专利名称：一种施加张力和压力的液压夹头装置的制作方法
技术领域：
本发明属于机械技术领域，特别涉及一种施加张力和压力的液压夹头装置。
背景技术：
目前，在实际工业生产中，无论大型设备或小型设备，凡是涉及机械传动方面的， 都有可能碰到要求对工件或试样夹紧并施加张力或压力的情况，并且要求夹头能够快速夹紧、快速卸载；特别在实验室条件下，利用模拟试验机对材料进行模拟性试验是研究材料工艺流程、物理性能与组织性能的的主要手段，而有很多试验机要求对试样进行快速夹紧、快速卸载并施加张力或压力，对力要有精确、快速的控制。实验室中的实验机多数功能单一， 比如做拉伸试验有拉伸实验机、做压缩试验有压缩实验机，有的实验机虽然既能拉伸又能压缩，但还需要更换夹头，对拉伸试样与压缩试样的形状要求也不一样；对于类似研究镀层的实验，当对试样完成加热后，还需要在极短的时间内快速卸载试样，进行下一步的实验。 因此开发一种能够快速进行夹持卸载转换及拉伸压缩转换的劫持装置是目前急需解决的问题。
发明内容
针对现有技术不能同时具备施加张力和压力的问题，本发明提供一种施加张力和压力的液压夹头装置，能够实现对试样的快速夹持卸载转换和拉伸压缩转换。本发明的施加张力和压力的液压夹头装置包括基座和两套液压夹头组件，其中基座上相对装配有第一液压夹头组件和第二液压夹头组件，每套液压夹头组件主要由夹头外壳、鹰嘴夹头和活塞缸组成，夹头外壳与活塞缸通过螺钉连接固定；鹰嘴夹头装备于夹头外壳的活塞夹头通道前部，鹰嘴夹头尾部与活塞杆的前部均通过销轴连接。上述装置中的活塞缸由内缸、外缸、内缸底座、活塞杆和活塞组成；内缸内壁和外壁上分别设有环形内凸台和环形外凸台，外缸套在内缸外并在环形外凸台的两侧形成两个外缸油腔，外缸侧壁上设有两个外油孔分别与两个外缸油腔连通；内缸一端固定在内缸底座上，内壁与活塞密封连接，活塞与活塞杆为一体结构，活塞杆与环形内凸台密封连接，在活塞的两侧的内缸内部形成两个内缸油腔，内缸侧壁上设有两个内油孔分别与两个内缸油腔连通；活塞杆在环形内凸台外的部分插入活塞夹头通道内，活塞杆顶端设有一个销轴孔， 销轴同时插入活塞杆的销轴孔和鹰嘴夹头的销轴孔，鹰嘴夹头的前端接触夹头外壳的内壁；两个外缸同时固定在基座上。上述装置中夹头外壳与活塞缸连接的一端为后端，远离活塞缸的一端为前端。上述装置的两个内缸油腔中，与内缸底座连接的内缸油腔为后内油腔，与环形内凸台接触的内缸油腔为前内油腔。上述装置的两个外缸油腔中，靠近鹰嘴夹头方向的外缸油腔为前外油腔，远离鹰嘴夹头方向的外缸油腔为后外油腔。上述装置中两个鹰嘴夹头相对设置。
上述装置中的两套液压夹头组件的内缸上分别设置一个位移传感器，位移传感器的套杆固定在内缸上，位移传感器的芯杆固定在基座上。上述装置中活塞夹头通道与夹头外壳的两端连通，销轴通道与活塞夹头通道连通，活塞通道前端的侧壁上内设有两个夹头槽，鹰嘴夹头位于夹头槽内，鹰嘴夹头和夹头槽均为楔形，当鹰嘴夹头向前端移动时，受夹头槽挤压使鹰嘴夹头收紧夹住试样。上述装置中夹头外壳与环形内凸台之间有间隙。上述装置中其中一套液压夹头组件的内缸与夹头外壳通过螺栓固定；另一套液压夹头组件的内缸与夹头外壳之间设有两个力传感器，力传感器的两端分别与夹头外壳和内缸通过螺栓固定。本发明的施加张力和压力的液压夹头装置的使用方法为
