專利名稱：一種力學實驗機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種實驗設備，尤其涉及一種適合于各種條件下進行拉、壓、彎、扭等實驗的力學實驗機。
背景技術：
現有技術中，能夠完成拉、壓、彎、扭等實驗的綜合實驗機體積龐大，在進行不同的實驗時，需要更換不同的實驗機組件，使用起來不是很方便。而且，當需要在不同的實驗場合對試件進行參數測量時，例如，在高溫條件下測量試件的參數，或在磁場條件下測量試件的參數，現有的力學實驗機由于無法將試件置于上述環境中，導致無法完成對試件在特殊條件下參數的測量。
發明內容
本發明針對現有技術的缺點，提供一種體積小、使用方便、測量準確的力學實驗機。
本發明所述力學實驗機，包括液壓缸15、控制液壓缸15內活塞7運動的電動機13、放置試件4的上固定座2和底座9，還包括固定于底座9上的第一液壓缸5，該第一液壓缸5內設置有活塞71，將第一液壓缸5分為上、下獨立的兩部分，所述第一液壓缸5內活塞71通過連桿與上固定座2固定連接；固定于底座9上的第二液壓缸6，該第二液壓缸6內設置有活塞72，將第二液壓缸6分為上、下獨立的兩部分，所述第二液壓缸5內活塞72通過連桿與上固定座2固定連接；所述液壓缸15的活塞7的上部分分別與第一液壓缸5和第二液壓缸6的下部分通過液壓傳動管11連接；液壓缸15的活塞7的下部分分別與第一液壓缸5和第二液壓缸6的上部分通過液壓傳動管11連接；所述液壓缸15的活塞7的上、下部分分別設置有壓力傳感器141、142，該壓力傳感器141、142可將其測量數值反饋至控制模塊10；控制模塊10，用于根據上述壓力傳感器141、142的測量數值控制電動機13。
本發明所述力學實驗機可實現對試件拉、壓、彎、扭等參數的測量，并且，在測量過程中，控制模塊可根據壓力傳感器反饋的壓力參數實時調整電動機，實現了對試件上作用力的精確控制。同時，由于本發明所述力學實驗機的主體部分，即對試件進行拉、壓、彎、扭等參數進行測量的底座9及其上支撐的部件與液壓缸15通過液壓傳動管11軟連接，底座9及其上支撐的部件可以被靈活的移動到各種實驗場合，使得本發明所述力學實驗機具有更大的適應性。
圖1為本發明所述力學實驗機結構示意圖；圖2為本發明所述力學實驗機的另一種結構示意圖；圖3為本發明所述力學實驗機的另一種結構示意圖；圖4為本發明所述力學實驗機進行恒位移條件下的測試時上、下固定卡具結構示意圖；圖5為本發明所述力學實驗機的另一種結構示意圖；圖6為本發明所述力學實驗機進行恒壓力條件下的測試時上、下固定卡具結構示意圖；圖7為本發明所述力學實驗機進行恒拉力條件下的測試時上、下固定卡具結構示意圖；圖8為本發明所述力學實驗機進行三點彎實驗時上、下固定卡具結構示意圖。
具體實施例方式
本發明中，可根據實時反饋的試件上作用力的數值，調整對試件的作用力，實現了試件作用力的精確控制。
下面結合附圖對本發明做進一步說明。
如圖1所示，本發明所述力學實驗機包括液壓缸15，所述液壓缸15內設置有活塞7，將液壓缸15內液體分為相互獨立的兩部分。其中，液壓缸15內的活塞7上部分的液體通過液壓傳動管11與第一液壓缸5的活塞71下部分液體和第二液壓缸6的活塞72下部分液體相連通，液壓缸15內的活塞7下部分的液體通過液壓傳動管11與第一液壓缸5的活塞71上部分液體和第二液壓缸6的活塞72上部分液體相連通。上述第一液壓缸5和第二液壓缸6內的活塞將各自缸體內的液體分為相互獨立的兩部分。
第一液壓缸5與第二液壓缸6形狀相同，分別固定于底座9的同一水平面上。第一液壓缸5的活塞71與第二液壓缸6的活塞72的通過連桿固定連接上固定座2。
