一种用于实验室内定制大直径形状记忆合金绞线的装置及方法与流程

本发明涉及一种用于实验室内定制大直径形状记忆合金绞线的装置及方法，属于房屋和桥梁结构技术领域。

背景技术：

形状记忆合金（shapememoryalloys，sma）是一类新型合金材料，具有一般金属材料所没有的许多特殊物理力学性能。例如，形状记忆效应和超弹性效应等。目前，sma已在生物医疗、航空航天、机械电子等行业得到广泛应用。在房屋桥梁等结构技术领域，利用其超弹性效应，形状记忆合金已被少量应用于工程结构抗震性能提升领域，取得了一定有益效果。然而，现有开发较为成熟的镍钛基形状记忆合金（niti-sma）的价格极其昂贵，在土木工程领域大规模应用时面临性价比低的瓶颈问题。近年来，廉价铁基形状记忆合金材料（fe-sma）得到了研发和应用，相比于价格高昂的镍钛基形状记忆合金材料，fe-sma的价格仅为前者的1/10不到，与不锈钢材料价格相当。结合sma自身的形状记忆效应，可开发定制新型免张拉自预应力fe-sma产品，具备面向土木工程领域规模化应用的诱人前景。

但是，目前国内fe-sma产业化尚未成熟，制品尚局限于实验室规模，以小直径丝材、小直径绞线丝材和光圆棒材为主，缺乏面向土木工程领域的大直径sma绞线制品的开发。扭制大直径绞线的工艺与小直径绞线丝材有明显不同，现阶段用于土木工程建设领域的大直径普通预应力钢绞线的制作依赖于大型钢绞线生产企业，缺乏定制功能。在大直径土木工程用形状记忆合金绞线产品研发和改进过程中，需要开展多参数、多批次、少量的产品定制优化研究，产品研制过程中需要对捻距、回火温度、淬火方式等进行优化实验，亟需相应的便捷设备的支撑。

因此，对于本领域技术人员来说，研发一种能够在实验室内快速定制大直径形状记忆合金绞线的装置及方法，成为本领域亟待解决的难题。

技术实现要素：

本发明提供一种用于实验室内定制大直径形状记忆合金绞线的装置及方法，在实验室内即可定制的大直径形状记忆合金绞线，可为科研人员定制多参数、多批次以及少量的产品优化研究提供支撑。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于实验室内定制大直径形状记忆合金绞线的装置，包括两条平行于地面安装的u型导轨，u型导轨的凹槽相对布设，在两个凹槽之间形成空间；

位于u型导轨的两端分别安装扭转电机、拉伸电机；

在两个凹槽之间形成的空间内分别设置高频感应加热线圈以及拉伸装置，高频感应加热线圈、拉伸装置分别通过移动装置同时与u型导轨可滑动连接，且高频感应加热线圈靠近扭转电机，拉伸装置与拉伸电机连接；

待扭转合金丝顺次穿设扭转电机、高频感应加热线圈后与拉伸装置连接；

作为本发明的进一步优选，前述的拉伸装置包括固定端板、牵引端板以及拉伸螺杆，固定端板与牵引端板连接，且两者垂直于地面布设，拉伸螺杆的一端穿设拉伸电机，其另一端与牵引端板焊接固定；

作为本发明的进一步优选，前述的移动装置包括行走轮，高频感应加热线圈安装在支架上，支架的两侧对称安装两个行走轮，两个行走轮分别可滑动连接在对应的u型导轨的凹槽内；

固定端板的两端分别安装行走轮，行走轮同样匹配滑动连接在对应的u型导轨的凹槽内；

作为本发明的进一步优选，扭转电机以及拉伸电机均固定安装在可移动式底座上，可移动式底座表面通过螺栓与u型导轨固定；

作为本发明的进一步优选，在扭转电机用于穿插待扭转合金丝的孔洞内安装带孔眼的卡环，卡环靠近高频感应加热线圈；

在固定端板的中心位置开设孔洞；

一种基于上述任意所述的用于实验室内定制大直径形状记忆合金绞线的方法，包括以下步骤：

第一步，加工制作两个可移动式底座，将两个可移动式底座的中心线布设在同一条直线上，在可移动式底座表面通过螺栓固定架设两条u型导轨，两条u型导轨的开口端相对布设；

第二步，在一个可移动式底座上架设扭转电机，另一个可移动式底座上架设拉伸电机；

第三步，在拉伸电机内穿设一根拉伸螺杆，拉伸螺杆的一端焊接固定牵引端板，拉伸螺杆的另一端伸出拉伸电机；

第四步，牵引端板的一侧固定拉伸螺杆的一端，其另一侧连接固定端板，在固定端板的中心位置开设孔洞；

第五步，在固定端板的两端安装行走轮，行走轮嵌设在对应的u型导轨凹槽内；

第六步，高频感应加热线圈安装在支架上，在支架上对称安装行走轮，行走轮同样嵌设在对应的u型导轨凹槽内，且高频感应加热装置架设在扭转电机与固定端板之间；

第七步，待扭转合金丝顺次穿过扭转电机、高频感应加热线圈以及固定端板的孔洞，并在固定端板处进行扩大头锚固；扭转电机穿设待扭转合金丝的洞口处设置卡环，卡环上开设孔洞，卡环转动带动待扭转合金丝扭转；

