CN2566400Y - 多功能热力模拟实验机 - Google Patents

Abstract

一种多功能热力模拟实验机，由横梁、主、副液压缸、轴、操作箱、试验转换装置、测力装置、导电装置、旋转接头、液压制动器、定位梁和支撑梁组成，其中两根定位梁、两根横梁和操作箱直接与支撑梁相连，另外两根定位梁和主液压缸与横梁相连，副液压缸连接在两根定位梁上，在操作箱的两边分别安装左轴和右轴，左、右轴的右、左端装有工卡具，工卡具之间安装试样，在右轴上安装导电装置，其右边设有旋转接头，液压制动器安装在支撑梁上，实验转换装置安装在定位梁上，左侧与测力装置相连，本实用新型可在不更换任何部件的情况下，在同一台设备上同时实现拉伸、压缩及扭转等实验，还可进行拉扭复合应力变形实验。

Description

多功能热力模拟实验机

所属技术领域

本实用新型属于物理模拟实验设备，特别涉及一种多功能热力模拟实验机。

背景技术

金属材料在连铸、压力加工、热处理、焊接等热加工工艺中，以及在产成品的部分使用过程中，会产生多种物理力学行为；为了改善加工工艺，降低成本，提高产品质量及性能，需要应用物理模拟技术进行提前预报；物理模拟是工业过程在实验设备上的再现，主要是为了测试材料在不同变形温度、变形速度及变形状态条件下的应力应变关系、动态、亚动态及静态再结晶规律以及微观组织与力学性能之间的相关关系，从而可以寻找塑性加工过程中组织性能的变化规律并优化工艺方案和参数。常用的实验设备有Gleeble热力模拟实验机、Formastor-Press热模拟实验机、高温拉伸、高温扭转试验机及恒温锻压试验装置等，后几种实验机或装置试验功能单一，即使功能较多的Gleeble热力模拟实验机也只能实现拉抻、压缩(包括多道次压缩)等功能，而且在常规单道次压缩和多道次压缩试验时，Gleeble热力模拟实验机需更换机头(占整体设备的近一半部件)，无法同时实现拉伸、压缩、扭转、拉扭复合等实验功能。

发明内容

针对现有热力模拟实验机存在的问题，本实用新型提供了一种多功能热力模拟实验机。

本实用新型主要由两根横梁、主液压缸、副液压缸、左轴、右轴、操作箱、试验转换装置、测力装置、导电装置、旋转接头、液压制动器、定位梁和支撑梁等组成。支撑梁通过两组结构框架支撑在地面上，包括横梁的结构框架对整套设备起支撑作用。横梁、定位梁、主液压缸和操作箱通过多个卡紧环紧密固定成一体并通过支撑梁与支撑结构框架相连，其中两根定位梁、两根横梁和操作箱直接与支撑梁相连，另外两根定位梁和主液压缸与横梁相连，卡紧环给这些连接起到了紧密固定作用，使这些部件连接成一体，大大增加了整体框架的刚性，可以减小实验时由于打击力造成的框架变形，提高试验精度。液压缸下面也有储能器和过滤器，储能器能提供稳定的油压，过滤器能提供洁净的液压油。主、副液压缸的动力由专门的液压站提供，主液压缸是通过控制系统和MOOG伺服阀控制液压锤头的左右移动，副液压缸通过控制系统和MOOG伺服阀控制油马达的转动和液压制动器的动作。

在操作箱的两边分别安装左轴和右轴，左轴的右端和右轴的左端装有工卡具，两个工卡具之间安装试样。左轴靠定位梁和操作箱的左侧壁支承，左轴与定位梁之间安有绝缘轴套，左轴与操作箱左侧壁之间有绝缘轴套，使左轴与定位梁及操作箱处于绝缘状态，并且通过绝缘轴套的作用，使操作箱和左轴之间处于密封状态，保证操作箱内部处于真空状态或惰性气体保护状态。右轴通过绝缘轴套穿过操作箱的右侧壁，在最右端通过绝缘层与测力装置紧密连接。

左轴的左端通过绝缘螺栓和绝缘层与平衡梁和砧子紧密连接，在主液压缸上安装气缸，并通过气缸杆与平衡梁相连，气缸的气源由独立的空压机提供压缩空气，通过气缸杆及平衡梁给左轴提供向右的压力或向左的拉力，用于安装试样时移动左轴来调整左轴与右轴之间的距离以适合于安装试样，或者在实验过程中给左轴提供一个恒定的向右的压力以克服左轴与定位梁及操作箱左侧壁的静摩擦力，对试样起夹持的作用，避免试样松动或掉下。

