專利名稱：圓盤式定載荷全息材料試驗(yàn)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料測(cè)試、實(shí)驗(yàn)儀器，具體涉及一種特別適用于在任意定載荷作用下測(cè)試材料性能和變形規(guī)律的試驗(yàn)機(jī)。
背景技術(shù)：
在大量的工業(yè)工程中所應(yīng)用的材料，往往只需研究、測(cè)試材料在載荷作用下的變形規(guī)律及其機(jī)械性能，目前大多用結(jié)構(gòu)、功能復(fù)雜、造價(jià)高的萬能材料試驗(yàn)機(jī)，尤其是對(duì)于塑性和超塑性材料具有很強(qiáng)的應(yīng)變速率敏感性，用萬能試驗(yàn)進(jìn)行定載荷測(cè)試其有關(guān)性能，其試驗(yàn)結(jié)果誤差較大，其原因是塑性和超塑性材料的變形抗力對(duì)應(yīng)變速率都有很強(qiáng)的敏感性，而無論是使用液壓式、還是機(jī)械式的萬能試驗(yàn)機(jī)，均是采用閉環(huán)式控制實(shí)現(xiàn)定載荷的施加，載荷的測(cè)量又是力傳感器，因而受其信息反饋、調(diào)整載荷引起速度的變化而使載荷測(cè)量或記錄曲線發(fā)生波動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)解決上述在用萬能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試材料在定載荷條件下的性能及其變形規(guī)律存在的缺點(diǎn)，提供一種能穩(wěn)定施加載荷、準(zhǔn)確記錄數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、占用空間小、操作簡(jiǎn)便的圓盤式定載荷全息材料試驗(yàn)機(jī)，該試驗(yàn)機(jī)不但能穩(wěn)定施加載荷、準(zhǔn)確記錄數(shù)據(jù)，而且經(jīng)過對(duì)數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)處理，能給出材料的應(yīng)變硬化指數(shù)、應(yīng)變速率敏感性指數(shù)、應(yīng)力松弛指數(shù)的變化規(guī)律及相關(guān)的本構(gòu)方程。
本發(fā)明的基本原理如

圖1所示，半徑為R的大圓盤1與半徑為r的小圓盤2固定在一轉(zhuǎn)軸上，當(dāng)在大圓盤外圓有定載荷F作用時(shí)，便在小圓盤上產(chǎn)生變形載荷P作用在試樣上，根據(jù)r·R＝R·F，即R/r＝P/F，于是得到將載荷放大R/r倍的變形載荷。
本發(fā)明圓盤式定載荷全息材料試驗(yàn)機(jī)由主機(jī)、試樣夾頭、力值和變形數(shù)據(jù)采集及計(jì)算機(jī)控制和數(shù)據(jù)全息處理系統(tǒng)所組成，其主機(jī)由設(shè)置在機(jī)架內(nèi)的載荷傳動(dòng)及其制動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，即在機(jī)架的兩側(cè)上立板上通過滾動(dòng)軸承設(shè)置一轉(zhuǎn)軸，在轉(zhuǎn)軸上分別固定設(shè)置小圓盤和大圓盤，轉(zhuǎn)軸的左端通過對(duì)稱滑鍵連接摩擦式電磁離合器的動(dòng)摩擦盤，直流電機(jī)與蝸輪蝸桿減速器的輸入軸相連接，減速器的輸出軸上用平鍵固定連接扭矩傳感器，扭矩傳感器的端面與電磁離合器的靜摩擦盤相連，一條鋼絲繩的一端固接在大圓盤的圓周上，并繞在大圓盤的周槽上，其另一端繞過導(dǎo)向滑輪垂掛連接一載荷裝置，另一條鋼絲繩的一端固接在小圓盤的圓周上，并與大圓盤鋼絲繩呈力偶向繞在小圓盤的周槽上，其另一端繞過導(dǎo)向滑輪與上夾頭相連接，下夾頭通過夾頭座連接在機(jī)架底座上。
在轉(zhuǎn)軸的右端設(shè)置光電編碼器，編碼器通過信號(hào)采集電路與單片機(jī)電連接。
扭矩傳感器通過信號(hào)采集電路與單片機(jī)電連接。
直流電機(jī)通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與單片機(jī)電連接。
