专利名称：一种蠕变-疲劳交互作用试验装置及其载荷加卸载方法
技术领域：
本发明涉及一种金属材料的蠕变-疲劳性能检测试验装置及采用该装置的方法，适用于检测材料在蠕变-疲劳交互作用条件下的性能，属于高温材料技术领域。
背景技术：
发电设备、石油化工和航空航天高温部件常在高温下承受周期性力，在运行过程中其材料或结构受到蠕变-疲劳交互作用。蠕变损伤和疲劳损伤具有不同的损伤机理，两者交互作用下的损伤情况非常复杂，必须通过试验了解掌握材料在蠕变-疲劳交互作用下的行为。目前采用比较多的蠕变-疲劳交互作用试验装置有电子疲劳试验机和电液伺服试验机两种，都是采用电子负荷传感器控制力的变化。这两种试验机能够进行蠕变-疲劳交互作用试验，但试验时间一般较短。由于应用于发电设备等高温长时运行装置的蠕变-疲劳交互作用试验一般均为高温长时试验，试验台时通常需要达到几千小时，甚至几万或几十万小时，对上述试验机的负荷传感器的零飘和长时稳定性提出了很大的挑战。目前，电子负荷传感器由于电子干扰和电子元件老化等引起的力值变化在长期试验过程中难以测定， 可能导致试验结果的可靠性问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种试验装置，该试验装置是对常规的杠杆式蠕变持久试验机进行改造，使其具有循环加卸载功能，增加进行蠕变-疲劳交互作用试验的功能。本发明的另一个目的是提供了一种采用该装置的方法。为了达到上述目的，本发明的一个技术方案提供了一种蠕变-疲劳交互作用试验装置，包括杠杆，杠杆的一端与设于高温加热炉内的试样相连，另一端连接上吊杆，上吊杆连接下吊杆，在上吊杆及下吊杆上分别设有上砝码托盘及下砝码托盘，上砝码及下砝码分别设于上砝码托盘及下砝码托盘上，加卸载托盘位于下砝码托盘的下方，加卸载托盘设于加卸载传动机构上，试样通过拉杆连接调平传动机构，其特征在于杠杆与上吊杆相连的端部与调平用位移传感器相连，调平用位移传感器连接可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器分别连接一变频电机机构，调平传动机构及加卸载传动机构分别由一变频电机机构驱动。优选地，所述变频电机机构为相连的电机及变频器，变频器与所述可编程逻辑控制器相连，电机驱动所述调平传动机构和/或加卸载传动机构。优选地，所述变频电机机构为具有变频功能的变频电机。优选地，所述上吊杆与所述下吊杆之间通过销子相连。本发明的另一个技术方案是提供了一种采用了上述蠕变-疲劳交互作用试验装置的载荷加卸载方法，其特征在于，步骤为
步骤1、采用高温加热炉将试样加热到试验所需温度；
步骤2、根据试验应力及应力比计算最大载荷和最小载荷，其中最小载荷由加载在上砝码托盘的上砝码的重量实现，最大载荷由包括最小载荷、下吊杆的重量和下砝码托盘的重量以及加载在下砝码托盘上的下砝码的重量实现；
步骤3、卸载时，通过变频电机机构带动加卸载托盘向上移动，托起下砝码托盘及其上的上砝码，使得试样仅受最小载荷作用；
加载时，通过变频电机机构带动加卸载托盘向下移动，使得下吊杆与上吊杆之间形成进行刚性连接，从而使得试样受最大载荷，由可编程逻辑控制器控制变频电机机构的速率， 也可以控制加载与卸载之间的时间间隔，从而可以执行不同保持时间和加卸载速率的蠕变-疲劳交互作用试验；
同时在整个试验过程中，由调平用位移传感器实时反馈杠杆的位置信息给可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器根据反馈信息，及时控制与调平传动机构相连的变频电机机构进行正转或反转以保持杠杆处于水平状态。本发明可采用两种方案一种是采用可编程逻辑控制器PLC控制变频器，变频器控制加卸载电机的转速及正反转；另一种是通过可编程逻辑控制器PLC直接控制具有变频功能的变频电机的转速及正反转。加卸载电机的正转和反转会分别加载和卸载部分载荷， 从而改变试验载荷。