CN200965501Y - 对试件两端主动加载式液压万能试验机 - Google Patents

对试件两端主动加载式液压万能试验机 Download PDF

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Abstract

现有液压万能试验机加载核心功能部件为单柱塞油缸,本实用新型的设计方案采用一种柱塞-活塞联合作用式油缸。柱塞连接由上横梁、两光杠、压缩试验台平板组成的上框架,活塞连接移动横梁、两丝杠、下横梁组成的下框架。在同一油压作用下,柱塞向上推动上框架同时活塞向下推动下框架就可以对放置在拉伸空间或压缩空间的试件两端主动加载。

Description

对试件两端主动加载式液压万能试验机
技术领域
本实用新型涉及一种用于测试材料的力学性能的万能试验机,尤其是液压万能试验机,特别是一种对试件两端主动加载的液压万能试验机。
背景技术
材料试验机广泛用于科研和教学。随着微机控制技术、传感器技术、新型的液压控制器件、伺服与步进电机技术的发展,微机控制电液伺服万能试验机和电控万能试验机由于优良的测试性能在试验机制造业已成主导产品并已在相关业界得到普遍使用。目前比较先进的市售的试验机为WAW系列微机控制电液伺服万能试验机(例如天水试验机厂制造的),其包括一个试验台平板、一个上横梁和一移动横梁,还包括一个液压缸、四根竖直的光杠和两根竖直的丝杆,所述光杠与所述试验台平板以及所述上横梁固定连接,并且穿过所述移动横梁上的光孔,可在竖直方向上相对于移动横梁移动,所述丝杆通过丝母与移动横梁连接,并穿过上横梁和试验台平板上的光孔,可相对于二者在竖直方向上运动,丝杆下部带有传动链轮,该传动链轮通过一链条被一固定在机架上的马达驱动。此由丝杆、丝母、传动链轮、链条以及马达构成的系统用于调节移动横梁以放入试件。此系统在对试件加载的过程中必须保持非驱动状态,以免将马达损坏。所述液压缸的一个柱塞顶在试验台平板之下。在移动横梁与上横梁之间带有卡具,用于卡紧拉伸试验时的试件。当液压缸中加压时,所述活塞或柱塞顶着试验台平板和上横梁向上移动,而移动横梁保持不动,其与上横梁之间构成拉伸试验空间,与试验台平板之间构成压缩试验空间。
本实用新型的发明人在高校材料力学实验室从事教学多年,上述这些先进的试验机与传统试验机都使用过,对它们的性能、特点有切身的感受。上述的先进试验机与传统试验机相比最突出的特点是:控制功能极大提高,试验过程中加载速率、变形速率可以得到精细的控制,测试精度得到很大的提高。
然而,无论上述目前较先进的试验机还是传统的试验机都存在两个最主要的问题:第一,试件断裂时所带来的比较强烈的震动无法消除或减弱;第二,断口偏中问题无法从根本上得到解决。究其原因,就是由于这些试验机都采用对试件单端主动加载的方式(例如在上述WAW系列试验机中,拉伸试验时试件通过上横梁加载,而其另一端固定在移动横梁上,当压缩试验时试件通过试验台平板加载,其另一端也是固定在移动横梁上),因而造成了当试件几何对称、材质均匀时两端加载条件不对称的问题。
发明内容
本实用新型的目的就是要解决上面提到的现有技术中的问题,提供一种万能试验机,其能够消除或者明显减弱试件断裂时所带来的比较强烈的震动,并且能够从根本上解决断口偏中的问题。
为了解决上述技术问题,本实用新型提供一种新型的万能试验机,其从试件的两端对试件加载,而不是像现有技术中的试验机那样,从试件的一端加载。
实现上述技术方案有多种途径,对于本领域的普通技术人员来说,在本实用新型的基本构思的启发下,很容易想到多种实现试件两端加载的实施形式,例如可采用双液压油缸在材料两端加载来实现。即,除了现有的用于驱动上横梁和试验台平板的液压缸以外,再设置一个液压缸来驱动移动横梁,并使传动链轮与丝杆之间可以相对在竖直方向上移动,例如使二者通过键槽相互连接。在这种实施方案中,优选在液压回路中加入液压同步阀来调节试件两端的均衡加载。这些实施形式都没有偏离本实用新型的基本方案,因此都包含在本实用新型的框架内。
