CN112432846A - 自动计数式重力拉压加载装置 - Google Patents

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Abstract

针对现有技术中拉压加载装置所存在的问题，本发明提供了基于重力的拉压加载装置。所述拉压加载装置包括支架A8以及设置在支架A8上的控制装置、工作台A、重力加载部件B和自动计数部件C；所述工作台A与重力加载部件B相连接，所述控制装置与自动计数部件C相连接，并通过自动计数部件C控制重力加载部件B。与现有技术相比，本发明所述的自动计数式重力拉压加载装置，通过自动计数装置实现了对钢珠进行快速准确的计数，在加载较大的拉力数值也能快速反应；此外还通过巧妙地设置杠杆杆头的形状，确保拉力箱和压力箱传递到试样上的载荷不因拉力或压力箱上下移动而改变，进而实现了试样变形较大时加载的精度。

Description

自动计数式重力拉压加载装置
技术领域
本发明属于试验装置领域，涉及一种拉压加载装置，具体涉及自动计数式重力拉压加载装置。所述拉压加载装置不但大大提高了加载精度和长期加载的稳定性，而且通过自动计数实现了快速反应。
背景技术
拉压加载装置是金属、非金属及复合材料进行力学性能测试和分析以及产品进行检测和研发必不可少的试验装置。目前常见的拉压加载装置中的动力通常采用液压加载、电伺服加载或重力加载。常规万能试验机是常见的拉压加载装置，常规万能试验机通常依靠液压或电伺服产生拉力或压力。但万能试验机中的信号接收处理、电机和丝杠等都需要响应时间，且各部件转动或移动位移精度较低，无法在瞬间输出拉力或压力达到设定值，整个装置的载荷精度依然存在一定的问题，并且试验全程不能停电，用该装置进行长期力学性能试验的可靠性较低。
重力加载多利用杠杆原理采用砝码吊挂的方式。这种加载方式对变形较小的试样可满足拉力或压力恒定加载的实验需求，但不适用于试样变形较大的加载阶段，并且试样拉力或压力值取决于砝码的重量，装卸操作不方便；而且还存在砝码脱落的安全隐患。综上可知，悬挂重物加载的拉压加载装置可以实现稳定性和精度的提升，但存在操作不方便、反应速度慢、安全隐患等问题。
实用新型专利ZL201220312997.0公开了一种杠杆式恒定拉力加载装置；所述加载装置的支杆固定在台面上，并通过活动铰接与杠杆联接，直线导轨上设置有可沿导轨方向移动的上夹具和下夹具，分别固定在拉伸试件的两端；杠杆的一端为长臂端，与加载的重物相连，另一端为短臂端，与直线导轨上的上夹具相连。所述拉压加载装置采用杠杆式的结构，在较小的加载砝码的作用下，实现了较大的加载力，且实验中加载力保持恒定不变；在一定程度上提升了安全系数和操作的简便性。这种结构在试样变形较大时，杠杆臂在竖直平面内的转角同样变大，极易导致加载的拉力与实际设定值之间产生较大的偏差，从而降低试验精度；同时，该装置不能同时实现加载较大的拉力数值和加载的快速反应。
发明内容
针对现有技术中拉压加载装置所存在的问题，本发明提供了基于重力的拉压加载装置。所述重力拉压加载装置不但大大提高了加载精度和长期加载的稳定性，而且通过自动计数实现了快速反应。
本发明的技术方案：
自动计数式重力拉压加载装置，包括支架A8以及设置在支架A8上的控制装置、工作台A、重力加载部件B和自动计数部件C；所述工作台A与重力加载部件B相连接，所述控制装置与自动计数部件C相连接，并通过自动计数部件C控制重力加载部件B。所述工作台A包括基座A5、移动工作台A1和定位柱A2；所述定位柱A2固定设置在基座A5上，所述移动工作台A1通过设置的通孔与定位柱A2活动连接，所述移动工作台A1通过钢绳II与重力加载部件B相连接。所述移动工作台A1上设置用于固定试样的三爪卡盘A3。
