一种高温环境下的蠕变试验装置的制作方法

1.本实用新型涉及金属试样力学性能试验领域，具体的说是一种高温环境下的蠕变试验装置。


背景技术：

2.高温蠕变试验是将棒状或板状金属试样通过加热炉升温至试验温度后，通过砝码等加载系统施加一定的载荷，并测定其在特定温度和载荷条件下形变性能的金属材料力学性能测试。高温蠕变试验的试验时间以月度计，甚至达到数年，在试验过程中一旦发生断电事故即导致加热炉停工，试样即在载荷状态下迅速降温，使试样迅速产生断裂，从而使试验前期投入的人力、设备及时间成本功亏一篑。
3.为解决试样断电后在荷载下降温导致的断裂问题，cn201410633401.0公开了一种机械式蠕变实验机断电后实验工件品保护装置，其采用永磁体吸附托盘并将弹簧压缩，在断电后永磁体磁性消失使弹簧复原，从而由弹簧将托盘升起以承载砝码，进而对试样试样卸载。如此，即使试样温度随加热炉的断电而降低也不会产生断裂，在蠕变设备通电后可重新加热并加载继续完成高温蠕变试验。但现有的高温蠕变试验的砝码轻则几十公斤，重则上吨，如需通过托盘完全支撑砝码达到卸载的目的，则需要弹簧提供足够的竖向推力，从而在弹簧处于压缩状态时电磁铁需要对托盘产生强大的吸附力压制弹簧，进而使电磁铁需要较大的功率。由于高温蠕变试验的试验周期过长，虽然该保护装置仅在断电时产生作用，但其仍需要维持电磁铁吸附托盘状态并持续至试验结束，由此造成了电力能源无意义的浪费。
4.为降低能源浪费，cn202939088u公开了一种蠕变机断电试样保护装置，其通过杠杆结构显著提高了配重块在永磁体断电后下落所能够托起的砝码的重量，通过较小功率的永磁体吸附较小重量的配重块，在断电后配重块的下落过程中，由杠杆增大其力矩的方式使托盘托起较重的砝码。该技术方案虽然解决了大功耗永磁体浪费能源的问题，但是却导致整个蠕变试验装置的体积或占地面积因杠杆而大幅度增大，不利于在场地有限的试验场实施。


技术实现要素：

5.本实用新型旨在提供种高温环境下的蠕变试验装置，在断电即对试样卸载的同时降低电力损耗，降低卸载设施额外产生的占地面积。
6.为了解决以上技术问题，本实用新型采用的具体方案为：一种高温环境下的蠕变试验装置，包括机架以及设置在机架上的试样夹持系统、试样加热系统和试样加载系统，试样加载系统包括砝码和将砝码连接在试样夹持系统上的拉绳，还包括断电卸载保护系统，断电卸载保护系统具有控制缸、执行缸以及调节缸，控制缸和执行缸均沿竖向分布且顶部敞口设置，控制缸和执行缸相互连通并分别盛装有液压剂，在控制缸内设有活塞，活塞顶部设有配重块，活塞周部设有环形的卡接槽，卡接槽与设置在控制缸上的断电动作组件配合，
断电动作组件用于在通电状态下沿横向卡接限位活塞，并在断电后解除对于活塞的限位使活塞在配重块作用下向下滑动；执行缸中设有托盘，托盘用于经执行缸中的液压剂推升后承接砝码以对试样完成卸载；调节缸具有调节自身容积腔变化的调节组件，调节缸的容积腔通过自身容积的变化与控制缸或执行缸中的液压剂相互作用以调整托盘的高度。
7.优选的，调节缸设置在执行缸下部一侧的位置，调节缸的缸体中滑动设有隔板，隔板一侧的缸体中设有与执行缸连通的柔性囊；调节组件为螺接配合在缸体的缸壁上的螺杆，螺杆的一端伸入缸体中并与设置在隔板上的轴座转动配合，螺杆的另一端位于缸体外部并设有驱动件。
8.优选的，调节缸包括滑动设置在执行缸中的缸板和呈套筒状的软连接，软连接的一端沿缸板的周向与缸板对接，另一端固定在执行缸缸壁的内侧，由缸板、软连接以及执行缸的对应缸壁合围出容积腔；调节组件为螺接配合在执行缸缸壁上的螺杆，螺杆的一端伸入执行缸中并与缸板转动配合，另一端位于执行缸外部并设有驱动件。
