CN112816327A - 结构木材集成材拉压试验机及试验方法 - Google Patents

结构木材集成材拉压试验机及试验方法 Download PDF

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安常源
阴元峰
张君亮
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Abstract

本发明提供了一种结构木材集成材拉压试验机及试验方法。试验机包括机架、拉伸夹具体、纵向约束系统、横向约束系统和测力传感器；拉伸夹具体包括固定夹具体和移动夹具体;测力传感器与移动夹具体均设置在移动架上,移动架由移动单元驱动沿机架长度方向移动；纵向约束系统和横向约束系统用于对木材上下左右方向进行约束。试验方法包括以下步骤：木材拉伸实验：测力传感器与移动夹具体由移动单元带动向远离固定夹具体方向移动直至木材试样断裂；木材压缩实验：在木材试样的上下和左右方向增加约束；测力传感器与移动夹具体由移动单元带动向靠近固定夹具体方向移动直至木材试样压缩至出现明显裂纹或断裂。

Description

结构木材集成材拉压试验机及试验方法
技术领域
本发明涉及一种结构木材集成材拉压试验机及试验方法，主要用于木材、塑木、人造板、三合板、胶合板等各种木材进行拉伸强度、压缩强度、破坏载荷等力学性能测试及研究，属于试验机技术领域。
背景技术
目前，木材类试验机一般只做短式样的简易的拉伸或弯曲实验，且拉伸时夹紧机构不易夹紧，容易滑出。市面上还没有一款测试长硬木拉伸和压缩性能的试验机。
发明内容
本发明目的是提供了一种结构木材集成材拉压试验机及试验方法。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
一种结构木材集成材拉压试验机，包括机架、拉伸夹具体、纵向约束系统、横向约束系统和测力传感器；
拉伸夹具体，沿机架长度方向设置在上部，包括固定夹具体和移动夹具体;
测力传感器与移动夹具体均设置在移动架上, 移动架由移动单元驱动沿机架长度方向移动，实现移动夹具体靠近或远离固定夹具体；
纵向约束系统和横向约束系统间隔设置在机架下部，用于对木材上下左右方向进行约束。
所述结构木材集成材拉压试验机优选方案，固定夹具体和移动夹具体均包括移动底座、夹紧油缸、夹紧钳口和移动衬板；
移动底座底部设置多个移动滚轮能够沿设置在机架上的导轨移动，移动底座具有楔形槽；
移动衬板设置在楔形槽两侧；
夹紧钳口与移动衬板之间通过燕尾卯隼结构连接为一体，且夹紧钳口上错位排列多个锥形齿；
夹紧油缸设置在移动底座上，且夹紧油缸驱动夹紧钳口来回移动；
固定夹具体的移动底座与机架之间通过销轴连接。
所述结构木材集成材拉压试验机优选方案，纵向约束系统用于对木材上下方向进行约束，包括纵向固定板、前后位置调整单元和上下夹紧单元；
纵向固定板设置在机架宽度方向；
前后位置调整单元包括前后移动手轮、移动丝杠副和移动座，前后移动手轮经移动丝杠副带动移动座相对纵向固定板来回移动；
上下夹紧单元包括上移动座、下移动座和正反丝丝杠副，上下移动手轮经正反丝丝杠副带动上移动座和下移动座沿移动座相互靠近或远离，上移动座和下移动座均设有纵向夹紧滚轮；
上移动座和下移动座移动方向与移动座相对纵向固定板移动方向相互垂直。
所述结构木材集成材拉压试验机优选方案，移动座设有燕尾槽，纵向固定板设有与燕尾槽相配合的燕尾形导轨。
所述结构木材集成材拉压试验机优选方案，上移动座和下移动座均具有燕尾槽体，移动座设有与燕尾槽相配合的燕尾形导轨体。
所述结构木材集成材拉压试验机优选方案，横向约束系统用于对木材左右方向进行约束，包括固定底板、左移动座、右移动座和正反丝丝杠副，固定底板设置在机架宽度方向，左右移动手轮经正反丝丝杠副带动左移动座和右移动座沿固定底板相互靠近或远离，左移动座和右移动座均设有横向夹紧滚轮；左移动座和右移动座沿固定底板移动方向、上移动座和下移动座移动方向以及移动座相对纵向固定板移动方向三者相互垂直。
所述结构木材集成材拉压试验机优选方案，左移动座和右移动座均具有燕尾槽结构，移动座设有与燕尾槽结构相配合的燕尾形导轨结构。
