自動進樣熱態應變壓力試驗機及測量方法

2023-05-05 17:33:21 2

專利名稱：自動進樣熱態應變壓力試驗機及測量方法
技術領域：
本發明涉及壓力試驗技術，具體涉及一種自動進樣熱態應變壓力試驗機及 測量方法。
技術背景本發明所述的自動進樣熱態應變壓力試驗機，主要用於測量不同材料熱態 時的耐壓強度及應變^"壓力關係。現有技術中，熱態壓力試驗機一般為常、皿 力試驗機改造而成，由加熱系統即加熱術每加熱爐內旨加熱到所需溫度，由 加壓系 試樣施加所需壓力並由壓力傳感器檢測壓力值，其在熱態時只能檢 測單"H式樣的耐壓強度，而不具有連續進樣功能；更鮮見能測量熱態的應變-壓 力關係的，現有的壓力試驗機其加荷速率的控制也很難滿足相關標準要求。在現有的標準中，無論是金屬材料或是其它材料的耐壓強度測試標準中， 對在壓力測試過程中壓力機的加荷速率(g峰位時間力的增加值)做出了明確 的規定(如YBAT2208-1998《耐火澆注料高溫耐壓弓Mi^^方法》標準中就 規定了加荷速率為(0.3 0. 5) N mf2. s—1 ±0.01 N mm—2, s—1 。之所以規定了 加荷速率的範圍。第一，是因為在該加荷速率下對試樣進行試驗更能表皆徵試 樣的耐壓強度。如果加荷速率太快會變成衝擊試驗，太優會變成塑性試驗；第 二，只有在相同的加荷速率下，對試樣的測試，其結果才有可比性。在現有的 壓力試驗機中，有兩種方法實現加荷速率的控制， 一是用手動調節，這種方法 要想將加荷速率控制得很精確示較為困難的。另一種方法是用自動控制的方法， 由於現有的壓力試驗機在加荷系統中是岡l勝設計的，普遍存在的問題是當試 樣較硬，或是試樣尺寸較小時，則要求壓頭的運動速度很慢，無論是液壓加荷 還是機械加荷，試驗機的動力系統或調節系統將工作在低極限端。如採用變 頻控制的機嫩Q荷系統，其電機的工作頻率有可能工作在3Hz以下，而電機理 想工作頻率應在5 50Hz。即使是如上所述，試驗機還是有可能無法滿足加荷 速率的控制要求。材料的研究或測試，往往需要做重複性i微艦比試驗。在以往的觀賦中， "HH辦的測試過程包括升溫、保溫、加壓、降溫等過程，旨過程需要24小K式樣進行測試，則可提高測試效率和須賦結果的準確性和可比性，大大的縮 短了測試時間，有效節能。材料的應變^"壓力關係的觀賦是材料學研究的一個重要內容，尤其是在熱 態中測量材料的應'^"壓力關係對耐熱材料盼性能研究就更為有益。在現有技 術中，在常溫條件下的材料應變^"壓力關係的測試已有了許多成熟的測試方法。 但是在熱態中如何測量材料的應變^"壓力關係的方法不多。常見的方法為間接 測量法，即測量加壓系統運動器件位於常溫部份的位置變化來間接測量試樣的 受壓變形，方法欠科學性，而且試驗過程繁鎖，數據處理困難。如何直接測量 位於熱態中的試樣的受壓變形一直是亟待解決的問題。 發明內容本發明提出一種自動進樣熱態應變壓力試驗機及測量方法的目的就在於克 服現有熱態壓力機所存在的上述缺陷，使其可自動測量試樣的熱態耐壓糹賊和 應變-壓力關係，可有效地保M加荷速率的精確控制，同時每次試驗可進多個 試樣並自動進樣，從而提高測試效率和準確性。