CN117686370A - 一种金属件局部交变温度载荷模拟设备 - Google Patents

一种金属件局部交变温度载荷模拟设备 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种金属件局部交变温度载荷模拟设备,包括金属试件框、加热装置、输送装置、支架和低温试验箱;加热装置和低温试验箱分别设于支架相对的两侧,金属试件框在输送装置的带动下,传输至加热装置或低温试验箱,本发明设备能自主运输试件进入低温试验箱进行冷冻,并在冷冻后对其进行局部加热,以研究其局部交变温度载荷。具有节省人力,提升效率,辅助研究交变温度下试件性能的特点。同时,该设备利用目前应用较为广泛的冷冻箱进行扩展,降低了开展相关实验的成本。

Description

一种金属件局部交变温度载荷模拟设备
技术领域
本发明涉及局部交变温度载荷研究技术领域,尤其涉及一种金属件局部交变温度载荷模拟设备。
背景技术
局部交变温度载荷是一种自然环境和工业生产中常见的载荷,其特点为同一结构的各个部位温度不一且不断变化,这一载荷广泛出现在桥梁、化工设备、船舶等领域。交变温度载荷会使结构产生温度应力,造成疲劳损伤。因此有必要采用小型试件研究局部交变温度载荷对金属结构的力学特性、电化学特性的影响。目前的研究主要通过将金属试件放置于冷冻箱的方式研究其低温性能,并不能很好的模拟出试件所受的局部交变温度载荷。采用人工固定试件、自主冷冻、取件、局部加热、再冷冻的方式虽然可以实现局部的温度载荷加载,但是劳动强度大、需要定时取出试件导致时间成本高,且难以实现持续性、高频率的加载。
发明内容
本发明的目的在于提出一种金属试件局部交变温度载荷模拟设备,能自主运输试件进入低温试验箱进行冷冻,并在冷冻后对其进行局部加热,以研究其局部交变温度载荷。
为达到上述目的,本发明提出一种金属件局部交变温度载荷模拟设备,包括金属试件框、加热装置、输送装置、支架和低温试验箱;
加热装置和低温试验箱分别设于支架相对的两侧,金属试件框在输送装置的带动下,传输至加热装置或低温试验箱。
进一步的,输送装置包括第一输送机构、第二输送机构、顶升固定机构和长行程移动平台;
第一输送机构设于支架上,驱动长行程移动平台往返于加热装置和低温试验箱;
第二输送机构设于长行程移动平台上,驱动金属试件框进出于低温试验箱内;
顶升固定机构与第二输送机构的短行程直线模组传动连接,顶升固定机构包括插销块和顶升机构,顶升机构驱动插销块拔插于金属试件框对应的插槽内,实现固定与分离。
进一步的,第一输送机构包括两条长行程直线滑轨、长行程直线模组和输送板;
两条长行程直线滑轨和长行程直线模组均固定于支架的表面,自加热装置至低温试验箱的方向设置;两条长行程直线滑轨平行且对称布置,长行程直线模组位于两根长行程直线滑轨之间;
输送板的背面通过滑轮设于长行程直线滑轨上,并且输送板与长行程直线模组的滑块传动连接;长行程移动平台固定于输送板的正面。
进一步的,第二输送机构包括短行程直线模组和两条短行程直线滑轨;
两条短行程直线滑轨和短行程直线模组均固定于输送板的正面,以加热装置至低温试验箱的方向排布;两条短行程直线滑轨平行且对称布置,短行程直线模组位于两根短行程直线滑轨之间;
顶升固定机构通过短行程移动平台与短行程直线模组传动连接,短行程移动平台通过滑轮设于短行程直线滑轨上,且与短行程直线模组的滑块传动连接。
进一步的,顶升固定机构包括固定板、两根升降滑轨、顶升电推杆和插销块;
固定板竖直设于短行程移动平台的一侧,两根升降滑轨平行且竖直状态固定于固定板的表面,顶升电推杆固定于两根升降滑轨之间,顶升电推杆的输出端通过滑块与插销块传动连接,滑块与升降滑轨导向固定。
进一步的,长行程移动平台分包括左半平台和右半平台;左半平台和右半平台之间预留出一条通道,供第二输送机构和顶升固定机构通过。
进一步的,长行程移动平台的表面设有两条平行的试件框滑轨,金属试件框通过滑轮设于试件框滑轨上。
