本發明屬于力學試(shi)驗(yan)，具體為一(yi)種應用于在低載(zai)(zai)荷高溫(wen)(wen)環境下的(de)金屬材(cai)料的(de)持(chi)久蠕(ru)變力學性能試(shi)驗(yan)的(de)機械式低載(zai)(zai)荷高溫(wen)(wen)蠕(ru)變持(chi)久試(shi)驗(yan)系統。

背景技術：

1、對于鋁合金、銅合金等材料在(zai)高(gao)溫(wen)環境下蠕變(bian)持久(jiu)性能研(yan)究持續推進，又(you)因(yin)該類材料在(zai)高(gao)溫(wen)環境下試驗(yan)力值(zhi)過小(1kn～10kn)，對于低載(zai)荷蠕變(bian)試驗(yan)機的需求越(yue)(yue)來越(yue)(yue)多。現有(you)市場上常見(jian)的該類產(chan)品，通常有(you)機械式(shi)和電子式(shi)兩(liang)種結構(gou)，且噸位(wei)均為30kn以上，未(wei)涉(she)及到10kn這種小噸位(wei)的試驗(yan)設備(bei)(bei)。且電子式(shi)結構(gou)設備(bei)(bei)在(zai)使用過一段時(shi)間后容(rong)易出現力值(zhi)偏差大，溫(wen)度(du)不穩(wen)定等情況。

2、針(zhen)對電子式(shi)結(jie)構的(de)各種不確定因素(su)，機械(xie)式(shi)持久蠕變試驗機就成了必(bi)然的(de)選(xuan)擇(ze)；而傳統的(de)在實際的(de)使用過程中出現發現以下缺(que)點(dian)：

3、(1)傳統的(de)(de)(de)機(ji)械式試驗機(ji)采用大杠(gang)桿(gan)方(fang)式，杠(gang)桿(gan)比(bi)為1:50或1:30。如此大的(de)(de)(de)杠(gang)桿(gan)比(bi)下(xia)進行小(xiao)力(li)值(zhi)試驗時容易(yi)(yi)出現杠(gang)桿(gan)上(shang)下(xia)擺(bai)(bai)動，力(li)值(zhi)過沖的(de)(de)(de)情況(kuang)；具體(ti)的(de)(de)(de)，在(zai)材(cai)料達到一定(ding)塑(su)性變形后，力(li)值(zhi)10％的(de)(de)(de)上(shang)偏(pian)差(cha)往往是材(cai)料產(chan)(chan)生線面缺陷的(de)(de)(de)門檻值(zhi)或是已產(chan)(chan)生裂紋快速(su)擴展(zhan)的(de)(de)(de)外應力(li)極限，會加速(su)樣品的(de)(de)(de)塑(su)性發(fa)展(zhan)，造成測試結果中持(chi)久壽命偏(pian)短，延伸率偏(pian)小(xiao)等(deng)不(bu)(bu)合理(li)現象，也極其容易(yi)(yi)出現杠(gang)桿(gan)上(shang)下(xia)擺(bai)(bai)動，力(li)值(zhi)不(bu)(bu)穩定(ding)的(de)(de)(de)情況(kuang)。

4、(2)傳(chuan)(chuan)統(tong)的(de)機(ji)械式蠕變(bian)(bian)試(shi)驗機(ji)試(shi)驗電氣控(kong)(kong)(kong)制(zhi)過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)采取變(bian)(bian)頻器(qi)來驅動(dong)(dong)普通(tong)電機(ji)對(dui)杠桿(gan)進(jin)行調(diao)平，即abb變(bian)(bian)頻調(diao)平，是以目標值為(wei)閉(bi)環控(kong)(kong)(kong)制(zhi)，其目標值為(wei)杠桿(gan)的(de)水平最高限位。但基于(yu)力值傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)的(de)閉(bi)環控(kong)(kong)(kong)制(zhi)是不穩(wen)定的(de)，樣(yang)品在(zai)微小(xiao)變(bian)(bian)形和溫度波動(dong)(dong)時，力值是動(dong)(dong)態變(bian)(bian)化的(de)，對(dui)于(yu)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)的(de)應變(bian)(bian)片同樣(yang)還(huan)面臨著疲勞(lao)效應。應變(bian)(bian)片在(zai)蠕變(bian)(bian)疲勞(lao)條件(jian)下(xia)出現(xian)的(de)塑性變(bian)(bian)形造(zao)成(cheng)了傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)輸出失真。因此變(bian)(bian)頻控(kong)(kong)(kong)制(zhi)在(zai)試(shi)樣(yang)加載(zai)過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)，力值容(rong)(rong)易(yi)過(guo)(guo)沖。又由于(yu)試(shi)驗機(ji)高度過(guo)(guo)高，要求變(bian)(bian)頻器(qi)輸出的(de)hz的(de)范圍很大(da)，容(rong)(rong)易(yi)導致杠桿(gan)上下(xia)振動(dong)(dong)，或(huo)軟件(jian)誤判造(zao)成(cheng)冷斷現(xian)象(xiang)的(de)發生。

