專利名稱：多功能熱力模擬實驗機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于物理模擬實驗設(shè)備，特別涉及一種多功能熱力模擬實驗機。
本實用新型主要由兩根橫梁、主液壓缸、副液壓缸、左軸、右軸、操作箱、試驗轉(zhuǎn)換裝置、測力裝置、導電裝置、旋轉(zhuǎn)接頭、液壓制動器、定位梁和支撐梁等組成。支撐梁通過兩組結(jié)構(gòu)框架支撐在地面上，包括橫梁的結(jié)構(gòu)框架對整套設(shè)備起支撐作用。橫梁、定位梁、主液壓缸和操作箱通過多個卡緊環(huán)緊密固定成一體并通過支撐梁與支撐結(jié)構(gòu)框架相連，其中兩根定位梁、兩根橫梁和操作箱直接與支撐梁相連，另外兩根定位梁和主液壓缸與橫梁相連，卡緊環(huán)給這些連接起到了緊密固定作用，使這些部件連接成一體，大大增加了整體框架的剛性，可以減小實驗時由于打擊力造成的框架變形，提高試驗精度。液壓缸下面也有儲能器和過濾器，儲能器能提供穩(wěn)定的油壓，過濾器能提供潔凈的液壓油。主、副液壓缸的動力由專門的液壓站提供，主液壓缸是通過控制系統(tǒng)和MOOG伺服閥控制液壓錘頭的左右移動，副液壓缸通過控制系統(tǒng)和MOOG伺服閥控制油馬達的轉(zhuǎn)動和液壓制動器的動作。
在操作箱的兩邊分別安裝左軸和右軸，左軸的右端和右軸的左端裝有工卡具，兩個工卡具之間安裝試樣。左軸靠定位梁和操作箱的左側(cè)壁支承，左軸與定位梁之間安有絕緣軸套，左軸與操作箱左側(cè)壁之間有絕緣軸套，使左軸與定位梁及操作箱處于絕緣狀態(tài)，并且通過絕緣軸套的作用，使操作箱和左軸之間處于密封狀態(tài)，保證操作箱內(nèi)部處于真空狀態(tài)或惰性氣體保護狀態(tài)。右軸通過絕緣軸套穿過操作箱的右側(cè)壁，在最右端通過絕緣層與測力裝置緊密連接。
左軸的左端通過絕緣螺栓和絕緣層與平衡梁和砧子緊密連接，在主液壓缸上安裝氣缸，并通過氣缸桿與平衡梁相連，氣缸的氣源由獨立的空壓機提供壓縮空氣，通過氣缸桿及平衡梁給左軸提供向右的壓力或向左的拉力，用于安裝試樣時移動左軸來調(diào)整左軸與右軸之間的距離以適合于安裝試樣，或者在實驗過程中給左軸提供一個恒定的向右的壓力以克服左軸與定位梁及操作箱左側(cè)壁的靜摩擦力，對試樣起夾持的作用，避免試樣松動或掉下。
在右軸上，操作箱的右側(cè)壁外安裝導電裝背，其右邊有旋轉(zhuǎn)接頭。
液壓制動器安裝在支撐梁上，給右軸的旋轉(zhuǎn)提供液壓制動。
實驗轉(zhuǎn)換裝置安裝在兩根定位梁上，左側(cè)與測力裝置相連(是其一部分組成)，右側(cè)通過聯(lián)軸器與扭矩傳感器和油馬達相連，油馬達固定在定位梁上。
為了保證試驗精度，需要液壓錘頭、砧子、平衡梁、左軸、工卡具、右軸、測力裝置、試驗轉(zhuǎn)換裝置、扭矩傳感器和油馬達的中心線處于同一水平線上。
在主液壓缸的左側(cè)安裝位移傳感器，用于測量液壓錘頭位移；在主液壓缸與平衡梁之間安裝位移傳感器，用于測量左軸的位移；在旋轉(zhuǎn)接頭的立柱與橫梁之間安裝位移傳感器，用于測量右軸的位移。
在橫梁的下方設(shè)有變壓器，變壓器的一極通過銅排與左軸的電加熱板相連，另一極通過銅排與導電裝置桿連。變壓器能提供10V以下低壓大電流(可達20000A)的交流電，由于絕緣層、絕緣螺釘、絕緣軸套的作用，電流只能在


圖1中標示箭頭的路徑通過，可以快速給試樣加熱，最大加熱能力達10000℃/S。電加熱板是左軸的一部分。在左軸的中間部位有兩個通孔，即進水孔和出水孔，左軸的最右端兩個通孔與工卡具的冷卻水通道相連通，形成冷卻水回路，使試驗時左軸及左面的工具卡處于低溫狀態(tài)。銷桿緊固嵌在定位梁上；絕緣限位板緊固在左軸上，并能在上下銷桿上左右移動，但限制了左軸的軸向轉(zhuǎn)動。絕緣軸套固定在定位梁上。
導電裝置絕緣板通過螺釘固定在操作箱的右側(cè)壁上，導電銅環(huán)通過螺釘固定在絕緣板上，導電銅套熱裝在右軸上，電刷支架通過螺釘全部同定在導電銅環(huán)上，電刷通過電刷支架和壓簧的共同作用下，使電刷始終與導電銅套處于壓緊接觸狀態(tài)，導電銅環(huán)上的接線螺孔通過銅螺釘、導線分別與電刷相連。在導電銅環(huán)的下部通過連接銅排與變壓器的一端相連。導電裝置的結(jié)構(gòu)，保證了實驗過程中右軸處于左右移動或旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時，右軸、導電銅套、電刷、導電銅環(huán)、銅排和變壓器副側(cè)的一極處于電流導通狀態(tài)。
