油箱6、输油管7、油缸8、施力座9、压力传感器10、位移传感器11、压头12、锁紧装置13、链条14、圆形工件15、反力架16、电磁吸盘17、平板工件18、座体171、磁性真空吸盘座172、安装孔173、真空吸盘1721、电磁铁1722。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
如图1所示，为本发明的便携式材料性能压入试验测试仪中的加载机构主体Ⅰ结构示意图。加载机构主体Ⅰ包括防护罩2、油箱6和施力座9，防护罩2安装于油箱6上方，施力座9固定于油箱6下方。
防护罩2顶部设有用于方便压力加载设备的人员携带以及移动的提手1。防护罩2用于保护内部的电机、泵以及液压加载机构。电机3垂直安装于防护罩2内部，其输出轴向下穿过防护罩2以及油箱6的连接面后伸入油箱6中。
油箱6用于储存液压油，实现油缸内液压油的补充和供应。油箱6中设有液压油泵5和油缸8，液压油泵5通过安装架固定于油箱6的顶部，电机3的输出轴通过联轴器4与液压油泵5的驱动轴相连。电机3的输出轴作为主动轴，液压油泵5的驱动轴作为从动轴，两者共同旋转以传递扭矩。电机用于能量输出，带动液压油泵5运转，为液压系统提供动力。油箱6的液压油应当淹没液压油泵5，满足运行的需要。油缸8中设有活塞杆，液压油泵5通过输油管7与油缸8相连，构成驱动活塞杆上下移动的液压加载机构。油缸8中以活塞杆的活塞为界可分为A、B两个腔，B腔在上。液压油泵5的进油口、出油口分别与油缸的A、B腔相连，试验前油缸8内已有部分液压油，试验开始时电机带动液压油泵5把液压油从油缸B腔内抽出输送到A腔，从而推动活塞杆下降，向下输出加载压力。
施力座9的底部是开口的，活塞杆伸入施力座9中且在底端设有压头12，压头用于实现材料的压入实验。活塞杆上还设有用于感应施加力大小的压力传感器10以及用于感应压头12位移的位移传感器11。压力传感器10设置于活塞杆与压头12之间，而位移传感器11设置于压头12的侧部，位移传感器可选用LVDT笔式位移传感器。整机框架及主要零部件采用质量非常轻的铝镁合金，整机重量少于5Kg，保证了设备的便携性，并且具有很高的强度。在电机安装的过程中，应该将电机3与液压油泵5之间的联轴器4对准，避免对电机3的使用寿命造成影响。
使用压痕试验压力加载平台进行测试时，位于平台防护罩2内部的驱动电机3根据设定的程序驱动液压油泵5，液压油泵5启动工作，将液压油在液压油缸8内部进行分配，采用液压加载的方式，加载压力在0～5000N之间。压力通过活塞杆实现压力输出。压力值通过压力传感器10获取，而位移量的测试通过位移传感器实现。压头压入到试件表面中，在试压过程中，压头下的材料记录施加压力的大小和压头的位移量的大小，并记录下施加压力的时间信息，最后得到一组关于实验力和相应的压痕实验深度的对应函数。
在测试过程中，待测工件需要固定在施力座9下方的压头12行进路径上，以便于压头12能够向工件进行压力加载。因此施力座9上需要设有工件固定装置。本发明中给出在测试过程中的两种固定方式，链条固定方式和磁铁固定方式。其中，链条固定方式用于圆形试样，可用于不同管径10cm-100cm的安装定位；电磁吸盘固定方式用于平板板材。
如图2和3所示，为链条固定时的工件固定装置实现方式。此时，工件固定装置包括锁紧装置13和链条14，链条14的一端固定于施力座9一侧的圆环上，另一端绕过施力座9底部后通过锁紧装置13固定于施力座9另一侧，圆形工件15被链条14绑定于施力座9底部。其中，本实施例的锁紧装置13包括调节螺杆和连接座，连接座固定于施力座9侧部，施力座9中部开设有螺孔，调节螺杆穿过螺孔构成上下调节的螺旋副。调节螺杆的底部与链条14的端部固连。使用时，先调松锁紧装置13，即将调节螺杆向下移动，然后将圆形工件15插入链条14中，再将调节螺杆向上移动，使圆形工件15被链条14拉紧固定于施力座9底部。由此，通过压头12向圆形工件15进行加载施压。
如图4和5所示，为电磁吸盘固定时的工件固定装置实现方式。此时，工件固定装置包括反力架16和电磁吸盘17，电磁吸盘17通过反力架16安装于施力座9的周侧，铁磁性的平板工件18在电磁吸盘的磁力和吸附力下吸附于施力座9底部。为了保证吸附的平稳性，电磁吸盘17的底部与施力座9底部平齐。电磁吸盘中的电磁铁可采用24V电源控制，方便安全。