本發明完成其發明任務所採取的技術方案是本發明壓力試驗機具有加壓 裝置、加熱裝置、進樣裝置、壓力應變測量裝置和餘控制系統；所述的進樣 裝置包括抬樣機構和推樣機構，由抬樣架和滑板構成抬樣機構，抬樣架整體或 部分位於加熱裝置的加熱爐內，其可上下運動或一端與爐體鉸接、另一端繞鉸 接點上下擺動；其上放有試樣的多個滑板位於抬樣架上荊頃序排列；推樣機構 由驅動機構和推樣杆構成，推樣杆在驅動機構作用下推動滑板沿抬樣架移動使 被測試樣移動依次至於壓力裝置的壓棒下方；所述壓力應變測量裝置由內示差 管、外示差管和位移傳感器構成，內示差管位於外示差管內並可相對外示差管 移動，在進行應變"壓力觀賦時，內示差管下端與i辦的下表面相對位置不變， 外示差管下端與試樣的上表面相對位置不變，內示差管、外示差管可隨試樣的 受壓變形而產生相對位移並使位移傳感器的檢測探頭隨之相應的伸縮移動，從 而使位移傳自測得試樣的變形數據；戶脫壓力，包括加壓機構和承壓機構， 加壓機構位於被測試樣上方主要由動橫梁、冷卻器和壓力傳感器、壓棒構成，承壓機構位於被測試樣下部主要包括座磚、底座；加壓機構由其驅動傳動部分 帶動向下對試樣施加所需壓力，壓力值由壓力傳感器測得；加壓機構和承壓機 構位於同一軸線即壓力軸線上，本發明通過在壓力軸線上設置彈性器件即在加 壓機構或承壓機構或在加壓機構和承壓機構上設置彈性器件的結構形式，即所 述彈性器件設置在加壓機構或承壓機構或加壓機構和承壓機構的任意兩個部件 之間，使得加荷速率得到有效控制；本發明所述的綜合控制系統主要由工業控 制計對幾構成，利用其完成對各個裝置的控制以及測試數據的採集和處理。本發明所述的抬樣機構中的抬樣架具有兩根導軌，放置試樣的滑板通過其 底部滑槽擔放在兩根導軌上，抬樣架具有單獨設置帶動其上下運動或上下擺動 的驅動傳動機構，也可將抬樣架與壓力裝置壓棒的驅動傳動機構相聯接，構成 與壓棒聯動結構，隨壓棒同時動作；此種結構可節省一套驅動傳動機構並使得 整體結構更為簡單。本發明所述的推樣機構其驅動機構可採用電動結構或液壓或汽動結構，推 樣機構的推樣杆一端伸入加熱裝置的加熱爐內，在驅動機構作用下前後移動， 推動滑板從而使滑板沿抬樣架移動到所需位置，即使後端的滑板內移；使所需 測試的試樣移至壓棒下方並使已完成測試的試樣向外移動。本發明所述推樣機構的推樣杆與推樣驅動機構相對位置可調，通過調整推 樣杆與驅動機構的相對位置，從而調整推樣杆與滑板之間的間距，驅動機構通 過其所具有的螺母與具有螺紋的推樣杆相聯接，旋動推樣杆即可調整與驅動機 構的相對位置。本發明所述壓力應變測量裝置位於壓力裝置的壓棒側面其由內示差管、外 示差管和位移傳感器構成，內示差管位於外示差管內並可相對外示差管移動， 與外示差管聯接一體的位移傳感器其檢測探頭位於外示差管內，外示差管下端 落在領糧時與試樣上表面相對位置不變的支承板上，支承板隨加壓裝置的壓棒 下表面同時運動，內示差管下端穿過支承板開孔或開口在測量時落在滑板的上 表面且與試樣的下表面相對位置不變；內示差管、外示差管可隨試樣的受壓變 形而產生相對位移並使位移傳感器的檢測觸頭隨之相應的伸縮移動，從而使位 移傳感器測得試樣的變形數據。本發明所述彈性件可為碟簧、壓簧、彈辭ra板等。