所述重力加载部件B包括拉力箱B7、压力箱B8和杠杆组件，所述杠杆组件由杠杆I、杠杆II和杠杆III组成。所述拉力箱B7的上部通过垂直设置的钢绳I B5与杠杆I的长臂端B3相连，所述杠杆I的短臂端通过钢绳II(上拉钢绳A7)与工作台A的上端面固定连接，所述工作台A的下端面通过钢绳III(下拉钢绳A6)与工作台A下方的杠杆II的一端固定连接。所述杠杆II的另一端通过钢绳IV与杠杆III的短臂端相连，所述杠杆III的长臂端通过钢绳V与所述压力箱B8的上部相连接。所述杠杆I、杠杆II和杠杆III均通过横梁B2固定在支架上；固定所述杠杆I和杠杆III的横梁设置在工作台A的上部，固定所述杠杆II的横梁设置在工作台A的底部。所述杠杆I、杠杆II和杠杆III的长臂和短臂之间的夹角均为90-150度，可以根据实际需要进行中设置。但需要注意的是，所述夹角在转动过程中固定不变。另外，所述杠杆I和杠杆III的杆臂(包括长臂和短臂)的长度可以调节，通过改变杠杆两端的长度比例，从而有利于实现载荷精度的调节。
其中，所述杠杆I、杠杆II和杠杆III的两端均设置劣弓形杆头B4(又称“驴头”)，所述劣弓形杆头B4在竖直方向设置，所述劣弓形杆头B4的上端与相应的钢绳固定连接；所述劣弓形杆头B4的直线部分与杠杆臂B3垂直相连，所述劣弓形杆头B4的弧线部分与钢绳相接触。本发明中，通过将杆头设计为驴头的形状，实现了转轴两端阻力臂的比例恒定不变，保证拉力箱和压力箱传递到试样上的载荷不因拉力或压力箱上下移动而改变；同时，在转动过程中，确保钢绳始终沿驴头的外缘弧线延伸，直至其在竖直方向与其他部件相连接，从而实现了试样变形较大时也能保持加载力的恒定，确保加载的精度和稳定性。所述拉力箱B7和压力箱B8的底部分别与自动计数部件C相连接。其中，所述拉力箱B7和压力箱B8的下部均为上宽下窄的结构，且底部设置多个圆形的通孔B13，所述通孔B13的下方与十孔计数盘B11相匹配连通。通过通孔B13将箱体与自动计数器相连接，实现了钢珠在每个十孔计数盘B11的上方单列排布，防止出现由于钢珠错位而引起的计数不准。
所述自动计数部件C包括自动计数器、输送管路C5、回收管路C7和回收箱C6。所述自动计数器包括自动计数器I、自动计数器II和自动计数器III，均通过对应的伺服电机与控制装置连接。所述自动计数器I、II、III分别设置在拉力箱B7、压力箱B8和回收箱C6的底部，所述自动计数器I和自动计数器II的下方设置回收斜板C2，所述自动计数器III与防漏槽II C13相连接。所述输送管路C5的起始端为防漏槽II C13，经分流槽C4的分流挡板C14后分为两路，出口端分别对应拉力箱B7和压力箱B8。通过在拉力箱B7、压力箱B8和回收箱C6的底部均设置计数器，实现了重力加载根据实际需求的快速调整。所述回收管路C7的起始端为回收斜板C2底端的防漏槽I，出口端对应回收箱C6。
其中，所述自动计数器由多个十孔计数盘B11组成；所述多个十孔计数盘B11通过转轴B12组成一组，然后与伺服电机B10相连。所述的十孔计数盘B11为圆心设置卡槽、圆周外侧设置十个圆形沟槽的圆盘。所述输送管路C5和回收管路C7均为管壁内侧设置螺旋螺纹装置C10的圆管，所述螺旋螺纹装置C10通过伺服电机与控制装置相连而转动。本发明中，通过伺服电机带动圆管内的螺旋螺纹装置C10的转动，实现了用于计数的钢珠的传输，减少了钢珠在传输过程中磨损，降低了由此导致的误差，并且实现了钢珠传输的稳定性。