旋轉(zhuǎn)接頭旋轉(zhuǎn)接頭由限位滑塊、旋轉(zhuǎn)接頭主體及其立柱、軸承密封圈組成，旋轉(zhuǎn)接頭主體上設(shè)有進水孔與出水孔。限位滑塊緊固安裝在橫梁上，限位滑塊由硬質(zhì)絕緣材料(如硬質(zhì)電木、玻璃鋼等)制成，對旋轉(zhuǎn)接頭的旋轉(zhuǎn)起限定作用。旋轉(zhuǎn)接頭通過其立柱卡在限位滑塊上，使旋轉(zhuǎn)接頭能跟隨右軸左右移動，卻不能旋轉(zhuǎn)。軸承壓蓋對軸承起定位作用，并通過螺釘固定在旋轉(zhuǎn)接頭主體上，防塵圈擋住外部的灰塵進入軸承，旋轉(zhuǎn)接頭主體上的進水孔和出水孔與右軸及右軸左端的工卡具的冷卻水通孔連通，形成冷卻水回路。在進水孔和出水孔兩側(cè)安裝密封圈，避免冷卻水的溢出或進出水的連通。在軸承的外側(cè)分別有一個卡環(huán)(圖中未標號)卡在右軸上，使旋轉(zhuǎn)接頭與右軸在左右的軸向力向處于固定狀態(tài)。在螺孔位置，通過絕緣螺釘把立柱與位移傳感器連在一起。旋轉(zhuǎn)接頭的結(jié)構(gòu)，保證了右軸在左右移動時，旋轉(zhuǎn)接頭跟隨右軸同時移動；而在右軸旋轉(zhuǎn)時，旋轉(zhuǎn)接頭保持不動；不管右軸處于左右移動或旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，進出水孔都能及時給右軸的冷卻水通孔供應足夠的冷卻水。
測力裝置測力裝置由爪形聯(lián)軸器、拉壓力傳感器和爪形法蘭構(gòu)成。爪形聯(lián)軸器有三個爪齒，與實驗轉(zhuǎn)換裝置移動軸成一體的三個爪齒緊密配合，可以在左右方向自由移動，不承受拉壓力，而旋轉(zhuǎn)時承受扭矩，共同旋轉(zhuǎn)，避免給拉壓力傳感器施加扭力。爪形聯(lián)軸器的左端通過絕緣螺釘與右軸的右端連接成一體，中間有絕緣層。拉壓力傳感器的兩端通過爪形法蘭分別用固定在爪形聯(lián)軸器和移動軸上，通過導線將拉壓力感器信號輸出端與計算機相連。該結(jié)構(gòu)保證在實驗時，能準確測量出試樣所受的拉力或壓力，而在右軸旋轉(zhuǎn)時，拉壓力傳感器不承受任何扭力，避免受到損壞。旋轉(zhuǎn)時，拉壓力傳感器不承受任何扭力，避免受到損壞。
實驗轉(zhuǎn)換裝置輪套內(nèi)表面光滑，通過螺釘固定在定位梁之間。包括三個爪齒的移動軸是鋼質(zhì)材料經(jīng)調(diào)質(zhì)處理而成，其左端的三個爪齒是測力裝置的一部分，并通過軸承定位環(huán)和軸承安裝在左側(cè)的定位梁上；其右端的內(nèi)孔有螺紋，并通過軸承和軸承限位套安裝在輪套里面；在其中部有彈簧、頂梢和滾柱，在環(huán)形槽里安裝阻尼彈簧，從而使移動軸在輪套里面只能按一個方向旋轉(zhuǎn)，并且能左右移動一定距離；在其右側(cè)有螺紋的內(nèi)孔和右側(cè)底面上嵌有擋柱，與固定軸左端嵌有的擋柱一樣，具有很高的強度及韌性，通過它們的接觸，在移動軸和固定軸共同轉(zhuǎn)動時，把油馬達傳遞給固定軸的力再傳遞給移動軸，并保持同步轉(zhuǎn)動。固定軸的右端通過軸承、軸承定位環(huán)、螺釘及軸承壓蓋安裝在右側(cè)的定位梁上，固定軸的中部有螺紋，該螺紋與移動軸內(nèi)孔的螺紋相嚙合，固定軸的左端通過定心桿和軸承安裝在移動軸上，使固定軸與移動軸保持同心，固定軸的右端通過聯(lián)軸器、扭矩傳感器和油馬達相連。試驗時，根據(jù)不同類型試驗的需要，通過油馬達的轉(zhuǎn)動調(diào)整移動軸和固定軸的相對位置，可以進行不同的試驗；當油馬達順時針旋轉(zhuǎn)時，由于螺紋的嚙合作用，移動軸帶動右軸往左移動，順時針旋轉(zhuǎn)到極限時，移動軸被左側(cè)的定位梁擋住，此時最好做拉伸試驗；當油馬達逆時針旋轉(zhuǎn)時，由于螺紋的嚙合作用，移動軸帶動右軸往右移動，旋轉(zhuǎn)到一定位置后，移動軸的擋柱與固定軸的擋柱接觸在一起，由于固定軸的位置不能移動，移動軸不能繼續(xù)往右移動，只能帶動著右軸與固定軸及油馬達共同逆時針旋轉(zhuǎn)，此時可以做扭轉(zhuǎn)試驗或拉扭復合試驗；移動軸與固定軸處于上述兩種位置之間的相對位置時，可以進行壓縮、熱處理、連鑄、焊接、平面變形等其它試驗。