9.优选的，包括一个控制缸和多个执行缸，调节缸与控制缸相连，执行缸分别对应设置在不同的蠕变试验装置的砝码下方。
10.优选的，断电动作组件包括卡接轴、弹簧以及电磁铁，卡接轴滑动配合安装在开设于控制缸的缸壁内的水平滑孔中，卡接轴的内端伸入控制缸中并形成与卡接槽配合的卡接端，卡接轴的外端设有永磁体，电磁铁用于在通电状态下吸附永磁体并维持卡接端与卡接槽的卡接状态，弹簧呈压缩状态并用于在电磁铁断电后推动卡接轴外移以使卡接端脱离卡接槽。
11.优选的，断电动作组件包括卡接轴、控制器以及驱动元件，卡接轴滑动配合安装在开设于控制缸的缸壁内的水平滑孔中，卡接轴的内端伸入控制缸中并形成与卡接槽配合的卡接端，控制器信号连接有用于检测蠕变试验装置供电状态的断电传感器和ups供电电源，控制器中内置有控制程序，控制程序用于在断电传感器检测到断电状态后将驱动元件接通ups供电电源，以驱动卡接轴的卡接端脱离卡接槽。
12.优选的，驱动元件为固定在控制缸的缸壁上且与卡接轴的外端间隔分布的电磁铁，在卡接轴的外端设有供电磁铁吸附配合的永磁体。
13.优选的，驱动元件为电机，电机输出轴上连接有丝杠，卡接轴中设有与丝杠配合安装的丝母。
14.优选的，卡接轴上设有与水平滑孔或卡接槽滚动配合的滚轮。
15.优选的，所述执行缸中的液压剂的液面高度低于控制缸中液压剂的液面，且执行缸的内径小于控制缸的内径。
16.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
17.1、本实用新型中的配重块由活塞通过断电动作组件卡接在控制缸中，控制缸和执行缸中灌注有相互连通的液压剂，断电动作组件在断电后即解除对于活塞的卡接作用，使活塞在配重块的重力作用下下滑，从而推动执行缸中托盘上升，对于砝码进行支撑，完成对于试样的卸载。
18.2、本实用新型中断电动作组件通过横向卡接的方式进行阻挡，在优选的实施方式中，横向分布的卡接轴还通过滚轮与活塞配合减小摩擦力，从而在对卡接轴施加较小的轴向力时即可驱动卡接轴移动以解除对于活塞的卡接作用而释放配重块，进而可显著降低断
电动作组件的功耗。进一步的优选实施方式中，采用控制器、ups电源以及断电传感器的配合，在高温蠕变设备的正常试验过程中停机，仅在断电后由电磁铁或电机等驱动元件驱动卡接轴动作，从而避免能源浪费。
19.3、本实用新型的主体为并列设置且沿竖向分布的控制缸和执行缸，不过多的增加断电保护系统所占空间，利于在现有的高温蠕变试验场所进行改进升级，不受场地限制，便于推广。在优选实施方式中，控制缸中的液面高于执行缸，在活塞上卡接槽的两侧还分别开设有连通控制缸内外的连通孔。该连通孔在初始状态下由卡接轴配合封堵，在断电后的卡接轴移动解除封堵作用后连通控制缸内外，使控制缸中的液压剂在前述配重块和大气压的联合作用下涌入执行缸内，驱动托盘上升以托举砝码完成卸载。在大气压作用的基础上，配重块的重量可选择远小于砝码的重量，进一步降低了本实用新型中用于驱动卡接轴移动所需的驱动元件的功耗，且利于进一步缩减控制缸和执行缸的规格，便于现有的紧凑试验场所改造。
附图说明
20.图1为本实用新型实施例1的结构示意图；
21.图2为图1中的断电动作组件部分的结构示意图；
22.图3为本实用新型实施例2中的断电动作组件部分的结构示意图；
23.图4为本实用新型实施例3中的断电动作组件部分的结构示意图；
24.图5为本实用新型实施例4中的结构示意图；
25.图中标记：1、调节缸，101、柔性囊，102、螺杆，103、手轮，104、螺母，105、隔板，106、缸体，107、缸板，108、软连接，2、托盘，3、执行缸，4、砝码，5、拉绳，6、吊环，7、配重块，8、活塞，9、断电动作组件，901、大滚轮，902、小滚轮，903、卡接轴，904、电磁铁，905、永磁体，906、弹簧，907、罩筒，908、电机，909、丝杠，910、丝母，10、控制缸，11、液压剂，12、连通管，13、水平滑孔，14、卡接槽，15、连通孔。