因此,本实用新型的万能液压试验机包括一个试验台平板、一个上横梁和一移动横梁,还包括至少一个液压缸、两根竖直的丝杆、至少两根竖直的光杠,所述光杠与所述试验台平板以及所述上横梁固定连接,并且穿过所述移动横梁上的光孔,可在竖直方向上相对于移动横梁移动,所述丝杆通过丝母与移动横梁连接,并穿过上横梁和试验台平板上的光孔,可相对于二者在竖直方向上运动,丝杆下部带有传动链轮,该传动链轮通过一链条被一固定在机架上的马达驱动,此由丝杆、丝母、传动链轮、链条以及马达构成的系统用于在放入试件时调节移动横梁,在对试件加载时必须保持此系统处于非驱动状态,否则将会使马达烧坏。所述液压缸的一个柱塞或活塞顶在试验台平板之下,所述上横梁与所述移动横梁的相对的面上分别带有一个卡具,两卡具相对,其特征在于:还包括一个用于在试验过程中使移动横梁也可以上下移动的驱动装置,从而可以实现两端对试件加载。在这种情况下,丝杆将在对试件加载的过程中与移动横梁一起运动,所以,传动链轮与丝杆必须通过键槽配合装在一起,从而可以使二者在竖直方向上相对移动。
在本实用新型的一优选技术方案中,所述两端加载式万能试验机只采用一个柱塞一活塞或者双活塞联合作用式液压缸,该液压缸固定于机架上,缸体下内腔里有一个活塞,上内腔里有一个柱塞或者活塞,优选柱塞。所述上内腔中的柱塞或活塞顶在试验台平板下,所述丝杠的下端借助于一止推轴承连接在一下横梁上,而该下横梁与所述活塞固定连接。在同一液体(例如油)介质压力作用下,柱塞向上推动上框架,同时活塞向下推动下框架,这样就可以对放置在拉伸空间或压缩空间的试件两端主动加载。这一优选实施例的优点在于,结构比较简单,与现有液压万能试验机结构相似,测试精度进一步提高。只用一个柱塞一活塞联合作用式液压缸,柱塞与活塞工作行程均为同加载级别液压万能试验机所用液压缸的柱塞工作行程的一半,因而这一优选实施例的整体尺寸没有太大的变化,结构布置与现有液压万能试验机相比并没有重大的变化。液压系统可省去使用同步伐,而采用多缸方案除了同此方案要使用背压阀外,还要使用同步阀。
如上所述,本实用新型的万能试验机中包括一个由马达、链轮和链条构成的移动横梁高度调节系统,用于在将试件放入拉伸空间或压缩空间时调节移动横梁的高度。所述链轮包括至少一个传动链轮,该传动链轮通过其内径上的竖直方向上的键槽套在所述丝杠上的一带有配合的竖直方向的键槽的部位上,从而使二者可以相对上下移动,该部位位于所述试验台平板与所述下横梁之间。优选还包括至少一个导向链轮,其套装在至少一个光杠上。用电动机带动链轮传动丝杠及丝母,完成移动横梁的升降运动,在链轮传动中加入导向链轮可以调节链条的胀紧力,使传动更加平稳。
优选采用两根光杠。两根光杠和丝杆可以任意地分布在上横梁、移动横梁、试验台平板和下横梁的四个角上,优选对称分布,例如两根丝杆相邻,两根光杠相邻。但更优选两根丝杆与两根光杠交错呈矩形对角分布。这样设置可以使加载机构受力均衡,不发生移动横梁与丝杆卡阻的现象,使传动更加平稳。
为了更好地实现控制,在机架上分别带有柱塞行程限位开关和活塞行程限位开关,二者分别通过探测柱塞的上下运动和活塞的上下运动的极限位置制动液压缸。
与现有液压万能实验机相比,本实用新型的液压万能试验机结构形式、液压系统、电气系统没有太大变化,电控系统也基本没有变化,所以不会带来太大的研制困难。
下面结合附图所示的一个实施例对本实用新型进行更详细的描述。
附图说明
图1为本实用新型的最佳实施例的结构示意图。
图2为图1所示实施例的液压系统工作原理示意图。
图3为本实施例中极限位置限位开关与位置指示灯设置位置图。
具体实施方式
如图1所示,本实用新型的液压万能材料试验机的最佳实施形式包括一上横梁8、一移动横梁9、一下横梁10、一油缸11,移动横梁9套装在至少两根处于矩形对角线两端的光杠18上,其在所述矩形的另一对角线的两端位置上通过丝母17与两根丝杠19啮合,上横梁8与光杠18固定连接,另一侧套装在丝杆19上,丝杆的下端通过止推轴承20与下横梁连接,下横梁10与活塞21固定,而柱塞22顶在一试验台平板23下,该试验台平板与光杠18固定连接,其另一侧套装在丝杆外。所示实施例还包括传动链轮12、一台电动机13。如图所示,传动链轮12通过竖直方向的键槽与丝杆滑动配合。虽然图中未示出,但在各光杠上最好配置一个导向链轮,这样有利于提高链轮传动的效率。