1、将液压夹头组件的内油孔及外油孔与油泵控制系统连通，两套液压接头组件同时连接一个油泵控制系统或者分别连接一个油泵控制系统；
2、将待处理的试样放置在两个鹰嘴夹头之间；
3、通过油泵控制系统控制两套液压夹头组件的油腔，使后外油腔的油压大于前外油腔的油压，推动两个内缸以及鹰嘴夹头向试样方向移动；
4、当试样的两端位于两组鹰嘴夹头之间时，通过油泵控制系统控制两套液压夹头组件的后内油腔的油压大于前内油腔的油压，推动活塞以及活塞杆向鹰嘴夹头方向移动，活塞杆带动鹰嘴夹头向试样的方向移动，受夹头槽内壁的挤压作用收紧，将试样夹紧；
5、当需要对试样进行压缩时，重复进行步骤3的动作，推动两个鹰嘴夹头向试样方向移动，将试样压缩；
6、当需要将试样进行拉伸时，通过油泵系统控制两套液压夹头组件的前外油腔的油压大于后外油腔的油压，推动两个内缸以及鹰嘴夹头向远离试样的方向移动，将试样拉伸；
7、当需要快速转换对试样的拉伸和压缩动作时，通过油泵系统控制转换两个环形外凸台两端油腔的油压，能够实现拉伸和压缩的快速切换；
8、当需要对压缩和拉伸的张力进行精确控制时，将力传感器通过信号传导系统与PLC 控制系统连接，将位移传感器通过信号传导系统与PLC控制系统连接，再将油泵控制系统与PLC控制系统通过信号传导系统连接；通过PLC控制系统控制两套液压夹头组件的两个外油腔的油压变化，进而精确控制对试样的拉伸力和压缩力。本发明的装置能够设置在热镀锌模拟实验机中，并采用接触式电阻加热的方式对试样进行加热，具体方法为在鹰嘴夹头和内缸接触的部分用绝缘垫隔断，固定鹰嘴夹头与内缸的螺栓用绝缘垫将鹰嘴夹头与螺栓隔断，同时在销轴和内缸上的销轴孔之间用绝缘垫隔断，将两个夹头外壳各自通过钢箔连接一个电极，将两个电极分别与电源的两端连通，再将电源通过信号传导系统与PLC控制系统连接；为了提高电极之间的导电效果，在鹰嘴夹头和夹头外壳之间设置铜板；使用时通过电源控制在两个夹头和试样之间形成回路，通过 PLC控制系统控制加热过程中试样的温度。本发明通过在鹰嘴夹头一端装配了内外两层液压缸，能够实现对试样的拉伸、压缩或拉伸与压缩的快速转换，并能够通过PLC控制系统以及力传感器、位移传感器对力有精确、快速的控制，实现试样加工的标准化要求，例如对于圆柱试样，无论是拉伸还是压缩， 将试样加工成一个规格即可，极大地提高拉伸和压缩试验效率，节约试验成本。
本发明的施加张力和压力的液压夹头装置应用范围十分广泛，例如传统的热镀锌模拟试验机中，由于不能对张力进行精确细致的控制，加热后的试样发生板形瓢曲问题是其重大技术难点，采用本发明的装置即可克服板形瓢曲问题；另外本发明的装置还可以用于自动生产线的机构手传动装置。
图1为本发明实施例1中的施加张力和压力的液压夹头装置俯视结构示意图； 图2为本发明实施例2中的施加张力和压力的液压夹头装置俯视结构示意图中1、基座，2、I活塞杆，3、I活塞，4、I内缸，4-1、I环形外凸台，4-2、I环形内凸台，5、I外缸侧壁，6、I外缸后板，7、I外缸前板，8、I内缸底座，9、I后内油腔，10、I前内油腔，11、I后外油腔，12、I前外油腔，13、I前内油孔，14、I后内油孔，15、I后外油孔， 