CN111307626A - 一种下置加载型低温疲劳试验装置 - Google Patents

一种下置加载型低温疲劳试验装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供的一种下置加载型低温疲劳试验装置包括下置加载型伺服疲劳系统、低温环境箱系统、凹型框架系统、低温控制系统、低温工装夹具和数据检测系统；下置加载型伺服疲劳系统包括导向立柱、上拉杆和下加载轴；低温环境箱系统位于凹型框架系统的内部，并与导向立柱连接；凹型框架系统安装在下置加载型伺服疲劳系统的上方，并与下加载轴连接；低温控制系统与低温环境箱系统连接；低温工装夹具与上拉杆连接，低温工装夹具用于夹持待检测的材料；数据检测系统与待检测材料连接。由于低温环境箱系统位于凹型框架系统的内部，并且低温环境箱系统不与下加载轴等下加载机构直接连接，所以本装置可以对材料在低温下的疲劳性能进行测试。

Description

一种下置加载型低温疲劳试验装置
技术领域
本发明涉及材料疲劳测试领域，特别涉及一种下置加载型低温疲劳试验装置。
背景技术
环境污染与能源危机促使“节能、环保、可持续发展”成为世界各国经济发展的共识。随着能源消费结构的变化，液化天然气、液化石油气、液氮等低温液体的应用日趋广泛，作为承载运输工具的低温压力容器和压力管道已在石油化工、航天、液化天然气、低温超导、生物工程等领域中扮演着重要角色。在我国确立的知识创新工程8大重点领域中，农业高新技术、人口与健康、能源、新材料、资源环境、空间科学与技术都与低温液体应用有关，这些无疑都会促进低温设备的发展。
疲劳损伤是低温承压设备典型失效模式之一，也是近年来各国学者的研究热点。低温承压设备产生疲劳损伤的根源来自于设备在运行中承受交变载荷等作用力，如启停车、操作压力的波动、温差引起的应力变化、低温介质充装泄放引起的载荷变化，以及移动式承压设备运输过程中的惯性力和内部流固耦合产生的作用力等。低温疲劳试验测试装置是需要能够实现在低温环境下对材料疲劳力学性能进行测试的试验装置，通过此套装置可获取低温环境下材料的疲劳性能，为低温承压设备的设计、检维修提供重要参考和依据。
然而，目前的下置加载型疲劳试验机只能对材料在常温下的疲劳性能进行测试，而不能对材料在低温下的疲劳性能进行测试。因为下置加载型疲劳试验机的加载机构，即下置加载型电液伺服疲劳系统安装在试验机的下方，并且试验机的立柱较短，如果将低温环境箱直接放置在试验机的内部，如果长时间工作的话，例如一天以上，将会导致低温传导至液压动力系统中，这样可能冻坏液压动力系统，导致液压动力系统不能正常工作。
发明内容
本发明提供了一种下置加载型低温疲劳试验装置，以解决现有的下置加载型疲劳试验机不能对材料在低温下的疲劳性能进行测试的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种下置加载型低温疲劳试验装置，所述装置包括下置加载型伺服疲劳系统、低温环境箱系统、凹型框架系统、低温控制系统、低温工装夹具和数据检测系统；
所述下置加载型伺服疲劳系统包括导向立柱、上拉杆和下加载轴；
所述低温环境箱系统位于所述凹型框架系统的内部，并与所述导向立柱连接；
所述凹型框架系统安装在所述下置加载型伺服疲劳系统的上方，并与所述下加载轴连接；
所述低温控制系统与所述低温环境箱系统连接，所述低温控制系统用于控制所述低温环境箱系统中的温度；
所述低温工装夹具与所述上拉杆连接，所述低温工装夹具用于夹持待检测的材料；
所述数据检测系统与所述待检测材料连接。
可选的，所述低温环境箱系统包括液氮罐、液氮罐提升平台和液氮罐支撑平台；
所述液氮罐安装在所述液氮罐提升平台上；所述液氮罐提升平台安装在所述液氮罐支撑平台上；所述液氮罐提升平台相对所述液氮罐支撑平台可上下移动；所述液氮罐支撑平台相对所述导向立柱可上下移动。
可选的，所述导向立柱为并排设置的双立柱，所述液氮罐支撑平台通过滑套固定在所述双立柱上。