优选的是，所述拉力箱B7和压力箱B8的侧壁上均设置平行排布的防堵斜槽B14，所述防堵斜槽B14的宽度与通孔B13的直径相匹配。
优选的是，本发明中的自动计数器设置为三个等级，分别由1、5和10个十孔计数盘B11组成；通过控制装置设定与自动计数器相连的伺服电机的转动时间和转速，从而计算得到十孔计数盘转动的圈数，再乘以每个转盘的孔数，实现了快速准确计数的功能。
优选的是，所述自动计数器的下方均设置回收槽。
整个装置的工作过程：
(1)加载过程：设置所需拉力(压力)数值，打开回收箱C6的开关。回收箱C6中的钢珠由于重力作用通过斜槽下落，穿过通孔I B13进入十孔计数盘的沟槽；伺服电机带动十孔计数盘B11随着转轴旋转，使得钢珠从十孔计数盘中落到下方的回收槽C8，在通过侧边的开口进入输送管路C5，在伺服电机的带动下，钢珠从回收箱C6的底部运移到拉力箱B7和压力箱B8的顶部。根据重力载荷的加载要求，设置分流挡板C14的开关，让钢珠落入拉力箱B7或者压力箱B7中。根据重力载荷要求，换算出伺服电机的转动时间，当伺服电机转动结束后，所有的钢珠均已进入拉力箱或者压力箱中，重力载荷的加载过程完成。压力箱B7或拉力箱B8通过驴头和驴头臂组成的杠杠，将重力按照一定比例放大后传递到上拉钢绳A7或下拉钢绳A6上，然后传递到移动工作台A1，再经过三爪卡盘A3传递到试样上。
(2)卸载过程：通过拉力箱B7和压力箱B8下方的自动计数器，将箱体内的钢珠按照重力载荷的要求数出相应的数量，钢珠从十孔计数盘下落到回收斜板C2上，借助回收斜板C2的倾斜面，钢珠将汇集到回收斜板C2的一角，在经防漏槽C13进入回收管路C7，在伺服电机的作用下，钢珠从拉力箱B7或压力箱B8的下方运移到回收箱C6的上方，最终落入回收箱C6内。
本发明的有益效果：
(1)本发明提供了一种新型的自动计数式重力拉压加载装置，大大提高了加载精度和长期加载的稳定性，并通过自动计数实现了加载的快速反应。
(2)本发明所述的自动计数式重力拉压加载装置，通过自动计数装置实现了对钢珠进行快速准确的计数，因此在加载较大的拉力数值也能快速反应，解决了现有技术中的难题。
(3)本发明所述的自动计数式重力拉压加载装置，通过巧妙地设置杠杆杆头的形状，确保拉力箱和压力箱传递到试样上的载荷不因拉力或压力箱上下移动而改变，进而实现了试样变形较大时加载的精度。
附图说明
附图1为所述自动计数式重力拉压加载装置的结构示意图；
附图2为所述自动计数式重力拉压加载装置的支架A8以及工作台A的结构示意图；
附图3为所述自动计数式重力拉压加载装置的工作台A及重力加载部件B的结构示意图；其中，图3a为立体图；图3b为侧视图。
附图4为所述自动计数器的结构示意图；其中，图4a为剖视图，图4b为侧视图，图4c为俯视图，图4d为立体图。
附图5为所述十孔计数盘的结构示意图：其中，图5a为剖视图，图5b为立体图。
附图6为所述拉力箱和压力箱的结构示意图；其中图6a为立体图，图6b为俯视图，图6c为图6b的局部放大图。
附图7为所述杠杆组件中单个杠杆的结构示意图；其中图7a为侧视图，图7b为立体图。
附图8为所述自动计数部件C的结构示意图(自动计数器除外)；其中图8a为立体图，图8b为侧视图。
附图9为所述输送管路C5和回收管路C7的结构示意图。
附图10为钢珠传递的局部示意图；
附图11为分流槽的结构示意图。
其中：工作台A中，A1：移动工作台，A2：定位柱，A3：三爪卡盘，A5：基座，A6：钢绳III(下拉钢绳)，A7：钢绳II(上拉钢绳)，A8：支架。