在右轴上，操作箱的右侧壁外安装导电装背，其右边有旋转接头。

液压制动器安装在支撑梁上，给右轴的旋转提供液压制动。

实验转换装置安装在两根定位梁上，左侧与测力装置相连(是其一部分组成)，右侧通过联轴器与扭矩传感器和油马达相连，油马达固定在定位梁上。

为了保证试验精度，需要液压锤头、砧子、平衡梁、左轴、工卡具、右轴、测力装置、试验转换装置、扭矩传感器和油马达的中心线处于同一水平线上。

在主液压缸的左侧安装位移传感器，用于测量液压锤头位移；在主液压缸与平衡梁之间安装位移传感器，用于测量左轴的位移；在旋转接头的立柱与横梁之间安装位移传感器，用于测量右轴的位移。

在横梁的下方设有变压器，变压器的一极通过铜排与左轴的电加热板相连，另一极通过铜排与导电装置杆连。变压器能提供10V以下低压大电流(可达20000A)的交流电，由于绝缘层、绝缘螺钉、绝缘轴套的作用，电流只能在图1中标示箭头的路径通过，可以快速给试样加热，最大加热能力达10000℃/S。电加热板是左轴的一部分。在左轴的中间部位有两个通孔，即进水孔和出水孔，左轴的最右端两个通孔与工卡具的冷却水通道相连通，形成冷却水回路，使试验时左轴及左面的工具卡处于低温状态。销杆紧固嵌在定位梁上；绝缘限位板紧固在左轴上，并能在上下销杆上左右移动，但限制了左轴的轴向转动。绝缘轴套固定在定位梁上。

导电装置：绝缘板通过螺钉固定在操作箱的右侧壁上，导电铜环通过螺钉固定在绝缘板上，导电铜套热装在右轴上，电刷支架通过螺钉全部同定在导电铜环上，电刷通过电刷支架和压簧的共同作用下，使电刷始终与导电铜套处于压紧接触状态，导电铜环上的接线螺孔通过铜螺钉、导线分别与电刷相连。在导电铜环的下部通过连接铜排与变压器的一端相连。导电装置的结构，保证了实验过程中右轴处于左右移动或旋转状态时，右轴、导电铜套、电刷、导电铜环、铜排和变压器副侧的一极处于电流导通状态。

旋转接头：旋转接头由限位滑块、旋转接头主体及其立柱、轴承密封圈组成，旋转接头主体上设有进水孔与出水孔。限位滑块紧固安装在横梁上，限位滑块由硬质绝缘材料(如硬质电木、玻璃钢等)制成，对旋转接头的旋转起限定作用。旋转接头通过其立柱卡在限位滑块上，使旋转接头能跟随右轴左右移动，却不能旋转。轴承压盖对轴承起定位作用，并通过螺钉固定在旋转接头主体上，防尘圈挡住外部的灰尘进入轴承，旋转接头主体上的进水孔和出水孔与右轴及右轴左端的工卡具的冷却水通孔连通，形成冷却水回路。在进水孔和出水孔两侧安装密封圈，避免冷却水的溢出或进出水的连通。在轴承的外侧分别有一个卡环(图中未标号)卡在右轴上，使旋转接头与右轴在左右的轴向力向处于固定状态。在螺孔位置，通过绝缘螺钉把立柱与位移传感器连在一起。旋转接头的结构，保证了右轴在左右移动时，旋转接头跟随右轴同时移动；而在右轴旋转时，旋转接头保持不动；不管右轴处于左右移动或旋转状态，进出水孔都能及时给右轴的冷却水通孔供应足够的冷却水。

测力装置：测力装置由爪形联轴器、拉压力传感器和爪形法兰构成。爪形联轴器有三个爪齿，与实验转换装置移动轴成一体的三个爪齿紧密配合，可以在左右方向自由移动，不承受拉压力，而旋转时承受扭矩，共同旋转，避免给拉压力传感器施加扭力。爪形联轴器的左端通过绝缘螺钉与右轴的右端连接成一体，中间有绝缘层。拉压力传感器的两端通过爪形法兰分别用固定在爪形联轴器和移动轴上，通过导线将拉压力感器信号输出端与计算机相连。该结构保证在实验时，能准确测量出试样所受的拉力或压力，而在右轴旋转时，拉压力传感器不承受任何扭力，避免受到损坏。旋转时，拉压力传感器不承受任何扭力，避免受到损坏。