液壓制動器液壓制動器由制動器座、制動踢鐵、液壓缸、活塞桿、制動輪、剎車布組成。制動器座通過螺釘固定在支撐梁上，制動器座上部帶有定位銷，并穿過弧形踢鐵上端的光孔，兩塊制動踢鐵可以分別圍繞固定在制動器座上的兩個定位銷轉(zhuǎn)動，右邊一塊制動踢鐵直接與液壓缸相連接，左邊的一塊制動踢鐵通過活塞桿與液壓缸相連接，制動輪通過螺釘固定在測力裝置中的爪齒上，使制動輪與右軸固定成一體，在制動輪的外面，剎車布固定在制動踢鐵的內(nèi)表面。液壓缸由副液壓缸中的一個伺服閥控制，可以實現(xiàn)制動踢鐵的同時快速張開或抱緊，從而達到對右軸的旋轉(zhuǎn)起快速制動的作用。液壓制動器除兩塊剎車布外，均由鋼結(jié)構(gòu)組成。
本實用新型可以在不更換任何部件的情況下，在同一臺設(shè)備上同時實現(xiàn)拉伸、單道次壓縮、多道次壓縮及扭轉(zhuǎn)等實驗功能，還可以進行拉扭復合應力變形試驗；在同一臺設(shè)備上實現(xiàn)了熱處理、拉伸、壓縮(包括多道次壓縮)、平面變形、連鑄、焊接、扭轉(zhuǎn)及拉扭復合等模擬實驗，為材料性能的研究開辟了新的方法和手段。
圖中1位移傳感器I，2氣缸，3液壓錘頭，4位移傳感器II，5砧子，6絕緣螺栓，7絕緣層1，8銷桿，9絕緣限位板，10絕緣軸套，11操作箱，12進水孔，13旋轉(zhuǎn)接頭，14螺釘2，15測力裝置，16卡緊環(huán)，17扭矩傳感器，18聯(lián)軸器，19油馬達，20儲能器II，21主液壓缸，22氣缸桿，23平衡梁，24出水孔，25電加熱板，26定位梁，27支撐梁，28橫梁，29左軸，30工卡具，31試樣，32右軸，33導電裝置，34油過濾器，35限位滑塊，36位移傳感器III，37液壓制動器，38試驗轉(zhuǎn)換裝置，39副液壓缸，40儲能器I，41變壓器，42銅排，43鋁合金軸，44鋼套，45絕緣板，46導電銅環(huán)，47導電銅套，48電刷支架，49壓簧，50電刷，51接線螺孔，52旋轉(zhuǎn)接頭主體，53軸承壓蓋，54軸承，55防塵圈，56密封圈，57立柱，58螺孔，59爪形聯(lián)軸器，60爪形法蘭，61拉壓力傳感器，62爪齒，63輪套，64軸承定位環(huán)，65移動軸，66環(huán)形槽，67阻尼彈簧，68滾柱，69彈簧，70頂銷，71軸承定位套，72螺紋，73固定軸，74擋柱I，75擋柱II，76定心桿，77液壓缸，78制動踢鐵，79剎車布，80制動輪，81制動器座，82固定銷，83活塞桿。
副液壓缸39通過螺釘連接在兩根定位梁26上，下面連有儲能器I40和油過濾器34，同時，主液壓缸21下面有儲能器II20和油過濾器34，儲能器I和儲能器II能提供穩(wěn)定的油壓，油過濾器能提供潔凈的液壓油。主、副液壓缸的動力由專門的液壓站(圖中未顯示)提供(21MPa以下的壓力)，主液壓缸21是通過控制系統(tǒng)和MOOG伺服閥控制液壓錘頭3的左右移動，副液壓缸39通過控制系統(tǒng)和MOOG伺服閥控制油馬達19的轉(zhuǎn)動和液壓制動器37的動作。主、副壓缸都是不銹鋼材質(zhì)。
在操作箱11的兩邊分別安裝左軸29和右軸32，左軸的右端和右軸的左端通過螺釘連有工卡具30，兩個工卡具之間安裝試樣31。左軸29靠定位梁26和操作箱11的左側(cè)壁支承，左軸與定位梁之間安有絕緣軸套10，左軸29與操作箱左側(cè)壁之間有絕緣軸套10，使左軸與定位梁及操作箱處于絕緣狀態(tài)，并且通過絕緣軸套10的作用，使操作箱和左軸之間處于密封狀態(tài)，保證操作箱11內(nèi)部處于真空狀態(tài)或惰性氣體保護狀態(tài)。右軸32通過絕緣軸套10穿過操作箱11的右側(cè)壁，在最右端通過一層絕緣層7與測力裝置15(詳見圖9)緊密連接。
左軸29的左端通過絕緣螺栓6和絕緣層7與平衡梁23和砧子5緊密連接，在主液壓缸21上安裝兩個氣缸2，并通過兩根氣缸桿22與平衡梁23的壓以下的壓縮空氣，通過氣缸桿22及平衡梁23給左軸29提供向右的壓力或向左的拉力，用于安裝試樣31時移動左軸來調(diào)整左軸29與右軸32之間的距離以適合于安裝試樣，或者在實驗過程中給左軸提供一個恒定的向右的壓力以克服左軸與定位梁26及操作箱左側(cè)壁的靜摩擦力，對試樣31起夾持的作用，避免試樣松動或掉下。