摩擦式電磁離合器通過觸發(fā)器與單片機(jī)電連接。
還設(shè)置有對(duì)應(yīng)載荷裝置的加載機(jī)構(gòu)，控制加載機(jī)構(gòu)的步進(jìn)電機(jī)通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與單片機(jī)電連接。在所述的轉(zhuǎn)軸上還固定設(shè)置有限位盤，限位盤上設(shè)置有限位塊，在機(jī)架左側(cè)上立板上設(shè)有正、反向行程開關(guān)，行程開關(guān)通過觸發(fā)器與單片機(jī)電連接。在實(shí)際運(yùn)行中，整機(jī)控制系統(tǒng)主要完成以下幾個(gè)動(dòng)作1、當(dāng)電磁離合器處于接合狀態(tài)時(shí)，直流電機(jī)在單片機(jī)系統(tǒng)的控制下，正(反)向轉(zhuǎn)動(dòng)和制動(dòng)，經(jīng)過減速器減速后，帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸正(反)向轉(zhuǎn)動(dòng)和制動(dòng)；2、當(dāng)電磁離合器從接合狀態(tài)變?yōu)榉蛛x狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)軸就處于自由狀態(tài)，此時(shí)，加載機(jī)構(gòu)的載荷就施加在試樣上，開始加載；3、當(dāng)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角超過允許范圍，限位盤上的限位塊就觸動(dòng)正(反)向行程開關(guān)，單片機(jī)接收到觸發(fā)信號(hào)，指令電磁離合器變?yōu)榻雍蠣顟B(tài)和直流電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)，使轉(zhuǎn)軸制動(dòng)；4、當(dāng)轉(zhuǎn)軸處于自由狀態(tài)時(shí)，給電磁離合器通額定電流，使其接合，由于蝸輪蝸桿減速器的反向自鎖功能，使轉(zhuǎn)軸制動(dòng)。
本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括力值和變形值采集系統(tǒng)力值采集系統(tǒng)由扭矩傳感器、信號(hào)放大電路、分檔衰減電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)系統(tǒng)及LED顯示屏等組成，當(dāng)電磁離合器處于接合狀態(tài)時(shí)，扭矩傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)軸承受的扭矩，從而間接測(cè)量載荷機(jī)構(gòu)的載荷或作用于試樣上的力值，力值信號(hào)經(jīng)過放大、衰減放大、A/D轉(zhuǎn)換后，被單片機(jī)采集處理，處理后的信號(hào)可以作為加載機(jī)構(gòu)控制程序的控制參數(shù)，可以存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM中，顯示在LED顯示屏上，并輸至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
變形值采集系統(tǒng)由編碼器、編碼器信號(hào)放大整形電路、辨向電路、計(jì)數(shù)器、單片機(jī)系統(tǒng)及LED顯示屏等組成，編碼器測(cè)量轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角，其信號(hào)經(jīng)放大、整形、辨向處理后，由計(jì)數(shù)器讀取，單片機(jī)對(duì)信號(hào)采集并處理，轉(zhuǎn)換為試樣的變形量，存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM中，顯示在LED顯示屏上，并輸至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，同時(shí)兼為試樣斷裂判斷程序的參數(shù)。