实验转换装置：轮套内表面光滑，通过螺钉固定在定位梁之间。包括三个爪齿的移动轴是钢质材料经调质处理而成，其左端的三个爪齿是测力装置的一部分，并通过轴承定位环和轴承安装在左侧的定位梁上；其右端的内孔有螺纹，并通过轴承和轴承限位套安装在轮套里面；在其中部有弹簧、顶梢和滚柱，在环形槽里安装阻尼弹簧，从而使移动轴在轮套里面只能按一个方向旋转，并且能左右移动一定距离；在其右侧有螺纹的内孔和右侧底面上嵌有挡柱，与固定轴左端嵌有的挡柱一样，具有很高的强度及韧性，通过它们的接触，在移动轴和固定轴共同转动时，把油马达传递给固定轴的力再传递给移动轴，并保持同步转动。固定轴的右端通过轴承、轴承定位环、螺钉及轴承压盖安装在右侧的定位梁上，固定轴的中部有螺纹，该螺纹与移动轴内孔的螺纹相啮合，固定轴的左端通过定心杆和轴承安装在移动轴上，使固定轴与移动轴保持同心，固定轴的右端通过联轴器、扭矩传感器和油马达相连。试验时，根据不同类型试验的需要，通过油马达的转动调整移动轴和固定轴的相对位置，可以进行不同的试验；当油马达顺时针旋转时，由于螺纹的啮合作用，移动轴带动右轴往左移动，顺时针旋转到极限时，移动轴被左侧的定位梁挡住，此时最好做拉伸试验；当油马达逆时针旋转时，由于螺纹的啮合作用，移动轴带动右轴往右移动，旋转到一定位置后，移动轴的挡柱与固定轴的挡柱接触在一起，由于固定轴的位置不能移动，移动轴不能继续往右移动，只能带动着右轴与固定轴及油马达共同逆时针旋转，此时可以做扭转试验或拉扭复合试验；移动轴与固定轴处于上述两种位置之间的相对位置时，可以进行压缩、热处理、连铸、焊接、平面变形等其它试验。

液压制动器：液压制动器由制动器座、制动踢铁、液压缸、活塞杆、制动轮、刹车布组成。制动器座通过螺钉固定在支撑梁上，制动器座上部带有定位销，并穿过弧形踢铁上端的光孔，两块制动踢铁可以分别围绕固定在制动器座上的两个定位销转动，右边一块制动踢铁直接与液压缸相连接，左边的一块制动踢铁通过活塞杆与液压缸相连接，制动轮通过螺钉固定在测力装置中的爪齿上，使制动轮与右轴固定成一体，在制动轮的外面，刹车布固定在制动踢铁的内表面。液压缸由副液压缸中的一个伺服阀控制，可以实现制动踢铁的同时快速张开或抱紧，从而达到对右轴的旋转起快速制动的作用。液压制动器除两块刹车布外，均由钢结构组成。

本实用新型可以在不更换任何部件的情况下，在同一台设备上同时实现拉伸、单道次压缩、多道次压缩及扭转等实验功能，还可以进行拉扭复合应力变形试验；在同一台设备上实现了热处理、拉伸、压缩(包括多道次压缩)、平面变形、连铸、焊接、扭转及拉扭复合等模拟实验，为材料性能的研究开辟了新的方法和手段。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构图，

图2是图1的俯视图，

图3为本实用新型左轴及其定位梁的连接示意图，

图4为图3的侧视图，

图5为导电装置示意图，

图6为图5的A-A向视图，

图7是本实用新型旋转接头的示意图，

图8是图7的侧视图，

图9是本实用新型的测力装置示意图，

图10是图9的A-A向视图，

图11是图9的B-B向视图，

图12是本实用新型实验转换装置示意图，

图13是图12的A-A向视图，

图14是图12的B-B向视图，

图15是本实用新型的液压制动器的示意图，

图16是图15的俯视图。

图中：1位移传感器I，2气缸，3液压锤头，4位移传感器II，5砧子，6绝缘螺栓，7绝缘层1，8销杆，9绝缘限位板，10绝缘轴套，11操作箱，12进水孔，13旋转接头，14螺钉2，15测力装置，16卡紧环，17扭矩传感器，18联轴器，19油马达，20储能器II，21主液压缸，22气缸杆，23平衡梁，24出水孔，25电加热板，26定位梁，27支撑梁，28横梁，29左轴，30工卡具，31试样，32右轴，33导电装置，34油过滤器，35限位滑块，36位移传感器III，37液压制动器，38试验转换装置，39副液压缸，40储能器I，41变压器，42铜排，43铝合金轴，44钢套，45绝缘板，46导电铜环，47导电铜套，48电刷支架，49压簧，50电刷，51接线螺孔，52旋转接头主体，53轴承压盖，54轴承，55防尘圈，56密封圈，57立柱，58螺孔，59爪形联轴器，60爪形法兰，61拉压力传感器，62爪齿，63轮套，64轴承定位环，65移动轴，66环形槽，67阻尼弹簧，68滚柱，69弹簧，70顶销，71轴承定位套，72螺纹，73固定轴，74挡柱I，75挡柱II，76定心杆，77液压缸，78制动踢铁，79刹车布，80制动轮，81制动器座，82固定销，83活塞杆。