重力加载部件B中，B2：横梁，B3杠杆臂，B4：劣弓形杆头(驴头)，B5为钢绳I，B7：拉力箱，B8：压力箱，B9：自动计数器，B10：伺服电机，B11：十孔计数盘，B12转轴；B13：通孔I，B14：斜槽。
自动计数部件C中，C1：底板，C2：回收斜板，C4：分流槽，C5：输送管路，C6：回收箱，C7：回收管路，C8：回收槽I，C9：伺服电机，C10：螺旋螺纹装置，C11：管壁，C12：回收槽II，C13：防漏槽II。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1：
自动计数式重力拉压加载装置，包括支架A8以及设置在支架A8上的控制装置、工作台A、重力加载部件B和自动计数部件C。所述工作台A与重力加载部件B相连接，所述控制装置与自动计数部件C相连接，并通过自动计数部件C控制重力加载部件B。
所述工作台A包括基座A5、移动工作台A1和定位柱A2；所述定位柱A2固定设置在基座A5上，所述移动工作台A1通过设置的通孔与定位柱A2活动连接，所述移动工作台A1通过钢绳II、钢绳III与重力加载部件B相连接。所述移动工作台A1上设置用于固定试样的三爪卡盘A3。
所述重力加载部件B包括拉力箱B7、压力箱B8和杠杆组件，所述杠杆组件由杠杆I、杠杆II和杠杆III组成。所述拉力箱B7的上部通过垂直设置的钢绳I B5与杠杆I的长臂端B3相连，所述杠杆I的短臂端通过钢绳II(上拉钢绳)A7与工作台A的上端面固定连接，所述工作台A的下端面通过钢绳III(下拉钢绳)A6与工作台A下方的杠杆II的一端固定连接。所述杠杆II的另一端通过钢绳IV与杠杆III的短臂端相连，所述杠杆III的长臂端通过钢绳V与所述压力箱B8的上部相连接。所述杠杆I、杠杆II和杠杆III均通过横梁B2固定在支架上；固定所述杠杆I和杠杆III的横梁设置在工作台A的上部，固定所述杠杆II的横梁设置在工作台A的底部。所述杠杆I、杠杆II和杠杆III的长臂和短臂之间的夹角均为120度。
其中，所述杠杆I、杠杆II和杠杆III的两端均设置劣弓形杆头B4(又称“驴头”)，所述劣弓形杆头B4在竖直方向设置，所述劣弓形杆头B4的上端与相应的钢绳固定连接。所述劣弓形杆头B4的直线部分与杠杆臂B3垂直相连，所述劣弓形杆头B4的弧线部分与钢绳相接触。所述拉力箱B7和压力箱B8的底部分别与自动计数部件C相连接。其中，所述拉力箱B7和压力箱B8的下部均为上宽下窄的结构，且底部设置多个圆形的通孔B13，所述通孔B13的下方与十孔计数盘B11相匹配连通。通过通孔B13将箱体与自动计数器相连接，实现了钢珠在每个十孔计数盘B11的上方单列排布，防止出现由于钢珠错位而引起的计数不准。
所述自动计数部件C包括自动计数器、输送管路C5、回收管路C7和回收箱C6。所述自动计数器包括自动计数器I、自动计数器II和自动计数器III，均通过对应的伺服电机与控制装置连接。所述自动计数器I、II、III分别设置在拉力箱B7、压力箱B8和回收箱C6的底部，所述自动计数器I和自动计数器II的下方设置回收斜板C2，所述自动计数器III与防漏槽II C13相连接。所述输送管路C5的起始端为防漏槽II C13，经分流槽C4的分流挡板C14后分为两路，出口端分别对应拉力箱B7和压力箱B8。所述回收管路C7的起始端为回收斜板C2底端的防漏槽I，出口端对应回收箱C6。