本機(jī)的加載控制程序是由單片機(jī)采集的測(cè)量力值與需要施加的載荷比較，在測(cè)量力值等于需要施加的載荷時(shí)，加載機(jī)構(gòu)停止加載。
在試驗(yàn)過程中，試樣斷裂判斷是單片機(jī)采集編碼器信號(hào)計(jì)算加載荷裝置的下降加速度，當(dāng)下降加速度接近自由落體加速度時(shí)，單片機(jī)控制電磁離合器接合，使轉(zhuǎn)軸制動(dòng)，在電磁離合器接合過程中，線圈電流由小到大逐漸變化，使摩擦片之間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，起到了緩沖的作用。
本發(fā)明的數(shù)據(jù)全息處理系統(tǒng)由變形值采集系統(tǒng)和配有數(shù)據(jù)處理軟件的計(jì)算機(jī)組成，數(shù)據(jù)處理軟件可以是Matlab、Origin、GT或Mathematics軟件，現(xiàn)將數(shù)據(jù)全息處理過程簡(jiǎn)述于下1、可求得應(yīng)變硬化指數(shù)nP、nυ和 隨ε的變化規(guī)律和僅有應(yīng)變硬化效應(yīng)的塑性本構(gòu)方程由變形值采集系統(tǒng)中可得到對(duì)應(yīng)于定載荷P(P1、P2、……)的一組試樣標(biāo)距瞬時(shí)長(zhǎng)度l與時(shí)間t的關(guān)系曲線，對(duì)應(yīng)于每條定載荷P曲線可求得對(duì)應(yīng)的模擬多項(xiàng)式 因變形速度υ=dldt]]>，于是由(1)式可得P～υ的關(guān)系式P=Σi=0nbiυi---(2)]]>因應(yīng)變速率ϵ·=υl]]>，于是由(1)式和(2)式可求得P～ 關(guān)系式P=Σi=0nciϵ·i---(3)]]>文獻(xiàn)[1]給出用實(shí)驗(yàn)變量表達(dá)應(yīng)變硬化指數(shù)n的測(cè)量公式nP＝ln(l/l0)(4)nυ=(1-dlgPdlgϵ·)lnll0---(5)]]>nϵ·=(dlgPdlgυ+1)lnll0---(6)]]>其中，l0為試樣標(biāo)距的初始長(zhǎng)度，應(yīng)變ϵ=ln(ll0)]]>，nP、nυ和 分別為定載荷P、恒速度υ和恒應(yīng)變速率 條件下測(cè)得應(yīng)變硬化指數(shù)，根據(jù)ϵ=ln(ll0)]]>、(1)～(3)式和(4)～(6)式便可求得nP～ε、nυ～ε和 ～ε的變化規(guī)律。引用文獻(xiàn)[1]給出nP、nυ和 的定義式nP=dlgσdlgϵ|P---(7)]]>nυ=dlgσdlgϵ|υ---(8)]]>nϵ·=dlgσdlgϵ|ϵ·---(9)]]>再把nP～ε代入(7)式，nυ～ε代入(8)式， ～ε代入(9)式，求解可得對(duì)應(yīng)的塑性拉伸變形的本構(gòu)方程
σP＝KPfP(ε，nP) (10)συ＝Kυfυ(ε，nυ) (11)σϵ·=Kϵ·fϵ·(ϵ,nϵ·)---(12)]]>2、可求得mP、mυ和ml隨 的變化規(guī)律和僅有應(yīng)變速率敏感性效應(yīng)的超塑性本構(gòu)方程文獻(xiàn)[2]給出用實(shí)驗(yàn)變量表達(dá)應(yīng)變速率敏感性指數(shù)m的測(cè)量公式mP=1dlgυdlgl-1---(13)]]>mυ=-(dlgPdlgl+1)---(14)]]>ml=dlgPdlgυ---(15)]]>由(1)式可得P～l關(guān)系式P=Σi=0ndili---(16)]]>因ϵ·=υl]]>，由(2)式和(3)式可得υ～l的關(guān)系式υ=Σi=0neili---(17)]]>把(17)式代入(13)式，把(16)式代入(14)式，把(2)式代入(15)式，再利用ϵ·=υl]]>便可求得mP～ 、mυ～ 和ml～ 的關(guān)系式。