具体实施方式

参阅图1、图2，本实用新型的整体结构由两根横梁28、主液压缸21、副液压缸39、左轴29、右轴32、操作箱11、试验转换装置38、定位梁26和支撑梁27等部件组成。支撑梁27通过两组结构框架支撑在地面上，包括横梁28的结构框架对整套设备起支撑作用。横梁28、四根定位梁26、主液压缸21和操作箱11如图1中所显示的位置通过多个卡紧环16紧密固定成一体并通过支撑梁27与支撑结构框架相连，其中两根定位梁26、两根横梁28和操作箱11直接与支撑梁27相连，另外两根定位梁26和主液压缸21与横梁28相连，卡紧环16给这些连接起到了紧密固定作用，从而使这些部件连接成一体，大大增加了整体框架的刚性，可以减小实验时由于打击力造成的框架变形，提高试验精度。这些结构梁均由钢结构组成，而操作箱11的材质为LD2、LF3或LY12等材质。

副液压缸39通过螺钉连接在两根定位梁26上，下面连有储能器I40和油过滤器34，同时，主液压缸21下面有储能器II20和油过滤器34，储能器I和储能器II能提供稳定的油压，油过滤器能提供洁净的液压油。主、副液压缸的动力由专门的液压站(图中未显示)提供(21MPa以下的压力)，主液压缸21是通过控制系统和MOOG伺服阀控制液压锤头3的左右移动，副液压缸39通过控制系统和MOOG伺服阀控制油马达19的转动和液压制动器37的动作。主、副压缸都是不锈钢材质。

在操作箱11的两边分别安装左轴29和右轴32，左轴的右端和右轴的左端通过螺钉连有工卡具30，两个工卡具之间安装试样31。左轴29靠定位梁26和操作箱11的左侧壁支承，左轴与定位梁之间安有绝缘轴套10，左轴29与操作箱左侧壁之间有绝缘轴套10，使左轴与定位梁及操作箱处于绝缘状态，并且通过绝缘轴套10的作用，使操作箱和左轴之间处于密封状态，保证操作箱11内部处于真空状态或惰性气体保护状态。右轴32通过绝缘轴套10穿过操作箱11的右侧壁，在最右端通过一层绝缘层7与测力装置15(详见图9)紧密连接。

左轴29的左端通过绝缘螺栓6和绝缘层7与平衡梁23和砧子5紧密连接，在主液压缸21上安装两个气缸2，并通过两根气缸杆22与平衡梁23的压以下的压缩空气，通过气缸杆22及平衡梁23给左轴29提供向右的压力或向左的拉力，用于安装试样31时移动左轴来调整左轴29与右轴32之间的距离以适合于安装试样，或者在实验过程中给左轴提供一个恒定的向右的压力以克服左轴与定位梁26及操作箱左侧壁的静摩擦力，对试样31起夹持的作用，避免试样松动或掉下。

在右轴32上，操作箱11的右侧壁外安装导电装置33(详见图5、图6)，其右边有一个旋转接头13(详见图7)。

液压制动器37(详见图16)安装在支撑梁27上，给右轴32的旋转提供液压制动。

实验转换装置38(详见图12)安装在两根定位梁26上，左侧与测力装置15相连(是其一部分组成)，右侧通过联轴器18与扭矩传感器17和油马达19相连，油马达19固定在一根定位梁26上。

为了保证试验精度，需要液压锤头3、砧子5、平衡梁23、左轴29、工卡具30、右轴32、测力装置15、试验转换装置38、扭矩传感器17和油马达19的中心线处于同一水平线上。

在主液压缸21的左侧安装一个位移传感器I1，用于测量液压锤头3的位移；在主液压缸21与平衡梁23之间安装一个位移传感器II4，用于测量左轴29的位移；在旋转接头13的立柱与横梁28之间安装一个位移传感器III36，用于测量右轴32的位移。

