CN112798450A - 一种标准洛氏硬度计的压头装置 - Google Patents

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孙钦密
单海娣
许雪芹
张红军
李明生
任翔
宋亚楠
卢珺珺
赵伟明
李衡彦
何力人
杨楠
范博
黄勇
刘洪波
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李海滨
王雪杨
张霞
姜鲲
冯逸君
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李智
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Abstract

本发明涉及一种标准洛氏硬度计的压头装置，包括安装块和压头座上，压头座沿上下方向导向移动装配于安装块上，安装块上设置有液压腔，液压腔内导向移动装配有活塞板，活塞板与压头座之间通过传力弹簧连接，传力弹簧与压头的传力路径上设置有测力传感器，压头座内还设有缓冲腔，缓冲腔与液压腔之间设置有第一油道和第二油道，安装块上还设置有用于连通缓冲腔与外部大气的大气通道，第一油道上设置有第一油道开关阀和第一油道泄压阀，第二油道上设置有第二油道开关阀。本发明解决了现有技术中通过电机实现压头压力加载而导致的最后一步压头无法对压痕底部维持初试验压力，最终导致压痕回弹量出现不准确的技术问题。

Description

一种标准洛氏硬度计的压头装置
技术领域
本发明涉及一种硬度计量校准领域中的标准洛氏硬度计的压头装置。
背景技术
洛氏硬度是以压痕变形深度来确定硬度值的指标，其基本的测量原理是，在规定条件下，将洛氏硬度计压头分以下步骤进行操作，即第一步，在初试验压力F1下，将洛氏硬度计压头压入试样表面，产生压痕，然后增加试验压力F2，压头压入试样的压痕深度增加，随后卸去压力F2，保持压力F1的情况下，压痕产生一定高度的回弹，此时压痕相比初始压痕之间的高度差称为压痕残余深度，压痕残余深度代表洛氏硬度的高低。标准洛氏硬度计是对洛氏硬度标准块试件进行校准的一种洛氏硬度计，且也可以直接对普通试件进行硬度测量。
比较传统的现有技术中，对压头的加载方式采用砝码加载，比如通过一定质量的砝码产生初试验压力F1，然后通过增加砝码的数量来增加试验压力F2，然后再减掉新增加的砝码，最终在保持初试验压力F1作用下，测量压痕的残余深度。图中项1表示被压头施压的试件，项2表示压头压力为F1时产生的初始压痕深度，项3表示压头压力为F2时产生的最深压痕深度，项4表示压头压力由F2变为F1后，压痕回弹后的深度，项4与项2之间的高度差即称为压痕的残余深度。试验这种手动加载砝码的方式，使得洛氏硬度的测量完全符合相应的测量机理，具有测量结果较为准确的特点。但是这种手动加载砝码的方式也存在着自动化程度不高，劳动强度大，检测效率低等缺点，为此中国专利CN103884614B公开了“一种标准洛氏硬度计电机加载测量机构”，该公开文件中，使用步进电机作为提供加载力的动力源，使用时，步进电机通过传动机构与主轴螺杆相连，不进电机的转动可以带动主轴螺杆轴向移动，压头安装于主轴螺杆的下端。
这种新型的通过电机来提供加载力的标准洛氏硬度计虽然从一定程度上提高了洛氏硬度检测过程中的自动化程度，降低了工人的劳动强度，但是其却不能按照洛氏硬度的检测原理工作，因为洛氏硬度检测过程中，有三个关键的力作用时刻，即施加初试验压力，然后增加试验压力，最后再保持初试验压力，现有这种电机加载方式，只能提供初试验压力和增加试验压力，不能实现最后的再保持初试验压力，因为在真是操作中，电机朝一个方向转动，主轴螺杆下移而增加对试件的压力，当电机朝另外一个方向转动时，主轴螺杆会产生向上的位移，该位移导致压头不在作用于压痕底部，也就是说在最后一步，无法保证压痕底部保持初试验压力状况下，使压痕产生一定量的回弹，可能出现的情况就是，压痕的回弹量超出正常回弹量，导致压痕残余深度小于其实际应有值，影响洛氏硬度的测量精度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种标准洛氏硬度计的压头装置，以解决现有技术中通过电机实现压头压力加载而导致的最后一步压头无法对压痕底部维持初试验压力，最终导致压痕回弹量出现不准确的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种标准洛