在右軸32上，操作箱11的右側(cè)壁外安裝導電裝置33(詳見圖5、圖6)，其右邊有一個旋轉(zhuǎn)接頭13(詳見圖7)。
液壓制動器37(詳見
圖16)安裝在支撐梁27上，給右軸32的旋轉(zhuǎn)提供液壓制動。
實驗轉(zhuǎn)換裝置38(詳見
圖12)安裝在兩根定位梁26上，左側(cè)與測力裝置15相連(是其一部分組成)，右側(cè)通過聯(lián)軸器18與扭矩傳感器17和油馬達19相連，油馬達19固定在一根定位梁26上。
為了保證試驗精度，需要液壓錘頭3、砧子5、平衡梁23、左軸29、工卡具30、右軸32、測力裝置15、試驗轉(zhuǎn)換裝置38、扭矩傳感器17和油馬達19的中心線處于同一水平線上。
在主液壓缸21的左側(cè)安裝一個位移傳感器I1，用于測量液壓錘頭3的位移；在主液壓缸21與平衡梁23之間安裝一個位移傳感器II4，用于測量左軸29的位移；在旋轉(zhuǎn)接頭13的立柱與橫梁28之間安裝一個位移傳感器III36，用于測量右軸32的位移。
在橫梁28的下方設(shè)一個變壓器41，變壓器的一極通過銅排42與左軸的電加熱板25相連，另一極通過銅排42與導電裝置33相連。變壓器能提供10V以下低壓大電流(可達20000A)的交流電，由于絕緣層、絕緣螺釘、絕緣軸套的作用，電流只能在
圖1中標示箭頭的路徑通過，可以快速給試樣31加熱，(最大加熱能力達10000℃/S)。
參閱圖3、圖4，左軸29及其定位梁26的連接左軸的主體是LY12鋁合金軸43，在其外緣緊密嵌上一層鋼套44，并進行鍍鉻拋光處理；電加熱板25是左軸的一部分。在左軸的中間部位有兩個通孔，即進水孔12和出水孔24，左軸的最右端兩個通孔與工卡具30的冷卻水通道相連通，形成冷卻水回路，使試驗時左軸及左面的工具卡30處于低溫狀態(tài)。銷桿8緊固嵌在定位梁26上；銷桿8為45號鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，并鍍鉻拋光；絕緣限位板9(如硬質(zhì)電本材質(zhì)等)緊固在左軸29上，并能在上下銷桿8上左右移動，但限制了左軸的軸向轉(zhuǎn)動。絕緣軸套10通過螺釘固定在定位梁26上。
圖5、圖6是導電裝置33的示意圖。絕緣板45通過螺釘固定在操作箱11的右側(cè)壁上，導電銅環(huán)46通過六個螺釘固定在絕緣板45上，導電銅套47熱裝在右軸32上，六個電刷支架48通過螺釘全部固定在導電銅環(huán)46上，六個電刷50通過六個電刷支架48和十二個壓簧49的共同作用下，使電刷始終與導電銅套47處于壓緊接觸狀態(tài)，導電銅環(huán)46上的六個接線螺孔51通過銅螺釘、導線分別與六個電刷50相連。在導電銅環(huán)的下部通過連接銅排42(見
圖1)與變壓器41一端相連。導電裝置33的結(jié)構(gòu)，保證了實驗過程中右軸32處于左右移動或旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時，右軸32、導電銅套47、電刷50、導電銅環(huán)46、銅排42和變壓器副側(cè)的一極處于電流導通狀態(tài)。
圖7、圖8是旋轉(zhuǎn)接頭13的示意圖。限位滑塊35緊固安裝在橫梁28上，限位滑塊35是硬質(zhì)絕緣材料(如硬質(zhì)電木、玻璃鋼等)，旋轉(zhuǎn)接頭13通過其立柱57卡在限位滑塊35上，使旋轉(zhuǎn)接頭13能跟隨右軸32左右移動，卻不能旋轉(zhuǎn)。52是旋轉(zhuǎn)接頭主體，材質(zhì)為LY12硬質(zhì)鋁合金，軸承壓蓋53對軸承54起定位作用，并通過螺釘14固定在旋轉(zhuǎn)接頭主體上，防塵圈55擋住外部的灰塵進入軸承，進水孔12和出水孔24與右軸32及右軸左端的工卡具30的冷卻水通孔連通，在進水孔12和出水孔24兩側(cè)安裝四個密封圈56，避免冷卻水的溢出或進出水的連通。在軸承54的外側(cè)分別有一個卡環(huán)(圖中未標號)卡在右軸32上，使旋轉(zhuǎn)接頭13與右軸32在左右的軸向方向處于固定狀態(tài)。在螺孔58位置，通過絕緣螺釘把立柱57與位移傳感器III連在一起。旋轉(zhuǎn)接頭13的結(jié)構(gòu)，保證了右軸在左右移動時，旋轉(zhuǎn)接頭跟隨右軸同時移動；而在右軸旋轉(zhuǎn)時，旋轉(zhuǎn)接頭13保持不動；不管右軸處于左右移動或旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，進出水孔12和24都能及時給右軸的冷卻水通孔供應足夠的冷卻水。