本發明所述熱態應變壓力試驗機的檢測方法為首先對被測的若干4H^f 各邊長進行測量並記錄；操作控制系統使壓力裝置的壓棒上升，與壓棒聯動或單獨設置的驅動、傳動機構使進樣裝置的抬樣架上升，l腿棒與座磚之間的間距大於試樣與滑板的高度和；順序將所測各賴樣的數據輸入控制系統並進行 加荷速率、升溫曲線參數的設定，將放有試樣的多個滑板按順序放置在抬樣架 上並使最前端放置有試樣的滑板位於壓棒的正下方，關閉加熱爐爐門，啟動控 制系統的自動控制禾旨，加熱爐按設定升溫曲線升溫到所需溫度，加壓機構按 設定的加荷速率對試樣進行加壓，壓棒、內示差管、外示差管、位移傳感器及 抬樣架下移，被測試樣的滑板落在座磚上後，使抬樣架繼續下降脫離被測試樣 的滑板，夕卜示差管下端落到與被測試樣上表面相對位置不變的支承板上，內示 差管下端落在滑板的上表面，使壓棒對試樣加壓，由控制系^集加壓過程中 壓力傳感器和位移傳感器的信號變化，控制系統依據採集到的壓力值進行加荷 速率的控制；完成一個i式樣的測試後使加壓裝置的壓棒和進樣裝置的抬樣架上 升，使進樣裝置的推樣杆移動推進使經過觀糧的試樣前移，使下一^i式樣移動 至壓棒正下方，由控制系統控制進行加壓，依此重複下降加壓、上升、進樣的 過程，直到完成全部試樣測試，由控制系統在試驗過程中分別測量計算及存貯 各試樣的耐壓^g，應變^""壓力關係曲線。本發明所提出的自動進樣熱態應變壓力試驗機可自動測量i辦的熱態耐壓 3雖和應變-壓力關係，並有效保i!E^加荷速率的精確控制，每次i微可同時進多種式樣並自動進樣，提高了測量效率和觀懂的準確性。


圖1為本發明的整體外型示意圖。圖2為本發明的結構示意圖。圖3為圖2的左視圖。圖4一圖6為彈性器件設置結構示意圖。圖7為壓力應變測量裝置結構示意圖。圖中，1、加壓體主框架，2、加熱爐，3、推樣驅動機構，4、控制系統， 5、加壓裝置電纜，6、加熱爐電纜，7、進樣體電纜，8、動橫梁，9、抬樣架， 10、滑板，11、試樣，12、發熱體，13、壓棒，14、壓力傳感器，15、鋁排，16、抬樣架連樹牛，17、推樣杆，18、 7細器，19、座磚，20、彈性器件，21、 爐襯，22、磙杆，23、外示差管，24、內示差管，25、位移傳感器，26、支承 板，27、底座，28、滑杆，29、滑套，30、預緊螺釘，31、墊塊。
具體實施方式
結合附圖給出的實施例對本發明加以說明，但不構成對本發明的樹可限制:如圖l、圖2、圖3、圖7所示，本發明自動進樣熱態應^iE力試驗機具有 加熱裝置、加壓裝置、進樣裝置、壓力應變測量裝置和綜合控制系統；力Q熱裝 置主體為加熱爐2，其主要包括發熱體12、爐襯21及鋁排15等，具備將i辦 加溫到165(TC的能力，加熱過程由控制系統按預先設定的加熱升溫曲線控制。 加壓裝置主要由主框架l、動力及傳動機構、動橫梁8、 7轉口器18、壓力傳麟 14、壓棒13、座磚19和底座27等組成，動力及傳動機構可採用電動、氣動或 液壓等結構形式，如由電動機通過減速器帶動的絲槓、絲母結構，由驅動、傳 動機構帶動動橫梁8和冷卻器18、壓力傳繊14、壓棒13向下對i辦加壓； 進樣裝置包括抬樣機構和推樣機構，抬樣機構由抬樣架9和滑板10構成，抬樣 架9為耐熱材料製成，抬樣架可為由兩根橫杆或由兩根角形板構成的框架結構， 兩根橫杆或兩根角形板同時構成兩根平行的滑軌，滑板10通過其底部的滑槽擔 擱在抬樣架的兩根滑軌上並可在推力作用下沿抬樣架滑動，圖3中所示為3個 放置有試樣的滑板位於抬樣架上荊頃糊咧，滑fe間由耐熱磙杆22隔開。