作为拉伸试验的必不可少的特征,本最佳实施例的试验机与现有技术一样包括分别设置在所述上横梁与所述移动横梁的相对的面上的一个配合卡具14,两卡具相对,以试验机的纵轴线为中心设置。也可以包括一对压缩试验卡具,此对卡具在图1中标出,但由于图上空间的限制,不便编号。
本实施例的液压系统工作原理如图2所示,加载时,手动三位四通换向阀II处于右位,回油阀27与手动二位二通换向阀I处于关闭状态。手动加载则打开送油阀26,自动加载则关闭送油阀26,此时电液比例阀或电液伺服阀25起作用。加载过程中背压阀28起作用,预先调节该阀使背油压,使作用于活塞的向上的力略大于两框架及卡具与传感器的自重。卸载时,手动三位四通换向阀II处于左位,打开回油阀27。手动加载试验过程中如要保持某种水平的恒载或卸载后较长时间不工作,则手动三位四通换向阀II处于中位,不工作时,回油阀27与手动二位二通换向阀处于关闭状态。预先调节溢流阀III,使液压系统最大油压-略大于理论最大油压。
本最佳实施例中还包括一柱塞上行程限位开关2’、一活塞上行程限位开关2、一拉压力传感器16。如图3所示,为了在试验过程中对油缸进行更加安全可靠的控制,不但设置了柱塞与活塞上下极限位置的限位开关(控制达到极限位置时油泵电机停、启)。而且还设置了相应的极限位置指示灯。
当柱塞行至上极限位置2’(a)时触碰极限位置指示灯开光1(常开)与限位开关(常闭),指示灯亮,柱塞停止。这时,只要将回油阀打开一些,柱塞就可在自重的作用下脱离上极限位置,极限位置指示灯灭,限位开关恢复闭合,油泵电机重新启动。柱塞要回到下极限位置,只要控制回油阀开启程度即可避免柱塞与其支撑座发生冲撞,故不设置极限位置指示灯开关与限位开关。
当活塞行至上极限位置2(a)时触碰极限位置指示灯开关与限位开关,指示灯亮,活塞停止。这时需要手动二位三通换向阀I换向为通的状态,才可使活塞在自重的作用下脱离上极限位置,极限位置指示灯开关与限位开关才可恢复原态。当活塞处于下极限位置2(b)时,由于限位开关处于开状态,极限位置指示灯开关处于闭状态,如果活塞不脱离该位置向上,则灯常亮,油泵电机无法启动。为此,要将该位置的限位开关设置成位置可以用手调整的限位开关。具体讲,就是在该极限位置侧向触压限位开关,而限位开关外壳通过弹簧与一手柄相连,此时,拉动手柄,以使限位开关脱开与之相触碰之物,并转动手柄,以在新位置固定限位开关,将手动三位四通换向阀II处于左位,回油阀打开,则活塞上移,脱离下极限位置,反向转动手柄,弹簧将限位开关自动复位。
由于这些特点,本实用新型的试验机在场地安装时不需要地脚螺栓;对最大加载级别相同而且拉伸、压缩空间尺寸相同的液压万能试验机来说,本实用新型的液压万能试验机的柱塞一活塞联合作用油缸尺寸与现有液压万能试验机的柱塞油缸尺寸相比没有太大的变化,这是因为前者柱塞与活塞的行程理论上均只有后者柱塞行程的一半。从而使整机尺寸也没太大变化。在操作上,复杂程度也没有太大增加。从制造的角度看,对于制造技术的要求也没有太大的变化。这样,按构思设计方案所制造的液压万能试验机从经济上来考虑制造成本也增加的不是太多,所增加的部分主要一是柱塞一活塞联合作用油缸的制造成本与丝杠的下部一段增加键槽所带来的加工成本,二是由于液压系统增加了背压平衡回路,导致加载工作时消耗功率加大,故需要加大油泵、电机的功率。同时油路工作油压也要适当提高,这就需要加大油泵的压力等级。新增加了液压元件,重新选用电机与油泵,无疑也增加成本。可见这个构思设计方案是一个实际可行的方案。
柱塞-活塞联合作用式油缸是一种对油缸形式的创新构思,没有现成产品可选择,必须自己根据需要对油缸的尺寸与细部进行设计并自行制造。这种油缸是本设计构想的的最主要、最特殊的部分。
综上所述,这种新型试验机最大的特点就是由于加载方式的变化得以最大限度的减弱试件断裂时所带来的震动,理论上说可以完全消除;再有就是可以极大限度减弱由于对试件两端加载条件不对称所带来的几何对称、材质均匀试件的断口偏中问题。