通过控制加卸载电机的转速来控制加卸载速率，从而达到蠕变-疲劳试验所需的循环载荷效果。此外，本发明对整个调平装置进行了改进，通过位移传感器实时反馈杠杆水平情况，采用可编程逻辑控制器PLC控制调平电机和变频器或是具有变频功能的电机的运转，使得杠杆在试验过程中处于水平状态。本发明只需要对常规的杠杆式蠕变持久试验机进行加卸载改造和改进控制系统就可增加蠕变-疲劳交互作用长期试验功能，改造成本低，且易实现。同时由于试验力是由砝码通过杠杆系统施加的，力值变化通过加卸载砝码实现，所以力值变化可靠，不受电子干扰和老化影响，具有杠杆式蠕变持久试验机力值稳定、变化可靠等优点；另外，本发明采用位移传感器进行杠杆调平控制，相对于传统的采用光电限位开关控制技术来说控制精度更尚O本发明亦可用于蠕变持久试验机的制造，以增加蠕变-疲劳交互作用试验功能。
图1为本发明提供的一种蠕变-疲劳交互作用试验装置的示意图； 图2为本发明提供的另一种蠕变-疲劳交互作用试验装置的示意图； 图3为图1和图2的吊杆局部放大示意图。其中1-杠杆，2-高温加热炉，3-试样，4-拉杆，5-调平传动机构，6-调平电机 ，7-第一变频器，8-加卸载电机，9-第二变频器，10-加卸载传动机构，11-加卸载托盘， 12-下砝码托盘，13-砝码，14-下吊杆，15-可编程逻辑控制器PLC，16-上砝码托盘，17-砝码，18-上吊杆，19-调平用位移传感器，20-销子，21-调平用变频电机，22-加卸载用变频电机。
具体实施例方式为使本发明更明显易懂，兹以一优选实施例，并配合附图作详细说明如下。如图1所示，本发明提供的一种蠕变-疲劳交互作用试验装置包括杠杆1，杠杆1的一端通过拉杆与设于高温加热炉2内的试样3相连，另一端连接上吊杆18，上吊杆18通过销子20连接下吊杆14，在上吊杆18及下吊杆14上分别设有上砝码托盘16及下砝码托盘12，上砝码17及下砝码13分别设于上砝码托盘16及下砝码托盘12上，加卸载托盘11 位于下砝码托盘12的下方，加卸载托盘11设于加卸载传动机构10上，加卸载传动机构10 连接加卸载电机8，加卸载电机8连接第二变频器9，试样3通过拉杆4连接调平传动机构 5，调平传动机构5连接调平电机6，调平电机6连接第一变频器7，杠杆1与上吊杆18相连的端部与调平用位移传感器19相连，调平用位移传感器19连接可编程逻辑控制器15，可编程逻辑控制器15连接第二变频器9及第一变频器7。如图2所示，其中，可以将加卸载电机8与第二变频器9合并为具有变频功能的变频电机，即加卸载用变频电机22，可以将调平电机6与第一变频器7也合并为具有变频功能的变频电机，即调平用变频电机21.
当然，本领域技术人员也可以根据需要，选择将加卸载电机8与第二变频器9或调平电机6与第一变频器7中的任意一对进行合并，而不像图2所描述的那样同时合并。如图3所示，上吊杆18与下吊杆14之间通过销子20相连。若采用如图2所示的设备，则其载荷加卸载方法的方法为
试验机改造时已对上吊杆18进行配平处理。在进行蠕变-疲劳试验时，在拉杆4上安装试样3，并采用高温加热炉2将试样加热到试验所需温度并保温。根据试验应力及应力比计算最大载荷和最小载荷，其中最小载荷即为加载在上砝码托盘16的上砝码17，最大载荷包括最小载荷、下吊杆14和下砝码托盘12以及加载在下砝码托盘12的下砝码13。通过可编程逻辑控制器15设置试验相关的参数，通过第一变频器7控制加卸载电机8带动加卸载托盘11进行循环加卸载操作。卸载时，加卸载电机8带动加卸载托盘11向上移动，托起下砝码托盘12及其上的上砝码13，使得试样3仅受最小载荷作用；加载时，加卸载电机8带动加卸载托盘11向下移动，使得下吊杆14与上吊杆18 之间通过销子20进行刚性连接，从而使得试样3受最大载荷。可编程逻辑控制器15控制第二变频器9可以控制加卸载电机8的速率，也可以控制加载与卸载之间的时间间隔，从而可以执行不同保持时间和加卸载速率的蠕变-疲劳交互作用试验。同时在整个试验过程中，调平用位移传感器19实时反馈杠杆1的位置信息给可编程逻辑控制器15，后者根据反馈信息，及时控制调平电机6进行正转或反转保持杠杆处于水平状态。