在横梁28的下方设一个变压器41，变压器的一极通过铜排42与左轴的电加热板25相连，另一极通过铜排42与导电装置33相连。变压器能提供10V以下低压大电流(可达20000A)的交流电，由于绝缘层、绝缘螺钉、绝缘轴套的作用，电流只能在图1中标示箭头的路径通过，可以快速给试样31加热，(最大加热能力达10000℃/S)。

参阅图3、图4，左轴29及其定位梁26的连接：左轴的主体是LY12铝合金轴43，在其外缘紧密嵌上一层钢套44，并进行镀铬抛光处理；电加热板25是左轴的一部分。在左轴的中间部位有两个通孔，即进水孔12和出水孔24，左轴的最右端两个通孔与工卡具30的冷却水通道相连通，形成冷却水回路，使试验时左轴及左面的工具卡30处于低温状态。销杆8紧固嵌在定位梁26上；销杆8为45号钢经调质处理，并镀铬抛光；绝缘限位板9(如硬质电本材质等)紧固在左轴29上，并能在上下销杆8上左右移动，但限制了左轴的轴向转动。绝缘轴套10通过螺钉固定在定位梁26上。

图5、图6是导电装置33的示意图。绝缘板45通过螺钉固定在操作箱11的右侧壁上，导电铜环46通过六个螺钉固定在绝缘板45上，导电铜套47热装在右轴32上，六个电刷支架48通过螺钉全部固定在导电铜环46上，六个电刷50通过六个电刷支架48和十二个压簧49的共同作用下，使电刷始终与导电铜套47处于压紧接触状态，导电铜环46上的六个接线螺孔51通过铜螺钉、导线分别与六个电刷50相连。在导电铜环的下部通过连接铜排42(见图1)与变压器41一端相连。导电装置33的结构，保证了实验过程中右轴32处于左右移动或旋转状态时，右轴32、导电铜套47、电刷50、导电铜环46、铜排42和变压器副侧的一极处于电流导通状态。

图7、图8是旋转接头13的示意图。限位滑块35紧固安装在横梁28上，限位滑块35是硬质绝缘材料(如硬质电木、玻璃钢等)，旋转接头13通过其立柱57卡在限位滑块35上，使旋转接头13能跟随右轴32左右移动，却不能旋转。52是旋转接头主体，材质为LY12硬质铝合金，轴承压盖53对轴承54起定位作用，并通过螺钉14固定在旋转接头主体上，防尘圈55挡住外部的灰尘进入轴承，进水孔12和出水孔24与右轴32及右轴左端的工卡具30的冷却水通孔连通，在进水孔12和出水孔24两侧安装四个密封圈56，避免冷却水的溢出或进出水的连通。在轴承54的外侧分别有一个卡环(图中未标号)卡在右轴32上，使旋转接头13与右轴32在左右的轴向方向处于固定状态。在螺孔58位置，通过绝缘螺钉把立柱57与位移传感器III连在一起。旋转接头13的结构，保证了右轴在左右移动时，旋转接头跟随右轴同时移动；而在右轴旋转时，旋转接头13保持不动；不管右轴处于左右移动或旋转状态，进出水孔12和24都能及时给右轴的冷却水通孔供应足够的冷却水。

图9、图10、图11是测力装置15的示意图。爪形联轴器59有三个爪齿62，与实验转换装置38的移动轴65成一体的三个爪齿62紧密配合，可以在左右方向自由移动，不承受拉压力，而旋转时承受扭矩，共同旋转，避免给拉压力传感器61施加扭力。爪形联轴器59的左端通过绝缘螺钉与右轴32的右端连接成一体，中间有一层绝缘层7。拉压力传感器61的两端通过爪形法兰60分别用螺钉固定在爪形联轴器59和移动轴65上。该结构保证在实验时，能准确测量出试样31所受的拉力或压力，而在右轴32旋转时，拉压力传感器61不承受任何扭力，避免受到损坏。