抬 樣架9的一端鉸接在爐體上，其另一端通過抬樣連接件16與加壓裝置的動橫梁 8連接構成與動橫梁8、壓棒13聯動結構，進樣裝置的推樣機構由推樣驅動機 構3和推樣杆17構成，驅動機構可採用電動、氣動、、鵬等動力方式，本實施 例中湖電IW過 戱器帶動的絲槓、絲母結構，推樣杆17的一端位於加熱爐 內，推樣杆17通過聯接套與驅動機構3聯接；由推樣驅動機構帶動前、後移動， 推動後端的滑板10從而將被測i^f推MJ5棒13的正下方，為方便調 樣杆 17與滑板之間的間距，將聯接套設計為螺母結構，推樣杆具有螺紋並與螺母結 合，旋動推樣杆即可調整其與驅動機構之間的相對位置，從而調整推樣杆前端 與滑板之間的間距。壓力應變測i^置如圖7所示，主要由外示差管23、內示 差管24和位移傳感器25構成，位移傳感器25位於外示差管23上端並通雌 接螺釘與外示差管23聯接，位樹專繊25的檢測探錄於外示差管內，夕卜示 差管23下端雜與壓力機構壓棒13聯接一體的頓板26上,測量時頓板26與試樣11的上表面相對位置不變。該實施例中，支承板26聯接在壓棒13的下 端面與 的上表面齊平，也即使^支承IO:的外示差管23其下端與試樣上 表面平齊。內示差管24位於外示差管內，其下端穿過支承板開孔並在測量時落 在載樣滑板的上表面與位於滑板上表面上的i維ll其下表面將，觀懂時，內 示差管24與滑板的上表面、i辦的下表面相對位置不變。測量時外傳繊的檢 測探頭抵在內示差管的上端。檢測時外示差管下端隨壓棒下移位於加熱器的高 溫區內，必須採用耐熱材料製成，考慮節省材料費用降低成本，外示差管的上 端部分採用金屬材料，下端採用耐熱材料，上下兩端聯接構成整體外示差管， 並將外示差管的下端部分設計為縮徑結構，內示差管的上端設計為擴徑結構， 內示差管上端擴徑部分位於外示差管下端縮徑部分的上端；內示差管上端的擴 徑結構可採用在其上端設置連接杆的方式實現(其也是考慮內示差管下端位於 加熱爐內的高溫區內要採用耐火材料希喊，為節省費用將其上端部分採用其它 一般性材料製作)，使連接杆的直徑大於內示差管並大於外示差管下端的內徑， 由此保證外示差管在隨壓棒上升時，外示差管下端將內示差管向上提起。考慮外示差管的支撐，該實施例中在加壓機構冷卻器18上開置孔並i鈔卜示差管穿過開孔與冷卻教加壓機構)構成滑動連接，也可m加大外示差管的管徑和自身重量及其它方式使外示差管位於支承板上保持定位而不致發生傾斜。本發明設置有用以控制加荷速率的彈性器件20，彈性器件可為碟簧、壓簧 或彈辭l板等，實施例中採用碟簧；如圖4所示，碟簧設置在座磚19與驗27 之間，在座磚19與ffi 27之間設置有滑杆28、滑套29，並設置有預緊螺釘30; 碟簧套置在滑杆28上，當壓力機構向下運動對i辦11加JB1程中，壓力通過 座磚19傳遞到滑套29並通過碟簧將力傳遞到底座27上，當壓力傳遞到碟簧時 使其發生變形，從而有效改變系統的剛性，保證加壓機構動橫梁的移動速率能 工作在適中的範圍內。