專(zhuān)利名稱(chēng)：一種蠕變-疲勞交互作用試驗(yàn)裝置及其載荷加卸載方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬材料的蠕變-疲勞性能檢測(cè)試驗(yàn)裝置及采用該裝置的方法，適用于檢測(cè)材料在蠕變-疲勞交互作用條件下的性能，屬于高溫材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
發(fā)電設(shè)備、石油化工和航空航天高溫部件常在高溫下承受周期性力，在運(yùn)行過(guò)程中其材料或結(jié)構(gòu)受到蠕變-疲勞交互作用。蠕變損傷和疲勞損傷具有不同的損傷機(jī)理，兩者交互作用下的損傷情況非常復(fù)雜，必須通過(guò)試驗(yàn)了解掌握材料在蠕變-疲勞交互作用下的行為。目前采用比較多的蠕變-疲勞交互作用試驗(yàn)裝置有電子疲勞試驗(yàn)機(jī)和電液伺服試驗(yàn)機(jī)兩種，都是采用電子負(fù)荷傳感器控制力的變化。這兩種試驗(yàn)機(jī)能夠進(jìn)行蠕變-疲勞交互作用試驗(yàn)，但試驗(yàn)時(shí)間一般較短。由于應(yīng)用于發(fā)電設(shè)備等高溫長(zhǎng)時(shí)運(yùn)行裝置的蠕變-疲勞交互作用試驗(yàn)一般均為高溫長(zhǎng)時(shí)試驗(yàn)，試驗(yàn)臺(tái)時(shí)通常需要達(dá)到幾千小時(shí)，甚至幾萬(wàn)或幾十萬(wàn)小時(shí)，對(duì)上述試驗(yàn)機(jī)的負(fù)荷傳感器的零飄和長(zhǎng)時(shí)穩(wěn)定性提出了很大的挑戰(zhàn)。目前，電子負(fù)荷傳感器由于電子干擾和電子元件老化等引起的力值變化在長(zhǎng)期試驗(yàn)過(guò)程中難以測(cè)定， 可能導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果的可靠性問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種試驗(yàn)裝置，該試驗(yàn)裝置是對(duì)常規(guī)的杠桿式蠕變持久試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行改造，使其具有循環(huán)加卸載功能，增加進(jìn)行蠕變-疲勞交互作用試驗(yàn)的功能。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供了一種采用該裝置的方法。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的一個(gè)技術(shù)方案提供了一種蠕變-疲勞交互作用試驗(yàn)裝置，包括杠桿，杠桿的一端與設(shè)于高溫加熱爐內(nèi)的試樣相連，另一端連接上吊桿，上吊桿連接下吊桿，在上吊桿及下吊桿上分別設(shè)有上砝碼托盤(pán)及下砝碼托盤(pán)，上砝碼及下砝碼分別設(shè)于上砝碼托盤(pán)及下砝碼托盤(pán)上，加卸載托盤(pán)位于下砝碼托盤(pán)的下方，加卸載托盤(pán)設(shè)于加卸載傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上，試樣通過(guò)拉桿連接調(diào)平傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于杠桿與上吊桿相連的端部與調(diào)平用位移傳感器相連，調(diào)平用位移傳感器連接可編程邏輯控制器，可編程邏輯控制器分別連接一變頻電機(jī)機(jī)構(gòu)，調(diào)平傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及加卸載傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分別由一變頻電機(jī)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)。優(yōu)選地，所述變頻電機(jī)機(jī)構(gòu)為相連的電機(jī)及變頻器，變頻器與所述可編程邏輯控制器相連，電機(jī)驅(qū)動(dòng)所述調(diào)平傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和/或加卸載傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。優(yōu)選地，所述變頻電機(jī)機(jī)構(gòu)為具有變頻功能的變頻電機(jī)。優(yōu)選地，所述上吊桿與所述下吊桿之間通過(guò)銷(xiāo)子相連。本發(fā)明的另一個(gè)技術(shù)方案是提供了一種采用了上述蠕變-疲勞交互作用試驗(yàn)裝置的載荷加卸載方法，其特征在于，步驟為
步驟1、采用高溫加熱爐將試樣加熱到試驗(yàn)所需溫度；
步驟2、根據(jù)試驗(yàn)應(yīng)力及應(yīng)力比計(jì)算最大載荷和最小載荷，其中最小載荷由加載在上砝碼托盤(pán)的上砝碼的重量實(shí)現(xiàn)，最大載荷由包括最小載荷、下吊桿的重量和下砝碼托盤(pán)的重量以及加載在下砝碼托盤(pán)上的下砝碼的重量實(shí)現(xiàn)；
步驟3、卸載時(shí)，通過(guò)變頻電機(jī)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)加卸載托盤(pán)向上移動(dòng)，托起下砝碼托盤(pán)及其上的上砝碼，使得試樣僅受最小載荷作用；
加載時(shí)，通過(guò)變頻電機(jī)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)加卸載托盤(pán)向下移動(dòng)，使得下吊桿與上吊桿之間形成進(jìn)行剛性連接，從而使得試樣受最大載荷，由可編程邏輯控制器控制變頻電機(jī)機(jī)構(gòu)的速率， 也可以控制加載與卸載之間的時(shí)間間隔，從而可以執(zhí)行不同保持時(shí)間和加卸載速率的蠕變-疲勞交互作用試驗(yàn)；