权利要求
1.一种蠕变-疲劳交互作用试验装置，包括杠杆(1)，杠杆(1)的一端与设于高温加热炉(2)内的试样(3)相连，另一端连接上吊杆(18)，上吊杆(18)连接下吊杆(14)，在上吊杆 (18)及下吊杆(14)上分别设有上砝码托盘(16)及下砝码托盘(12)，上砝码(17)及下砝码(13)分别设于上砝码托盘(16)及下砝码托盘(12)上，加卸载托盘(11)位于下砝码托盘 (12)的下方，加卸载托盘(11)设于加卸载传动机构(10)上，试样(3)通过拉杆(4)连接调平传动机构(5)，其特征在于杠杆(1)与上吊杆(18)相连的端部与调平用位移传感器(19) 相连，调平用位移传感器(19)连接可编程逻辑控制器(15)，可编程逻辑控制器(15)分别连接一变频电机机构，调平传动机构(5)及加卸载传动机构(10)分别由一变频电机机构驱动。
2.如权利要求1所述的一种蠕变-疲劳交互作用试验装置，其特征在于所述变频电机机构为相连的电机及变频器，变频器与所述可编程逻辑控制器(15)相连，电机驱动所述加卸载传动机构(10)。
3.如权利要求1所述的一种蠕变-疲劳交互作用试验装置，其特征在于所述变频电机机构为相连的电机及变频器，变频器与所述可编程逻辑控制器(15)相连，可编程逻辑控制器(15与调平用位移传感器(19)相连，电机驱动所述调平传动机构(5)。
4.如权利要求1所述的一种蠕变-疲劳交互作用试验装置，其特征在于所述变频电机机构为具有变频功能的变频电机。
5.一种采用了如权利要求1所述的蠕变-疲劳交互作用试验装置的载荷加卸载方法， 其特征在于，步骤为步骤1、采用高温加热炉(2)将试样(3)加热到试验所需温度并保温；步骤2、根据试验应力及应力比计算最大载荷和最小载荷，其中最小载荷由加载在上砝码托盘(16)的上砝码(17)的重量实现，最大载荷由包括最小载荷、下吊杆(14)的重量和下砝码托盘(12)的重量以及加载在下砝码托盘(12)上的下砝码(13)的重量实现；步骤3、卸载时，通过变频电机机构带动加卸载托盘(11)向上移动，托起下砝码托盘 (12)及其上的上砝码(13)，使得试样(3)仅受最小载荷作用；加载时，通过变频电机机构带动加卸载托盘(11)向下移动，使得下吊杆(14)与上吊杆 (18)之间形成进行刚性连接，从而使得试样(3)受最大载荷，由可编程逻辑控制器(15)控制变频电机机构的速率，也可以控制加载与卸载之间的时间间隔，从而可以执行不同保持时间和加卸载速率的蠕变-疲劳交互作用试验；同时在整个试验过程中，由调平用位移传感器(19)实时反馈杠杆(1)的位置信息给可编程逻辑控制器(15)，可编程逻辑控制器(15)根据反馈信息，及时控制与调平传动机构 (5)相连的变频电机机构进行正转或反转以保持杠杆(1)处于水平状态。
全文摘要
本发明提供了一种蠕变-疲劳交互作用试验装置，包括杠杆，杠杆的一端与设于高温加热炉内的试样相连，另一端连接上吊杆，上吊杆连接下吊杆，加卸载托盘位于下砝码托盘的下方，试样通过拉杆连接调平传动机构，其特征在于杠杆与上吊杆相连的端部与调平用位移传感器相连，可编程逻辑控制器分别连接一变频电机机构，调平传动机构及加卸载传动机构分别由一变频电机机构驱动。本发明的另一个技术方案是提供了一种采用上述设备的方法。本发明的成本较低，易实现，具有杠杆式蠕变持久试验机力值稳定、变化可靠等优点；另外，本发明采用位移传感器进行杠杆调平控制，相对于传统的采用光电限位开关控制技术来说控制精度更高。
文档编号G01N3/34GK102419288SQ20111042296
公开日2012年4月18日 申请日期2011年12月16日 优先权日2011年12月16日
发明者侍克献, 孙康, 杨昌顺, 林富生, 符锐, 马云海 申请人:上海发电设备成套设计研究院