具体实施方式
26.本实用新型的一种高温环境下的蠕变试验装置，与常规高温蠕变设备相同，均包括机架以及设置在机架上的试样夹持系统、试样加热系统、试样加载系统以及断电卸载保护系统。夹持系统包括用于夹持固定试样上端的上夹具和用于夹持固定试样下端的下夹具，通过上夹具和下夹具将试样夹持固定后，保持试样沿竖向分布状态。其中的下夹具固定在机架上，上夹具与试样加载系统相连，由试样加载系统将载荷经上夹具传递至试样上。试样加热系统包括加热炉和用于控制加热炉内温度的温控组件。在试验过程中加热炉闭合并将试样调整至加热炉的中心位置，通过温控组件调节加热炉内温度，使试样维持在设计温度。试样加载系统为砝码4，砝码4上连接有拉绳5，拉绳5通过设置在机架上的滑轮与上夹具相连，通过设置不同重量的砝码4对试样施加不同的拉伸载荷。本实用新型的以上机架、试样夹持系统、试样加热系统均与常规高温蠕变试验机相同，图中未进行示出，不再进行赘述。以下通过5个实施例对本实用新型中的断电卸载保护系统的技术方案进行说明：
27.实施例1
28.如图1所示，本实施例的断电卸载保护系统的主体结构为控制缸10、执行缸3以及
调节缸1。控制缸10用于检测高温蠕变试验设备的供电状态，在断电后产生动作。执行缸3根据控制缸10的断电后动作进一步动作，通过托盘2将试样加载系统中的砝码4托起，使拉绳5松弛，卸载试样。调节缸1用于调节在初始状态下的托盘2的高度，适应具有不同砝码4大小或高度的蠕变试验设备使用。具体的：
29.执行缸3的横截面为圆形，沿竖向分布且顶部敞口设置于砝码4的正下方位置。在执行缸3中盛装由采用液压油或水组成的液压剂11，托盘2浮设于执行缸3中液压剂11的液面上，托盘2的上沿与砝码4底部之间小间隙配合，托盘2的外周与执行缸3内壁密闭且小摩擦灵活滑动配合，从而在执行缸3中液压剂11的液面升高后即驱动托盘2同步上升，进而将砝码4托起完成卸载。
30.控制缸10的横截面为圆形，沿竖向分布且顶部敞口设置，在控制缸10中灌注有相同的液压剂11。控制缸10的底部通过连通管12与执行缸3相连，从而使液压剂11可在外力推动作用下在控制缸10和执行缸3之间流通。控制缸10中液压剂11的液面位置设有活塞8，活塞8外缘与控制缸10内缘形状相对应并具有与控制缸10内缘密闭配合的柔性配合部，从而在通过外力驱动活塞8上升后即将执行缸3中的液压剂11部分吸入控制缸10内，使执行缸3中的液压剂11液面下降；在通过外力驱动活塞8下降后，即将控制缸10中的液压剂11部分排至执行缸3内，使执行缸3中的液面上升，以推动推盘上升支撑砝码4。
31.本实施例中用于驱动液压剂11涌入执行缸3中以使托盘2支撑砝码4的外力由两部分组成：
32.一部分驱动力为驱动活塞8下降的重力，该重力来自于固定设置在活塞8上的配重块7自身的重量。由于通过合力托起砝码4，故本实施例的配重块7的重量小于砝码4，在砝码4顶部固定设有吊环6，以在断电后重新通电时通过吊装设备将活塞8和配重块7吊装至常态。本实施例的初始状态下，配重块7和活塞8通过沿控制缸10周向分布的多个断电动作组件9卡接在如图1所示的控制缸10上部位置。在断电后所有断电卡动作组件解除对于活塞8的卡接作用，在重力作用下配重块7即驱动活塞8下移，将控制缸10内的液压剂11部分排入执行缸3内以推动托盘2上升。