氏硬度计的压头装置，包括用于被相应电机动力机构驱动而上下移动的升降横梁，压头装置还包括压头和固定于升降横梁下端的安装块，压头安装于压头座上，压头座沿上下方向导向移动装配于安装块上，安装块上设置有液压腔，液压腔内导向移动装配有活塞板，活塞板与压头座之间通过轴线沿上下方向延伸的传力弹簧连接，传力弹簧与压头的传力路径上设置有测力传感器，压头座内还设有缓冲腔，缓冲腔的上端与液压腔之间设置有第一油道，缓冲腔的下端与液压腔之间设置有第二油道，安装块上还设置有用于连通缓冲腔与外部大气的大气通道，第一油道上设置有第一油道开关阀和第一油道泄压阀，第二油道上设置有第二油道开关阀，大气通道上设置有大气通道开关阀。
大气通道连接于缓冲腔的上端。
测力传感器设置于压头与压头座之间。
压头座的侧面设置有激光位移传感器。
本发明的有益效果为：对试件初压力加载时，第一油道开关阀、第二油道开关阀均关闭，液压腔内的液体可以用于传力，电机动力机构带动安装块下行，安装块通过液压腔内的液体和传力弹簧向压头座传力，压头对试件施加初试验压力，到达指定压力时，电机动力机构停止动作；需要二次增加压力时，第一油道开关阀、第二油道开关阀保持关闭，电机动力机构继续动作，到达指定压力时，电机动力机构停止动作；当需要压头对试件卸载压力到初试验压力时，电机动力机构带动安装块上行，此时受传力弹簧作用，压头不会上行，而保持与压痕底部的接触，直至卸载至初试验压力，然后就是等待压痕的回弹，该过程中打开第一油道开关阀，压痕回弹过程中，压头会上行，压头会对传力弹簧施加朝上方向的作用力，因此液压腔内的液体压力会增加，如果不进行泄压，会使得压痕回弹过程中，压头对试件的作用力大于初试验压力，因此在本发明中，压痕回弹过程中，液压腔内的液体会泄压至缓冲腔内，使得活塞板相对液压腔向上移动，这样保持压痕回弹过程中，传力弹簧的压缩量不变，从而保证整个压痕回弹过程中，压头对压痕底部的作用力始终维持在初试验压力，从而保证压痕的回弹过程符合洛氏硬度的测量原理，保证洛氏硬度的测量精度，在测量结束后，打开第二油道开关阀和大气通道开关阀，电机动力机构带动安装块和压头整体上行，压头座在自身重力作用下，压头座通过传力弹簧带着活塞板朝下移动，缓冲腔内的液体通过第二油道被抽回至液压腔中，等待下次操作。
附图说明
图1是本发明背景技术中洛氏硬度的测量原理图；
图2是本发明的一个实施例的使用状态图；
图3是图2中安装块与压头座的配合示意图。
具体实施方式
本发明中标准洛氏硬度计的压头装置的实施例如图2~3所示：本压头装置配合机架和电机动力装置使用，机架包括机架支腿11及固定于机架支腿上的机架台板12，机架台板的上端固定有左侧机架导向柱26和右侧机架导向柱14，左侧机架导向柱26、右侧机架导向柱14的上端固定有固定横梁24，压头装置包括在电机动力机构驱动下可上下移动的移动块，本实施例中移动块包括导向移动装配于左侧机架导向柱和右侧机架导向柱上的升降横梁21，移动块还包括固定于升降横梁下端的安装块38。
机架的左右两侧还转动装配有左侧传动丝杠27和右侧传动丝杠13，左侧传动丝杠27与升降横梁21的左端螺纹配合，右侧传动丝杠13与升降横梁21的右端螺纹配合，这样升降横梁就构成了不能转动而只能上下移动的“丝母”。电机动力机构包括固定于机架台板下侧的减速电机8，减速电机具有轴线沿上下方向延伸的动力输出轴，动力输出轴上同轴线固定有主动齿轮7，左侧传动丝杠上于机架台板的下侧同轴线固定有左侧丝杠轴齿轮5，右侧传动丝杠13上于支架台板的下侧同轴线固定有右侧丝杠轴齿轮10，左侧丝杠轴齿轮5通过左侧传动齿轮6与主动齿轮7传动连接，右侧丝杠轴齿轮10通过右侧传动齿轮9与主动齿轮7传动连接，这样在主动齿轮的带动下，左侧丝杠轴齿轮和右侧丝杠轴齿轮可以同步同向转动。此外，为了避免灰尘进入左侧传动丝杆、右侧传动丝杠中而影响传动精度，在左侧传动丝杠的外侧罩有左侧护罩25，右侧传动丝杠的外侧罩有右侧护罩15，左侧护罩的开口朝右，右侧护罩的开口朝左，升降横梁21的两端则从对应的开口中穿过，升降横梁的左端与左侧护罩上端之间、升降横梁的左端与机架台板之间设置有左侧波纹折叠板23，升降横梁的右端与左侧护罩上端之间、升降横梁的右端与机架台板之间设置有右侧波纹折叠板22，通过左侧波纹折叠板、右侧波纹折叠板来遮挡对应护罩的开口，避免现场灰尘进入到对应的护罩中，同时还可以不影响升降横梁的升降动作，当升降横梁朝上移动时，上侧的波纹折叠板折叠收缩，下侧的波纹折叠板展开，当升降横梁朝下移动时，上侧的波纹折叠板展开，下侧的波纹折叠板折叠收缩。