5、(3)傳統的機械式蠕變試(shi)(shi)驗一般(ban)采(cai)用光電(dian)開關對杠(gang)桿(gan)的水(shui)平進行判(pan)定(ding)，該(gai)傳感器精度在(zai)1mm左右，精度略差，對于(yu)低載(zai)荷(he)(he)試(shi)(shi)驗時，存在(zai)位置判(pan)定(ding)不精確而導致的杠(gang)桿(gan)歪(wai)斜，進而反(fan)應到樣品上的載(zai)荷(he)(he)不準確。

6、(4)采用液(ye)壓(ya)油(you)缸(gang)(gang)進行緩(huan)沖，而液(ye)壓(ya)緩(huan)沖效果較差(cha)，且需要向(xiang)油(you)缸(gang)(gang)里(li)面注液(ye)壓(ya)油(you)，不僅需要長期維(wei)護，而且油(you)缸(gang)(gang)容易造(zao)成液(ye)壓(ya)油(you)泄漏，后期維(wei)護也很復雜；

7、(5)傳(chuan)統蠕變持久試驗(yan)機所配套(tao)的(de)高溫爐尺寸過大，在小尺寸，低載荷試樣的(de)試驗(yan)中存(cun)在尺寸資源浪費的(de)情(qing)況。

8、因此，急需一種其(qi)他類型的機械式試驗同時保持可行性和長(chang)期穩定(ding)性。

技術實現思路

1、針對樣(yang)品(pin)加速變形階段(duan)所產生的頻繁(fan)調平(ping)等需求所造成的力值不穩定的問題(ti)，本(ben)發(fa)明提(ti)供了(le)一種機(ji)械式低載荷高溫蠕(ru)變持久試驗系(xi)統(tong)，技術方案(an)為(wei)：包括：主(zhu)機(ji)框(kuang)架(jia)、杠桿(gan)、高溫爐、試樣(yang)、兩個高溫拉桿(gan)、高溫夾具、蠕(ru)變引伸桿(gan)、光(guang)柵(zha)尺(chi)、上部萬向節、下部萬向節、蠕(ru)變動力及傳動裝置、砝碼(ma)升降緩沖裝置和(he)重(zhong)力砝碼(ma)；其中主(zhu)機(ji)框(kuang)架(jia)包括：基座(zuo)、主(zhu)機(ji)中部支(zhi)撐(cheng)板和(he)頂部杠桿(gan)安裝板；頂部杠桿(gan)安裝板、主(zhu)機(ji)中部支(zhi)撐(cheng)板和(he)基座(zuo)由上至(zhi)下依次設置；

2、杠桿(gan)(gan)和(he)杠桿(gan)(gan)位移傳(chuan)感器安裝在頂部杠桿(gan)(gan)安裝板(ban)上(shang)方；蠕(ru)變(bian)動力及傳(chuan)動裝置和(he)砝(fa)碼(ma)升降緩(huan)沖裝置安裝在基座和(he)主(zhu)機中部支(zhi)撐(cheng)板(ban)之(zhi)間(jian)的空間(jian)中；高溫爐、高溫拉(la)桿(gan)(gan)、高溫夾具(ju)、蠕(ru)變(bian)引伸(shen)桿(gan)(gan)、光柵(zha)尺、上(shang)部萬向節(jie)、下(xia)部萬向節(jie)和(he)重力砝(fa)碼(ma)安裝在主(zhu)機中部支(zhi)撐(cheng)板(ban)和(he)頂部杠桿(gan)(gan)安裝板(ban)之(zhi)間(jian)的空間(jian)中；

