CN202994591U - 气囊式四丝杆多功能平板样品面载荷试验机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种气囊式四丝杆多功能平板样品面载荷试验机，包括基座，其特征是：在所述基座的四角连接支撑杆，支撑杆上端固定压力传感器安装架，压力传感器安装架上安装压力传感器，传力传感器上部固定底板，底板的上表面或上盖板的下表面安装样品安装架；在所述压力传感器安装架的四角设置四根丝杆和四根光杆，在丝杆和光杆的顶部设置顶架和上盖板连接梁，光杆与压力传感器安装架和顶架固定，丝杆可以丝杆的轴线为中心进行转动，上盖板连接梁上固定上盖板，上盖板和上盖板连接梁可沿丝杆上下移动；在所述上盖板和底板之间还设置有气路及电路装置，气路及电路装置包括若干气囊。本实用新型可以完成低频率交替载荷以及完成高频率交替载荷。

Description

气囊式四丝杆多功能平板样品面载荷试验机

技术领域

本实用新型涉及一种平板材料（如建筑玻璃、光伏玻璃、光伏组件等）面载荷试验设备，尤其是一种气囊式四丝杆多功能平板样品面载荷试验机。

背景技术

用于建筑行业的玻璃以及用于太阳能电站的光伏组件等这类平板产品，需要承受与面积相关的载荷：如风载荷、雪载荷，风雪叠加载荷等。一些工业标准如光伏组件标准IEC61215、GB/T9535、IEC61646等规定：样品要进行正、反各三次的交替载荷，强度为2400至5400Pa，样品必须能够承受规定强度的载荷而不破裂。

此外，建筑用平板材料（包括玻璃）对于其在一定的面载荷下的形变量有要求，刚性越大的材料在同样载荷下形变越小，因此准确测量在一定载荷强度下的形变，可以为建筑设计提供基本材料参数。

对于包含电学元件的光伏组件样品，在运输过程中及在整个服役年限里受到总量非常多的往复载荷，如因风向改变引起的交替形变；这种累积效应会导致电学元件因疲劳而失效，因此在试验中需要以较高的频率对其施加多达上千次的交替载荷。

目前载荷的实现方法大致包括：1、沙袋法：采用散装小沙袋作为重物压在样品上方；2、水袋法：采用灌满水的容器作为重物压在样品上方；3、气室法：将样品作为气室的一部分，直接控制两侧气压进行加载；4、气缸法：安装气缸阵列，每个气缸控制一个或若干个吸盘，通过吸盘对样品加载。

沙袋法和水袋法在正、反面切换时，需要先将载荷卸去，将组件翻转，再继续加载；占用较多的人工时间，无法实现自动化；另外，采用水袋压在组件上，由于组件受力弯曲变形，中间可能比两边低2~5厘米，因此中间与两边的压强值可能相差5~15%；并且这两种方法无法达到高频交替加载（周期约20秒，也称动态载荷）。

气室法对样品的密封性要求较高，并且样品只能以四边为支撑边界，与光伏组件样品的安装相差较大。

目前能够达到高频交替加载的设备只有气缸式设备，但其主要缺点是：由于吸盘只是与样品部分面积接触，其载荷不均匀，实际接触处的压强远大于平均压强；另外，对于表面不光滑的样品则无法通过吸盘进行双向加载。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种气囊式四丝杆多功能平板样品面载荷试验机，解决了现有设备中载荷不均匀、无法完成高频（周期约20秒）交替载荷，或无法进行高强度（如10000 Pa）加载的缺陷。

按照本实用新型提供的技术方案，所述气囊式四丝杆多功能平板样品面载荷试验机，包括基座，其特征是：在所述基座的四角连接四根支撑杆，支撑杆上端固定压力传感器安装架，在压力传感器安装架上安装压力传感器，在传力传感器上部固定底板；在所述压力传感器安装架的四角设置四根丝杆和四根光杆，在丝杆和光杆的顶部设置顶架和上盖板连接梁，光杆与压力传感器安装架和顶架固定，丝杆可以丝杆的轴线为中心进行转动，上盖板连接梁上固定上盖板，上盖板和上盖板连接梁可沿丝杆上下移动；在所述底板的上表面或上盖板的下表面安装样品安装架，样品安装架用于安装样品；在所述上盖板和底板之间还设置有气路及电路装置，气路及电路装置包括若干个气囊。

作为本实用新型的进一步改进，在所述基本座的中心安装电机及变速箱，在电机及变速箱的动力输出端上安装主皮带轮，主皮带轮通过同步带与安装在四根丝杆上的从皮带轮连接，从而驱动丝杆转动。

作为本实用新型的进一步改进，在所述上盖板中心设有可拆卸位移传感器，位移传感器的探针贯穿上盖板。

作为本实用新型的进一步改进，所述气囊的进口通过第一电磁阀与空压机连接，气囊与气压传感器连接。

作为本实用新型的进一步改进，在所述气囊的进口与第一电磁阀之间连接排气管路，该排气管路与真空泵连接。

作为本实用新型的进一步改进，在所述气囊的进口与真空泵之间的排气管路上设置第二电磁阀。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一电磁阀、第二电磁阀和气压传感器分别与可编程逻辑控制器连接。