所述结构木材集成材拉压试验机优选方案，移动单元包括电机和丝杠丝母副；电机设置在机架端部，丝杠丝母副设置在机架内侧，电机输出端经丝杠丝母副与移动架连接。
所述结构木材集成材拉压试验机优选方案，机架整体为卧式结构，包括主机框架和设置在主机框架下方的多个支腿，主机框架和支腿均采用型材制成。
一种利用所述结构木材集成材拉压试验机进行试验方法，包括以下步骤：
（1）木材试样安装：拉伸夹具体将木材试样夹紧；
（2）木材拉伸实验：设定参数，启动试验机，测力传感器与移动夹具体由移动单元带动向远离固定夹具体方向移动直至木材试样断裂，此时数据采集系统采集传感器力值数据，并自动计算出木材的屈服强度、最大断裂力、断后伸长率和抗拉强度数据；
（3）木材压缩实验：通过纵向约束系统和横向约束系统在木材试样的上下和左右方向增加约束；设定参数，启动试验机，测力传感器与移动夹具体由移动单元带动向靠近固定夹具体方向移动直至木材试样压缩至出现明显裂纹或断裂，此时数据采集系统采集传感器力值数据，并自动计算出木材的屈服强度、最大压缩力、断后伸长率和抗压强度数据。
本发明的优点在于：拉伸夹具体配合实现了对木材的拉伸或压缩试验，纵向约束系统和横向约束系统在上下和左右方向增加约束可以防止木材起拱翘曲，用于木材、塑木、人造板、三合板、胶合板等各种木材进行拉伸强度、压缩强度、破坏载荷等力学性能测试及研究。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1为本发明实施例的主视示意图。
图2为本发明实施例的俯视示意图。
图3为本发明实施例的立体结构示意图。
图4为本发明实施例的固定夹具体结构示意图。
图5为本发明实施例的夹紧钳口结构示意图。
图6为本发明实施例的纵向约束系统结构示意图。
图7为本发明实施例的横向约束系统结构示意图。
图8为本发明实施例的纵向约束系统及横向约束系统夹紧木材示意图。
图9为本发明实施例木材试样安装示意图。
图10为本发明实施例木材试样拉伸试验示意图。
图11为本发明实施例木材试样压缩试验示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参考图1、图2和图3，一种结构木材集成材拉压试验机，包括机架、拉伸夹具体、纵向约束系统4、横向约束系统5和测力传感器7；
机架整体为卧式结构，包括主机框架2和设置在主机框架2下方的多个支腿1，主机框架2和支腿1均采用型材制成；
拉伸夹具体，沿机架长度方向设置在上部，包括固定夹具体3和移动夹具体6;
固定夹具体3设有多个间隔设置的销轴孔，主机框架2用于放置固定夹具体3一侧也设有多个间隔设置的销轴孔，固定夹具体3能够移动到不同的销轴孔位置时，根据需要插入插销12固定，这样可以方便的调节实验空间，以适应不同长度木材试样；
测力传感器7与移动夹具体6均设置在移动架8上, 移动架8由移动单元驱动沿机架长度方向移动，实现移动夹具体6靠近或远离固定夹具体3；
纵向约束系统4和横向约束系统5间隔设置在机架下部并位于固定夹具体3和移动夹具体6;之间，用于对木材上下左右方向进行约束。
参考图4及图5，固定夹具体3包括移动底座3.1、夹紧油缸3.2、夹紧钳口3.3和移动衬板3.4；
移动底座3.1底部设置多个移动滚轮3.5能够沿设置在机架上的导轨移动，移动底座3.1具有楔形槽；
移动衬板3.4设置在楔形槽两侧；
夹紧钳口3.3与移动衬板3.4之间通过燕尾卯隼结构连接为一体，且夹紧钳口3.3上错位排列多个锥形齿331，采用此结构的夹紧钳口3.3夹紧时齿尖咬住木材，防止打滑；
夹紧油缸3.2设置在移动底座31上，且夹紧油缸3.2驱动夹紧钳口3.3来回移动。
本实施例中，移动夹具体6和固定夹具体3结构相同。
本实施例中，拉伸夹具体具体调整过程如下：移动夹具体6和固定夹具体3的移动衬板3.4在夹紧油缸3.2带动下沿楔形面移动，从而带动夹紧钳口3.3夹紧和松开。楔形结构可确保木材越拉越紧，同带齿的夹紧钳口3.3一起保证木材试样在拉伸时夹持位置牢固可靠，不滑移。
参考图6，纵向约束系统4用于对木材上下方向进行约束，包括纵向固定板4.1、前后位置调整单元和上下夹紧单元；
纵向固定板4.1设置在机架上；
前后位置调整单元包括前后移动手轮4.3、移动丝杠副4.2和移动座4.7，前后移动手轮4.3经移动丝杠副4.2带动移动座4.7相对纵向固定板4.1来回移动；