3、杠(gang)桿(gan)(gan)(gan)的(de)(de)短(duan)力(li)(li)(li)臂一端(duan)(duan)通過(guo)(guo)高(gao)溫(wen)拉桿(gan)(gan)(gan)和(he)上(shang)部(bu)萬向節與高(gao)溫(wen)夾具的(de)(de)上(shang)端(duan)(duan)相連(lian)，試(shi)樣安裝于(yu)高(gao)溫(wen)夾具中，高(gao)溫(wen)夾具的(de)(de)下(xia)(xia)(xia)(xia)端(duan)(duan)通過(guo)(guo)高(gao)溫(wen)拉桿(gan)(gan)(gan)和(he)下(xia)(xia)(xia)(xia)部(bu)萬向節與下(xia)(xia)(xia)(xia)方(fang)的(de)(de)蠕(ru)變動力(li)(li)(li)及(ji)傳動裝置相連(lian)；蠕(ru)變引伸桿(gan)(gan)(gan)的(de)(de)兩端(duan)(duan)分別與試(shi)樣平(ping)行(xing)段的(de)(de)上(shang)下(xia)(xia)(xia)(xia)臺階相連(lian)，用于(yu)測量的(de)(de)蠕(ru)變引伸桿(gan)(gan)(gan)長(chang)度(du)變化的(de)(de)光柵尺安裝在蠕(ru)變引伸桿(gan)(gan)(gan)一側(ce)；杠(gang)桿(gan)(gan)(gan)的(de)(de)長(chang)力(li)(li)(li)臂一端(duan)(duan)的(de)(de)下(xia)(xia)(xia)(xia)方(fang)安裝有重力(li)(li)(li)砝碼(ma)；砝碼(ma)升降緩沖裝置位于(yu)重力(li)(li)(li)砝碼(ma)的(de)(de)正下(xia)(xia)(xia)(xia)方(fang)；重力(li)(li)(li)砝碼(ma)為樣品(pin)加載的(de)(de)負荷來源；

4、控(kong)制(zhi)系統接收來自于杠(gang)(gang)桿位(wei)移(yi)(yi)傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)中(zhong)傳(chuan)來的電壓(ya)信(xin)號，當控(kong)制(zhi)系統判定杠(gang)(gang)桿端部產生(sheng)位(wei)移(yi)(yi)時，發送(song)所(suo)需要的脈(mo)沖信(xin)號給伺(si)服(fu)電機對杠(gang)(gang)桿進行調平，同時繼續(xu)接收杠(gang)(gang)桿位(wei)移(yi)(yi)傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)傳(chuan)送(song)來的信(xin)號，持續(xu)至調平結束。

5、短力臂(bei)和長力臂(bei)的比例為(wei)1:5～1:10，杠桿(gan)位移傳感(gan)器安(an)裝在(zai)長力臂(bei)的端部(bu)外，持(chi)續(xu)調平時維持(chi)杠桿(gan)的尾部(bu)偏轉量(liang)在(zai)0.1mm的范圍內(nei)。

6、杠(gang)桿(gan)的(de)長力臂一(yi)端的(de)通過預負荷吊(diao)桿(gan)安裝有預加(jia)(jia)載(zai)負荷，砝碼(ma)吊(diao)桿(gan)的(de)上端通過腰型(xing)銷孔(kong)與預加(jia)(jia)載(zai)負荷的(de)托盤銷接，重(zhong)力砝碼(ma)安裝在砝碼(ma)吊(diao)桿(gan)的(de)下端，預加(jia)(jia)載(zai)負荷作為杠(gang)桿(gan)調平時的(de)配重(zhong)。