16、I前外油孔，17、I夹头外壳，18、I鹰嘴夹头，19、I销轴，20、I销轴通道，21、I销轴解除通道，22、I绝缘垫，23、位移传感器套杆，24、位移传感器芯杆，25、I限位螺栓，26、I固定螺栓，27、I活塞夹头通道，30、试样，31、I油泵控制系统，32、II油泵控制系统，33、PLC 控制系统，34、I绝缘垫，202、II活塞杆，203、II活塞，204、II内缸，204-1、I环形外凸台， 204-2、I环形内凸台，205、II外缸侧壁，206、II外缸后板，207、II外缸前板，208、II底座， 209、II后内油腔，210、II前内油腔，211、II后外油腔，212、II前外油腔，213、II前内油孔， 214、II后内油孔，215、II后外油孔，216、II前外油孔，217、II夹头外壳，218、II鹰嘴夹头， 219、II销轴，220、II销轴通道，221、II销轴解除通道，222、II绝缘垫，225、II限位螺栓，2洸、 II固定螺栓，227、II活塞夹头通道，228、力传感器，229、力传感器螺栓，234、II绝缘垫。
具体实施例方式本发明实施例中采用的力传感器为上海聚人电子科技公司RSS05力传感器； 本发明实施例中采用的位移传感器为德国N0V0TECHINK-TS位移传感器。实施例1
施加张力和压力的液压夹头装置结构如图1所示，基座1固定I #和11 #液压夹头组件，I #夹头组件的外缸由I外缸侧壁5、I外缸后板6和I外缸前板7组成，I外缸后板6 和I外缸前板7与I内缸4滑动密封连接，I外缸侧壁5与I环形外凸台4-1滑动密封连接；
I内缸4底部固定在I内缸底座8上，I内缸底座8上设有I限位螺栓25 ； I限位螺栓25与I内缸底座8通过螺纹连接，I限位螺栓25的前端插入I内缸4内部的I后内油腔9中；
I内缸4内壁与I活塞3滑动密封连接，I活塞3与I活塞杆2为一体结构，I活塞杆 2的侧壁与I环形内凸台4-2滑动密封连接；
I活塞杆2插入I活塞夹头通道27内，I活塞杆2前端设有销轴孔，I销轴19同时插入I活塞杆2的销轴孔和I鹰嘴夹头18的销轴孔；
I鹰嘴夹头18位于I活塞夹头通道27内，I鹰嘴夹头18前端接触I夹头外壳17的内壁；
I夹头外壳17的后端插入I内缸4内；I夹头外壳17上还设有I销轴通道20和I销轴解除通道21，两个通道均与I活塞夹头通道27连通，I夹头外壳17与I环形内凸台4-2 之间有间隙；
I内缸4的前端通过I固定螺栓沈与I夹头外壳17固定在一起，I夹头外壳17的后部插入到I内紅4内；
I外缸侧壁5和I内缸4之间的I后外油腔11和I前外油腔12分别在I环形外凸台 4-1的两侧，I后外油腔11与I后外油孔15连通，I前外油腔12与I前外油孔16连通； I内缸4内部的I后内油腔9和I前内油腔10分别在I活塞3的两侧，I后内油腔9 与I后内油孔14连通，I前内油腔10与I前内油孔13连通；
I内缸4上设置一个位移传感器，包括位移传感器套杆23和位移传感器芯杆对，位移传感器套杆23固定在I内缸4上，位移传感器芯杆M固定在基座1上；