本实用新型具有以下积极进步技术效果：（1）本实用新型集成度高，既可以完成低频率交替载荷（周期约为2小时），也可以完成高频率交替载荷（周期约为20秒），同时也可以实现载荷-形变测量；（2）本实用新型适用面广，既可以适用于如光伏组件，也适用于建筑玻璃、光伏玻璃、木板等产品；（3）本实用新型载荷均匀，提供均匀的载荷于待测样品表面；（4）本实用新型载荷大，选用四丝杆的结构可以保证200~10000Pa之间的载荷试验；（5）本实用新型载荷精度高，且可以跟据用户要求进行连续微调；（6）本实用新型安全性好，样品即使破裂，也不会造成崩塌、漏水或飞溅，样品碎片被限制在上盖板与底板之间的空间内。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的主视图。

图3为本实用新型的俯视图。

图4为本实用新型的左视图。

图5为本实用新型所述样品安装架的示意图。

图6为样品安装架固定于底板上时对样品施加向下载荷的示意图。

图7为样品安装架固定于上盖板上时对样品施加向上载荷的示意图。

图8为样品安装架子固定于底板上时对样品施加向上载荷的示范意图。

图9为双气囊交替对样品施加载荷的示意图。

图10为本实用新型所述气路及电路装置的示意图。

图11为常态（低频）交替载荷试验上下气囊内压变化图，其中，横坐标为时间，纵坐标为压强，曲线A为上气囊内压变化曲线，曲线B为下气囊内压变化曲线，曲线C为上下压差变化曲线。

图12为动态（高频）交替载荷试验上下气囊内压变化图，其中，横坐标为时间，纵坐标为压强，曲线A’为上气囊内压变化曲线，曲线B’为下气囊内压变化曲线，曲线C’为上下压差变化曲线。

具体实施方式

下面结合具体附图对本实用新型作进一步说明。

如图1～图10所示：所述气囊式四丝杆多功能平板样品面载荷试验机包括基座1、丝杆2、光杆3、从皮带轮4、同步带5、底板6、样品安装架7、上盖板8、上盖板连接梁9、顶架10、位移传感器11、电机及变速箱12、主皮带轮13、压力传感器14、样品15、气囊16、空压机17、真空泵18、气压传感器19、第一电磁阀20、可编程逻辑控制器（PLC）21、支撑杆22、压力传感器安装架23、第二电磁阀24等。

如图1～图4所示，本实用新型包括基座1，在基座1的四角连接四根支撑杆22，支撑杆22上端固定压力传感器安装架23，在压力传感器安装架23上安装压力传感器14，在传力传感器14上部固定底板6；在所述压力传感器安装架23的四角设置四根丝杆2和四根光杆3，在丝杆2和光杆3的顶部设置顶架10和上盖板连接梁9，光杆3与压力传感器安装架23和顶架10通过紧固件固定，丝杆3可以丝杆3的轴线为中心进行转动，上盖板连接梁9上固定上盖板8，上盖板8和上盖板连接梁9可沿丝杆3上下移动；在所述底板6的上表面或上盖板8的下表面安装样品安装架7，样品安装架7由若干条型材构成，形状可变以适应不同样品的安装；

如图1、图2、图4所示，在所述基本座1的中心安装电机及变速箱12，在电机及变速箱12的动力输出端上安装主皮带轮13，主皮带轮13通过同步带5与安装在四根丝杆2上的从皮带轮4连接，从而驱动丝杆2转动；

在所述上盖板8中心设有可拆卸位移传感器11，位移传感器11的探针贯穿上盖板11；

在所述上盖板8和底板6之间还设置有气路及电路装置，如图10所示，所述气路及电路装置包括若干个气囊16，气囊16的面积与待测样品15的面积一致，作为均匀传递载荷的介质，气囊16可以承受高于外界200～10000Pa的气压；所述气囊16的进口通过第一电磁阀20与空压机17连接，第一电磁阀20用于控制气路的开闭，空压机17用于对气囊16充气；所述气囊16与气压传感器19连接，气压传感器19用于检查测气囊16内相对于外界的气压；

如图10所示，在所述气囊16的进口与第一电磁阀20之间连接排气管路，该排气管路与真空泵18连接，用于排出气囊16内的气体；在气囊16的进口与真空泵18之间的排气管路上设置第二电磁阀24；

如图10所示，所述第一电磁阀20、第二电磁阀24和气压传感器19分别与可编程逻辑控制器21连接，可编程逻辑控制器21与24V电源连接，可编程逻辑控制器21用于输入气压信号并作出执行指令。

本实用新型所述平板样品面载荷试验机可以实现以下几种模式的工作：（1） 单向加载；（2）单向加载并测量形变；（3）双向低频交替加载（周期约为2小时左右）；（4）双向高频交替加载（周期约为20秒左右）；具体工作方式分别如下：

