一种高温超导材料拉伸-弯曲混合加载测试实验装置的制作方法

本实用新型属于超导实验技术领域，具体涉及一种高温超导材料拉伸-弯曲混合加载测试实验装置。

背景技术：

超导现象作为20世纪最伟大的发现之一，已经广泛应用于工业、电力系统、电机、医疗、高能物理、交通、航空航天、军事等领域。高温超导的强电应用主要涉及大电流和高磁场。具体的产品包括高温超导故障限流器、储能装置、变压器、发电机、核磁共振、磁分离设备、电机、磁悬浮、电缆、电流引线、感应加热、高能加速器、电磁弹射系统、电磁炮、发动机、π介质发生器等。

伴随着超导材料技术的快速发展，现代超导磁体磁场的最高强度已由早期的0.5特斯拉增加到数十个特斯拉，但要是继续提高磁场的强度，其磁体间的洛伦兹力必将大大地提高，进而对超导材料的力学性能要求也大大提高。因此，从探索超导材料力学性能的角度出发，研究在极端复杂条件下（低温、强电磁场）超导材料的力学性能规律，提高超导磁体产生的背景磁场是当今工程界和学术界的迫切要求。

其中在低温（液氮环境）环境下研究超导带材的拉伸和弯曲组合变形具有重要意义，通过试验获取超导带材拉伸和弯曲组合变形下超导带材力学与超导性能，以指导我们更好的使用这些材料。现有的超导带材力学试验装置一般是在测试装置的下端设置半径测试轮，超导带材的一端固定于半径测试轮上，另一端连接拉力试验机，然后在不同载荷作用下测试该超导带材的各项参数。测试时，超导带材需要整体浸没于液氮之中，为了测试超导带材在不同拉伸和弯曲组合变形下超导带材力学与超导性能，需要更换直径不同的半径测试轮进行试验，但是由于装置浸没于液氮中，导致半径测试轮的更换较为困难。另外，由于拉力试验机下方的可操作空间有限，更换时必须从拉力试验机上撤下液氮杜瓦才能更换半径测试轮，影响了实验效率。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种高温超导材料拉伸-弯曲混合加载测试实验装置，目的在于解决现有实验装置的半径测试轮难于更换、实验效率不高的问题。为此，本实用新型采用如下技术方案：

一种高温超导材料拉伸-弯曲混合加载测试实验装置，包括：

固定块，所述固定块的顶端用于连接加载设备、底端设有T形槽；

夹紧件，所述夹紧件为两组并由绝缘材料构成，用于对测试带材的两端进行夹紧，所述夹紧件的顶部与T形槽相适配并可沿T形槽往复移动；

折叠桶，所述折叠桶位于固定块的下方，折叠桶的底端设有出液口，出液口上连接有连通管，连通管的另一端连接有储液桶，储液桶固定于升降装置上；

固定架，所述固定架位于折叠桶外，固定架上设有竖直向下的连杆，所述连杆的底端连接有水平设置的圆柱形固定柱，所述固定柱位于折叠桶内并与固定块相正对，且其轴向与T形槽相垂直；

半径测试轮，所述半径测试轮为圆筒状并套接于固定柱上，测试带材绕于半径测试轮上并使其产生弯曲变形。

进一步地，所述折叠桶为多级套筒结构，至少包括底筒和顶筒，所述底筒的筒壁为中空结构，且所述顶筒插接于底筒的筒壁内，当顶筒由底筒的筒壁伸出时可通过固定件与底筒相固定。

进一步地，所述升降装置包括支架、活动底板、上横梁、下横梁和丝杠，上横梁设于活动底板上方的支架上，下横梁设于活动底板下方的支架上，丝杠的上端固定于上横梁、下端固定于下横梁，活动底板水平设于支架之间，并与丝杠之间通过丝母连接，丝杠的一端上还连接有电机。

进一步地，所述折叠桶还包括中间筒，所述中间筒的筒壁为中空结构，顶筒插接于中间筒的筒壁内且中间筒插接于底筒的筒壁内，当顶筒和中间筒伸出时可通过固定件相固定。

进一步地，所述升降装置还设有导向杆，所述导向杆穿过活动底板并与丝杠平行设置，其上端固定于上横梁、下端固定于下横梁。

进一步地，所述夹紧件为两组并包括由绝缘材料构成的活动片和夹紧片，用于对测试带材的两端进行夹紧，所述活动片的顶部与T形槽相适配并可沿T形槽进行来回移动，活动片和夹紧片之间通过螺栓固定。

进一步地，所述固定件为固定销，所述固定销为多个且设于底筒之上的各个筒的筒壁上。

进一步地，所述驱动装置包括电机，所述电机与所述丝杠的一端相连接。

本实用新型的有益效果在于：在进行测试时向折叠桶内注入液氮，在一组测试完成后可将折叠桶内的液氮转入至储液桶内，然后将折叠桶折叠，可大大便利实验带材的更换和实验装置的调整，从而有效提高实验效率，而且实验用的液氮可重复使用，有效降低了实验成本；该实验装置结构简单，操作方便，便于调整实验装置。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型固定架和半径测试轮的结构示意图；