如圖5所示，碟簧設置在7轉卩器18與壓棒13之間，冷 卻器18下部具有滑杆，滑杆與冷卻器為一體結構(製成或聯接為一體)，設置 滑套並使其位於壓棒上部與壓棒為一體結構，設置有預緊螺釘，碟簧套置在滑 杆上荊立於滑杆與滑套之間。如圖6所示，在冷卻器18與壓力傳麟14之間 設置碟簧；在壓力傳感器14上部設置滑杆使其與壓力傳S^聯接一體，冷卻器 18下端面構成滑槽結構，碟簧套置在滑杆上。
權利要求
1、一種自動進樣熱態應變壓力試驗機，其特徵是本發明壓力試驗機具有加壓裝置、加熱裝置、進樣裝置、壓力應變測量裝置和綜合控制系統；a、所述的進樣裝置包括抬樣機構和推樣機構，由抬樣架(9)和滑板(10)構成抬樣機構，抬樣架整體或部分位於加熱裝置的加熱爐(2)內，其可上下運動或一端與爐體鉸接、另一端繞鉸接點上下擺動；其上放有試樣的多個滑板(10)位於抬樣架(9)上並順序排列；推樣機構由驅動機構和推樣杆(17)構成，推樣杆(17)在驅動機構作用下推動滑板(10)沿抬樣架(9)移動使被測試樣移動依次至於壓力裝置的壓棒(13)下方；b、壓力應變測量裝置由內示差管(24)、外示差管(23)和位移傳感器(25)構成，內示差管(24)位於外示差管(23)內並可相對外示差管移動，在進行應變—壓力測試時，內示差管(24)下端與試樣的下表面相對位置不變，外示差管(23)下端與試樣的上表面相對位置不變，內示差管、外示差管可隨試樣的受壓變形而產生相對位移並使位移傳感器的檢測探頭隨之相應的伸縮移動，從而使位移傳感器測得試樣的變形數據；c、壓力裝置包括加壓機構和承壓機構，加壓機構位於被測試樣上方主要由動橫梁(8)、冷卻器(18)和壓力傳感器(14)、壓棒(13)構成，承壓機構位於被測試樣下部主要包括座磚(19)、底座(27)；加壓機構由其驅動傳動部分帶動向下對試樣施加所需壓力，壓力值由壓力傳感器測得；加壓機構和承壓機構位於同一軸線即壓力軸線上；d、在壓力軸線上設置彈性器件(20)即在加壓機構或承壓機構或在加壓機構和承壓機構上設置彈性器件，即所述彈性器件(20)設置在加壓機構或承壓機構或加壓機構和承壓機構的任意兩個部件之間，使得加荷速率得到有效控制；e、所述的綜合控制系統主要由工業控制計算機構成，利用其完成對各個裝置的控制以及測試數據的採集和處理。
2、 根據權利要求l阮述的自動進樣熱態應變壓力試驗機的測量方法，其特 徵是首先對被測的若干4H式樣各邊微行觀糧並記錄；操作控制系統4腿力 裝置的壓棒(13)上升，與壓棒聯動或單獨設置的驅動、傳動機構使進樣裝置的抬樣架(9)上升，{軀棒(13)與座磚(27)之間的間距大於i辦(11)與 滑板(10)的高度和；順序將所測各4H式樣的數據輸入控希係統並進行加荷速 率、升溫曲線參數的設定，將放有i辦的多個滑板按jl,放置在抬樣架(9)上 並使最前端放置有試樣的滑板(10)位於壓棒(13)的正下方，關閉加熱爐爐 門，啟動控帝係統的自動控制禾號，力Q熱爐按設定升溫曲線升溫到所需糹鵬， 加壓機構按設定的加荷速率對，進行加壓，壓棒(13)、內示差管(24)、外 