图12、图13、图14是实验转换装置38的示意图。轮套63是钢质材料，内表面光滑，通过螺钉固定在定位梁26之间。包括三个爪齿62的移动轴65是钢质材料经调质处理而成，其左端的三个爪齿62是测力装置15的一部分，并通过轴承54和轴承定位环64安装在左侧的定位梁26上；其右端的内孔有螺纹72，并通过轴承54和轴承限位套71安装在轮套63里面；在其中部有三个弹簧69、三个顶梢70和三个滚柱68。在环形槽66里安装一个阻尼弹簧67，从而使移动轴65在轮套63里面只能按一个方向旋转，并且能左右移动一定距离(大约50mm的距离)；在其右侧有螺纹72的内孔和右侧底面上嵌有两个挡柱I74，与固定轴73左端嵌有的两个挡柱II75，均是特殊材质钢经特殊热处理而成，具有很高的强度及韧性，通过它们的接触，在移动轴65和固定轴73共同转动时，把油马达19传递给固定轴的力再传递给移动轴，并保持同步转动。固定轴73的右端通过轴承54、轴承定位环64、螺钉及轴承压盖安装在右侧的定位梁26上，固定轴的中部有螺纹72、该螺纹与移动轴内孔的螺纹相啮合，固定轴的左端通过定心杆76和轴承54安装在移动轴上，使固定轴73与移动轴65保持同心，固定轴的右端通过联轴器18、扭矩传感器17和油马达19相连(如图1所示)，固定轴73的主体是特殊材质钢经热处理而成，其中部的螺纹齿由磷青铜构成。试验时，根据不同类型试验的需要，通过油马达19的转动调整移动轴65和固定轴73的相对位置，可以进行不同的试验；当油马达19顺时针旋转时，由于螺纹72的啮合作用，移动轴带动右轴32往左移动，顺时针旋转到极限时，移动轴65被左侧的定位梁26挡住，推荐此时最好做拉伸试验；当油马达19逆时针旋转时，由于螺纹72的啮合作用，移动轴带动右轴32往右移动，旋转到一定位置后，移动轴的挡柱I74与固定轴的挡柱II75接触在一起，由于固定轴的位置不能移动，移动轴不能继续往右移动，只能带动着右轴32与固定轴及油马达共同逆时针旋转，此时可以做扭转试验或拉扭复合试验；移动轴与固定轴处于上述两种位置之间的相对位置时，可以进行压缩、热处理、连铸、焊接、平面变形等其它试验。

图15、图16是液压制动器37的示意图。制动器座81通过六个螺钉固定在支撑梁27上(图1)，两块制动踢铁78可以分别围绕固定在制动器座81上的两个固定销82转动，右边一块制动踢铁直接与液压缸77相连接，左边的一块制动踢铁通过活塞杆83与液压缸77相连接，制动轮80通过三个螺钉固定在测力装置15中的爪齿62上，使制动轮80与右轴32固定成一体，在制动轮80的外面，两块刹车布79(由耐磨材料组成)通过螺钉(图中未标出)固定在两块制动踢铁78的内表面。液压缸77由副液压缸39中的一个伺服阀控制，可以实现两块制动踢铁的同时快速张开或抱紧，从而达到对右轴32的旋转起快速制动的作用。液压制动器除两块刹车布外，均由钢结构组成。

分别以多道次连轧及拉扭复合试验为例来说明该模拟试验机的功能。

以下说明多道次连轧模拟试验的实现。

随着现代板带热连轧及高速线材的技术发展，轧制速度不断提高，要求终轧道次应变速率大，100s^-1。到1000s^-1的应变速率在板带和线材轧机上都以成为现实，同时轧制道次间隔时间短，板带连轧最后两架道次间隔时间最小达50ms左右。本发明设备的主液压缸的液压锤头能提供最大2.5m/s的撞击速度，对10mm高的试样最高应变速率达250s^-1，对5mm高的试样最高应变速率达500s^-1，对2.5mm高的试样最高应变速率达1000s^-1；而道次间隔时间最短达20ms。

控制系统启动油马达19的旋转使移动轴65处于左右两个极端位置的中间位置；控制气缸2的拉压力，左右移动左轴29的位置来调整左轴29和右轴32的距离，并在两个工卡具30之间安装试样31，之后通过气缸2对左轴29施加一恒定的向左的压力，以夹持试样31；通过真空系统(图中未画出)对操作箱11抽真空或充惰性气体；旋转油马达19使左轴和右轴32同时移动，调整其位置使绝缘限位板9向左离开定位梁26的距离为第一道次变形高度Δh₁，位移传感器II4和位移传感器III36可以及时快速测量左轴29和右轴32的位移；通过可控硅控制变压器41给试样31加热到所需温度，由于试样受热发生膨胀，导致左轴29向左移动，需要顺时针旋转油马达19调整绝缘限位板9与固定梁26的距离保持第一道次变形高度Δh₁；通过计算机系统控制主液压缸使液压锤头3加速后打击砧子5是时的速度V₁，使其满足第一道次的应变速率′ε₁，当试样31被压缩到第一道次所需的变形量Δh₁时，嵌在左轴29上的绝缘限位板9被定位梁26挡住，此时左轴移动的速度瞬间降到零，控制液压锤头3往左回抽一定距离，这样可以使试样的第一道次变形是恒应变速率变形。第一道次变形结束。