进一步的,金属试件框包括四层的放置板,上下相邻的放置板之间通过连接件固定支撑; 放置板的表面设有多个定位孔;金属试件框的底部安装有滑轮。
进一步的,加热装置包括加热架、热风机、主加热管、加热管固定座和支加热管;
加热架以门字形固定于支架表面,加热架的横向支撑杆上通过加热管固定座固定有一根主加热管,主加热管的进口封连接热风机,主加热管的出风口连接支加热管;
支加热管的支管数量与金属试件框的放置板层数相同,且位置相对。
进一步的,低温试验箱采用电动开关实现自动开门。
与现有技术相比,本发明的优势之处在于:本发明设置了金属试件冷冻装置和局部加热装置,对其进行交变温度载荷加载,以测定金属试件疲劳损伤;人工固定好金属试件后,采用两组输送机构及一组顶升机构代替人工将金属试件送至低温试验箱进行冷冻,冷冻至-50℃后将其拉出由加热装置进行局部加热至10℃,然后再由该装置输送至低温试验箱进行重复冷冻,冷冻与加热全过程无需人工辅助,整体设备简单方便,能反复冷冻和加热金属试件,动力输送简单,成本较低,同时极大降低了劳动强度及科研人员的时间成本,消除实验过程带来的安全隐患。同时利用了目前应用较为广泛的冷冻箱进行扩展,降低了开展相关实验的成本,适合推广应用。
附图说明
图1为本发明实施例中金属件局部交变温度载荷模拟设备的整体结构示意图;
图2为本发明实施例中支架主体部分的立体结构示意图;
图3为本发明实施例中支架主体部分的主视图;
图4为本发明实施例中支架主体部分的侧视图;
图5为本发明实施例中加热装置的整体结构示意图;
图6为本发明实施例中金属试件框的整体结构示意图;
图7为本发明实施例中低温试验箱的整体结构示意图;
图8为本发明实施例中低温试验箱的打开状态示意图;
图9为本发明实施例中金属试件框推入低温试验箱的示意图;
图10为本发明实施例中对工件进行低温处理的设备状态示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明的技术方案作进一步地说明。
如图1所示,本发明提出一种金属件局部交变温度载荷模拟设备,包括金属试件框1、加热装置2、输送装置、支架3和低温试验箱4;加热装置2和低温试验箱4分别设于支架3相对的两侧,金属试件框1在输送装置的带动下,传输至加热装置2或低温试验箱4;从而将待测金属进行加热以及低温处理,实现交变温度荷载的模拟。
在本实施例中,输送装置包括第一输送机构5、第二输送机构6、顶升固定机构7和长行程移动平台8。
具体的,如图2、3和4所示,第一输送机构5包括两条长行程直线滑轨51、长行程直线模组52和输送板53;两条长行程直线滑轨51和长行程直线模组52均固定于支架3的表面,自加热装置2至低温试验箱4的方向设置;两条长行程直线滑轨51平行且对称布置,长行程直线模组52位于两根长行程直线滑轨51之间;输送板53的背面通过滑轮设于长行程直线滑轨51上,并且输送板53与长行程直线模组52的滑块传动连接;长行程移动平台8固定于输送板53的正面。
第二输送机构6包括短行程直线模组61和两条短行程直线滑轨62;两条短行程直线滑轨62和短行程直线模组61均固定于输送板53的正面,以加热装置2至低温试验箱4的方向排布;两条短行程直线滑轨62平行且对称布置,短行程直线模组61位于两根短行程直线滑轨62之间;顶升固定机构7通过短行程移动平台9与短行程直线模组61传动连接,短行程移动平台9通过滑轮设于短行程直线滑轨62上,且与短行程直线模组61的滑块传动连接。
顶升固定机构7包括固定板71、两根升降滑轨72、顶升电推杆73和插销块74;固定板71竖直设于短行程移动平台9的一侧,两根升降滑轨72平行且竖直状态固定于固定板71的表面,顶升电推杆73固定于两根升降滑轨72之间,顶升电推杆73的输出端通过滑块与插销块74传动连接,滑块与升降滑轨72导向固定。
在本实施例中,如图1所示,长行程移动平台8分包括左半平台和右半平台;左半平台和右半平台之间预留出一条通道,供第二输送机构6和顶升固定机构7通过。