33.如图2所示，本实施例中的断电动作组件9通过与设置在活塞8周向方向上的卡接槽14配合，以将活塞8及配重块7卡接在图1所示的初始位置。断电动作组件9的主体为沿水平方向贯穿设置在开设于控制缸10缸壁上的水平滑孔13中的卡接轴903，卡接轴903的内端(图2中右端)伸入控制缸10形成卡接端，卡接端插入卡接槽14中形成上述卡接作用；卡接轴903的外端(图2中左端)伸出控制缸10外并固定设有永磁体905，该永磁体905滑动配合在固定于控制缸10外壁上并与水平滑孔13对接的罩筒907内。罩筒907内位于永磁体905的右侧固定设有电磁铁904，电磁铁904呈环状，其中心孔供卡接轴903贯穿。电磁铁904内部线圈与高温蠕变试验设备的供电电源相连，在常态下处于通电状态并产生吸附永磁体905，维持卡接端与卡接槽14配合以卡接定位活塞8。罩筒907内位于永磁体905的左侧设有弹簧906，弹簧906的两端分别与永磁体905和罩筒907的筒底固定并呈拉伸状态，在高温蠕变设备断电后电磁铁904同时断电导致磁性消失，永磁体905和卡接轴903即在弹簧906的拉力作用下左移，使卡接端由卡接槽14中脱出，从而解除对于活塞8的卡接作用，进而使活塞8和配重块7在重力作用下沿竖向下滑。
34.由于本实施例中的电磁铁904需要在常态下保持供电状态，为实现本实用新型节
约能耗，采用小功耗电磁铁904即可压制用于驱动卡接轴903回弹的弹簧906势能的效果，本实施例中在卡接轴903上还设有滚轮系统，采用滚轮的滚动配合降低卡接轴903沿水平方向滑动的摩擦力，使较小的弹簧906的弹性势能即可驱动卡接轴903左移，从而使永磁体905产生较小的吸附力即压制弹簧906的弹性势能，从而节省电能。卡接轴903的截面为矩形，水平滑孔13通氧为矩形且略大于卡接轴903。滚轮系统包括转动设置在卡接轴903周面上并与水平滑孔13内壁滚动配合的小滚轮902和转动设置在卡接端上并与卡接槽14的槽壁滚动配合的大滚轮901。小滚轮902和大滚轮901的轮缘均采用橡胶材料制作，在初始状态下分别与水平滑孔13的孔壁和卡接槽14的槽壁紧接触。
35.本实施例中驱动托盘2上浮的另一作用力来自于大气压力。如图1所示的，在初始状态下控制缸10中液压剂11液面高度高于执行缸3，但由于控制缸10上部由活塞8封闭，故高出部分的液压剂11无法自行流入执行缸3内。为了合理利用大气压作用，如图2所示在活塞8上位于卡接槽14两侧分别开设有用于连通控制缸10内外的连通孔15。在图2所示的卡接轴903卡接活塞8的初始状态下，两个连通孔15分别由大滚轮901的上下两侧密封，维持初始状态。在断电后卡接轴903的卡接端由卡接槽14脱出后，大滚轮901即脱离连通孔15，由两个连通孔15将控制缸10与外界大气相连，控制缸10中的液压剂11即在大气压力作用下部分迅速涌入执行缸3内，推动托盘2上升。
36.本实施例中的控制缸10的内镜大于执行缸3，使得连通孔15一旦将控制缸10与大气相连，控制缸10中液压剂11涌入执行缸3中至平衡的过程中，可增大单位高度条件下涌入执行缸3中的液压剂11的量，进而提升托盘2更高的幅度，利于缩减控制缸10、执行缸3的规格，减小本实施例的占地面积。
37.综上，高温蠕变设备一旦断电，即由弹簧906将卡接轴903外拉使卡接端脱离卡接槽14，控制缸10中的液压剂11一方面在配重块7重力作用下被挤入执行缸3中，另一方面在大气压作用下被压入执行缸3中，二力结合使控制缸10中的液压剂11量增大，液位上升，驱动托盘2上升并承接砝码4。