當使用本發明所述力學實驗機進行高溫環境下試件的力學特性實驗時，為避免本發明的第一液壓缸5和第二液壓缸6的溫度過高，通常采取冷卻措施。如圖2所示，本發明所述力學實驗機可在第一液壓缸5和第二液壓缸6的上端分別設置冷卻器25，所述冷卻器25的管壁設置有進水管23和出水管24，用于向冷卻器25內充入冷卻水，并借助水的流動達到使第一液壓缸5和第二液壓缸6降溫的目的。
在上固定座2與底座9之間設置有測量試件4變形量的測量裝置26，該測量裝置26包括固定于底座9上的缸體20，以及一端固定于上固定座2、另一端可在上述缸體20內自由滑動的活塞73，在缸體20的下端缸壁上連通一直徑遠小于缸體20直徑的管21，該管21另一端連接位移顯示儀22，當缸體20內活塞73在垂直方向有微小位移變化時，管21內的液面會產生很大的位移變化量，從而可以在位移顯示儀22讀出位移變化的準確數值。
底座9上設置有放置試件4的下固定卡具8，上固定座2上與下固定卡具8對應的位置設置有放置試件4的上固定卡具3。
當應用本發明對試件4進行壓力情況下的參數測試時，如圖6所示，上固定卡具3及下固定卡具8均為中心開有盲孔，外壁帶有螺紋的圓柱體，所述盲孔直徑與試件4的直徑對應。
當應用本發明對試件4進行拉伸情況下的參數測試時，如圖7所示，所述上固定卡具3及下固定卡具8均為中心具有階梯狀通孔且外壁帶有螺紋的圓柱體，所述圓柱體沿軸向開有寬度與試件直徑對應的通槽，且該通槽沿圓柱體徑向延伸至階梯狀通孔，所述階梯狀通孔直徑與試件直徑對應。
本發明中，通過控制模塊10輸入對試件4的壓力或拉力的數值指令，該數值指令被控制模塊10轉換為電動機13的正轉或反轉指令。
本發明中，液壓缸15中活塞7的上下運動是由電動機13驅動連桿19完成的。電動機13的安裝方式有多種，如圖1中所示，電動機13水平固定放置，其轉動軸12與液壓缸15中活塞7的連桿19相互垂直，轉動軸12與連桿19采用渦輪渦桿方式連接，將電動機13的轉動軸12的轉動轉化為液壓缸15中活塞7的上下直線運動。如圖2所示，也可將電動機13與液壓缸15同軸固定，當電動機13的轉子轉動時，通過轉子中心并與之采用螺紋連接的連桿19會相應的做上下的直線運動。
當液壓缸15中活塞7向上運動時，液壓缸15缸體的活塞7上部分液體通過液壓傳動管11流向第一液壓缸5和第二液壓缸6的活塞下部分缸體，使得第一液壓缸5和第二液壓缸6內的活塞向上運動，壓迫第一液壓缸5和第二液壓缸6的活塞上部分液體通過液壓傳動管11流向液壓缸15的活塞7下部分缸體，并最終達到平衡狀態。
這樣，就實現了通過控制模塊10控制電動機13轉動，使之帶動液壓缸15內活塞7上或下運動，從而使第一液壓缸5和第二液壓缸6內的活塞也相應的上或下運動，并最終使上固定座2上或下運動，應用相應的上固定卡具3和下固定卡具8，可以對試件4進行對應的拉或壓條件下參數的測試。
當試件4承受壓力或拉力時，會產生一定的形變，在此種情況下，若不對電動機13的轉動進行調整，則作用在試件4上的壓力或拉力并不等于控制模塊10中輸入的對試件4的壓力或拉力。因此，本發明中，在與液壓缸15的上部分缸體連通的液壓傳動管11上設置一壓力傳感器141，用于測量液壓缸15、第一液壓缸5和第二液壓缸6上部分缸體內的壓力，在與液壓缸15的下部分缸體連通的液壓傳動管11上設置一壓力傳感器142，用于測量液壓缸15、第一液壓缸5和第二液壓缸6下部分缸體內的壓力。當試件4產生形變時，可通過上述壓力傳感器測得作用在試件4上拉力或壓力數值，將此測得的拉力或壓力數值傳回控制模塊10，控制模塊10根據此測量數值重新調整作用在試件4上的拉力或壓力，實現了對試件4的精確的恒力加載。