引用文獻(xiàn)[2]給出的m值定義式mP=dlgσdlgϵ·|P---(18)]]>mυ=dlgσdlgϵ·|υ---(19)]]>ml=dlgσdlgϵ·|l---(20)]]>把mP～ 、mυ～ 和ml～ 的關(guān)系式分別代入對(duì)應(yīng)的公式，求解可得僅有應(yīng)變速率敏感性效應(yīng)的超塑性本構(gòu)方程σP=KP′gP(ϵ·,mP)---(21)]]>συ=Kυ′gυ(ϵ·,mυ)---(22)]]>σϵ=Kϵ′gϵ(ϵ·,ml)---(23)]]>3、可求得具有應(yīng)變速率敏感性效應(yīng)的塑性本構(gòu)方程或具有應(yīng)變硬化效應(yīng)的超塑性本構(gòu)方程在恒溫條件下應(yīng)力σ只是ε和 的函數(shù)，故其狀態(tài)方程為σ=σ(ϵ,ϵ·)---(24)]]>對(duì)(24)式微分后，兩邊同除以σ，則有dlgσ=∂lgσ∂lgϵ|ϵ·dlgϵ+∂lgσ∂lgϵ·|ϵdlgϵ·---(25)]]>假設(shè)應(yīng)力σ為恒應(yīng)變應(yīng)力σε和恒應(yīng)變速率應(yīng)力 之積，即σ=σϵ·σϵ·---(26)]]>把(26)式代入(25)式，則得dlgσϵ+dlgσϵ·=∂lgσ∂lgϵ|ϵ·dlgϵ+∂lgσ∂lgϵ·|ϵdlgϵ·---(27)]]>把(10)式和(21)式代入(27)式，則得σP=KP·KP′fP(ϵ,nP)·gP(ϵ·,mP)---(28)]]>把(11)式和(22)式代入(27)式，則得συ=Kυ·Kυ′fυ(ϵ,nυ)·gυ(ϵ·,mυ)---(29)]]>在恒應(yīng)變?chǔ)诺那闆r下，(27)式便蛻化為(23)式，在恒應(yīng)變速率 的情況下，(27)式便蛻化為(12)式。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、可以穩(wěn)定、精確地施加任意的定載荷，不會(huì)受到象現(xiàn)有萬能材料試驗(yàn)機(jī)利用閉環(huán)控制施加載荷，而對(duì)結(jié)構(gòu)敏感性的試驗(yàn)材料產(chǎn)生不良的影響；2、利用編碼器可以精確地測(cè)定在變形載荷作用下的變形量；3、可以借助在定載荷作用下試樣變形速度和變形量之間的規(guī)律，求得材料在定變形載荷作用下的全方位力學(xué)信息；4、造價(jià)低、性能穩(wěn)定、所占空間小、對(duì)環(huán)境無污染，便于使用和維修；5、操作簡(jiǎn)便，對(duì)管理和操作人員沒有專門的技術(shù)要求。
圖2是圓盤式定載荷全息材料試驗(yàn)機(jī)的正視圖。
圖3是圖2的右側(cè)視剖面圖。
圖4是圓盤式定載荷全息材料試驗(yàn)機(jī)的鐵丸加載位置圖，圖5是圓盤式定載荷全息材料試驗(yàn)機(jī)的回丸位置圖。
圖6是圓盤式定載荷全息材料試驗(yàn)機(jī)加載機(jī)構(gòu)的鐵丸流量調(diào)節(jié)裝置(33)之結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖7是鐵丸流量調(diào)節(jié)裝置(33)閉合狀態(tài)示意圖。
圖8是鐵丸流量調(diào)節(jié)裝置(33)開啟狀態(tài)示意圖。
圖9是圖2中轉(zhuǎn)軸(27)至直流電機(jī)(21)間的連接結(jié)構(gòu)局部放大示意圖。
圖10是圖9中所示A向視圖。
圖11是定載荷全息材料試驗(yàn)的控制電路框圖。
圖12是圓盤式定載荷全息材料試驗(yàn)機(jī)的鐵丸流量控制程序框圖。
圖13是圓盤式定載荷全息材料試驗(yàn)機(jī)的試樣斷裂判斷程序框圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖給出的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
參照?qǐng)D2、圖3、圖9，圓盤式定載荷全息材料試驗(yàn)機(jī)由主機(jī)、試樣夾頭、力值和變形數(shù)據(jù)采集及計(jì)算機(jī)控制和數(shù)據(jù)全息處理系統(tǒng)所組成。其主機(jī)由設(shè)置在機(jī)架內(nèi)的載荷傳動(dòng)及其制動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。