同時(shí)在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，由調(diào)平用位移傳感器實(shí)時(shí)反饋杠桿的位置信息給可編程邏輯控制器，可編程邏輯控制器根據(jù)反饋信息，及時(shí)控制與調(diào)平傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相連的變頻電機(jī)機(jī)構(gòu)進(jìn)行正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)以保持杠桿處于水平狀態(tài)。本發(fā)明可采用兩種方案一種是采用可編程邏輯控制器PLC控制變頻器，變頻器控制加卸載電機(jī)的轉(zhuǎn)速及正反轉(zhuǎn)；另一種是通過(guò)可編程邏輯控制器PLC直接控制具有變頻功能的變頻電機(jī)的轉(zhuǎn)速及正反轉(zhuǎn)。加卸載電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)會(huì)分別加載和卸載部分載荷， 從而改變?cè)囼?yàn)載荷。通過(guò)控制加卸載電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)控制加卸載速率，從而達(dá)到蠕變-疲勞試驗(yàn)所需的循環(huán)載荷效果。此外，本發(fā)明對(duì)整個(gè)調(diào)平裝置進(jìn)行了改進(jìn)，通過(guò)位移傳感器實(shí)時(shí)反饋杠桿水平情況，采用可編程邏輯控制器PLC控制調(diào)平電機(jī)和變頻器或是具有變頻功能的電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，使得杠桿在試驗(yàn)過(guò)程中處于水平狀態(tài)。本發(fā)明只需要對(duì)常規(guī)的杠桿式蠕變持久試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行加卸載改造和改進(jìn)控制系統(tǒng)就可增加蠕變-疲勞交互作用長(zhǎng)期試驗(yàn)功能，改造成本低，且易實(shí)現(xiàn)。同時(shí)由于試驗(yàn)力是由砝碼通過(guò)杠桿系統(tǒng)施加的，力值變化通過(guò)加卸載砝碼實(shí)現(xiàn)，所以力值變化可靠，不受電子干擾和老化影響，具有杠桿式蠕變持久試驗(yàn)機(jī)力值穩(wěn)定、變化可靠等優(yōu)點(diǎn)；另外，本發(fā)明采用位移傳感器進(jìn)行杠桿調(diào)平控制，相對(duì)于傳統(tǒng)的采用光電限位開(kāi)關(guān)控制技術(shù)來(lái)說(shuō)控制精度更尚O本發(fā)明亦可用于蠕變持久試驗(yàn)機(jī)的制造，以增加蠕變-疲勞交互作用試驗(yàn)功能。


圖1為本發(fā)明提供的一種蠕變-疲勞交互作用試驗(yàn)裝置的示意圖； 圖2為本發(fā)明提供的另一種蠕變-疲勞交互作用試驗(yàn)裝置的示意圖； 圖3為圖1和圖2的吊桿局部放大示意圖。其中1-杠桿，2-高溫加熱爐，3-試樣，4-拉桿，5-調(diào)平傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，6-調(diào)平電機(jī) ，7-第一變頻器，8-加卸載電機(jī)，9-第二變頻器，10-加卸載傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，11-加卸載托盤(pán)， 12-下砝碼托盤(pán)，13-砝碼，14-下吊桿，15-可編程邏輯控制器PLC，16-上砝碼托盤(pán)，17-砝碼，18-上吊桿，19-調(diào)平用位移傳感器，20-銷(xiāo)子，21-調(diào)平用變頻電機(jī)，22-加卸載用變頻電機(jī)。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明更明顯易懂，茲以一優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說(shuō)明如下。如圖1所示，本發(fā)明提供的一種蠕變-疲勞交互作用試驗(yàn)裝置包括杠桿1，杠桿1的一端通過(guò)拉桿與設(shè)于高溫加熱爐2內(nèi)的試樣3相連，另一端連接上吊桿18，上吊桿18通過(guò)銷(xiāo)子20連接下吊桿14，在上吊桿18及下吊桿14上分別設(shè)有上砝碼托盤(pán)16及下砝碼托盤(pán)12，上砝碼17及下砝碼13分別設(shè)于上砝碼托盤(pán)16及下砝碼托盤(pán)12上，加卸載托盤(pán)11 位于下砝碼托盤(pán)12的下方，加卸載托盤(pán)11設(shè)于加卸載傳動(dòng)機(jī)構(gòu)10上，加卸載傳動(dòng)機(jī)構(gòu)10 連接加卸載電機(jī)8，加卸載電機(jī)8連接第二變頻器9，試樣3通過(guò)拉桿4連接調(diào)平傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 5，調(diào)平傳動(dòng)機(jī)構(gòu)5連接調(diào)平電機(jī)6，調(diào)平電機(jī)6連接第一變頻器7，杠桿1與上吊桿18相連的端部與調(diào)平用位移傳感器19相連，調(diào)平用位移傳感器19連接可編程邏輯控制器15，可編程邏輯控制器15連接第二變頻器9及第一變頻器7。如圖2所示，其中，可以將加卸載電機(jī)8與第二變頻器9合并為具有變頻功能的變頻電機(jī)，即加卸載用變頻電機(jī)22，可以將調(diào)平電機(jī)6與第一變頻器7也合并為具有變頻功能的變頻電機(jī)，即調(diào)平用變頻電機(jī)21.