在第一、二道次之间的道次间隔时间内，快速逆时针旋转油马达19，使绝缘限位板9向左离开定位梁26的距离为第二道次变形高度Δh₂，由于油马达是由快速伺服阀(MOOG)控制，可保证该动作在20ms之内完成，完全能满足工厂连轧机的需要。若需要调整试样的温度可以在道次间隔时间内，通过可控硅控制变压器41的二次输出电压，来改变试样的温度以满足温度调整的要求。准备第二道次变形。

控制锤头3的加速使其打击砧子5时的速度V₂满足第二道次的应变速率

控制锤头3的加速使其打击砧子5时的速度V₂满足第二道次的应变速率′ε₂，当试样31被压缩到第二道次所需的变形量Δh₂时，嵌在左轴29上的绝缘限位板9被定位梁26挡住，此时左轴移动的速度瞬间降到零，控制液压锤头3往左回抽一定距离。第二道次变形结束。

快速逆时针旋转油马达19，使绝缘限位板9向左离开定位梁26的距离为第二道次变形高度Δh₃，若需要调整试样的温度，可以在道次间隔时间内，通过可控硅控制变压器41的二次输出电压，来改变试样的温度以满足温度调整的要求。准备第三道次变形。

重复上述步骤，进行后面的各道次变形。可以连续做十道次的多道次变形试验。

多道次变形结束后，可以通过淬火系统(图中未显示)对试样31进行轧后热处理，如喷水淬火、水雾淬火或吹空气冷却。

在整个试验过程中，位移传感器I测量反馈液压锤头3的位移，位移传感器II测量反馈左轴29的位移；位移传感器III，测量反馈右轴32的位移，拉压力传感器61测量反馈试样受到的压力，热电偶测温系统或激光测温系统(图中未显示)测量反馈试样31的温度；这些测量数据用于计算机控制系统实时闭环控制，并存储在计算机的数据库里作为试验后的数据分析处理。另外，位移传感器II还可以测量试样31加热时的热膨胀量，位移传感器III还可以测量打击变形时由于整个设备的刚性有限而产生的弹性变形而导致的右轴32的微小位移，这些数据通过计算机自学习系统的处理，可以进一步提高试验的精度。

以下说明拉扭复合模拟试验的实现。

随着冲击、碰撞、穿甲、地震和爆炸等动力工程问题的发展，材料在拉扭复合动力作用下性能的试验研究已经引起人们的普遍重视。已有的拉扭复合应力材料试验机由于机械结构简单，存在以下问题：施加的拉力、扭矩过小，无法分别调整拉力、扭矩的大小，数据测量精度不高；本实用新型设备解决了这三方面问题，对试样的两端分别施加较大的拉力和扭矩，可以单独调整大小，通过高精度高响应的扭矩传感器、拉压力传感器及计算机控制系统，实现了测量数据的精确控制。

控制油马达19，顺时针旋转使移动轴65处于最右端位置；控制气缸2的拉压力，左右移动左轴29的位置来调整左轴29和右轴32的距离，并在两个工卡具30之间利用特殊的夹具安装好试样31，使试样与工卡具紧固成一体，制液压制动器37的液压缸77使制动踢铁78处于松开状态。控制油马达19顺时针旋转力矩、旋转速度及旋转角度，通过试验转换装置38、右轴32给试样31的右端施加扭矩，由于销杆8的限位作用，试样31的左端与左轴29连在一起，不能转动，只能左右移动；同时控制主液压缸21的液压锤头3往左的拉力和移动速度，通过联轴器(图中未画出)、左轴29给试样31施加拉力。

试验过程中，位移传感器I或位移传感器II测量反馈左轴29的位移；拉压力传感器61测量反馈试样受到的拉力，激光测温系统(图中未显示)测量反馈试样31的温度(若需要加热)，扭矩传感器17测量反馈试样受到的扭矩及试样转动的角度；这些测量数据用于计算机控制系统实时闭环控制，并存储在计算机的数据库里作为试验后的数据分析处理。

同理，还可以对加热的试样在拉扭复合变形后进行需要的热处理。

Claims (8)