圖9、
圖10、
圖11是測力裝置15的示意圖。爪形聯(lián)軸器59有三個爪齒62，與實驗轉(zhuǎn)換裝置38的移動軸65成一體的三個爪齒62緊密配合，可以在左右方向自由移動，不承受拉壓力，而旋轉(zhuǎn)時承受扭矩，共同旋轉(zhuǎn)，避免給拉壓力傳感器61施加扭力。爪形聯(lián)軸器59的左端通過絕緣螺釘與右軸32的右端連接成一體，中間有一層絕緣層7。拉壓力傳感器61的兩端通過爪形法蘭60分別用螺釘固定在爪形聯(lián)軸器59和移動軸65上。該結(jié)構(gòu)保證在實驗時，能準確測量出試樣31所受的拉力或壓力，而在右軸32旋轉(zhuǎn)時，拉壓力傳感器61不承受任何扭力，避免受到損壞。
圖12、
圖13、
圖14是實驗轉(zhuǎn)換裝置38的示意圖。輪套63是鋼質(zhì)材料，內(nèi)表面光滑，通過螺釘固定在定位梁26之間。包括三個爪齒62的移動軸65是鋼質(zhì)材料經(jīng)調(diào)質(zhì)處理而成，其左端的三個爪齒62是測力裝置15的一部分，并通過軸承54和軸承定位環(huán)64安裝在左側(cè)的定位梁26上；其右端的內(nèi)孔有螺紋72，并通過軸承54和軸承限位套71安裝在輪套63里面；在其中部有三個彈簧69、三個頂梢70和三個滾柱68。在環(huán)形槽66里安裝一個阻尼彈簧67，從而使移動軸65在輪套63里面只能按一個方向旋轉(zhuǎn)，并且能左右移動一定距離(大約50mm的距離)；在其右側(cè)有螺紋72的內(nèi)孔和右側(cè)底面上嵌有兩個擋柱I74，與固定軸73左端嵌有的兩個擋柱II75，均是特殊材質(zhì)鋼經(jīng)特殊熱處理而成，具有很高的強度及韌性，通過它們的接觸，在移動軸65和固定軸73共同轉(zhuǎn)動時，把油馬達19傳遞給固定軸的力再傳遞給移動軸，并保持同步轉(zhuǎn)動。固定軸73的右端通過軸承54、軸承定位環(huán)64、螺釘及軸承壓蓋安裝在右側(cè)的定位梁26上，固定軸的中部有螺紋72、該螺紋與移動軸內(nèi)孔的螺紋相嚙合，固定軸的左端通過定心桿76和軸承54安裝在移動軸上，使固定軸73與移動軸65保持同心，固定軸的右端通過聯(lián)軸器18、扭矩傳感器17和油馬達19相連(如
圖1所示)，固定軸73的主體是特殊材質(zhì)鋼經(jīng)熱處理而成，其中部的螺紋齒由磷青銅構(gòu)成。試驗時，根據(jù)不同類型試驗的需要，通過油馬達19的轉(zhuǎn)動調(diào)整移動軸65和固定軸73的相對位置，可以進行不同的試驗；當油馬達19順時針旋轉(zhuǎn)時，由于螺紋72的嚙合作用，移動軸帶動右軸32往左移動，順時針旋轉(zhuǎn)到極限時，移動軸65被左側(cè)的定位梁26擋住，推薦此時最好做拉伸試驗；當油馬達19逆時針旋轉(zhuǎn)時，由于螺紋72的嚙合作用，移動軸帶動右軸32往右移動，旋轉(zhuǎn)到一定位置后，移動軸的擋柱I74與固定軸的擋柱II75接觸在一起，由于固定軸的位置不能移動，移動軸不能繼續(xù)往右移動，只能帶動著右軸32與固定軸及油馬達共同逆時針旋轉(zhuǎn)，此時可以做扭轉(zhuǎn)試驗或拉扭復合試驗；移動軸與固定軸處于上述兩種位置之間的相對位置時，可以進行壓縮、熱處理、連鑄、焊接、平面變形等其它試驗。
圖15、
圖16是液壓制動器37的示意圖。制動器座81通過六個螺釘固定在支撐梁27上(
圖1)，兩塊制動踢鐵78可以分別圍繞固定在制動器座81上的兩個固定銷82轉(zhuǎn)動，右邊一塊制動踢鐵直接與液壓缸77相連接，左邊的一塊制動踢鐵通過活塞桿83與液壓缸77相連接，制動輪80通過三個螺釘固定在測力裝置15中的爪齒62上，使制動輪80與右軸32固定成一體，在制動輪80的外面，兩塊剎車布79(由耐磨材料組成)通過螺釘(圖中未標出)固定在兩塊制動踢鐵78的內(nèi)表面。液壓缸77由副液壓缸39中的一個伺服閥控制，可以實現(xiàn)兩塊制動踢鐵的同時快速張開或抱緊，從而達到對右軸32的旋轉(zhuǎn)起快速制動的作用。液壓制動器除兩塊剎車布外，均由鋼結(jié)構(gòu)組成。