安装块38上设置有腔口朝下的液压腔35，液压腔35内导向移动装配有活塞板36，安装块的下端设置有用于与活塞板挡止配合以限制活塞板朝下移动极限的活塞板挡止翻沿37。压头17安装于压头座20上，安装块的左右两侧固定有轴线沿上下方向延伸的导向杆29，压头座20导向移动装配于导向杆上，压头17固定于压头座20的下端，压头座20的上端设置有测力传感器30，活塞板36与测力传感器之间通过轴线沿上下方向延伸的传力弹簧18连接，具体的传力弹簧的上端固定于活塞板上，传力弹簧的下端固定于测力传感器上。压头座的侧面设置有激光位移传感器28。
安装块内还设有缓冲腔34，缓冲腔34的上端与液压腔35之间设置有第一油道33，缓冲腔34的下端与液压腔35之间设置有第二油道31，安装块38上还设置有用于连通缓冲腔与外部大气的大气通道32，第一油道33上设置有第一油道开关阀和第一油道泄压阀，第二油道31上设置有第二油道开关阀，大气通道上设置有大气通道开关阀。在本实施例中，第一油道开关阀、第二油道开关阀和大气通道开关阀均为电磁阀。
机架台板上于压头的下侧设置有十字滑台16，十字滑台的横向移动由横向电机驱动，十字滑台的纵向移动由纵向电机驱动，使用时将试件19置于十字滑台16上，通过十字滑台可以带动试件前后左右移动，从而改变压头对试件的施压位置，改变压痕位置，以获得多组数据。
本发明的使用过程中为，电机动力机构通过左侧丝杠轴、右侧丝杠轴带动升降横梁朝下移动，升降横梁、安装块通过传力弹簧向压头座传力，压头对试件进行施压，直到测力传感器读数为F1时，此时已经产生压痕，激光位移传感器测量的位移值为零点位移值，随后电机动力机构继续带着升降横梁21和安装块38下行，传力弹簧18被压缩，压头对试件的作用力逐渐增大至F2时，记录一次激光位移传感器的读数，以上过程中，第一油道开关阀和第二油道开关阀均为关闭状态。随后打开第一油道开关阀，电机动力机构带着升降横梁朝上移动，直至压头对试件的作用力恢复至F1，保持一段时间，此过程中受传力弹簧作用，压头一直对压痕底部施加作用力，与洛氏硬度所要求的测量原理一致，同时在压痕回弹的过程中，压头会向上移动而对传力弹簧施加朝上的作用力，传力弹簧对活塞板施加作用力，液压腔内的液体通过第一油道被排到缓冲腔中，从而实现泄压，传力弹簧不被压缩，保证压痕回弹过程中，压头对压痕的压力始终维持在F1，最终测量压痕的残余深度。本发明中在最终压痕回弹过程中，能够保证压头始终对压痕底部保持初始压力F1，与洛氏硬度的测量原理保持一致，从而可以准确的测量压痕残余深度，准确的获得洛氏硬度值。当测量结束后，电机动力机构带着升降横梁向上移动，打开第二油道开关阀和大气通道开关阀，在压头座的重力作用下具有向下移动趋势，压头座通过传力弹簧带着活塞板朝下移动，缓冲腔内的液压油经第二油道抽回液压腔。在本发明的其他实施例中，测力传感器还可以设置于压头座的下侧，测力传感器位于压头座与压头之间。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种标准洛氏硬度计的压头装置， 其特征在于：包括用于被相应电机动力机构驱动而上下移动的升降横梁，压头装置还包括压头和固定于升降横梁下端的安装块，压头安装于压头座上，压头座沿上下方向导向移动装配于安装块上，安装块上设置有液压腔，液压腔内导向移动装配有活塞板，活塞板与压头座之间通过轴线沿上下方向延伸的传力弹簧连接，传力弹簧与压头的传力路径上设置有测力传感器，压头座内还设有缓冲腔，缓冲腔的上端与液压腔之间设置有第一油道，缓冲腔的下端与液压腔之间设置有第二油道，安装块上还设置有用于连通缓冲腔与外部大气的大气通道，第一油道上设置有第一油道开关阀和第一油道泄压阀，第二油道上设置有第二油道开关阀，大气通道上设置有大气通道开关阀，压头座的侧面设置有激光位移传感器。
2.根据权利要求1所述的压头装置，其特征在于：大气通道连接于缓冲腔的上端。
3.根据权利要求1所述的压头装置，其特征在于：测力传感器设置于压头与压头座之间。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB936189A (en) * 1959-02-23 1963-09-04 Virgilio Olivotto Portable hardness tester
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