可选的，所述液氮罐提升平台通过丝杠提升机构与所述液氮罐支撑平台连接。
可选的，所述液氮罐为真空的双层结构。
可选的，所述液氮罐包括罐体和罐盖，所述罐体的底部设置有用于排出低温介质的排出管道，所述罐盖由两个对称设置的盖板组成，所述盖板上设置有两个以上通孔，所述通孔用于所述凹型框架系统的预设部件和所述低温控制系统的预设部件穿过所述罐盖。
可选的，所述凹型框架系统包括外部上横梁、外部下横梁、两个外部支撑立柱、两个内部支撑立柱和内部加载横梁；
所述外部上横梁、所述外部下横梁和所述两个外部支撑立柱依次连接，形成一中空的框架结构；
所述外部下横梁与所述下加载轴连接；
所述内部支撑立柱的一端与所述外部上横梁连接，另一端与所述内部加载横梁连接；
所述两个内部支撑立柱和所述内部加载横梁依次连接，形成一用于容纳待检测的材料的空间。
可选的，所述低温环境箱系统中的低温媒介为液氮，所述低温控制系统为液位控制系统，所述液位控制系统包括热电偶、温控表和电磁阀；
所述热电偶和所述电磁阀均与所述温控表相连，所述热电偶放置于液氮液面之上预设的距离处；
所述电磁阀用于控制液氮输入管路的开启和关闭。
可选的，所述数据检测系统包括引申计，所述引申计与所述待检测的材料相连。
可选的，所述低温工装夹具包括下夹具和上夹具；所述下夹具安装在所述内部加载横梁上；所述上夹具安装在所述上拉杆上；所述上拉杆为固定式结构，所述下加载轴为上下活动式结构。
本发明提供的一种下置加载型低温疲劳试验装置，由于低温环境箱系统位于凹型框架系统的内部，并且低温环境箱系统不与下置加载型伺服疲劳系统的下加载轴等下加载机构直接连接，所以本装置可以对材料在低温下的疲劳性能进行测试。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的一种下置加载型低温疲劳试验装置的模块示意图；
图2是本发明一实施例提供的一种下置加载型低温疲劳试验装置的结构示意图。
[附图标记说明如下]：
下置加载型伺服疲劳系统-1；外部支撑立柱-2；液氮罐-3；液氮罐提升平台-4；液氮罐支撑平台-5；液氮输入管道-6；引申计-7；试样-8；外部上横梁-9；外部下横梁-10；内部支撑立柱-11；内部加载横梁-12；下夹具-13；上夹具-14；热电偶-15；电磁阀-16；上拉杆-17；下加载轴-18；导向立柱-19。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图对本发明提出的一种下置加载型低温疲劳试验装置作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图1和图2所示，本发明提供了一种下置加载型低温疲劳试验装置，所述装置包括下置加载型伺服疲劳系统1、低温环境箱系统、凹型框架系统、低温控制系统、低温工装夹具和数据检测系统；所述下置加载型伺服疲劳系统包括导向立柱19、上拉杆17和下加载轴18；所述低温环境箱系统位于所述凹型框架系统的内部，并与所述导向立柱19连接；所述凹型框架系统安装在所述下置加载型伺服疲劳系统1的上方，并与所述下加载轴18连接；所述低温控制系统与所述低温环境箱系统连接，所述低温控制系统用于控制所述低温环境箱系统中的温度；所述低温工装夹具与所述上拉杆17连接，所述低温工装夹具用于夹持待检测的材料；所述数据检测系统与所述待检测材料连接。其中，所述下置加载型伺服疲劳系统1可以为下置加载型电液伺服疲劳系统，下置加载型电液伺服疲劳系统具体包括电子伺服控制器、液压系统、计算机及相应的疲劳试验软件，该系统可实现对试验过程中各项参数的实时监测和记录，并可对实验结果进行处理；所述低温环境箱系统可以采用液氮或液氦等制冷剂进行制冷。
本发明提供的一种下置加载型低温疲劳试验装置，由于低温环境箱系统位于凹型框架系统的内部，并且低温环境箱系统不与下置加载型伺服疲劳系统1的下加载轴18等下加载机构直接连接，所以本装置可以对材料在低温下的疲劳性能进行测试。