Claims (8)

1.万能液压试验机,包括一个试验台平板、一个上横梁和一移动横梁,还包括至少一个液压缸、两根竖直的丝杆、至少两根竖直的光杠,所述光杠与所述试验台平板以及所述上横梁固定连接,并且穿过所述移动横梁上的光孔,可在竖直方向上相对于移动横梁移动,所述丝杆通过丝母与移动横梁连接,并穿过上横梁和试验台平板上的光孔,可相对于二者在竖直方向上运动,丝杆下部的适当位置处带有传动链轮,该传动链轮通过一链条被一固定在机架上的马达驱动,所述液压缸的一个柱塞或活塞从下面顶着试验台平板,所述上横梁与所述移动横梁的相对的面上分别带有一个卡具,两卡具相对,其特征在于:还包括一个用于在试验过程中使移动横梁也可以上下移动的驱动装置,所述传动链轮与丝杆通过键槽配合装在一起,从而可以在竖直方向上相对移动。
2.如权利要求1的试验机,其特征在于:只采用一个柱塞-活塞或者双活塞联合作用式液压缸,该液压缸固定于机架上,缸体下内腔里有一个活塞,上内腔里有一个柱塞或者活塞,该柱塞或活塞顶在试验台平板下,所述丝杠的下端借助于一止推轴承连接在一下横梁上,而该下横梁与所述活塞固定连接。
3.如权利要求2的试验机,其特征在于:所述缸体上内腔中设置的是一个柱塞。
4.如权利要求3的试验机,其特征在于:采用两根光杠。
5.如权利要求4的试验机,其特征在于:还包括至少一个导向链轮,其套装在至少一根光杠上。
6.如权利要求5的试验机,其特征在于:所述丝杆与光杠交错对角分布。
7.如权利要求6的试验机,其特征在于:在机架上分别带有上限位开关和下限位开关,二者分别通过探测柱塞的向上运动的极限位置和活塞的向下运动的极限位置来制动液压缸。
8.如权利要求7的试验机,其特征在于:在试验台平板与移动横梁的下表面之间也设有一对用于压缩试验的卡具。
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