38.仍如图1所示，本实施例的调节缸1设置在执行缸3下部的右侧。调节缸1为圆筒形并沿横向分布。在调节缸1的缸体106中滑动设有隔板105，隔板105左侧的缸体106中设有与执行缸3连通的柔性囊101，柔性囊101与执行缸3连通，执行缸3中的液压剂11在重力作用下自动灌满柔性囊101，并使柔性囊101膨胀至缸体106位于隔板105左侧的整个空间。隔板105的右侧设有螺杆102，螺杆102的左端与隔板105卡接并转动配合，中部与设置在缸体106右端端盖上的螺母104螺接配合，右端伸出缸体106并连接有手轮103作为驱动件。当转动手轮103即可通过螺杆102与螺母104的配合带动隔板105沿缸体106移动，从而改变缸体106中位于隔板105左侧容积腔的容量产生变换，调节柔性囊101中液压剂11的量，进而调节执行缸3中液压剂11的液面高度和托盘2高度，适应于不同砝码4高度的高温蠕变设备使用。
39.实施例2
40.本实施例的主体结构与实施例1相同，区别在于本实施例仅在断电后断电动作组件9开始供电动作，避免实施例1中的电磁铁904在正常的高温蠕变试验中仍需要持续供电以维持卡接轴903对于活塞8及配重块7的卡接状态。
41.如图3所示，本实施例的断电动作组件9同样为卡接轴903、永磁体905以电磁铁904，区别在于电磁铁904固定在罩筒907内位于永磁铁的左侧位置，弹簧906套接在卡接轴
903上位于永磁体905和控制缸10外侧缸壁之间并呈自然伸长状态以维持卡接端与卡接槽14之间的卡接配合。区别在于本实施例的断电动作组件9还包括断电传感器、控制器以及ups电源。ups电源和断电传感器均信号连接于控制器，控制器中内置有控制程序，控制程序用于在断电传感器检测到断电状态后将电磁铁904接通ups供电电源，通过电磁铁904吸附永磁铁左移以驱动卡接轴903的卡接端脱离卡接槽14。在卡接端脱离卡接槽14后，控制缸10中的液压剂11仍如实施例1一样，在合理作用下涌入执行缸3中推动托盘2上升以支撑砝码4。
42.实施例3
43.本实施例与实施例2基于相同的构思，均仅在断电后断电动作组件9开始供电动作，避免实施例1中的电磁铁904在正常的高温蠕变试验中仍需要持续供电以维持卡接轴903对于活塞8及配重块7的卡接状态。
44.如图4所示，本实施例中的卡接轴903的左端设有丝母910，在罩筒907中设有电机908，电机908输出轴沿水平分布并设有与丝母910配合的丝杠909，即通过电机908输出轴的转动驱动卡接轴903水平移动。与实施例2相似的，本实施例也包含断电传感器、控制器和ups电源，控制器中的控制程序在断电传感器检测到断电状态后将电机908接通ups供电电源，通过电机908输出轴的转动以驱动卡接轴903的卡接端脱离卡接槽14。
45.实施例4
46.本实施例与实施例1的区别仅在于调节缸1的结构。如图5所示的，调节缸1包括滑动设置在执行缸3中的缸板107和呈套筒状的软连接108。缸板107为圆形，软连接108为对应的圆筒形，软连接108的左端套接在缸板107的外周并密封固定，右端固定在执行缸3缸壁的内侧，从而在缸板107、软连接108以及执行缸3的对应缸壁合围出一个不与执行缸3中的液压剂11相同的容积腔。缸板107的右侧设有螺杆102，螺杆102的左端与缸板107卡接并转动配合，中部与设置在执行缸3缸壁上的螺母104螺接配合，右端伸出执行缸3后设有手轮103，即通过手轮103驱动螺杆102转动，由螺杆102和螺母104的转动配合推动缸板107水平移动调节容积腔的容积，使执行缸3中液压剂11的液面随之变化，适应不同高度砝码4的高温蠕变试验设备配套使用。
47.实施例5
48.本实施例未提供附图，具有一个与实施例1相同的控制缸10和多个与实施例1相同的执行缸3，多个执行缸3分别通过连通管12与控制缸10相连，多个执行缸3分别设置于多台高温蠕变试验机的砝码4的正下方，以通过一个控制缸10在断电后驱动所有的控制缸10中的液面上浮，从而将对应处的砝码4托起完成对应试样的卸载，使本实施例特别适用于大型试验机构中，通过仅设置的一个控制缸10进一步断电卸载保护系统的占地面积。