分別以多道次連軋及拉扭復合試驗為例來說明該模擬試驗機的功能。
以下說明多道次連軋模擬試驗的實現(xiàn)。
隨著現(xiàn)代板帶熱連軋及高速線材的技術(shù)發(fā)展，軋制速度不斷提高，要求終軋道次應變速率大，100s-1。到1000s-1的應變速率在板帶和線材軋機上都以成為現(xiàn)實，同時軋制道次間隔時間短，板帶連軋最后兩架道次間隔時間最小達50ms左右。本發(fā)明設(shè)備的主液壓缸的液壓錘頭能提供最大2.5m/s的撞擊速度，對10mm高的試樣最高應變速率達250s-1，對5mm高的試樣最高應變速率達500s-1，對2.5mm高的試樣最高應變速率達1000s-1；而道次間隔時間最短達20ms。
控制系統(tǒng)啟動油馬達19的旋轉(zhuǎn)使移動軸65處于左右兩個極端位置的中間位置；控制氣缸2的拉壓力，左右移動左軸29的位置來調(diào)整左軸29和右軸32的距離，并在兩個工卡具30之間安裝試樣31，之后通過氣缸2對左軸29施加一恒定的向左的壓力，以夾持試樣31；通過真空系統(tǒng)(圖中未畫出)對操作箱11抽真空或充惰性氣體；旋轉(zhuǎn)油馬達19使左軸和右軸32同時移動，調(diào)整其位置使絕緣限位板9向左離開定位梁26的距離為第一道次變形高度Δh1，位移傳感器II4和位移傳感器III36可以及時快速測量左軸29和右軸32的位移；通過可控硅控制變壓器41給試樣31加熱到所需溫度，由于試樣受熱發(fā)生膨脹，導致左軸29向左移動，需要順時針旋轉(zhuǎn)油馬達19調(diào)整絕緣限位板9與固定梁26的距離保持第一道次變形高度Δh1；通過計算機系統(tǒng)控制主液壓缸使液壓錘頭3加速后打擊砧子5是時的速度V1，使其滿足第一道次的應變速率′ε1，當試樣31被壓縮到第一道次所需的變形量Δh1時，嵌在左軸29上的絕緣限位板9被定位梁26擋住，此時左軸移動的速度瞬間降到零，控制液壓錘頭3往左回抽一定距離，這樣可以使試樣的第一道次變形是恒應變速率變形。第一道次變形結(jié)束。
在第一、二道次之間的道次間隔時間內(nèi)，快速逆時針旋轉(zhuǎn)油馬達19，使絕緣限位板9向左離開定位梁26的距離為第二道次變形高度Δh2，由于油馬達是由快速伺服閥(MOOG)控制，可保證該動作在20ms之內(nèi)完成，完全能滿足工廠連軋機的需要。若需要調(diào)整試樣的溫度可以在道次間隔時間內(nèi)，通過可控硅控制變壓器41的二次輸出電壓，來改變試樣的溫度以滿足溫度調(diào)整的要求。準備第二道次變形。
控制錘頭3的加速使其打擊砧子5時的速度V2滿足第二道次的應變速率控制錘頭3的加速使其打擊砧子5時的速度V2滿足第二道次的應變速率′ε2，當試樣31被壓縮到第二道次所需的變形量Δh2時，嵌在左軸29上的絕緣限位板9被定位梁26擋住，此時左軸移動的速度瞬間降到零，控制液壓錘頭3往左回抽一定距離。第二道次變形結(jié)束。
快速逆時針旋轉(zhuǎn)油馬達19，使絕緣限位板9向左離開定位梁26的距離為第二道次變形高度Δh3，若需要調(diào)整試樣的溫度，可以在道次間隔時間內(nèi)，通過可控硅控制變壓器41的二次輸出電壓，來改變試樣的溫度以滿足溫度調(diào)整的要求。準備第三道次變形。
重復上述步驟，進行后面的各道次變形?？梢赃B續(xù)做十道次的多道次變形試驗。
多道次變形結(jié)束后，可以通過淬火系統(tǒng)(圖中未顯示)對試樣31進行軋后熱處理，如噴水淬火、水霧淬火或吹空氣冷卻。
在整個試驗過程中，位移傳感器I測量反饋液壓錘頭3的位移，位移傳感器II測量反饋左軸29的位移；位移傳感器III，測量反饋右軸32的位移，拉壓力傳感器61測量反饋試樣受到的壓力，熱電偶測溫系統(tǒng)或激光測溫系統(tǒng)(圖中未顯示)測量反饋試樣31的溫度；這些測量數(shù)據(jù)用于計算機控制系統(tǒng)實時閉環(huán)控制，并存儲在計算機的數(shù)據(jù)庫里作為試驗后的數(shù)據(jù)分析處理。另外，位移傳感器II還可以測量試樣31加熱時的熱膨脹量，位移傳感器III還可以測量打擊變形時由于整個設(shè)備的剛性有限而產(chǎn)生的彈性變形而導致的右軸32的微小位移，這些數(shù)據(jù)通過計算機自學習系統(tǒng)的處理，可以進一步提高試驗的精度。