可选的，如图2所示，所述低温环境箱系统包括液氮罐3、液氮罐提升平台4和液氮罐支撑平台5；所述液氮罐3安装在所述液氮罐提升平台4上；所述液氮罐提升平台4安装在所述液氮罐支撑平台5上；所述液氮罐提升平台4相对所述液氮罐支撑平台5可上下移动；所述液氮罐支撑平台5相对所述导向立柱19可上下移动。
在试验前，可以先将液氮罐支撑平台5沿导向立柱19向下移动，然后在低温工装夹具上安装待检测的材料，待检测的材料可以通过螺纹与低温工装夹具连接，从而方便操作。然后将液氮罐支撑平台5上移，再将液氮罐提升平台4上移，使待检测的材料进入液氮罐3中，然后进行低温疲劳测试，这样由于液氮罐距离下置加载型伺服疲劳系统1的下加载机构较远，从而使液氮罐中低温不易传导至下加载机构中，这样可以持续1天或多天的低温疲劳测试。
可选的，如图2所示，所述导向立柱19为并排设置的双立柱，所述液氮罐支撑平台5通过滑套固定在所述双立柱上。液氮罐支撑平台5的两端可以分别设置一个滑套，滑套可以套在双立柱上，从而使液氮罐支撑平台5可以上下移动。
可选的，所述液氮罐提升平台4通过丝杠提升机构与所述液氮罐支撑平台5连接。通过丝杠可以快速的调节液氮罐支撑平台5的上下位置。
可选的，所述液氮罐为真空的双层结构。真空的双层结构可以进一步减小低温介质传输到下加载机构中。
可选的，所述液氮罐包括罐体和罐盖，所述罐体的底部设置有用于排出低温介质的排出管道，所述罐盖由两个对称设置的盖板组成，所述盖板上设置有两个以上通孔，所述通孔用于所述凹型框架系统的预设部件和所述低温控制系统的预设部件穿过所述罐盖。
在测试前，可以将两个对称设置的盖板打开，当液氮罐上升到一定高度后，待测的材料进入液氮罐中，这时可以关闭盖板。因为在测试时，下加载轴18需要带动凹型框架系统上下运动，所以盖板上设置有通孔，使内部支撑立柱11、热电偶15等预设部件不与盖板干涉。
可选的，如图2所示，所述凹型框架系统包括外部上横梁9、外部下横梁10、两个外部支撑立柱2、两个内部支撑立柱11和内部加载横梁12；所述外部上横梁9、所述外部下横梁10和所述两个外部支撑立柱2依次连接，形成一中空的框架结构；所述外部下横梁10与所述下加载轴18连接；所述内部支撑立柱11的一端与所述外部上横梁9连接，另一端与所述内部加载横梁12连接；所述两个内部支撑立柱11和所述内部加载横梁12依次连接，形成一用于容纳待检测的材料的空间。其中，外部上横梁9和外部下横梁10可以通过滑套与两侧的双立柱连接。本实施例中的凹型框架系统结构简单紧凑，方便加工制作。
可选的，如图2所示，所述低温环境箱系统中的低温媒介为液氮，所述低温控制系统为液位控制系统，所述液位控制系统包括热电偶15、温控表和电磁阀16；所述热电偶15和所述电磁阀16均与所述温控表相连，所述热电偶15放置于液氮液面之上预设的距离处；所述电磁阀16用于控制液氮输入管路的开启和关闭。
本实施例中，使用液氮作为低温媒介，可以使试验温度达到-196℃；使用热电偶15可以准确的测量出液氮罐中的温度。在测试前，当待检测的材料即试样8完全进入液氮罐内，调整热电偶15的位置，使之高于试样8上端一定距离，打开电磁阀16通过液氮输入管道6输入液氮，当试样8全部浸入液氮中时，将此时温控表所显示温度设为控制电磁阀16关闭和开启的温度，当温度低于此温度时电磁阀16关闭，当温度高于此温度时电磁阀16开启，试验过程中，就可通过热电偶15、电磁阀16及温控表三者构成的系统来保持液位恒定。
可选的，如图2所示，所述数据检测系统包括引申计7，所述引申计7与所述待检测的材料相连。使用引申计7可以检测试样8在低温环境下的特性参数。
可选的，如图2所示，所述低温工装夹具包括下夹具13和上夹具14；所述下夹具13安装在所述内部加载横梁12上；所述上夹具14安装在所述上拉杆17上；所述上拉杆17为固定式结构，所述下加载轴18为上下活动式结构。其中，上夹具14可以通过转换接头与下加载机构相连，从而方便安装上夹具14。在测试时，上拉杆17可以不动，所以可以设计成固定式结构；下加载轴18需要对凹型框架系统施加交变疲劳载荷，所以需要设计成上下活动式结构。由于下置加载型电液伺服疲劳系统提供的振动一般为低频，所以本实施例提供的装置可以实现低频低温环境下的疲劳测试；当需要高频震动时，可以使用高频的动力系统。
