CN202351164U - 一种微机控制材料表面覆冰附着力的测试装置 - Google Patents

一种微机控制材料表面覆冰附着力的测试装置 Download PDF

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Abstract

一种微机控制材料表面覆冰附着力的测试装置，其特征在于：在设有冷冻水进出口的带冷冻水夹套的容器中，测试试件固定安装在带冷冻水夹套的容器中或者上方，构成一个整体覆冰附着力测试专用夹具；当测剪切力时，该测试试件为圆柱体杆，其上端带有上夹头，下端穿过带冷冻水夹套的容器底部采用螺丝固定；带冷冻水夹套的容器上方设有法兰盖，测试试件穿过容器法兰盖，并且与容器法兰盖之间保持缝隙2～3mm，容器底部焊接一测试夹具的下夹头；上述上下夹头分别固定在万能拉力机的上下钳具头上。采用本装置，可以方便、快捷第测定材料表面覆冰的附着力，即剪切力、抗拉力和剪切力与抗拉力间的耦合作用力。

Description

一种微机控制材料表面覆冰附着力的测试装置
技术领域
本实用新型涉及一种微机控制的材料表面覆冰附着力的测试装置，属于测试技术领域。
背景技术
我国地域辽阔，东西、南北气候变化较大。同时，随着全球环境的变化，极端天气已经在我国出现多次，并且对我国经济造成了重大的损失。比如，2008年1月中下旬，我国长江中下游到南岭之间出现长时间、大面积、大强度的降雪和冻雨灾害天气，就造成了输电线路结冰和输电高压铁塔倒塌大范围断电事故。
材料表面覆冰实际上就是暴露在露天的设备、装置等表面因天气潮湿、寒冷而发生的结冰现象。除此之外，飞行器在飞行过程中，也会因环境发生变化而发生表面结冰现象，导致产生飞行器的不安全因素。为了研究气候、环境因素对材料表面结冰的影响，定量评价防覆冰材料的性能，目前国外采用两种测试装置进行定量测试，一种是将可以旋转的圆柱置于装满水的容器中，然后进行冷冻。当水结冰以后，开始旋转圆柱，并测定圆柱开始旋转需要的最大扭矩，并以此计算材料表面的覆冰剪切力；另一种是采用可以旋转的圆盘，首先让圆盘表面覆冰，然后开始转动圆盘，并测定圆盘表面覆冰脱落时的转速，最后以此计算覆冰的附着力。而在国内，还没有类似覆冰附着力测试装置。由此，本实用新型将开发、设计一种简单的用于测试材料表面覆冰附着力的装置。
实用新型内容
本实用新型目的是提供一种用于测试材料表面覆冰附着力的装置。利用该装置，可以采用微机控制方式，定量测定材料表面覆冰的附着力，包括覆冰与材料表面间的剪切力、抗拉力和剪切力与抗拉力的耦合作用力大小。
一种微机控制材料表面覆冰附着力的测试装置，其特征在于：
在设有冷冻水进出口的带冷冻水夹套的容器中，测试试件固定安装在带冷冻水夹套的容器中或者上方，构成一个整体覆冰附着力测试专用夹具；
当测剪切力时，该测试试件为圆柱体杆，其上端带有上夹头，下端穿过带冷冻水夹套的容器底部采用螺丝固定。带冷冻水夹套的容器上方设有法兰盖，测试试件穿过容器法兰盖，并且与容器法兰盖之间保持缝隙2～3mm，容器底部焊接一测试夹具的下夹头。
当测抗拉力与剪切力耦合作用力时，该测试试件为上方是圆柱体和下方是圆锥杆上下组合在一起的杆；测试试件为上端带有上夹头，下端的圆锥垂直放入容器底部的固定垫上。测试试件穿过容器法兰盖，并且与容器法兰盖之间保持缝隙2～3mm，容器底部焊接一测试夹具的下夹头。
当测抗拉力时，该测试试件为带冷冻水夹套的容器上方有盲板法兰盖。在盲板法兰盖上方带有上夹头、带冷冻水夹套的容器方有下夹头。
上述上下夹头分别固定在万能拉力机的上下钳具头上。
为解决以上问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：
(1)覆冰附着力测试的专用夹具
A覆冰剪切力测试专用夹具
如附图1所示，该试件为一直径25mm的圆柱体杆。首先，将其固定在一带冷冻水夹套的容器中，并且固定在所配备的拉力精度不低于0.01N的万能拉力机上。其次，向容器注满水，并且通入冷冻水使其结冰。第三，当容器中的水结冰之后，将圆柱体杆下端固定螺丝卸下。最后，进行拉伸试验操作。在此过程中，采用计算机记录拉力变化，直到圆柱体杆从容器中拔出。其中，计算机记录的最大拉力值即为圆柱体杆与冰之间的最大剪切力值。该最大值除以圆柱体杆与冰接触的面积即为单位面积上覆冰的附着力(剪切力)大小。
B覆冰抗拉力测试专用夹具
如附图2所示，该试件为一直径90mm的盲板法兰盖。首先，向带冷冻水夹套的容器注满水，把盲板法兰盖将容器盖好、使用螺栓固定。其次，将容器固定在其拉力精度不低于0.01N的万能拉力机上，并且开始为容器通入冷冻水使其结冰。第三，当容器中的水结冰之后，取下盲板法兰盖的所有螺栓，再进行拉伸试验操作。在此过程中，采用计算机记录拉力变化，直到盲板法兰盖与容器分开。其中，计算机记录的最大拉力值即为盲板法兰盖与冰之间的附着力。该最大拉力值除以盲板法兰盖与冰接触的面积即为单位面积上覆冰的附着力(抗拉力)大小。
C覆冰抗拉力与剪切力耦合作用力测试专用夹具