在本实施例中,如图2所示,长行程移动平台8的表面设有两条平行的试件框滑轨81,金属试件框1通过滑轮设于试件框滑轨81上;滑轨为半圆形,并超出移动平台20mm,实现深入抵达低温箱最里面与底板平齐,保证了试件筐的顺利进出,如图6所示,金属试件框1包括四层的放置板11,上下相邻的放置板11之间通过连接件固定支撑,连接件包括斜向连接件12和竖向连接件13,当上下的放置板11存在面积大小的差异时,通过斜向连接件12进行固定连接;放置板11的表面设有多个定位孔;金属试件框1的底部安装有滑轮。
在本实施例中,如图5所示,加热装置2包括加热架21、热风机22、主加热管23、加热管固定座25和支加热管24;
加热架21以门字形固定于支架3表面,加热架21的横向支撑杆上通过加热管固定座25固定有一根主加热管23,主加热管23的进口封连接热风机22,主加热管23的出风口连接支加热管24;支加热管24的支管数量与金属试件框1的放置板11层数相同,且位置相对。
在本实施例中,如图7和图8所示,低温试验箱4采用电动开关实现自动开门;电动开关主要是一根电推杆41,电推杆41的一端通过卧式轴承座42与固定在箱体上的固定架43相连接,另一端与固定在箱门上的固定块44相连接,利用电推杆41的伸缩来带动箱门的打开,关闭。
在本实施例中,金属件局部交变温度载荷模拟设备的运行方法如下:
工作人员将金属试件通过钢丝固定在金属试件框1四层的放置板11上,启动本设备后,低温试验箱4的电动开关自动打开箱门;此时,顶升机构启动,顶升电推杆4173向上顶出,将插销块74插入金属试件框1的插槽14内,实现固定,再由第一输送机构5将长行程移动平台8及其上方所有部件由前向后输送直至行程结束;随后第二输送机构6启动,通过短行程直线模组61带动顶升固定机构7和金属试件筐一起位移,使其橡胶滚轮沿着短行程直线滑轨62由前向后运动至低温试验箱4中;随后顶升机构带动插销块74向下位移,退出插槽14,第一输送机构5及第二输送机构6回到初始位置后,电动开关自动关闭箱门,将金属试件进行冷冻至-50℃,箱门打开前3min,加热装启动并预热,箱门打开后,第一输送机构5与第二输送机构6启动,到达金属试件筐前,顶升机构再次向上伸出,使插销块74插入金属试件筐的插槽14中,第一输送机构5与第二输送机构6返回初始将金属试件筐拉到初始位置,初始位置即加热装置2所在位置,从而对工件进行局部加热,局部加热至10℃后,重复上述流程将金属试件筐运输至低温试验箱4中重新冷冻26min,热风机22关闭,从而实现对金属件局部交变温度荷载的模拟研究。
上述仅为本发明的优选实施例而已,并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员,在不脱离本发明的技术方案的范围内,对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动,均属未脱离本发明的技术方案的内容,仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种金属件局部交变温度载荷模拟设备,其特征在于,包括金属试件框(1)、加热装置(2)、输送装置、支架(3)和低温试验箱(4);
所述加热装置(2)和所述低温试验箱(4)分别设于所述支架(3)相对的两侧,所述金属试件框(1)在所述输送装置的带动下,传输至所述加热装置(2)或所述低温试验箱(4);
所述输送装置包括第一输送机构(5)、第二输送机构(6)、顶升固定机构(7)和长行程移动平台(8);
所述第一输送机构(5)设于所述支架(3)上,驱动所述长行程移动平台(8)往返于所述加热装置(2)和所述低温试验箱(4);
所述第二输送机构(6)设于所述长行程移动平台(8)上,驱动所述金属试件框(1)进出于所述低温试验箱(4)内;
所述顶升固定机构(7)与所述第二输送机构(6)的短行程直线模组(61)传动连接,所述顶升固定机构(7)包括插销块(74)和顶升机构,所述顶升机构驱动所述插销块(74)拔插于所述金属试件框(1)对应的插槽内,实现固定与分离;