图3是本实用新型折叠筒的结构示意图；

图4是本实用新型固定块和活动片的侧视图；

图5是图3中A部的局部放大图；

图6是图1中B部的局部放大图；

图中：1-固定架，2-固定块，201-T型槽，3-活动片，4-夹紧片，5-螺栓，6-折叠桶，7-底筒，8-中间筒，9-顶筒，10-底筒腔，11-中间筒筒壁，12-中间筒腔，13-顶筒筒壁，14-密封圈，15-出液口，16-连通管，17-储液桶，18-支架，19-上横梁，20-下横梁，21-活动底板，22-丝杠，23-电机，24-导向杆，25-加载设备，26-夹持端，27-测试带材，28-固定销，29-半径测试轮，30-固定柱，31-丝母，32-连杆。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图1-5所示，一种高温超导材料拉伸-弯曲混合加载测试实验装置，包括固定架1、固定块2、夹紧件、半径测试轮29、折叠桶6和加载设备25等，具体结构如下：

固定块2主要起传递载荷的作用，其顶端连接加载设备25、底端设有T形槽201。夹紧件为两组包括由绝缘材料构成的活动片3和夹紧片4，用于对测试带材27的两端进行夹紧，活动片3的顶部与T形槽201相适配并可沿T形槽201进行往复移动，活动片3和夹紧片4之间通过螺栓5固定，实验时将测试带材27的两端分别固定于两个活动片3和夹紧片4之间，再使用螺栓5将活动片3和夹紧片4夹紧。

折叠桶6设于固定块2正下方加载设备25的底座上，折叠桶6的直径略大于半径测试轮29，折叠桶6为多层套筒结构，包括底筒7，中间筒8和顶筒9，底筒7和中间筒8的筒壁均为中空腔结构，中空的腔分别为底筒腔10和中间筒腔12，中间筒筒壁11插接于底筒腔10内，顶筒筒壁13插接于中间筒腔12内，中间筒8和顶筒9可折叠于底筒7内。中间筒8和顶筒9的侧壁上设有固定孔和固定销28（如图5所示），便于中间筒8和顶筒9拉起后进行固定。折叠桶6的底端设有出液口15，出液口15上连接有连通管16，连通管16的另一端连接有储液桶17，储液桶17设于升降装置上，其中连通管16应当采用可变形的软管。

固定架1位于折叠桶6外，固定架1上设有竖直向下的连杆32，连杆32的底端连接有水平设置的圆柱形固定柱30，固定柱30位于折叠桶6内并与固定块2相正对，且其轴向与T形槽201相垂直。半径测试轮29为圆筒状并套接于固定柱30上，测试带材27绕于半径测试轮29上并使其产生弯曲变形。

储液桶17底部升降装置的具体结构如下：升降装置包括支架18、活动底板21、上横梁19、下横梁20、导向杆24和丝杠22，上横梁19设于活动底板21上方的支架18上，下横梁20设于活动底板21下方的支架18上。丝杠22竖直设置，其上端固定于上横梁19、下端固定于下横梁20。活动底板21水平设于支架18之间，活动底板21与丝杠22的连接处设有丝母31，丝杠22的一端还连接有电机23。导向杆24穿过活动底板21并与丝杠22平行设置，其上端固定于上横梁19、下端固定于下横梁20。

本实用新型中的加载设备25可以选用普通的万能拉力试验机，实验时将固定架1横跨于万能拉力试验机的两侧，另外，由于液氮的温度非常低，因此连通管16应当选用低温绝热管，低温绝热管曲率半径小，保温效果好，使用时管的外表面不结冰、不结霜。

本实用新型的工作原理如下：

储液桶17与折叠桶6通过连通管16形成一个连通器，在一组测试结束后，需要更换不同大小的半径测试轮29进行重新测试，因为折叠桶6内盛放有液氮，导致更换困难。这时可以控制电机23转动，电机23带动丝杠22转动，丝杠22带动活动底板21向下运动，使得储液桶17的高度低于折叠桶6的高度，折叠桶6内的液氮可以在重力作用下通过连通管16流入到储液桶17中，这样就腾空折叠桶6中的液氮便于更换半径测试轮29。导向杆24主要起辅助导向作用，可以使储液桶17的上下移动更加平顺。

测试超导带材时，首先在将测试带材27的两端通过夹紧件夹紧，测试带材27绕于半径测试轮29上，然后通过固定块2上的T型槽201调节活动片3的位置，使测试带材27的两边竖直并与半径测试轮29相切，固定块2的上端连接加载设备25。然后将折叠桶6中间筒8和顶筒9全部拉起，并通过固定销28固定，然后控制电机23将储液桶17移动至支架18上方位置，再向折叠桶6内注入液氮，液氮的液面应当浸没整个测试带材27。然后按照实验要求开展实验，待一组测试结束后，控制电机23将储液桶17移动至支架18下方位置，使得折叠桶6内的液氮在重力作用下流入到储液桶17内。然后取下固定销28并将折叠桶6中间筒8和顶筒9折叠，折叠之后便可以在加载设备25上留出更大的操作空间，便于更换半径测试轮29。待半径测试轮29更换结束后，将中间筒8和顶筒9全部拉起，并通过固定销28固定，然后控制电机23将储液桶17移动至支架18上方位置，储液桶17内的液氮便在重力作用下重新流入到折叠桶6中，然后继续进行实验，如此往复。

需要说明的是，以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为对本实用新型的保护范围。