如附图3所示，该试件为一直径50mm的圆柱、园锥体杆。首先，向带冷冻水夹套的容器注满水，并且将容器固定在所配置的拉力精度不低于0.01N的万能拉力机的下端夹头上。同时，把直径为50mm的圆柱、园锥体杆试件固定在所配置的拉力精度不低于0.01N的万能拉力机的上端夹头上。其次，开始万能拉力机，使上夹头向下缓慢移动，将圆柱、园锥体杆试件插入容器中。向容器注满水、并且通入冷冻水使其结冰。第三，当容器中的水结冰之后，进行拉伸试验操作。在此过程中，采用计算机记录拉力变化，直到圆柱圆锥体杆从容器中拔出。其中，计算机记录的最大拉力值即为圆柱圆锥体杆与冰之间的附着力。该最大值除以圆柱圆锥体杆与冰接触的面积即为单位面积上覆冰的附着力(剪切力与抗拉力耦合作用力)大小。需要说明的是，在测试过程中，如果将圆柱圆锥体杆的圆柱杆部分进行保护，比如涂刷油性物质，可以避免圆柱杆部分受到冰的附着。这样，测定的结果为圆锥体部分与冰之间的附着力大小，即为剪切力与抗拉力耦合作用力。但是，如果圆锥体部分不进行保护，那么测定的附着力值应该为剪切力与耦合作用力的和。
(2)配置万能拉力机
为了能够实现微机测试目标，满足不同材料表面覆冰附着力的测试要求，配置了微机控制的万能拉力机。具体要求为(1)最大试验力不低于1000N；(2)负荷传感器测量有效参考价值范围不低于0.4％；(3)试验力分辨力不低于1/±300000F.S，即0.01N；(4)力控与变形速率调节范围不低于0.005％FS/S；(5)位移速率调节范围不低于0.005mm/min，精度为设定值的±0.2％以内。具备下列特点：
■带有遥控盒，可实现横梁的快/慢升降调整，操作灵活、随意切换。
■具有试验结束后返回初始位置的功能，智能、高效、快捷。
■具有任意工作位置的限位保护功能及过载、过流保护功能，可靠、安全。
■自建强大的试验数据库，试验数据可随时保存、查询、调用。
■可实现恒速率力控制、恒速率应力控制、恒速率变形控制、恒速度应变控制、恒速率行程控制、负荷等速控制、伸长等速控制、位移等速控制低周循环控制及用户自编程控制等多种控制方式。
■可切换显示多种试验曲线：应力-应变曲线、力-变形曲线、力-位移曲线、力-时间曲线、变形-时间曲线、位移-时间曲线、力-应变曲线。试验曲线局部放大，多曲线叠加比较。
(3)配置冷冻机
为了实现材料表面结冰，配置了冷冻机组，用于提供最低温度达-20度的冷冻水。该冷冻机采用智能控制，同时冷冻液采用有机醇类溶剂。
本实用新型的覆冰附着力测试装置应用时还需要微机控制的万能拉力机，冷冻机和一起使用。
采用本实用新型的测试装置，可以方便、快捷第测定材料表面覆冰的附着力，即剪切力、抗拉力和剪切力与抗拉力间的耦合作用力。
附图说明
图1覆冰剪切力测试专用夹具
图2覆冰抗拉力测试专用夹具
图3覆冰抗拉力与剪切力耦合作用力测试专用夹具
图4测试过程中的拉力变化曲线
a覆冰剪切力测试曲线
b覆冰剪切力与抗拉力耦合作用力测试曲线
c覆冰抗拉力测试曲线。
具体实施方式
一种微机控制材料表面覆冰附着力的测试装置，其特征在于：
在设有冷冻水进出口6，9的带冷冻水夹套5的容器中，测试试件固定安装在带冷冻水夹套的容器中或者上方，构成一个整体覆冰附着力测试专用夹具；
当测剪切力时，该测试试件2为圆柱体杆，其上端带有上夹头1，下端穿过带冷冻水夹套的容器底部采用螺丝7固定。带冷冻水夹套的容器上方设有法兰盖3，测试试件穿过容器法兰盖，并且与容器法兰盖之间保持缝隙2～3mm，容器底部焊接一测试夹具的下夹头8。
当测抗拉力与剪切力耦合作用力时，该测试试件为上方是圆柱体和下方是圆锥杆上下组合在一起的杆；测试试件为上端带有上夹头，下端的圆锥垂直放入容器底部的固定垫10上。测试试件穿过容器法兰盖，并且与容器法兰盖之间保持缝隙2～3mm，容器底部焊接一测试夹具的下夹头。
当测抗拉力时，该测试试件为带冷冻水夹套的容器上方有盲板法兰盖。在盲板法兰盖上方带有上夹头、带冷冻水夹套的容器方有下夹头。
上述上下夹头分别固定在万能拉力机的上下钳具头上。
覆冰剪切力测试实例，如附图1所示，该试件为一直径25mm的圆柱体杆，材料为不锈钢。首先，将其固定在一带冷冻水夹套的容器中，并且固定在所配备的拉力精度不低于0.01N的万能拉力机上。其次，向容器注满水，并且通入冷冻水使其结冰4。第三，当容器中的水结冰之后，将圆柱体杆下端固定螺丝卸下。最后，进行拉伸试验操作。在此过程中，采用计算机记录拉力变化，其结果见附图4，直到圆柱体杆从容器中拔出。其中，计算机记录的最大拉力值即为圆柱体杆与冰之间的最大剪切力值。
同样，测试覆冰抗拉力，如附图2所示，该试件为一直径90mm的盲板法兰盖。首先，向带冷冻水夹套的容器注满水，把盲板法兰盖将容器盖好、使用螺栓固定。其次，将容器固定在其拉力精度不低于0.01N的万能拉力机上，并且开始为容器通入冷冻水使其结冰。第三，当容器中的水结冰之后，取下盲板法兰盖的所有螺栓，再进行拉伸试验操作。在此过程中，采用计算机记录拉力变化，直到盲板法兰盖与容器分开。其中，计算机记录的最大拉力值即为盲板法兰盖与冰之间的附着力，其结果见附图4。该最大拉力值除以盲板法兰盖与冰接触的面积即为单位面积上覆冰的附着力(抗拉力)大小。
测试覆冰抗拉力与剪切力耦合作用力，如附图3所示，该试件为一直径50mm的圆柱、园锥体杆。首先，向带冷冻水夹套的容器注满水，并且将容器固定在所配置的拉力精度不低于0.01N的万能拉力机的下端夹头上。同时，把直径为50mm的圆柱、园锥体杆试件固定在所配置的拉力精度不低于0.01N的万能拉力机的上端夹头上。其次，开始万能拉力机，使上夹头向下缓慢移动，将圆柱、园锥体杆试件插入容器中。向容器注满水、并且通入冷冻水使其结冰。第三，当容器中的水结冰之后，进行拉伸试验操作。在此过程中，采用计算机记录拉力变化，直到圆柱圆锥体杆从容器中拔出。其中，计算机记录的最大拉力值即为圆柱圆锥体杆与冰之间的附着力，其结果见附图4。该最大值除以圆柱圆锥体杆与冰接触的面积即为单位面积上覆冰的附着力(剪切力与抗拉力耦合作用力)大小。