當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以根據(jù)需要，選擇將加卸載電機(jī)8與第二變頻器9或調(diào)平電機(jī)6與第一變頻器7中的任意一對(duì)進(jìn)行合并，而不像圖2所描述的那樣同時(shí)合并。如圖3所示，上吊桿18與下吊桿14之間通過(guò)銷(xiāo)子20相連。若采用如圖2所示的設(shè)備，則其載荷加卸載方法的方法為
試驗(yàn)機(jī)改造時(shí)已對(duì)上吊桿18進(jìn)行配平處理。在進(jìn)行蠕變-疲勞試驗(yàn)時(shí)，在拉桿4上安裝試樣3，并采用高溫加熱爐2將試樣加熱到試驗(yàn)所需溫度并保溫。根據(jù)試驗(yàn)應(yīng)力及應(yīng)力比計(jì)算最大載荷和最小載荷，其中最小載荷即為加載在上砝碼托盤(pán)16的上砝碼17，最大載荷包括最小載荷、下吊桿14和下砝碼托盤(pán)12以及加載在下砝碼托盤(pán)12的下砝碼13。通過(guò)可編程邏輯控制器15設(shè)置試驗(yàn)相關(guān)的參數(shù)，通過(guò)第一變頻器7控制加卸載電機(jī)8帶動(dòng)加卸載托盤(pán)11進(jìn)行循環(huán)加卸載操作。卸載時(shí)，加卸載電機(jī)8帶動(dòng)加卸載托盤(pán)11向上移動(dòng)，托起下砝碼托盤(pán)12及其上的上砝碼13，使得試樣3僅受最小載荷作用；加載時(shí)，加卸載電機(jī)8帶動(dòng)加卸載托盤(pán)11向下移動(dòng)，使得下吊桿14與上吊桿18 之間通過(guò)銷(xiāo)子20進(jìn)行剛性連接，從而使得試樣3受最大載荷?？删幊踢壿嬁刂破?5控制第二變頻器9可以控制加卸載電機(jī)8的速率，也可以控制加載與卸載之間的時(shí)間間隔，從而可以執(zhí)行不同保持時(shí)間和加卸載速率的蠕變-疲勞交互作用試驗(yàn)。同時(shí)在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，調(diào)平用位移傳感器19實(shí)時(shí)反饋杠桿1的位置信息給可編程邏輯控制器15，后者根據(jù)反饋信息，及時(shí)控制調(diào)平電機(jī)6進(jìn)行正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)保持杠桿處于水平狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種蠕變-疲勞交互作用試驗(yàn)裝置，包括杠桿(1)，杠桿(1)的一端與設(shè)于高溫加熱爐(2)內(nèi)的試樣(3)相連，另一端連接上吊桿(18)，上吊桿(18)連接下吊桿(14)，在上吊桿 (18)及下吊桿(14)上分別設(shè)有上砝碼托盤(pán)(16)及下砝碼托盤(pán)(12)，上砝碼(17)及下砝碼(13)分別設(shè)于上砝碼托盤(pán)(16)及下砝碼托盤(pán)(12)上，加卸載托盤(pán)(11)位于下砝碼托盤(pán) (12)的下方，加卸載托盤(pán)(11)設(shè)于加卸載傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(10)上，試樣(3)通過(guò)拉桿(4)連接調(diào)平傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(5)，其特征在于杠桿(1)與上吊桿(18)相連的端部與調(diào)平用位移傳感器(19) 相連，調(diào)平用位移傳感器(19)連接可編程邏輯控制器(15)，可編程邏輯控制器(15)分別連接一變頻電機(jī)機(jī)構(gòu)，調(diào)平傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(5)及加卸載傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(10)分別由一變頻電機(jī)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種蠕變-疲勞交互作用試驗(yàn)裝置，其特征在于所述變頻電機(jī)機(jī)構(gòu)為相連的電機(jī)及變頻器，變頻器與所述可編程邏輯控制器(15)相連，電機(jī)驅(qū)動(dòng)所述加卸載傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(10)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種蠕變-疲勞交互作用試驗(yàn)裝置，其特征在于所述變頻電機(jī)機(jī)構(gòu)為相連的電機(jī)及變頻器，變頻器與所述可編程邏輯控制器(15)相連，可編程邏輯控制器(15與調(diào)平用位移傳感器(19)相連，電機(jī)驅(qū)動(dòng)所述調(diào)平傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(5)。