7、杠(gang)桿的長力臂(bei)上(shang)安(an)裝有接近傳感器。

8、主(zhu)機支(zhi)撐(cheng)桿組豎直固(gu)定在所述基座上方，主(zhu)機中部(bu)(bu)支(zhi)撐(cheng)板(ban)和(he)頂(ding)(ding)部(bu)(bu)杠桿安(an)裝(zhuang)板(ban)分別固(gu)定在主(zhu)機支(zhi)撐(cheng)桿組的中部(bu)(bu)和(he)頂(ding)(ding)部(bu)(bu)；

9、主(zhu)(zhu)(zhu)機(ji)框(kuang)(kuang)架通過主(zhu)(zhu)(zhu)機(ji)底座固(gu)定在地面上，主(zhu)(zhu)(zhu)機(ji)底座用于支撐(cheng)上部的主(zhu)(zhu)(zhu)機(ji)框(kuang)(kuang)架。

10、高(gao)溫爐(lu)的(de)上下兩(liang)端(duan)分別通(tong)過一根(gen)高(gao)溫爐(lu)平(ping)推支架(jia)桿與一個(ge)(ge)高(gao)溫爐(lu)平(ping)推直線滑軌(gui)(gui)的(de)滑動部(bu)通(tong)過插銷連接；兩(liang)個(ge)(ge)平(ping)行的(de)高(gao)溫爐(lu)平(ping)推直線滑軌(gui)(gui)的(de)軌(gui)(gui)道部(bu)通(tong)過螺釘(ding)分別與主機中部(bu)支撐(cheng)板(ban)和(he)頂部(bu)杠桿安裝板(ban)連接。

11、下部萬(wan)向節與調平(ping)(ping)滾珠(zhu)絲(si)桿副的(de)調平(ping)(ping)絲(si)桿連(lian)接；

12、蠕變動(dong)(dong)(dong)力(li)及傳動(dong)(dong)(dong)裝(zhuang)置包括：調(diao)(diao)平滾(gun)珠(zhu)絲(si)桿副、同步齒(chi)形帶(dai)(dai)(dai)傳動(dong)(dong)(dong)組(zu)、減速機、v帶(dai)(dai)(dai)傳動(dong)(dong)(dong)和(he)伺(si)服(fu)電機，其中調(diao)(diao)平滾(gun)珠(zhu)絲(si)桿副的(de)滾(gun)動(dong)(dong)(dong)螺母(mu)依次通(tong)過同步齒(chi)形帶(dai)(dai)(dai)傳動(dong)(dong)(dong)組(zu)、減速機和(he)v帶(dai)(dai)(dai)傳動(dong)(dong)(dong)與(yu)(yu)伺(si)服(fu)電機的(de)動(dong)(dong)(dong)力(li)輸出相連(lian)，伺(si)服(fu)電機與(yu)(yu)控制系統相連(lian)從而(er)驅動(dong)(dong)(dong)調(diao)(diao)平絲(si)桿帶(dai)(dai)(dai)動(dong)(dong)(dong)下部萬向節(jie)上下移動(dong)(dong)(dong)。

13、蠕變(bian)引(yin)伸(shen)桿的(de)下端通過彈簧與高(gao)溫拉(la)桿緊貼，將蠕變(bian)引(yin)伸(shen)桿的(de)滑(hua)輪(lun)與拉(la)桿導(dao)軌(gui)貼合。