所說的機(jī)架包括有底座(11)、兩側(cè)上立板(25)、下立板(14)、上橫板(19)、下橫板(31)、加強(qiáng)杠(28)；在機(jī)架兩側(cè)上立板(25)上通過滾動(dòng)軸承(50)設(shè)置一轉(zhuǎn)軸(27)，在轉(zhuǎn)軸(27)上分別固定設(shè)置小圓盤(2)和大圓盤(1)，轉(zhuǎn)軸(27)的左端通過對(duì)稱滑鍵連接摩擦式電磁離合器(24)的動(dòng)摩擦盤，固定在支架(20)上的直流電機(jī)(21)與蝸輪蝸桿減速器(22)的輸入軸相連接，減速器(22)的輸出軸上用平鍵固定連接扭矩傳感器(23)，扭矩傳感器(23)的端面與電磁離合器(24)的靜摩擦盤相連，鋼絲繩(4)的一端固接在大圓盤(1)的圓周上，并繞在大圓盤(1)的周槽上，其另一端繞過導(dǎo)向滑輪(3)垂掛連接盛載鐵丸的加載筒(5)做為載荷裝置；鋼絲繩(4.1)的一端固接在小圓盤(2)的圓周上，并與鋼絲繩(4)呈力偶向繞在小圓盤(2)的周槽上，其另一端繞過導(dǎo)向滑輪(3.1)與上夾頭(8)相連接；下夾頭(6)通過夾頭座(10)連接在機(jī)架的底座(11)上。
在轉(zhuǎn)軸(27)的右端設(shè)置光電編碼器(29)。編碼器(29)、扭矩傳感器(23)分別通過信號(hào)采集電路與單片機(jī)電連接。直流電機(jī)(21)通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與單片機(jī)電連接；電磁離合器(24)通過觸發(fā)器與單片機(jī)電連接。
加載筒(5)上部設(shè)置有加丸漏斗(37)、下部設(shè)有閥門(38)，加載筒(5)通過設(shè)置其兩側(cè)的直線軸承(17)與導(dǎo)桿(30)呈動(dòng)配合連接，導(dǎo)桿(30)的上下兩端分別固定在機(jī)架的上橫板(19)及底座(11)上。
鋼絲繩(4.1)是依次通過長(zhǎng)度調(diào)節(jié)器(18)、連接桿(16)、散熱板(15)與上夾頭(8)相連接的，連接桿(16)穿過固定在機(jī)架下橫板(31)上的直線軸承(17.1)。
為了實(shí)現(xiàn)試樣(7)在中溫、高溫條件下的性能測(cè)試，在對(duì)應(yīng)試樣位置處還設(shè)置有加熱爐(13)，加熱爐(13)通過鉸鏈(12)連接在機(jī)架下立板(14)上，下夾頭(6)上設(shè)置水冷卻器(9)。
參照?qǐng)D3，圓盤式定載荷全息材料試驗(yàn)機(jī)還設(shè)置有對(duì)應(yīng)加載筒(5)的加載機(jī)構(gòu)，該加載機(jī)構(gòu)由固定在支架(32)上的盛儲(chǔ)鐵丸(35)的鐵丸筒(34)、鐵丸流量調(diào)節(jié)裝置(33)組成，鐵丸筒(34)上部設(shè)有回丸漏斗(36)，下部設(shè)有流丸口(41)，流丸口(41)下端設(shè)置鐵丸流量調(diào)節(jié)裝置(33)。
參照?qǐng)D6，所述的鐵丸流量調(diào)節(jié)裝置(33)由以下方式組成遮擋在流丸口(41)處的擋丸板(42)后端連接在與導(dǎo)筒(43)呈滑動(dòng)配合的導(dǎo)芯(47)之前端上，在導(dǎo)芯(47)的盲腔內(nèi)設(shè)有彈簧導(dǎo)桿(45)及彈簧(46)，彈簧導(dǎo)桿(45)與一端固定在導(dǎo)筒(43)上的彈簧頂管(44)呈動(dòng)配合，步進(jìn)電機(jī)(49)軸上固定連接凸輪(48)，凸輪(48)的周緣抵接在導(dǎo)芯(47)的后端，步進(jìn)電機(jī)(49)通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與單片機(jī)電連接，步進(jìn)電機(jī)(49)通過支架(39)固定在鐵丸筒支架(32)上，導(dǎo)筒(43)通過導(dǎo)筒支架(40)固定在鐵丸筒支架(32)上。
圖7所示為步進(jìn)電機(jī)(49)軸轉(zhuǎn)角為Φ＝180°時(shí)，鐵丸流量調(diào)節(jié)裝置處于完全閉合狀態(tài)。圖8所示為步進(jìn)電機(jī)(49)軸轉(zhuǎn)角為Φ＝0°時(shí)，鐵丸流量調(diào)節(jié)裝置處于最大開啟狀態(tài)。