示差管(23)、位移傳感器(25)及抬樣架(9)下移，被測試樣的滑板落在座 磚上後，使抬樣架繼續下降脫離被測試樣的滑板，外示差管下端落到與被測試 樣上表面相對位置不變的支承板(26)上，內示差管(24)下端落在滑板的上 表面，使壓棒對試樣加壓，由控制系鄉集加壓過程中壓力傳感器和位移傳感 器的信號變化，控制系統依據採集到的壓力值進行加荷速率的控制；完成一個 試樣的測試後使加壓裝置的壓棒和進樣裝置的抬樣架上升，使進樣裝置的推樣 杆移動推進使經過測量的試樣前移，使下一個i式樣移動至壓棒正下方，由控制 系統控制進行加壓，依此重複下降加壓、上升、進樣的過程，直到完成全部試樣測試，由控制系統在試驗過程中分別測量計算及存E:各試樣的耐壓強度，應變^~壓力關係曲線。
3、 根據權禾腰求l戶欣自動進樣熱態應鄉力試驗機，其特徵是所述抬 樣機構中的抬樣架(9)具有兩根導軌，方iOi^f (11)的滑板(10)通過其底 部滑槽擔放在兩根導軌上。
4、 根據權利要求l戶，自動進樣熱態應ffi力試驗機，其特徵是戶，的 抬樣架(9)具有^L^蟲設置帶動其上下運動或上下擺動的驅動傳動機構，或)|^樣架(9)與壓力裝置壓棒(13)的驅動傳動機構相聯接，構成與壓棒聯動結構。
5、 根據權利要求l戶脫自動進樣熱態應鄉力i微機，其特徵是推樣機 構的推樣杆(17) —端伸入加熱裝置的加熱爐(2)內，在驅動機構作用下前後 移動。
6、 根據權利要求i戶;M自動進樣熱態應^E力試驗機，其特徵是戶，推樣機構的推樣杆(17)與推樣驅動機構相對位置可調。
7、 根據權利要求l戶腿自動進樣熱態應頓力試驗機，其特徵是所述壓力應變測量裝置中位移傳麟(25)與外示差管(23)聯接一體，其檢測探頭 位於外示差管(23)內，外示差管(23)下端1^測量時與試樣上表面相對位 置不變的支承板(26)上，支承板(26)隨加壓裝置的壓棒下表面同時運動， 內示差管(24)下端穿過支承板開孔或開口在須懂時絲滑板的上表面且與試 樣的下表面相對位置不變。
8、根據權禾腰求l戶艦的自動進樣熱態應變壓力試驗機，其特徵是戶脫 彈性器件(20)為碟簧或壓簧或彈性鋼板。
全文摘要
本發明涉及壓力試驗技術。提出的自動進樣熱態應變壓力試驗機及測量方法，壓力試驗機具有加壓裝置、加熱裝置、進樣裝置、壓力應變測量裝置和綜合控制系統；所述的進樣裝置包括抬樣機構和推樣機構，壓力應變測量裝置由內示差管(24)、外示差管(23)和位移傳感器(25)構成，壓力裝置包括加壓機構和承壓機構，在壓力軸線上設置彈性器件(20)，所述的綜合控制系統主要由工業控制計算機構成，利用其完成對各個裝置的控制以及測試數據的採集和處理。本發明所提出的自動進樣熱態應變壓力試驗機可自動測量試樣的熱態耐壓強度和應變-壓力關係，並有效保證對加荷速率的精確控制，每次試驗可同時進多個試樣並自動進樣，提高了測量效率和測量的準確性。
文檔編號G01N3/18GK101221107SQ20081004918
公開日2008年7月16日 申請日期2008年1月29日 優先權日2008年1月29日
發明者冰 華, 燦 張, 聰 張, 豐 李, 李保陽, 楊紅偉, 澎 王, 黃少平 申請人:洛陽市譜瑞慷達耐熱測試設備有限公司