I活塞夹头通道27与I夹头外壳17的两端连通，I销轴通道20和I销轴解除通道 21同时与I活塞夹头通道27连通，并且I销轴通道20和I销轴解除通道21两者的轴线重合，I活塞夹头通道27前端的侧壁上内设有两个夹头槽，I鹰嘴夹头18位于夹头槽内，I 鹰嘴夹头18和夹头槽均为楔形，当I鹰嘴夹头18向前端移动时，受夹头槽挤压使I鹰嘴夹头18收紧夹住试样；
销轴通道用于将销轴放置到活塞杆和鹰嘴夹头的销轴孔内，销轴解除通道用于需要将销轴从鹰嘴夹头和内缸上取出时，通过棒状物体插入销轴接触通道内，将销轴顶出；
II #夹头组件与I #夹头组件的不同点在于II内缸204上不设置位移传感器，II夹头外壳217和II内缸204之间设有两个力传感器228，力传感器2 的两端分别通过II固定螺栓2 和力传感器螺栓229固定在II内缸204和II鹰嘴夹头218上，II夹头外壳217的后部插入到II内缸204内；其余部分II #夹头组件与I #夹头组件的结构相同；
上述的两个夹头组件中的I #夹头组件的I外缸侧壁5和II #夹头组件的II外缸侧壁 205通过螺栓同时固定在基座1上，I鹰嘴夹头18和II鹰嘴夹头218相对设置；
位移传感器和两个力传感器均通过信号传导系统与PLC控制系统33连接，II #夹头组件的两个内油孔和两个外油孔同时与II油泵控制系统32通过管道连通，I #夹头组件的两个外油孔和两个内油孔同时与I油泵控制系统31通过管道连通，两个油泵控制系统通过信号传导系统与PLC控制系统33连接； 工作方法为
1、将液压夹头组件的内油孔及外油孔与油泵控制系统连通，两套液压接头组件同时连接一个油泵控制系统或者分别连接一个油泵控制系统；
2、将待处理的试样放置在两个鹰嘴夹头之间；
3、通过油泵控制系统控制两套液压夹头组件的油腔，使后外油腔的油压大于前外油腔的油压，推动两个内缸以及鹰嘴夹头向试样方向移动；
4、当试样的两端位于两组鹰嘴夹头之间时，通过油泵控制系统控制两套液压夹头组件的后内油腔的油压大于前内油腔的油压，推动活塞以及活塞杆向鹰嘴夹头方向移动，活塞杆带动鹰嘴夹头向试样的方向移动，受夹头槽内壁的挤压作用收紧，将试样夹紧；
5、当需要对试样进行压缩时，重复进行步骤3的动作，推动两个鹰嘴夹头向试样方向移动，将试样压缩；
6、当需要将试样进行拉伸时，通过油泵系统控制两套液压夹头组件的前外油腔的油压大于后外油腔的油压，推动两个内缸以及鹰嘴夹头向远离试样的方向移动，将试样拉伸；
7、当需要快速转换对试样的拉伸和压缩动作时，通过油泵系统控制转换两个环形外凸台两端油腔的油压，能够实现拉伸和压缩的快速切换；
8、当需要对压缩和拉伸的张力进行精确控制时，将力传感器通过信号传导系统与PLC 控制系统连接，将位移传感器通过信号传导系统与PLC控制系统连接，再将油泵控制系统与PLC控制系统通过信号传导系统连接；通过PLC控制系统控制两套液压夹头组件的两个外油腔的油压变化，进而精确控制对试样的拉伸力和压缩力。 实施例2
施加张力和压力的液压夹头装置结构同实施例1，不同点在于(1)两个夹头外壳前端的内壁上铺设有铜板，铜板同时与鹰嘴夹头和夹头外壳接触，能够提高加热时的导电效果； (2)在两套液压夹头组件中，鹰嘴夹头和内缸接触的部分分别用I绝缘垫34和II绝缘垫 234隔断，固定鹰嘴夹头与内缸的螺栓用绝缘垫将鹰嘴夹头与螺栓隔断，同时在销轴和内缸上的销轴孔之间用绝缘垫隔断；固定力传感器与内缸的螺栓用绝缘垫将螺栓与内缸隔断；