上下夹紧单元包括上移动座4.8、下移动座4.9和正反丝丝杠副4.5，上下移动手轮4.6经正反丝丝杠副4.5带动上移动座和下移动座沿移动座4.7相互靠近或远离，上移动座4.8和下移动座4.9均设有纵向夹紧滚轮4.4；
上移动座和下移动座移动方向与移动座4.7相对纵向固定板4.1移动方向相互垂直。
本实施例中，移动座4.7设有燕尾槽，纵向固定板4.1设有与燕尾槽相配合的燕尾形导轨；上移动座和下移动座均具有燕尾槽体，移动座4.7设有与燕尾槽相配合的燕尾形导轨体。
参考图7，横向约束系统5用于对木材左右方向进行约束，包括左移动座5.3、右移动座5.6和正反丝丝杠副5.2，左右移动手轮5.5经正反丝丝杠副4.5带动左移动座5.3和右移动座沿固定底板5.1相互靠近或远离，左移动座5.3和右移动座均设有横向夹紧滚轮5.5；左移动座5.3和右移动座沿固定底板5.1移动方向、上移动座和下移动座移动方向以及移动座4.7相对纵向固定板4.1移动方向三者相互垂直。
本实施例中，左移动座5.3和右移动座5.6均具有燕尾槽结构，移动座4.7设有与燕尾槽结构相配合的燕尾形导轨结构。
本实施例中，移动单元包括电机11、传动箱10和丝杠丝母副9；电机10设置在机架端部，丝杠丝母副9设置在机架内侧，电机10输出端连接传动箱10，传动箱10输出端经丝杠丝母副9与移动架8连接。
一种利用所述结构木材集成材拉压试验机进行试验方法，包括以下步骤：
（1）木材试样安装，如图4、图5及图9：
首先根据木材试样外形尺寸选择合适的夹紧钳口，将夹紧钳口3.3通过燕尾槽固定在移动衬板3.4上 ；然后将木材试样放到楔形槽内；控制夹紧油缸3.2伸出，带动夹紧钳口3.3前移从而将木材试样夹紧；
（2）木材拉伸实验，如图10所示：
木材试样按照步骤（1）安装完成后，插入插销3.6将固定夹具体固定，设定参数，启动试验机，测力传感器7与移动夹具体6由移动单元带动向远离固定夹具体3方向移动直至木材试样断裂，此时数据采集系统采集传感器力值数据，并自动计算出木材的屈服强度、最大断裂力、断后伸长率和抗拉强度数据；
3木材压缩实验，如图6及图11：
材压缩试验时，随着压缩力值增大，木材会起拱翘曲，极易发生危险。通过纵向约束系统4和横向约束系统5在上下和左右方向增加约束，根据需要可增加多个约束点。
纵向约束调整方法：调节前后移动手轮4.3，在移动丝杠4.2带动下移动座4.7沿固定底板4.1上的燕尾槽导轨前后移动至合适位置；旋动上下移动手轮4.6，纵向夹紧滚轮4.4通过正反丝丝杠副4.5沿移动座4.7上的燕尾槽导轨同时夹紧或分离。
横向约束调整方法：旋动左右移动手轮5.4，横向夹紧滚轮5.5，通过正反丝丝杠副5.2沿固定底板5.1上的燕尾槽导轨同时夹紧或分离。
木材试样具体夹紧过程：将木方放到左右拉伸夹具体楔形槽内，旋动上下移动手轮4.6，纵向夹紧滚轮4.4通过正反丝丝杠副4.5同时相向移动将木方夹紧；旋动左右移动手轮5.4，横向夹紧滚轮5.5，通过正反丝丝杠副5.2同时相向移动将木方夹紧。
具体压缩试验过程如下：通过纵向约束系统4和横向约束系统5在木材试样的上下和左右方向增加约束；按照步骤（1）安装完成后，插入插销3.6将固定夹具体固定，设定参数，启动试验机，测力传感器7与移动夹具体6由移动单元带动向靠近固定夹具体3方向移动直至木材试样压缩至出现明显裂纹或断裂，此时数据采集系统采集传感器力值数据，并自动计算出木材的屈服强度、最大压缩力、断后伸长率和抗压强度数据。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种结构木材集成材拉压试验机，其特征在于：包括机架、拉伸夹具体、纵向约束系统（4）、横向约束系统（5）和测力传感器（7）；
拉伸夹具体，沿机架长度方向设置在上部，包括固定夹具体（3）和移动夹具体（6）;
测力传感器（7）与移动夹具体（6）均设置在移动架(8)上, 移动架(8)由移动单元驱动沿机架长度方向移动，实现移动夹具体（6）靠近或远离固定夹具体（3）；
纵向约束系统（4）和横向约束系统（5）间隔设置在机架下部，用于对木材上下左右方向进行约束。