14、砝碼升(sheng)降(jiang)緩(huan)沖裝置包括：緩(huan)沖托盤(pan)、緩(huan)沖油(you)缸(gang)(gang)、齒輪組、加(jia)荷(he)電(dian)機(ji)、卸(xie)(xie)載(zai)(zai)滾(gun)珠絲(si)(si)桿(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)副(fu)和(he)加(jia)卸(xie)(xie)載(zai)(zai)托盤(pan)，其中(zhong)緩(huan)沖托盤(pan)下端(duan)面的(de)中(zhong)心(xin)與(yu)活塞桿(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)固定，活塞桿(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)伸入下方的(de)緩(huan)沖油(you)缸(gang)(gang)中(zhong)；空(kong)(kong)心(xin)的(de)卸(xie)(xie)載(zai)(zai)中(zhong)空(kong)(kong)絲(si)(si)桿(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)套裝在(zai)活塞桿(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)外，卸(xie)(xie)載(zai)(zai)中(zhong)空(kong)(kong)絲(si)(si)桿(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)與(yu)卸(xie)(xie)載(zai)(zai)滾(gun)珠絲(si)(si)桿(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)副(fu)的(de)滾(gun)動(dong)螺母組成滾(gun)珠絲(si)(si)桿(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)副(fu)，卸(xie)(xie)載(zai)(zai)滾(gun)珠絲(si)(si)桿(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)副(fu)的(de)滾(gun)動(dong)螺母通過(guo)(guo)齒輪組和(he)加(jia)荷(he)電(dian)機(ji)相連，緩(huan)沖油(you)缸(gang)(gang)和(he)加(jia)荷(he)電(dian)機(ji)均與(yu)主機(ji)框架固定，齒輪組、加(jia)荷(he)電(dian)機(ji)、卸(xie)(xie)載(zai)(zai)滾(gun)珠絲(si)(si)桿(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)副(fu)和(he)加(jia)卸(xie)(xie)載(zai)(zai)托盤(pan)主要(yao)用(yong)于(yu)重(zhong)力砝碼在(zai)試驗(yan)過(guo)(guo)程中(zhong)或(huo)(huo)結(jie)束需要(yao)卸(xie)(xie)載(zai)(zai)時(shi)升(sheng)起(qi)或(huo)(huo)下降(jiang)，從(cong)而對樣品進行(xing)卸(xie)(xie)載(zai)(zai)；當(dang)試驗(yan)過(guo)(guo)程中(zhong)樣品斷裂，緩(huan)沖托盤(pan)、緩(huan)沖油(you)缸(gang)(gang)和(he)活塞桿(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)在(zai)重(zhong)力砝碼自(zi)由落(luo)下時(shi)提供一個緩(huan)沖機(ji)構。

15、本發明(ming)的有益效果在(zai)于：

16、1.杠(gang)桿調(diao)(diao)平電(dian)機采用伺服(fu)電(dian)機代替變頻器+普通電(dian)機的(de)(de)(de)(de)(de)組合，伺服(fu)電(dian)機具備相(xiang)應速(su)度(du)快，控(kong)制穩定的(de)(de)(de)(de)(de)好處，針對樣品加速(su)變形階段所(suo)產生的(de)(de)(de)(de)(de)頻繁(fan)調(diao)(diao)平等需(xu)求所(suo)造成的(de)(de)(de)(de)(de)力值不穩定有(you)著極大的(de)(de)(de)(de)(de)改善；實現(xian)了小(xiao)杠(gang)桿比的(de)(de)(de)(de)(de)精確控(kong)制，保證小(xiao)載荷持久蠕變試驗的(de)(de)(de)(de)(de)可行性和長期穩定性。

17、2.采用小杠(gang)(gang)桿比的機械結(jie)構，降低主機高度，減小拉桿與(yu)砝(fa)碼吊盤的軸向間距，以解決因溫(wen)度變(bian)化導(dao)致(zhi)樣(yang)品加速(su)變(bian)形階段杠(gang)(gang)桿上下振動造成的力值不(bu)穩定(ding)的情況(kuang)。

18、3.針(zhen)對小尺(chi)寸樣品的試驗，采(cai)用(yong)小尺(chi)寸高(gao)溫爐用(yong)于配(pei)套，不僅滿(man)足了小主機空間限制的問題，且降低了高(gao)溫的能耗，節(jie)能環保。

19、4.本發明對于銅合(he)金(jin)，鋁合(he)金(jin)等材料高(gao)溫蠕變性能的研究有著極(ji)大的改善。

20、5.對于(yu)降低主機(ji)高度后(hou)不(bu)(bu)利于(yu)試驗人(ren)員進行操(cao)作(zuo)，設計了主機(ji)底座，將高溫爐的變壓器放置于(yu)主機(ji)底座內部，不(bu)(bu)僅解決(jue)了操(cao)作(zuo)問題(ti)，又(you)節省了變壓器柜的占地(di)面(mian)積，優化的試驗機(ji)空間使用率。