综上所述，本发明提供的一种下置加载型低温疲劳试验装置，由于低温环境箱系统位于凹型框架系统的内部，并且低温环境箱系统不与下置加载型伺服疲劳系统1的下加载轴18等下加载机构直接连接，所以本装置可以对材料在低温下的疲劳性能进行测试。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于本发明的权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种下置加载型低温疲劳试验装置，其特征在于，所述装置包括下置加载型伺服疲劳系统、低温环境箱系统、凹型框架系统、低温控制系统、低温工装夹具和数据检测系统；
所述下置加载型伺服疲劳系统包括导向立柱、上拉杆和下加载轴；
所述低温环境箱系统位于所述凹型框架系统的内部，并与所述导向立柱连接；
所述凹型框架系统安装在所述下置加载型伺服疲劳系统的上方，并与所述下加载轴连接；
所述低温控制系统与所述低温环境箱系统连接，所述低温控制系统用于控制所述低温环境箱系统中的温度；
所述低温工装夹具与所述上拉杆连接，所述低温工装夹具用于夹持待检测的材料；
所述数据检测系统与所述待检测材料连接。
2.根据权利要求1所述的一种下置加载型低温疲劳试验装置，其特征在于，所述低温环境箱系统包括液氮罐、液氮罐提升平台和液氮罐支撑平台；
所述液氮罐安装在所述液氮罐提升平台上；所述液氮罐提升平台安装在所述液氮罐支撑平台上；所述液氮罐提升平台相对所述液氮罐支撑平台可上下移动；所述液氮罐支撑平台相对所述导向立柱可上下移动。
3.根据权利要求2所述的一种下置加载型低温疲劳试验装置，其特征在于，所述导向立柱为并排设置的双立柱，所述液氮罐支撑平台通过滑套固定在所述双立柱上。
4.根据权利要求3所述的一种下置加载型低温疲劳试验装置，其特征在于，所述液氮罐提升平台通过丝杠提升机构与所述液氮罐支撑平台连接。
5.根据权利要求2所述的一种下置加载型低温疲劳试验装置，其特征在于，所述液氮罐为真空的双层结构。
6.根据权利要求5所述的一种下置加载型低温疲劳试验装置，其特征在于，所述液氮罐包括罐体和罐盖，所述罐体的底部设置有用于排出低温介质的排出管道，所述罐盖由两个对称设置的盖板组成，所述盖板上设置有两个以上通孔，所述通孔用于所述凹型框架系统的预设部件和所述低温控制系统的预设部件穿过所述罐盖。
7.根据权利要求1所述的一种下置加载型低温疲劳试验装置，其特征在于，所述凹型框架系统包括外部上横梁、外部下横梁、两个外部支撑立柱、两个内部支撑立柱和内部加载横梁；
所述外部上横梁、所述外部下横梁和所述两个外部支撑立柱依次连接，形成一中空的框架结构；
所述外部下横梁与所述下加载轴连接；
所述内部支撑立柱的一端与所述外部上横梁连接，另一端与所述内部加载横梁连接；
所述两个内部支撑立柱和所述内部加载横梁依次连接，形成一用于容纳待检测的材料的空间。
8.根据权利要求1所述的一种下置加载型低温疲劳试验装置，其特征在于，所述低温环境箱系统中的低温媒介为液氮，所述低温控制系统为液位控制系统，所述液位控制系统包括热电偶、温控表和电磁阀；
所述热电偶和所述电磁阀均与所述温控表相连，所述热电偶放置于液氮液面之上预设的距离处；
所述电磁阀用于控制液氮输入管路的开启和关闭。
9.根据权利要求1所述的一种下置加载型低温疲劳试验装置，其特征在于，所述数据检测系统包括引申计，所述引申计与所述待检测的材料相连。
10.根据权利要求7所述的一种下置加载型低温疲劳试验装置，其特征在于，所述低温工装夹具包括下夹具和上夹具；所述下夹具安装在所述内部加载横梁上；所述上夹具安装在所述上拉杆上；所述上拉杆为固定式结构，所述下加载轴为上下活动式结构。
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