Claims (1)

1.一种微机控制材料表面覆冰附着力的测试装置，其特征在于：
在设有冷冻水进出口的带冷冻水夹套的容器中，测试试件固定安装在带冷冻水夹套的容器中或者上方，构成一个整体覆冰附着力测试专用夹具；
当测剪切力时，该测试试件为圆柱体杆，其上端带有上夹头，下端穿过带冷冻水夹套的容器底部采用螺丝固定；带冷冻水夹套的容器上方设有法兰盖，测试试件穿过容器法兰盖，并且与容器法兰盖之间保持缝隙2～3mm，容器底部焊接一测试夹具的下夹头；
当测抗拉力与剪切力耦合作用力时，该测试试件为上方是圆柱体和下方是圆锥杆上下组合在一起的杆；测试试件为上端带有上夹头，下端的圆锥垂直放入容器底部的固定垫上；测试试件穿过容器法兰盖，并且与容器法兰盖之间保持缝隙2～3mm，容器底部焊接一测试夹具的下夹头；
当测抗拉力时，该测试试件为带冷冻水夹套的容器上方有盲板法兰盖；在盲板法兰盖上方带有上夹头、带冷冻水夹套的容器方有下夹头；
上述上下夹头分别固定在万能拉力机的上下钳具头上。
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