2.根据权利要求1所述结构木材集成材拉压试验机，其特征在于：固定夹具体（3）和移动夹具体（6）均包括移动底座（3.1）、夹紧油缸（3.2）、夹紧钳口（3.3）和移动衬板（3.4）；
移动底座（3.1）底部设置多个移动滚轮（3.5）能够沿设置在机架上的导轨移动，移动底座（3.1）具有楔形槽；
移动衬板（3.4）设置在楔形槽两侧；
夹紧钳口（3.3）与移动衬板（3.4）之间通过燕尾卯隼结构连接为一体，且夹紧钳口（3.3）上错位排列多个锥形齿；
夹紧油缸（3.2）设置在移动底座（31）上，且夹紧油缸（3.2）驱动夹紧钳口（3.3）来回移动；
固定夹具体（3）的移动底座（3.1）与机架之间通过销轴（3.6）连接。
3.根据权利要求1所述结构木材集成材拉压试验机，其特征在于：纵向约束系统（4）用于对木材上下方向进行约束，包括纵向固定板（4.1）、前后位置调整单元和上下夹紧单元；
纵向固定板（4.1）设置在机架宽度方向；
前后位置调整单元包括前后移动手轮（4.3）、移动丝杠副（4.2）和移动座（4.7），前后移动手轮（4.3）经移动丝杠副（4.2）带动移动座（4.7）相对纵向固定板（4.1）来回移动；
上下夹紧单元包括上移动座（4.8）、下移动座（4.9）和正反丝丝杠副（4.5），上下移动手轮（4.6）经正反丝丝杠副（4.5）带动上移动座和下移动座沿移动座（4.7）相互靠近或远离，上移动座和下移动座均设有纵向夹紧滚轮（4.4）；
上移动座和下移动座移动方向与移动座（4.7）相对纵向固定板（4.1）移动方向相互垂直。
4.根据权利要求3所述结构木材集成材拉压试验机，其特征在于：移动座（4.7）设有燕尾槽，纵向固定板（4.1）设有与燕尾槽相配合的燕尾形导轨。
5.根据权利要求3所述结构木材集成材拉压试验机，其特征在于：上移动座和下移动座均具有燕尾槽体，移动座（4.7）设有与燕尾槽相配合的燕尾形导轨体。
6.根据权利要求3所述结构木材集成材拉压试验机，其特征在于：横向约束系统（5）用于对木材左右方向进行约束，包括固定底板（5.1）、左移动座（5.3）、右移动座和正反丝丝杠副（5.2），固定底板（5.1）设置在机架宽度方向，左右移动手轮（5.5）经正反丝丝杠副（4.5）带动左移动座（5.3）和右移动座沿固定底板（5.1）相互靠近或远离，左移动座（5.3）和右移动座均设有横向夹紧滚轮（5.5）；左移动座（5.3）和右移动座沿固定底板（5.1）移动方向、上移动座和下移动座移动方向以及移动座（4.7）相对纵向固定板（4.1）移动方向三者相互垂直。
7.根据权利要求6所述结构木材集成材拉压试验机，其特征在于：左移动座（5.3）和右移动座均具有燕尾槽结构，移动座（4.7）设有与燕尾槽结构相配合的燕尾形导轨结构。
8.根据权利要求1所述结构木材集成材拉压试验机，其特征在于：移动单元包括电机（10）和丝杠丝母副（9）；电机（10）设置在机架端部，丝杠丝母副（9）设置在机架内侧，电机（10）输出端经丝杠丝母副（9）与移动架(8)连接。
9.根据权利要求1至8任一项所述结构木材集成材拉压试验机，其特征在于：机架整体为卧式结构，包括主机框架（2）和设置在主机框架（2）下方的多个支腿（1），主机框架（2）和支腿均采用型材制成。
10.一种利用所述结构木材集成材拉压试验机进行试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）木材试样安装：拉伸夹具体将木材试样夹紧；
（2）木材拉伸实验：设定参数，启动试验机，测力传感器（7）与移动夹具体（6）由移动单元带动向远离固定夹具体（3）方向移动直至木材试样断裂，此时数据采集系统采集传感器力值数据，并自动计算出木材的屈服强度、最大断裂力、断后伸长率和抗拉强度数据；
（3）木材压缩实验：通过纵向约束系统（4）和横向约束系统（5）在木材试样的上下和左右方向增加约束；设定参数，启动试验机，测力传感器（7）与移动夹具体（6）由移动单元带动向靠近固定夹具体（3）方向移动直至木材试样压缩至出现明显裂纹或断裂，此时数据采集系统采集传感器力值数据，并自动计算出木材的屈服强度、最大压缩力、断后伸长率和抗压强度数据。
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