在本实施例中，进一步提供了电磁吸盘17的一种优选方式，既能够固定磁性工件也可以固定非磁性工件。如图6和7所示，电磁吸盘17包括座体171和磁性真空吸盘座172，座体171中心开设有安装孔173，电磁吸盘17通过安装孔173嵌套安装于施力座9下方的外周，考虑到吸附位置调整的方便性，电磁吸盘17与施力座9之间不完全固定，两者之间具有一定的旋转余地，即电磁吸盘17能够绕施力座9同轴转动一定角度。在该电磁吸盘17中，采用特殊的磁性真空吸盘座172作为磁吸组件，因此在座体171的环形底面上均布有若干个磁性真空吸盘座172，本实施例中设置了3个，但也可以根据实际需要调整具体个数。磁性真空吸盘座172的底面上均布有若干真空吸盘1721和若干电磁铁1722，本实施例中每个磁性真空吸盘座172上设有3块电磁铁1722，中心呈正三角形分布，真空吸盘1721密布整个磁性真空吸盘座172底面，且各真空吸盘1721应保持在同一平面上。对于磁性工件，利用电磁吸盘17上的9块电磁铁1722吸附来降低能耗和减少辅助设备，可以很好的适应现场仪器表面的凹凸不平的表面。对于非磁性材料，多吸盘式设计可以保证出现部分吸盘漏气失效时仍然能提高较大的吸力。
另外，为了使得加载机构主体Ⅰ能够适用于不同的工件，工件固定装置最好与施力座9可拆卸式连接。由此，上述两种链条固定方式和磁铁固定方式可根据需要灵活切换，实现对圆形试样以及平板试样的力学性能检测。
由此可见，本发明使用小型化电机驱动和液压装置结合的方法，实现了压痕实验压力加载平台的动力输出。采用该装置，可以通过测量施加压头的压力传感器和位移传感器数值，获取压力大小与位移的相应关系。
Claims (10)
1.一种便携式材料性能压入试验测试仪，其特征在于，包括防护罩(2)、油箱(6)和施力座(9)，防护罩(2)安装于油箱(6)上方，施力座(9)固定于油箱(6)下方；防护罩(2)内部安装有电机(3)，油箱(6)中设有液压油泵(5)和油缸(8)；电机(3)的输出轴穿过防护罩(2)以及油箱(6)的连接面后伸入油箱(6)中，并通过联轴器(4)与液压油泵(5)的驱动轴相连；油缸(8)中设有活塞杆，液压油泵(5)通过输油管(7)与油缸(8)相连，构成驱动活塞杆上下移动的液压加载机构；活塞杆伸入施力座(9)中且在底端设有压头(12)，活塞杆上还设有用于感应施加力大小的压力传感器(10)以及用于感应压头(12)位移的位移传感器(11)；所述的施力座(9)上设有工件固定装置，用于将待加载的工件固定于施力座(9)下方的压头(12)行进路径上。
2.如权利要求1所述的便携式材料性能压入试验测试仪，其特征在于，所述的防护罩(2)顶部设有提手(1)。
3.如权利要求1所述的便携式材料性能压入试验测试仪，其特征在于，所述的油箱(6)中灌注有淹没液压油泵(5)的液压油。
4.如权利要求1所述的便携式材料性能压入试验测试仪，其特征在于，所述的工件固定装置包括锁紧装置(13)和链条(14)，链条(14)的一端固定于施力座(9)一侧，另一端绕过施力座(9)底部后通过锁紧装置(13)固定于施力座(9)另一侧，用于将圆形工件(15)绑定于施力座(9)底部。
5.如权利要求4所述的便携式材料性能压入试验测试仪，其特征在于，所述的锁紧装置(13)包括调节螺杆和连接座，连接座固定于施力座(9)侧部，施力座(9)中部开设有螺孔，调节螺杆穿过螺孔构成上下调节的螺旋副；调节螺杆的底部与链条(14)的端部固连。
6.如权利要求1所述的便携式材料性能压入试验测试仪，其特征在于，所述的工件固定装置包括反力架(16)和电磁吸盘(17)，电磁吸盘(17)通过反力架(16)安装于施力座(9)的周侧，用于将平板工件(18)吸附于施力座(9)底部。
7.如权利要求6所述的便携式材料性能压入试验测试仪，其特征在于，所述的电磁吸盘(17)的底部与施力座(9)底部平齐。
8.如权利要求1所述的便携式材料性能压入试验测试仪，其特征在于，所述的防护罩(2)、油箱(6)和施力座(9)采用铝镁合金。
9.如权利要求1所述的便携式材料性能压入试验测试仪，其特征在于，所述的位移传感器(11)选用LVDT笔式位移传感器。
10.如权利要求6所述的便携式材料性能压入试验测试仪，其特征在于，所述的电磁吸盘(17)包括座体(171)和磁性真空吸盘座(172)，座体(171)中心开设有安装孔(173)，电磁吸盘(17)通过安装孔(173)安装于施力座(9)下方，且电磁吸盘(17)能够绕施力座(9)同轴转动；座体(171)的环形底面上均布有若干个磁性真空吸盘座(172)，磁性真空吸盘座(172)的底面上均布有若干真空吸盘(1721)和若干电磁铁(1722)。
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