參照?qǐng)D4，進(jìn)行鐵丸加載過程是首先接合電磁離合器(24)，然后啟動(dòng)直流電機(jī)(21)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸(27)轉(zhuǎn)動(dòng)，將加載筒(5)降至加丸位置，把加丸漏斗(37)推至流丸口下方，啟動(dòng)加載控制程序、控制鐵丸的流量，使加載筒中鐵丸的重量達(dá)到需要的載荷，最后將加丸漏斗推回原位。
參照?qǐng)D5，回丸過程是，試驗(yàn)結(jié)束后，啟動(dòng)直流電機(jī)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，將加載筒升至回丸位置，將鐵丸筒的回丸漏斗推至加載筒下方，打開加載筒的閥門，讓鐵丸流回鐵丸筒，最后將回丸漏斗推回原位。
參照?qǐng)D9、圖10，在轉(zhuǎn)軸(27)上還固定設(shè)置有限位盤(26)，限位盤(26)上設(shè)置有限位塊(52)，在機(jī)架左側(cè)上立板(25)上設(shè)有正、反向行程開關(guān)(51)、(53)。行程開關(guān)(51)、(53)通過觸發(fā)器與單片機(jī)電連接。當(dāng)限位盤上的限位塊與正、反向行程開關(guān)接觸，并使其觸發(fā)，將轉(zhuǎn)軸(27)制動(dòng)。
參照?qǐng)D11，圓盤式定載荷全息材料試驗(yàn)機(jī)的控制電路由單片機(jī)系統(tǒng)、與PC機(jī)的串口通信電路、扭矩傳感器及其采集電路、編碼器及其采集電路、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電路、直流電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電路、電磁離合器及其控制電路、行程開關(guān)及其接口電路和鍵盤與LED顯示屏及其接口電路組成，單片機(jī)系統(tǒng)采用8031，附加指令存儲(chǔ)器ROM和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM，用來存儲(chǔ)試驗(yàn)控制指令和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，單片機(jī)與PC機(jī)采用RS232串行接口，用來傳送PC機(jī)的控制指令和單片機(jī)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，PC機(jī)可以實(shí)時(shí)顯示試驗(yàn)曲線，并能發(fā)出控制指令至單片機(jī)，電磁離合器與行程開關(guān)都用觸發(fā)器作為與單片機(jī)的接口。
參照?qǐng)D12，圓盤式定載荷全息材料試驗(yàn)機(jī)的鐵丸流量控制程序是，首先給扭矩傳感器的顯示力值清零，輸入需要施加的載荷值F，然后開始向加載筒注入鐵丸，程序采集扭矩傳感器的測(cè)量力值為P，判斷F與P的差值，根據(jù)差值量控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角Φ，從而控制鐵丸的流量，當(dāng)轉(zhuǎn)角Φ＝0°，鐵丸流量達(dá)到最大值，當(dāng)轉(zhuǎn)角Φ＝141°，鐵丸流量處于程序可控制的最小值，當(dāng)F＝P時(shí)，控制轉(zhuǎn)角Φ＝180°，鐵丸流量等于零。
參照?qǐng)D13，圓盤式定載荷全息材料試驗(yàn)機(jī)的試樣斷裂判斷程序是在試驗(yàn)過程中，在一定時(shí)間間隔Δt內(nèi)采集并處理編碼器的信號(hào)Δθ，并轉(zhuǎn)換為加載筒的下降量Δs＝Δθ×R，R為大圓盤的半徑，計(jì)算加載筒的下降加速度a＝Δs/Δt2，并判斷a＞9.0是否滿足，如果滿足，則觸發(fā)電磁離合器，使其接合，將轉(zhuǎn)軸制動(dòng)。
本發(fā)明圓盤式定載荷全息材料試驗(yàn)機(jī)的試驗(yàn)操作過程