4.如權(quán)利要求1所述的一種蠕變-疲勞交互作用試驗(yàn)裝置，其特征在于所述變頻電機(jī)機(jī)構(gòu)為具有變頻功能的變頻電機(jī)。
5.一種采用了如權(quán)利要求1所述的蠕變-疲勞交互作用試驗(yàn)裝置的載荷加卸載方法， 其特征在于，步驟為步驟1、采用高溫加熱爐(2)將試樣(3)加熱到試驗(yàn)所需溫度并保溫；步驟2、根據(jù)試驗(yàn)應(yīng)力及應(yīng)力比計(jì)算最大載荷和最小載荷，其中最小載荷由加載在上砝碼托盤(pán)(16)的上砝碼(17)的重量實(shí)現(xiàn)，最大載荷由包括最小載荷、下吊桿(14)的重量和下砝碼托盤(pán)(12)的重量以及加載在下砝碼托盤(pán)(12)上的下砝碼(13)的重量實(shí)現(xiàn)；步驟3、卸載時(shí)，通過(guò)變頻電機(jī)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)加卸載托盤(pán)(11)向上移動(dòng)，托起下砝碼托盤(pán) (12)及其上的上砝碼(13)，使得試樣(3)僅受最小載荷作用；加載時(shí)，通過(guò)變頻電機(jī)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)加卸載托盤(pán)(11)向下移動(dòng)，使得下吊桿(14)與上吊桿 (18)之間形成進(jìn)行剛性連接，從而使得試樣(3)受最大載荷，由可編程邏輯控制器(15)控制變頻電機(jī)機(jī)構(gòu)的速率，也可以控制加載與卸載之間的時(shí)間間隔，從而可以執(zhí)行不同保持時(shí)間和加卸載速率的蠕變-疲勞交互作用試驗(yàn)；同時(shí)在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，由調(diào)平用位移傳感器(19)實(shí)時(shí)反饋杠桿(1)的位置信息給可編程邏輯控制器(15)，可編程邏輯控制器(15)根據(jù)反饋信息，及時(shí)控制與調(diào)平傳動(dòng)機(jī)構(gòu) (5)相連的變頻電機(jī)機(jī)構(gòu)進(jìn)行正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)以保持杠桿(1)處于水平狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種蠕變-疲勞交互作用試驗(yàn)裝置，包括杠桿，杠桿的一端與設(shè)于高溫加熱爐內(nèi)的試樣相連，另一端連接上吊桿，上吊桿連接下吊桿，加卸載托盤(pán)位于下砝碼托盤(pán)的下方，試樣通過(guò)拉桿連接調(diào)平傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于杠桿與上吊桿相連的端部與調(diào)平用位移傳感器相連，可編程邏輯控制器分別連接一變頻電機(jī)機(jī)構(gòu)，調(diào)平傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及加卸載傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分別由一變頻電機(jī)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)。本發(fā)明的另一個(gè)技術(shù)方案是提供了一種采用上述設(shè)備的方法。本發(fā)明的成本較低，易實(shí)現(xiàn)，具有杠桿式蠕變持久試驗(yàn)機(jī)力值穩(wěn)定、變化可靠等優(yōu)點(diǎn)；另外，本發(fā)明采用位移傳感器進(jìn)行杠桿調(diào)平控制，相對(duì)于傳統(tǒng)的采用光電限位開(kāi)關(guān)控制技術(shù)來(lái)說(shuō)控制精度更高。
文檔編號(hào)G01N3/34GK102419288SQ20111042296
公開(kāi)日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者侍克獻(xiàn), 孫康, 楊昌順, 林富生, 符銳, 馬云海 申請(qǐng)人:上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院