試件4在恒力加載情況下的彎曲特性，可通過更換本發明所述力學實驗機的配件來實現，對試件4施加恒定壓力的情況與上述類似。例如，如圖8所示，在“三點彎”實驗中，所述上固定卡具3的中心位置設置下壓頭，用于對試件4施加向下的壓力；所述下固定卡具8上設置兩個支撐件，即左支撐件33和右支撐件32，用于支撐試件4，上述兩個支撐件被一調節螺桿34在水平方向上貫穿，轉動調節螺桿34，可使兩個支撐件在水平方向上相對移動；當移動到合適位置時，調節支撐件底部的緊固螺栓35，可使支撐件與下固定卡具8相對固定。
在力學實驗中，還經常需要測量試件在恒定位移變化情況下的參數。如圖3所示，本發明還提供一種測量試件恒定位移變化情況下的參數的力學實驗機。相對于圖1所示的力學實驗機，圖3中應用的上固定卡具和下固定卡具與圖1有所不同。圖4為上固定卡具3和下固定卡具8的局部放大示意圖，由圖4中可以看出，在對試件4在恒定位移變化情況下測量參數時，上固定卡具3為下端部帶有凸臺的圓柱體，下固定卡具8為上端中空的圓柱體，且上端具有操作孔27，以便于對試件4進行操作，在下固定卡具8上端的頂部具有螺紋，可以安裝一鎖定螺母28，該鎖定螺母28上端部具有凸臺。
當試件4在恒力條件下達到需要恒定位移加載的變形時，向上旋轉鎖定螺母28，使之凸臺上表面與上固定卡具3的凸臺下表面緊密接觸，再用槽形固定環18將鎖定螺母28的凸臺與上固定卡具3的凸臺固定牢靠。這樣，原本上固定座2試件4的作用力，由于上固定卡具3與下固定卡具8的相對固定而不再產生，試件4的形變受到了限制，實現了恒定位移加載。
在力學實驗中，還經常需要測量試件在扭轉情況下的參數。如圖5所示，本發明還提供一種測量試件扭轉情況下的參數的力學實驗機。所述試件4下端放置于下固定卡具8中，其轉動被限制。在上固定座2上利用固定架17固定一扭轉電機16，所述試件4的上端部通過上固定卡具3與扭轉電機16的轉子固定連接。
這樣，對扭轉電機16施以控制指令，使扭轉電機16的轉子帶動試件4的上端轉動，就可實現對試件扭轉情況下參數的測量。
本發明所述力學實驗機可實現對試件拉、壓、彎、扭等參數的測量，并且，在測量過程中，控制模塊可根據壓力傳感器反饋的壓力參數實時調整電動機，實現了對試件上作用力的精確控制。同時，由于本發明所述力學實驗機的主體部分，即對試件進行拉、壓、彎、扭等參數進行測量的底座9及其上支撐的部件與液壓缸15通過液壓傳動管11軟連接，底座9及其上支撐的部件可以被靈活的移動到各種實驗場合，使得本發明所述力學實驗機具有更大的適應性。
盡管本發明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本發明的領域，對于熟悉本領域的人員而言，可容易地實現另外的修改，因此在不背離權利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發明并不限于特定的細節和這里示出與描述的圖例。
權利要求
1.一種力學實驗機，包括液壓缸(15)、控制液壓缸(15)內活塞(7)運動的電動機(13)、放置試件(4)的上固定座(2)和底座(9)，其特征在于，還包括固定于底座(9)上的第一液壓缸(5)，該第一液壓缸(5)內設置有活塞(71)，將第一液壓缸(5)分為上、下獨立的兩部分，所述第一液壓缸(5)內活塞(71)通過連桿與上固定座(2)固定連接；固定于底座(9)上的第二液壓缸(6)，該第二液壓缸(6)內設置有活塞(72)，將第二液壓缸(6)分為上、下獨立的兩部分，所述第二液壓缸(5)內活塞(72)通過連桿與上固定座(2)固定連接；所述液壓缸(15)的活塞(7)的上部分分別與第一液壓缸(5)和第二液壓缸(6)的下部分通過液壓傳動管(11)連接；液壓缸(15)的活塞(7)的下部分分別與第一液壓缸(5)和第二液壓缸(6)的上部分通過液壓傳動管(11)連接；所述液壓缸(15)的活塞(7)的上、下部分分別設置有壓力傳感器(141)、(142)，上述壓力傳感器(141)、(142)可將其測量數值反饋至控制模塊(10)；控制模塊(10)，用于根據壓力傳感器(141)、(142)的測量數值控制電動機(13)。