以下說明拉扭復合模擬試驗的實現(xiàn)。
隨著沖擊、碰撞、穿甲、地震和爆炸等動力工程問題的發(fā)展，材料在拉扭復合動力作用下性能的試驗研究已經(jīng)引起人們的普遍重視。已有的拉扭復合應力材料試驗機由于機械結(jié)構(gòu)簡單，存在以下問題施加的拉力、扭矩過小，無法分別調(diào)整拉力、扭矩的大小，數(shù)據(jù)測量精度不高；本實用新型設(shè)備解決了這三方面問題，對試樣的兩端分別施加較大的拉力和扭矩，可以單獨調(diào)整大小，通過高精度高響應的扭矩傳感器、拉壓力傳感器及計算機控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了測量數(shù)據(jù)的精確控制。
控制油馬達19，順時針旋轉(zhuǎn)使移動軸65處于最右端位置；控制氣缸2的拉壓力，左右移動左軸29的位置來調(diào)整左軸29和右軸32的距離，并在兩個工卡具30之間利用特殊的夾具安裝好試樣31，使試樣與工卡具緊固成一體，制液壓制動器37的液壓缸77使制動踢鐵78處于松開狀態(tài)?？刂朴婉R達19順時針旋轉(zhuǎn)力矩、旋轉(zhuǎn)速度及旋轉(zhuǎn)角度，通過試驗轉(zhuǎn)換裝置38、右軸32給試樣31的右端施加扭矩，由于銷桿8的限位作用，試樣31的左端與左軸29連在一起，不能轉(zhuǎn)動，只能左右移動；同時控制主液壓缸21的液壓錘頭3往左的拉力和移動速度，通過聯(lián)軸器(圖中未畫出)、左軸29給試樣31施加拉力。
試驗過程中，位移傳感器I或位移傳感器II測量反饋左軸29的位移；拉壓力傳感器61測量反饋試樣受到的拉力，激光測溫系統(tǒng)(圖中未顯示)測量反饋試樣31的溫度(若需要加熱)，扭矩傳感器17測量反饋試樣受到的扭矩及試樣轉(zhuǎn)動的角度；這些測量數(shù)據(jù)用于計算機控制系統(tǒng)實時閉環(huán)控制，并存儲在計算機的數(shù)據(jù)庫里作為試驗后的數(shù)據(jù)分析處理。
同理，還可以對加熱的試樣在拉扭復合變形后進行需要的熱處理。
權(quán)利要求1.一種多功能熱力模擬實驗機，其特征在于由橫梁、主、副液壓缸、軸、操作箱、試驗轉(zhuǎn)換裝置、測力裝置、導電裝置、旋轉(zhuǎn)接頭、液壓制動器、定位梁和支撐梁組成，支撐梁通過結(jié)構(gòu)框架支撐在地面上，與橫梁的結(jié)構(gòu)框架一起支撐整機，橫梁、定位梁、主液壓缸和操作箱通過多個卡緊環(huán)緊密固定成一體，并通過支撐梁與支撐結(jié)構(gòu)框架相連，其中兩根定位梁、兩根橫梁和操作箱直接與支撐梁相連，另外兩根定位梁和主液壓缸與橫梁相連，副液壓缸連接在兩根定位梁上，在操作箱的兩邊分別安裝左軸和右軸，左軸的右端和右軸的左端裝有工卡具，工卡具之間安裝試樣，左軸靠定位梁和操作箱的左側(cè)壁支承，右軸通過絕緣軸套穿過操作箱的右側(cè)壁，在最右端通過絕緣層與測力裝置緊密連接，左軸的左端通過絕緣螺栓和絕緣層與平衡梁和砧子緊密連接，在主液壓缸上安裝氣缸，并通過氣缸桿與平衡梁的上下兩端相連，在右軸上，操作箱的右側(cè)壁外安裝導電裝置，其右邊有旋轉(zhuǎn)接頭，液壓制動器安裝在支撐梁上，給右軸的旋轉(zhuǎn)提供液壓制動，實驗轉(zhuǎn)換裝置安裝在定位梁上，左側(cè)與測力裝置相連，右側(cè)通過聯(lián)軸器與扭矩傳感器和油馬達相連，油馬達固定在定位梁上，液壓錘頭、砧子、平衡梁、左軸、工卡具、右軸、測力裝置、試驗轉(zhuǎn)換裝置、扭矩傳感器和油馬達的中心線處于同一水平線上，在主液壓缸的左側(cè)安裝用于測量液壓錘頭位移的位移傳感器；在主液壓缸與平衡梁之間安裝用于測量左軸位移的位移傳感器；在旋轉(zhuǎn)接頭的立柱與橫梁之間安裝用于測量右軸位移的位移傳感器，在橫梁的下方設(shè)置變壓器，變壓器的一極通過銅排與左軸的電加熱板相連，另一極通過銅排與導電裝置相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能熱力模擬實驗機，其特征在于在左軸的中間