（1）单向加载：如图6所示，将样品15按指定要求通过螺丝、扣件或缝槽安装于样品安装架7上，样品安装架7可以固定于上盖板8上，也可以固定于底板6上；只使用一个面积与样品15相当的气囊16，安装于样品15与上盖板8（或底板6）之间；通过电机及变速箱12驱动丝杆2转动，从而驱动上盖板8移到适当高度（使气囊16所在空间的上下厚度约为若干厘米）；通过空压机17对气囊16充气，通过气压传感器19监测气囊16内部相对外部的压强（以下简称“内压”），并由可编程逻辑控制器21进行读取；可编程逻辑控制器21同时发出执行指令，控制第一电磁阀20进行动作以控制气囊16内实际内压接近于设定值；处于受限制的气囊16，对限制其膨胀的上盖板8（或底板6）及样品15施加与其内压相等的载荷（气囊自重可忽略不计）；

（2）单向加载并测量形变：如图7、图8所示，安装大致同（1）单向加载；但气囊16须安装于样品15与底板6之间；须安装位移传感器11，并使其探针在充气前已经接触到样品15上表面；

（3）双向低频交替加载：如图9所示，拆除位移传感器11或将其探针固定于高于上盖板8的位置；将样品15安装于样品架7上，样品架7可以固定于上盖板8，也可以固定于底板6；使用两个面积与样品相当的气囊16，分别安装于样品15上下两侧；通过电机12驱动丝杆2转动，从而驱动上盖板8移到适当高度（使气囊所在空间的上下厚度约为数厘米）；通过空压机17对气囊16充气，通过真空泵18对气囊抽气；通过气压传感器19监测气囊16内压，并由可编程逻辑控制器21进行读取；可编程逻辑控制器21发出执行指令，控制电磁阀20进行动作以控制两个气囊16内压接近设定值；上下两气囊16内压随时间变化刻度如图 11所示，其中一个气囊16充气时，另一个气囊16内压为零；此时，处于充气状态的气囊对样品15施加与其内压相等的载荷；

（4）双向高频交替加载：安装及连接大致同（3）双向低频交替加载；但在整个试验过程中气囊均处于充气状态；上下气囊的内压之差即为加载到样品上的载荷，其随时间变化刻度如图 12所示。

本实用新型设计了一种集低频（周期约2小时）正反自动加载、高频正反自动加载的载荷试验机，载荷均匀，载荷可在200 ~ 10000Pa 连续调节，并且可以测量载荷形变曲线。

Claims (7)

1.一种气囊式四丝杆多功能平板样品面载荷试验机，包括基座（1），其特征是：在所述基座（1）的四角连接四根支撑杆（22），支撑杆（22）上端固定压力传感器安装架（23），在压力传感器安装架（23）上安装压力传感器（14），在传力传感器（14）上部固定底板（6）；在所述压力传感器安装架（23）的四角设置四根丝杆（2）和四根光杆（3），在丝杆（2）和光杆（3）的顶部设置顶架（10）和上盖板连接梁（9），光杆（3）与压力传感器安装架（23）和顶架（10）固定，丝杆（3）可以丝杆（3）的轴线为中心进行转动，上盖板连接梁（9）上固定上盖板（8），上盖板（8）和上盖板连接梁（9）可沿丝杆（3）上下移动；在所述底板（6）的上表面或上盖板（8）的下表面安装样品安装架（7），样品安装架（7）用于安装样品（15）；在所述上盖板（8）和底板（6）之间还设置有气路及电路装置，气路及电路装置包括若干个气囊（16）。

2.如权利要求1所述的气囊式四丝杆多功能平板样品面载荷试验机，其特征是：在所述基座（1）的中心安装电机及变速箱（12），在电机及变速箱（12）的动力输出端上安装主皮带轮（13），主皮带轮（13）通过同步带（5）与安装在四根丝杆（2）上的从皮带轮（4）连接，从而驱动丝杆（2）转动。

3.如权利要求1所述的气囊式四丝杆多功能平板样品面载荷试验机，其特征是：在所述上盖板（8）中心设有可拆卸位移传感器（11），位移传感器（11）的探针贯穿上盖板（11）。

4.如权利要求1所述的气囊式四丝杆多功能平板样品面载荷试验机，其特征是：所述气囊（16）的进口通过第一电磁阀（20）与空压机（17）连接，气囊（16）与气压传感器（19）连接。

5.如权利要求4所述的气囊式四丝杆多功能平板样品面载荷试验机，其特征是：在所述气囊（16）的进口与第一电磁阀（20）之间连接排气管路，该排气管路与真空泵（18）连接。

6.如权利要求5所述的气囊式四丝杆多功能平板样品面载荷试验机，其特征是：在所述气囊（16）的进口与真空泵（18）之间的排气管路上设置第二电磁阀（24）。

7.如权利要求6所述的气囊式四丝杆多功能平板样品面载荷试验机，其特征是：所述第一电磁阀（20）、第二电磁阀（24）和气压传感器（19）分别与可编程逻辑控制器（21）连接。

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