2.如權利要求1所述的力學實驗機，其特征在于，所述電動機(13)的轉動軸(12)與液壓缸(15)的活塞(7)連桿(19)采用渦輪渦桿方式連接。
3.如權利要求1所述的力學實驗機，其特征在于，所述電動機(13)與液壓缸(15)同軸固定，電動機(13)轉子的轉動帶動活塞(7)的連桿(19)上下運動。
4.如權利要求1所述的力學實驗機，其特征在于，所述上固定座(2)與底座(9)之間設置有測量裝置(26)，該測量裝置(26)包括固定于底座(9)上的缸體(20)，以及一端固定于上固定座(2)、另一端可在上述缸體(20)內自由運動的活塞(73)，所述缸體(20)的下端缸壁上連通一直徑小于缸體(20)直徑的管(21)，該管(21)另一端連接位移顯示儀(22)。
5.如權利要求1所述的力學實驗機，其特征在于，所述第一液壓缸(5)和第二液壓缸(6)上端分別設置冷卻器(25)，所述冷卻器(25)的管壁設置有進水管(23)和出水管(24)。
6.如權利要求1所述的力學實驗機，其特征在于，所述底座(9)設置下固定卡具(8)，上固定座(2)設置上固定卡具(3)，所述上固定卡具(3)及下固定卡具(8)均為中心開有盲孔且外壁帶有螺紋的圓柱體，所述盲孔直徑與試件直徑對應。
7.如權利要求1所述的力學實驗機，其特征在于，所述底座(9)設置下固定卡具(8)，上固定座(2)設置上固定卡具(3)，所述上固定卡具(3)及下固定卡具(8)均為中心具有階梯狀通孔且外壁帶有螺紋的圓柱體，所述圓柱體沿軸向開有寬度與試件直徑對應的通槽，且該通槽沿圓柱體徑向延伸至階梯狀通孔，所述階梯狀通孔直徑與試件直徑對應。
8.如權利要求1所述的力學實驗機，其特征在于，所述底座(9)設置下固定卡具(8)，上固定座(2)設置上固定卡具(3)，所述上固定卡具(3)為下端部帶有凸臺的圓柱體，所述下固定卡具(8)為上端中空的圓柱體，且上端具有操作孔(27)，在下固定卡具(8)上端的頂部具有螺紋，安裝有鎖定螺母(28)，該鎖定螺母(28)上端部具有凸臺；所述上固定卡具(3)下端部的凸臺與鎖定螺母(28)上端部的凸臺通過槽形固定環(18)連接。
9.如權利要求1所述的力學實驗機，其特征在于，所述扭轉電機(16)通過固定架(17)固定于上固定座(2)上，所述扭轉電機(16)轉子通過上固定卡具(3)與試件(4)上端部固定，所述試件(4)下端部固定于下固定卡具(8)中。
10.如權利要求1所述的力學實驗機，其特征在于，所述底座(9)設置下固定卡具(8)，上固定座(2)設置上固定卡具(3)，所述上固定卡具(3)中心為下壓頭，所述下固定卡具(8)設置有兩個支撐件，該兩支撐件沿貫穿其中的調節螺桿水平移動，并通過緊固螺栓(35)與下固定卡具(8)進行固定。
全文摘要
本發明公開了一種力學實驗機，所述力學實驗機的液壓缸(15)通過其上、下部分分別連接的液壓傳動管(11)控制第一液壓缸(5)和第二液壓缸(6)的運動，并且，可通過壓力傳感器(141)、(142)將壓力數值實時反饋至控制模塊(10)，控制模塊(10)再根據此反饋的壓力數值調整電動機(13)的轉動方向及角度，實現了對試件(4)上作用力的精確控制。同時，由于對試件進行拉、壓、彎、扭等參數進行測量的力學實驗機主體部分與液壓缸(15)通過液壓傳動管(11)軟連接，底座(9)及其上支撐的部件可以被靈活的移動到各種實驗場合，使得本發明所述力學實驗機具有更大的適應性。
文檔編號G01N3/00GK1945267SQ20061015064
公開日2007年4月11日 申請日期2006年10月20日 優先權日2006年10月20日
發明者方岱寧, 饒國光 申請人:北京賽迪機電新技術開發公司