1、一种多功能热力模拟实验机，其特征在于由横梁、主、副液压缸、轴、操作箱、试验转换装置、测力装置、导电装置、旋转接头、液压制动器、定位梁和支撑梁组成，支撑梁通过结构框架支撑在地面上，与横梁的结构框架一起支撑整机，横梁、定位梁、主液压缸和操作箱通过多个卡紧环紧密固定成一体，并通过支撑梁与支撑结构框架相连，其中两根定位梁、两根横梁和操作箱直接与支撑梁相连，另外两根定位梁和主液压缸与横梁相连，副液压缸连接在两根定位梁上，在操作箱的两边分别安装左轴和右轴，左轴的右端和右轴的左端装有工卡具，工卡具之间安装试样，左轴靠定位梁和操作箱的左侧壁支承，右轴通过绝缘轴套穿过操作箱的右侧壁，在最右端通过绝缘层与测力装置紧密连接，左轴的左端通过绝缘螺栓和绝缘层与平衡梁和砧子紧密连接，在主液压缸上安装气缸，并通过气缸杆与平衡梁的上下两端相连，在右轴上，操作箱的右侧壁外安装导电装置，其右边有旋转接头，液压制动器安装在支撑梁上，给右轴的旋转提供液压制动，实验转换装置安装在定位梁上，左侧与测力装置相连，右侧通过联轴器与扭矩传感器和油马达相连，油马达固定在定位梁上，液压锤头、砧子、平衡梁、左轴、工卡具、右轴、测力装置、试验转换装置、扭矩传感器和油马达的中心线处于同一水平线上，在主液压缸的左侧安装用于测量液压锤头位移的位移传感器；在主液压缸与平衡梁之间安装用于测量左轴位移的位移传感器；在旋转接头的立柱与横梁之间安装用于测量右轴位移的位移传感器，在横梁的下方设置变压器，变压器的一极通过铜排与左轴的电加热板相连，另一极通过铜排与导电装置相连。

2、根据权利要求1所述的多功能热力模拟实验机，其特征在于在左轴的中间部位设有进水孔和出水孔，左轴右端两个通孔与工卡具的冷却水通道相连通，形成冷却水回路。

3、根据权利要求1所述的多功能热力模拟实验机，其特征在于所说的导电装置由绝缘板、导电铜环、导电铜套、电刷、连接铜排和变压器构成，导电铜环固定在绝缘板上，导电铜套安装在右轴上，电刷支架固定在导电铜环上，通过电刷支架和压簧使电刷与导电铜套处于压紧接触状态，导电铜环与电刷相连，导电铜环的下部通过连接铜排与变压器的一端相连。

4、根据权利要求1所述的多功能热力模拟实验机，其特征在于所说的测力装置由爪形联轴器、拉压力传感器和爪形法兰构成，爪形联轴器端部呈爪齿状与移动轴的爪齿紧密配合，可以在左右方向自由移动，拉压力传感器的两端通过爪形法兰分别固定在爪形联轴器和移动轴上，通过导线将拉压力传感器信号输出端与计算机相连。

5、根据权利要求1所述的多功能热力模拟实验机，其特征在于所说的液压制动器由制动器座、制动踢铁、液压缸、活塞杆、制动轮、刹车布组成，制动器座上部带有定位销并穿过弧形制动踢铁上端的光孔右边的制动踢铁与液压缸相连接，左边的制动踢铁通过活塞杆与液压缸相连接，制动轮固定在测力装置中的爪齿上与右轴成一体，刹车布固定在制动踢铁的内表面上。

6、根据权利要求1所述的多功能热力模拟实验机，其特征在于所说的旋转接头由限位滑块、旋转接头主体及其立柱、轴承、密封圈组成，旋转接头主体上设有进水孔与出水孔，限位滑块由绝缘材料制成，对旋转接头的旋转起限定作用，进水口、出水口与右轴的通孔及工卡具的冷却水通道相连通，形成冷却水回路。

7、根据权利要求1所述的多功能热力模拟实验机，其特征在于所说的实验转换装置有一个轮套，在其左端内装配有一个移动轴，右端装配有一个固定轴，移动轴的左侧部通过轴承套、轴承、轴承压盖、螺钉安装在轮套的左侧上，其右端通过轴承和轴承定位卡环安装在轮套内，移动轴中部有弹簧、顶销和滚柱，在环形槽里安装有阻尼弹簧，移动轴右端的内孔上有螺纹，其底面上嵌有两个档柱，固定轴的右端通过轴承、轴承定位环、螺钉及轴承压盖安装固定在轮套的右侧上，固定轴中部的外圆有与移动轴内孔的螺纹相啮合的螺纹，固定轴左端通过定心杆和轴承安装在移动轴上。

8、根据权利要求7所述的多功能热力模拟实验机，其特征在于其移动轴中部的弹簧、顶销和滚柱均布于移动轴外圆周边，并通过滚柱与轮套相配合。

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