所述第一输送机构(5)包括两条长行程直线滑轨(51)、长行程直线模组(52)和输送板(53);
两条所述长行程直线滑轨(51)和长行程直线模组(52)均固定于所述支架(3)的表面,自所述加热装置(2)至所述低温试验箱(4)的方向设置;两条所述长行程直线滑轨(51)平行且对称布置,所述长行程直线模组(52)位于两根所述长行程直线滑轨(51)之间;
所述输送板(53)的背面通过滑轮设于所述长行程直线滑轨(51)上,并且所述输送板(53)与所述长行程直线模组(52)的滑块传动连接;所述长行程移动平台(8)固定于所述输送板(53)的正面;
所述加热装置(2)包括加热架(21)、热风机(22)、主加热管(23)、加热管固定座(25)和支加热管(24);
所述加热架(21)以门字形固定于所述支架(3)表面,所述加热架(21)的横向支撑杆上通过所述加热管固定座(25)固定有一根主加热管(23),所述主加热管(23)的进口封连接所述热风机(22),所述主加热管(23)的出风口连接所述支加热管(24)。
2.根据权利要求1所述的金属件局部交变温度载荷模拟设备,其特征在于,所述第二输送机构(6)包括短行程直线模组(61)和两条短行程直线滑轨(62);
两条所述短行程直线滑轨(62)和短行程直线模组(61)均固定于所述输送板(53)的正面,以所述加热装置(2)至所述低温试验箱(4)的方向排布;两条所述短行程直线滑轨(62)平行且对称布置,所述短行程直线模组(61)位于两根所述短行程直线滑轨(62)之间;
所述顶升固定机构(7)通过短行程移动平台(9)与所述短行程直线模组(61)传动连接,所述短行程移动平台(9)通过滑轮设于所述短行程直线滑轨(62)上,且与所述短行程直线模组(61)的滑块传动连接。
3.根据权利要求2所述的金属件局部交变温度载荷模拟设备,其特征在于,所述顶升固定机构(7)包括固定板(71)、两根升降滑轨(72)、顶升电推杆(73)和插销块(74);
所述固定板(71)竖直设于所述短行程移动平台(9)的一侧,两根所述升降滑轨(72)平行且竖直状态固定于所述固定板(71)的表面,所述顶升电推杆(73)固定于两根所述升降滑轨(72)之间,所述顶升电推杆(73)的输出端通过滑块与所述插销块(74)传动连接,所述滑块与所述升降滑轨(72)导向固定。
4.根据权利要求1所述的金属件局部交变温度载荷模拟设备,其特征在于,所述长行程移动平台(8)分包括左半平台和右半平台;所述左半平台和所述右半平台之间预留出一条通道,供所述第二输送机构(6)和顶升固定机构(7)通过。
5.根据权利要求1所述的金属件局部交变温度载荷模拟设备,其特征在于,所述长行程移动平台(8)的表面设有两条平行的试件框滑轨(81),所述金属试件框(1)通过滑轮设于所述试件框滑轨(81)上。
6.根据权利要求1所述的金属件局部交变温度载荷模拟设备,其特征在于,所述金属试件框(1)包括四层的放置板(11),上下相邻的放置板(11)之间通过连接件固定支撑;所述放置板(11)的表面设有多个定位孔;所述金属试件框(1)的底部安装有滑轮。
7.根据权利要求6所述的金属件局部交变温度载荷模拟设备,其特征在于,所述支加热管(24)的支管数量与所述金属试件框(1)的放置板(11)层数相同,且位置相对。
8.根据权利要求1所述的金属件局部交变温度载荷模拟设备,其特征在于,所述低温试验箱(4)采用电动开关实现自动开门。
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王玉峰等: "复合固体推进剂交变温度载荷下的老化动力学", 《弹箭与制导学报》, vol. 36, no. 2, 30 April 2016 (2016-04-30) *

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