定載荷拉伸試驗(yàn)過程首先進(jìn)行鐵丸的施加，加丸后，啟動(dòng)直流電機(jī)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使上、下夾頭處于裝夾試樣的位置，然后裝夾試樣，試樣裝夾好后，再啟動(dòng)直流電機(jī)，給試樣施加預(yù)拉力，然后斷電使電磁離合器處于分離狀態(tài)，這時(shí)就開始加載，在加載過程中，采集并記錄編碼器信號(hào)，PC機(jī)實(shí)時(shí)顯示試驗(yàn)曲線，當(dāng)試樣斷裂后，試樣斷裂判斷程序立即監(jiān)測(cè)，并制動(dòng)轉(zhuǎn)軸，避免加載筒的自由下落造成的沖擊，最后試驗(yàn)機(jī)回到初始位置，同時(shí)將加載筒的鐵丸回入鐵丸筒。
松弛試驗(yàn)過程在裝夾好試樣后，首先開始定載荷拉伸，單片機(jī)采集編碼器的信號(hào)，當(dāng)拉至某一位置時(shí)，單片機(jī)發(fā)出指令接合電磁離合器，使轉(zhuǎn)軸制動(dòng)，同時(shí)單片機(jī)采集扭矩傳感器的力值信號(hào)，并進(jìn)行處理和存儲(chǔ)，記錄力值與時(shí)間的關(guān)系曲線，當(dāng)試樣中的力值松弛至零時(shí)，停止試驗(yàn)，拆卸試樣，將加載筒的鐵丸回入鐵丸筒，試驗(yàn)結(jié)束。
權(quán)利要求
1.一種圓盤式定載荷全息材料試驗(yàn)機(jī)，由主機(jī)、試樣夾頭、力值和變形數(shù)據(jù)采集及計(jì)算機(jī)控制和數(shù)據(jù)全息處理系統(tǒng)所組成，其特征在于所述的主機(jī)由設(shè)置在機(jī)架內(nèi)的載荷傳動(dòng)及其制動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，即在機(jī)架的上立板(25)上通過滾動(dòng)軸承設(shè)置一轉(zhuǎn)軸(27)，在轉(zhuǎn)軸(27)上分別固定設(shè)置小圓盤(2)和大圓盤(1)，轉(zhuǎn)軸(27)的左端通過對(duì)稱滑鍵連接摩擦式電磁離合器(24)的動(dòng)摩擦盤，直流電機(jī)(21)與蝸輪蝸桿減速器(22)的輸入軸相連接，減速器(22)的輸出軸上用平鍵固定連接扭矩傳感器(23)，扭矩傳感器(23)的端面與電磁離合器(24)的靜摩擦盤相連，鋼絲繩(4)的一端固接在大圓盤(1)的圓周上，并繞在大圓盤(1)的周槽上，其另一端繞過導(dǎo)向滑輪(3)垂掛連接一載荷裝置，鋼絲繩(4.1)的一端固接在小圓盤(2)的圓周上，并與鋼絲繩(4)呈力偶向繞在小圓盤(2)的周槽上，其另一端繞過導(dǎo)向滑輪(3.1)與上夾頭(8)相連接，下夾頭(6)通過夾頭座(10)連接在機(jī)架底座(11)上；在轉(zhuǎn)軸(27)的右端設(shè)置光電編碼器(29)，編碼器(29)通過信號(hào)采集電路與單片機(jī)電連接；扭矩傳感器(23)通過信號(hào)采集電路與單片機(jī)電連接；直流電機(jī)(21)通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與單片機(jī)電連接；摩擦式電磁離合器(24)通過觸發(fā)器與單片機(jī)電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圓盤式定載荷全息材料試驗(yàn)機(jī)，其特征在于所述的載荷裝置為一盛載鐵丸的加載筒(5)，其上部設(shè)置有加丸漏斗(37)、下部設(shè)有閥門(38)，加載筒(5)通過設(shè)置其兩側(cè)的直線軸承(17)與導(dǎo)桿(30)呈動(dòng)配合連接，導(dǎo)桿(30)的上下兩端分別固定在機(jī)架的上橫板(19)與底座(11)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圓盤式定載荷全息材料試驗(yàn)機(jī)，其特征在于所述的鋼絲繩(4.1)是依次通過長(zhǎng)度調(diào)節(jié)器(18)、連接桿(16)、散熱板(15)與上夾頭(8)相連接，連接桿(16)穿過固定在機(jī)架下橫板(31)上的直線軸承(17.1)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圓盤式定載荷全息材料試驗(yàn)機(jī)，其特征在于對(duì)應(yīng)試樣位置處還設(shè)置有加熱爐(13)，加熱爐(13)通過鉸鏈(12)連接在機(jī)架下立板(14)上，所述的下夾頭(6)上設(shè)置水冷卻器(9)；