使用时将两个夹头外壳各自通过钢箔连接一个电极，将两个电极分别与电源的两端连通，再将电源通过信号传导系统与PLC控制系统连接；将上述装置安装在热镀锌模拟实验机中，替换原有的镀锌模拟实验机上的夹持机构，两个夹头外壳通过钢箔分别与两个电极连接，两个电极分别连接电源的两极，通过电极直接对试样进行电加热，能够实现模拟镀锌过程，并且能够快速进行拉伸与压缩的转换。
权利要求
1.一种施加张力和压力的液压夹头装置，其特征在于基座上相对装配有第一液压夹头组件和第二液压夹头组件，每套液压夹头组件主要由夹头外壳、鹰嘴夹头和活塞缸组成，夹头外壳与活塞缸通过螺钉连接固定；鹰嘴夹头装备于夹头外壳的活塞夹头通道前部，鹰嘴夹头尾部与活塞杆的前部均通过销轴连接。
2.根据权利要求1所述的一种施加张力和压力的液压夹头装置，其特征在于活塞缸由内缸、外缸、内缸底座、活塞杆和活塞组成；内缸内壁和外壁上分别设有环形内凸台和环形外凸台，外缸套在内缸外并在环形外凸台的两侧形成两个外缸油腔，外缸侧壁上设有两个外油孔分别与两个外缸油腔连通；内缸一端固定在内缸底座上，内壁与活塞密封连接，活塞与活塞杆为一体结构，活塞杆与环形内凸台密封连接，在活塞的两侧的内缸内部形成两个内缸油腔，内缸侧壁上设有两个内油孔分别与两个内缸油腔连通；活塞杆在环形内凸台外的部分插入活塞夹头通道内，活塞杆顶端设有一个销轴孔，销轴同时插入活塞杆的销轴孔和鹰嘴夹头的销轴孔，鹰嘴夹头的前端接触夹头外壳的内壁；两个外缸同时固定在基座上。
3.根据权利要求1所述的一种施加张力和压力的液压夹头装置，其特征在于两个鹰嘴夹头相对设置。
4.根据权利要求2所述的一种施加张力和压力的液压夹头装置，其特征在于其中一套液压夹头组件的内缸与夹头外壳通过螺栓固定；另一套液压夹头组件的内缸与夹头外壳之间设有两个力传感器，力传感器的两端分别与夹头外壳和内缸通过螺栓固定。
5.根据权利要求1所述的一种施加张力和压力的液压夹头装置，其特征在于活塞夹头通道与夹头外壳的两端连通，销轴通道与活塞夹头通道连通，活塞通道前端的侧壁上内设有两个夹头槽，鹰嘴夹头位于夹头槽内，鹰嘴夹头和夹头槽均为楔形。
6.根据权利要求2所述的一种施加张力和压力的液压夹头装置，其特征在于液压夹头组件的内缸上设置一个位移传感器，位移传感器的套杆固定在内缸上，位移传感器的芯杆固定在基座上。
全文摘要
一种施加张力和压力的液压夹头装置，基座上相对装配有第一液压夹头组件和第二液压夹头组件，每套液压夹头组件主要由夹头外壳、鹰嘴夹头和活塞缸组成，夹头外壳与活塞缸通过螺钉连接固定；鹰嘴夹头装备于夹头外壳的活塞夹头通道前部，鹰嘴夹头尾部与活塞杆的前部均通过销轴连接。本发明通过在鹰嘴夹头一端装配了内外两层液压缸，能够实现对试样的拉伸、压缩或拉伸与压缩的快速转换，并能够通过PLC控制系统以及力传感器、位移传感器对力有精确、快速的控制，实现试样加工的标准化要求。
文档编号B25B11/00GK102172903SQ201110041960
公开日2011年9月7日 申请日期2011年2月22日 优先权日2011年2月22日
发明者吴庆林, 朱晓岩, 王国栋, 王黎筠, 骆宗安 申请人:东北大学