其中，本发明中的自动计数器设置为三个等级，分别由1、5和10个十孔计数盘B11组成；所述多个十孔计数盘B11通过转轴B12组成一组，然后与伺服电机B10相连。所述自动计数器的下方均设置回收槽。所述的十孔计数盘B11为圆心设置卡槽、圆周外侧设置十个圆形沟槽的圆盘。所述输送管路C5和回收管路C7均为管壁内侧设置螺旋螺纹装置C10的圆管，所述螺旋螺纹装置C10通过伺服电机与控制装置相连而转动。
实施例2：与实施例1不同的是，
所述杠杆I、杠杆II和杠杆III的长臂和短臂之间的夹角均为90度。
所述杠杆I和杠杆III的杆臂(包括长臂和短臂)的长度可以调节。所述拉力箱B7和压力箱B8的侧壁上均设置平行排布的防堵斜槽B14，所述防堵斜槽B14的宽度与通孔B13的直径相匹配。
实施例3：与实施例1不同的是，
所述杠杆I、杠杆II和杠杆III的长臂和短臂之间的夹角均为150度。
所述杠杆I和杠杆III的杆臂(包括长臂和短臂)的长度可以调节。所述拉力箱B7和压力箱B8的侧壁上均设置平行排布的防堵斜槽B14，所述防堵斜槽B14的宽度与通孔B13的直径相匹配。
整个装置的工作过程：
(1)加载过程：设置所需拉力(压力)数值，打开回收箱C6的开关。回收箱C6中的钢珠由于重力作用通过斜槽下落，穿过通孔B13进入十孔计数盘的沟槽；伺服电机带动十孔计数盘B11随着转轴旋转，使得钢珠从十孔计数盘中落到下方的回收槽C8，在通过侧边的开口进入输送管路C5，在伺服电机的带动下，钢珠从回收箱C6的底部运移到拉力箱B7和压力箱B8的顶部。根据重力载荷的加载要求，设置分流挡板C14的开关，让钢珠落入拉力箱B7或者压力箱B7中。根据重力载荷要求，换算出伺服电机的转动时间，当伺服电机转动结束后，所有的钢珠均已进入拉力箱或者压力箱中，重力载荷的加载过程完成。压力箱B7或拉力箱B8通过驴头和驴头臂组成的杠杠，将重力按照一定比例放大后传递到上拉钢绳A7或下拉钢绳A6上，然后传递到移动工作台A1，再经过三爪卡盘A3传递到试样上。
(2)卸载过程：通过拉力箱B7和压力箱B8下方的自动计数器，将箱体内的钢珠按照重力载荷的要求数出相应的数量，钢珠从十孔计数盘下落到回收斜板C2上，借助回收斜板C2的倾斜面，钢珠将汇集到回收斜板C2的一角，在经防漏槽C13进入回收管路C7，在伺服电机的作用下，钢珠从拉力箱B7或压力箱B8的下方运移到回收箱C6的上方，最终落入回收箱C6内。
综上可知，本发明所述型的自动计数式重力拉压加载装置，首先通过自动计数装置实现了对钢珠进行快速准确的计数，因此在加载较大的拉力数值也能快速反应，解决了现有技术中的难题；其次，通过巧妙地设置杠杆杆头的形状，确保拉力箱和压力箱传递到试样上的载荷不因拉力或压力箱上下移动而改变，进而实现了试样变形较大时加载的精度。

Claims (10)

1.自动计数式重力拉压加载装置，其特征在于：所述拉压加载装置包括支架以及设置在支架上的控制装置、工作台（A）、重力加载部件（B）和自动计数部件（C）；所述工作台（A）与重力加载部件（B）相连接，所述控制装置与自动计数部件（C）相连接，并通过自动计数部件（C）控制重力加载部件（B）；所述重力加载部件（B）包括拉力箱（B7）和压力箱（B8），所述拉力箱（B7）的上部通过垂直设置的钢绳I （B5）与杠杆I的长臂端（B3）相连，所述杠杆I的短臂端通过钢绳II （A7）与工作台（A）的上端面固定连接，所述工作台（A）的下端面通过钢绳III（A6）与工作台（A）的下方的杠杆II的一端固定连接，所述杠杆II的另一端通过钢绳IV与杠杆III的短臂端相连；所述杠杆III的长臂端通过钢绳V与所述压力箱（B8）的上部相连接；所述拉力箱（B7）和压力箱（B8）的底部分别与自动计数部件（C）相连接；所述自动计数部件（C）包括自动计数器、输送管路（C5）、回收管路（C7）和回收箱（C6）；所述自动计数器包括自动计数器I、自动计数器II和自动计数器III，均通过伺服电机与控制装置连接；所述自动计数器I、II、III分别设置在拉力箱（B7）、压力箱（B8）和回收箱（C6）的底部，所述自动计数器I和自动计数器II的下方设置回收斜板（C2），所述自动计数器III与防漏槽II （C13）相连接；所述输送管路（C）5的起始端为防漏槽II （C13），经分流槽（C4）后分为两路，出口端分别对应拉力箱（B7）和压力箱（B8）；所述回收管路（C7）的起始端为回收斜板（C）2底端的防漏槽I，出口端对应回收箱（C6）。
2.根据权利要求1所述的自动计数式重力拉压加载实验装置，其特征在于：所述杠杆I、杠杆II和杠杆III的两端均设置劣弓形杆头（B4），所述劣弓形杆头（B4）在竖直方向设置，所述劣弓形杆头（B4）的上端与相应的钢绳固定连接；所述劣弓形杆头（B4）的直线部分与杠杆臂垂直相连，所述劣弓形杆头的弧线部分与钢绳相接触。
3.根据权利要求2所述的自动计数式重力拉压加载实验装置，其特征在于：所述杠杆I、杠杆II和杠杆III均通过横梁（B2）固定在支架上；固定所述杠杆I和杠杆III的横梁设置在工作台（A）的上部，固定所述杠杆II的横梁设置在工作台（A）的底部；所述杠杆I、杠杆II和杠杆III的长臂和短臂之间的夹角均为90-150度。
4.根据权利要求1所述的自动计数式重力拉压加载实验装置，其特征在于：所述自动计数器中由多个十孔计数盘（B11）组成；所述多个十孔计数盘（B11）通过转轴（B12）组成一组，然后与伺服电机（B10）相连；所述的十孔计数盘（B11）为圆心设置卡槽、圆周外侧设置十个圆形沟槽的圆盘；所述自动计数器的下方设置回收槽。
5.根据权利要求1所述的自动计数式重力拉压加载实验装置，其特征在于：所述输送管路（C5）和回收管路（C7）均为管壁内侧设置螺旋螺纹装置（C10）的圆管，所述螺旋螺纹装置（C10）通过伺服电机与控制装置相连而转动。
6.根据权利要求4所述的自动计数式重力拉压加载实验装置，其特征在于：所述拉力箱（B7）和压力箱（B8）的下部均为上宽下窄的结构，且底部设置多个圆形的通孔（B13），所述通孔（B13）的下方与十孔计数盘（B11）相匹配连通。
7.根据权利要求6所述的自动计数式重力拉压加载实验装置，其特征在于：所述拉力箱（B7）和压力箱（B8）的侧壁上均设置平行排布的防堵斜槽（B14），所述防堵斜槽（B14）的宽度与通孔I（B13）的直径相匹配。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的自动计数式重力拉压加载实验装置，其特征在于：所述杠杆I和杠杆III的杆臂的长度可以调节，所述杆臂包括长臂和短臂。
9.根据权利要求1-7任意一项所述的自动计数式重力拉压加载实验装置，其特征在于：所述工作台包括基座（A5）、移动工作台（A1）和定位柱（A2）；所述定位柱（A2）固定设置在基座（A5）上，所述移动工作台（A1）通过设置的通孔II与定位柱（A2）活动连接，所述移动工作台（A1）通过钢绳II、钢绳III与重力加载部件（B）相连接。
10.根据权利要求9所述的自动计数式重力拉压加载实验装置，其特征在于：所述移动工作台（A1）上设置用于固定试样的三爪卡盘（A3）。
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