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種圓盤式定載荷全息材料試驗(yàn)機(jī)，其特征在于還設(shè)置有對(duì)應(yīng)加載筒(5)的加載機(jī)構(gòu)，該加載機(jī)構(gòu)由固定在支架(32)上的盛儲(chǔ)鐵丸(35)的鐵丸筒(34)、鐵丸流量調(diào)節(jié)裝置(33)組成，鐵丸筒(34)上部設(shè)有回丸漏斗(36)、下部設(shè)有流丸口(41)，流丸口(41)下端設(shè)置鐵丸流量調(diào)節(jié)器(33)；
6.根據(jù)權(quán)利要求1、5所述的一種圓盤式定載荷全息材料試驗(yàn)機(jī)，其特征在于所述的鐵丸流量調(diào)節(jié)裝置(33)由以下方式組成遮擋在流丸口(41)處的擋丸板(42)后端連接在與導(dǎo)筒(43)呈滑動(dòng)配合的導(dǎo)芯(47)之前端上，在導(dǎo)芯(47)的盲腔內(nèi)設(shè)有彈簧導(dǎo)桿(45)及彈簧(46)，彈簧導(dǎo)桿(45)與一端固定在導(dǎo)筒(43)上的彈簧頂管(44)呈動(dòng)配合，步進(jìn)電機(jī)(49)軸上固定連接凸輪(48)，凸輪(48)的周緣抵接在導(dǎo)芯(47)的后端，步進(jìn)電機(jī)(49)通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與單片機(jī)電連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圓盤式定載荷全息材料試驗(yàn)機(jī)，其特征在于所述的轉(zhuǎn)軸(27)上還固定設(shè)置有限位盤(26)，限位盤(26)上設(shè)有限位塊(52)，在機(jī)架左側(cè)上立板(25)上設(shè)有正、反向行程開關(guān)(51)、(53)，行程開關(guān)(51)、(53)通過觸發(fā)器與單片機(jī)電連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種定載荷條件下測(cè)試材料性能及變形規(guī)律的圓盤式定載荷全息材料試驗(yàn)機(jī)。它是在機(jī)架上的轉(zhuǎn)軸上固定一大圓盤和小圓盤，在大小圓盤上分別繞掛一鋼絲繩，大圓盤鋼絲繩垂掛載荷裝置，小圓盤垂掛試樣上夾頭，下夾頭與其對(duì)應(yīng)的固接在底座上，轉(zhuǎn)軸的一端通過摩擦式電磁離合器、扭矩傳感器與受直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)連接的蝸輪蝸桿減速器的輸出軸相連接，其另一端上設(shè)有編碼器，電磁離合器、電機(jī)、扭矩傳感器、編碼器均與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)連接。在離合器處于脫離狀態(tài)時(shí)，試樣即受載荷裝置的作用力實(shí)現(xiàn)拉伸試驗(yàn)，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采集、處理扭矩傳感器、編碼器的力值，變形信號(hào)得到有關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并對(duì)整機(jī)實(shí)行自動(dòng)化控制。該機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能優(yōu)越。
文檔編號(hào)G01N3/18GK1396442SQ0210977
公開日2003年2月12日 申請(qǐng)日期2002年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月3日
發(fā)明者宋玉泉, 管志平 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)