部位設(shè)有進水孔和出水孔，左軸右端兩個通孔與工卡具的冷卻水通道相連通，形成冷卻水回路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能熱力模擬實驗機，其特征在于所說的導電裝置由絕緣板、導電銅環(huán)、導電銅套、電刷、連接銅排和變壓器構(gòu)成，導電銅環(huán)固定在絕緣板上，導電銅套安裝在右軸上，電刷支架固定在導電銅環(huán)上，通過電刷支架和壓簧使電刷與導電銅套處于壓緊接觸狀態(tài)，導電銅環(huán)與電刷相連，導電銅環(huán)的下部通過連接銅排與變壓器的一端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能熱力模擬實驗機，其特征在于所說的測力裝置由爪形聯(lián)軸器、拉壓力傳感器和爪形法蘭構(gòu)成，爪形聯(lián)軸器端部呈爪齒狀與移動軸的爪齒緊密配合，可以在左右方向自由移動，拉壓力傳感器的兩端通過爪形法蘭分別固定在爪形聯(lián)軸器和移動軸上，通過導線將拉壓力傳感器信號輸出端與計算機相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能熱力模擬實驗機，其特征在于所說的液壓制動器由制動器座、制動踢鐵、液壓缸、活塞桿、制動輪、剎車布組成，制動器座上部帶有定位銷并穿過弧形制動踢鐵上端的光孔右邊的制動踢鐵與液壓缸相連接，左邊的制動踢鐵通過活塞桿與液壓缸相連接，制動輪固定在測力裝置中的爪齒上與右軸成一體，剎車布固定在制動踢鐵的內(nèi)表面上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能熱力模擬實驗機，其特征在于所說的旋轉(zhuǎn)接頭由限位滑塊、旋轉(zhuǎn)接頭主體及其立柱、軸承、密封圈組成，旋轉(zhuǎn)接頭主體上設(shè)有進水孔與出水孔，限位滑塊由絕緣材料制成，對旋轉(zhuǎn)接頭的旋轉(zhuǎn)起限定作用，進水口、出水口與右軸的通孔及工卡具的冷卻水通道相連通，形成冷卻水回路。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能熱力模擬實驗機，其特征在于所說的實驗轉(zhuǎn)換裝置有一個輪套，在其左端內(nèi)裝配有一個移動軸，右端裝配有一個固定軸，移動軸的左側(cè)部通過軸承套、軸承、軸承壓蓋、螺釘安裝在輪套的左側(cè)上，其右端通過軸承和軸承定位卡環(huán)安裝在輪套內(nèi)，移動軸中部有彈簧、頂銷和滾柱，在環(huán)形槽里安裝有阻尼彈簧，移動軸右端的內(nèi)孔上有螺紋，其底面上嵌有兩個檔柱，固定軸的右端通過軸承、軸承定位環(huán)、螺釘及軸承壓蓋安裝固定在輪套的右側(cè)上，固定軸中部的外圓有與移動軸內(nèi)孔的螺紋相嚙合的螺紋，固定軸左端通過定心桿和軸承安裝在移動軸上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多功能熱力模擬實驗機，其特征在于其移動軸中部的彈簧、頂銷和滾柱均布于移動軸外圓周邊，并通過滾柱與輪套相配合。
專利摘要一種多功能熱力模擬實驗機，由橫梁、主、副液壓缸、軸、操作箱、試驗轉(zhuǎn)換裝置、測力裝置、導電裝置、旋轉(zhuǎn)接頭、液壓制動器、定位梁和支撐梁組成，其中兩根定位梁、兩根橫梁和操作箱直接與支撐梁相連，另外兩根定位梁和主液壓缸與橫梁相連，副液壓缸連接在兩根定位梁上，在操作箱的兩邊分別安裝左軸和右軸，左、右軸的右、左端裝有工卡具，工卡具之間安裝試樣，在右軸上安裝導電裝置，其右邊設(shè)有旋轉(zhuǎn)接頭，液壓制動器安裝在支撐梁上，實驗轉(zhuǎn)換裝置安裝在定位梁上，左側(cè)與測力裝置相連，本實用新型可在不更換任何部件的情況下，在同一臺設(shè)備上同時實現(xiàn)拉伸、壓縮及扭轉(zhuǎn)等實驗，還可進行拉扭復合應力變形實驗。
文檔編號G09B25/00GK2566400SQ0227483
公開日2003年8月13日 申請日期2002年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月20日
發(fā)明者王國棟, 劉相華, 駱宗安, 王黎筠, 岳發(fā), 張殿華, 蘇海龍 申請人:東北大學