第八步，设定扭转电机的转速以及拉伸电机的行走速度，同步开机，对待扭转合金丝进行扭制；

第九步，完成扭制至预设长度后形成合金绞线，关闭扭转电机以及拉伸电机，高频感应加热线圈通过导线连接交流电源，开启交流电源，对扭制后的合金绞线进行回火定型处理；

第十步，完成回火定型后，冷却至室温，对合金绞线进行切割，获得实验室内定制的大直径形状记忆合金绞线成品。

通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明结构简单，操作方便，但是却解决了用于科学研究时，需要开展多参数、多批次、少量的产品定制优化研究问题，在实验室内即可定制出大直径形状记忆的合金绞线。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明提供的优选实施例的剖面示意图；

图2是本发明提供的优选实施例中关于高频感应加热线圈的结构示意图；

图3是本发明提供的优选实施例中固定端板处的截面示意图；

图4是本发明提供的优选实施例中拉伸装置的结构示意图。

图中：1为扭制后的合金绞线，2为待扭转合金丝，3为u型导轨，4为扭转电机，5为拉伸电机，6为拉伸螺杆，7为行走轮，8为高频感应加热线圈，9为导线，10为可移动式底座，11为固定端板，12为孔洞，13为牵引端板。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

在现阶段关于大直径土木工程用的形状记忆合金绞线产品的研发和改进过程中，需要开展多参数、多批次以及少量的产品定制优化研究，然而目前的生产线均为大型钢绞线生产线，缺乏定制功能，且成本较高，因此本申请旨在提供一种用于实验室内定制大直径形状记忆合金绞线的装置。

本申请主要是包括两条平行于地面安装的u型导轨3，u型导轨3的凹槽相对布设，在两个凹槽之间形成空间；位于u型导轨3的两端分别安装扭转电机4、拉伸电机5；在两个凹槽之间形成的空间内分别设置高频感应加热线圈8以及拉伸装置，高频感应加热线圈8、拉伸装置分别通过移动装置同时与u型导轨3可滑动连接，且高频感应加热线圈8靠近扭转电机4，拉伸装置与拉伸电机5连接；待扭转合金丝2顺次穿设扭转电机4、高频感应加热线圈8后与拉伸装置连接；操作时，同时启动扭转电机4、拉伸电机5，即可实现待扭转合金丝2的扭转，高频感应加热线圈8的启动可以实现产品在研制过程中的淬火等优化方式。

如图1所示，是本申请提供的一种优选实施例的整体结构剖视图，拉伸装置包括固定端板11、牵引端板13以及拉伸螺杆6，图4所示，固定端板11与牵引端板13连接，且两者垂直于地面布设，拉伸螺杆6的一端穿设拉伸电机5，其另一端与牵引端板13焊接固定；

移动装置包括行走轮7，图2所示，高频感应加热线圈8安装在支架上，支架的两侧对称安装两个行走轮7，两个行走轮7分别可滑动连接在对应的u型导轨3的凹槽内；

图3所示，固定端板11的两端分别安装行走轮7，行走轮7同样匹配滑动连接在对应的u型导轨3的凹槽内。

扭转电机4以及拉伸电机5均固定安装在可移动式底座10上，可移动式底座10表面通过螺栓与u型导轨3固定，此结构中，扭转电机4、拉伸电机5的位置也是可以做变动的，只需拆除螺栓，将移动式底座的位置调整后再将螺栓紧固即可；在扭转电机4用于穿插待扭转合金丝2的孔洞12内安装带孔眼的卡环，卡环靠近高频感应加热线圈8，实际操作时，扭转电机4启动，卡环旋转即可实现待扭转合金丝2的扭转；在固定端板11的中心位置开设孔洞12。

本申请还提供了一种基于上述所述的用于实验室内定制大直径形状记忆合金绞线的方法，包括以下步骤：

第一步，加工制作两个可移动式底座10，将两个可移动式底座10的中心线布设在同一条直线上，在可移动式底座10表面通过螺栓固定架设两条u型导轨3，两条u型导轨3的开口端相对布设；

第二步，在一个可移动式底座10上架设扭转电机4，另一个可移动式底座10上架设拉伸电机5；

第三步，在拉伸电机5内穿设一根拉伸螺杆6，拉伸螺杆6的一端焊接固定牵引端板13，拉伸螺杆6的另一端伸出拉伸电机5；

第四步，牵引端板13的一侧固定拉伸螺杆6的一端，其另一侧连接固定端板11，在固定端板11的中心位置开设孔洞12；

第五步，在固定端板11的两端安装行走轮7，行走轮7嵌设在对应的u型导轨3凹槽内；

第六步，高频感应加热线圈8安装在支架上，在支架上对称安装行走轮7，行走轮7同样嵌设在对应的u型导轨3凹槽内，且高频感应加热装置架设在扭转电机4与固定端板11之间；

第七步，待扭转合金丝2顺次穿过扭转电机4、高频感应加热线圈8以及固定端板11的孔洞12，并在固定端板11处进行扩大头锚固；扭转电机4穿设待扭转合金丝2的洞口处设置卡环，卡环上开设孔洞12，卡环转动带动待扭转合金丝2扭转；

第八步，设定扭转电机4的转速以及拉伸电机5的行走速度，同步开机，对待扭转合金丝2进行扭制；

第九步，完成扭制至预设长度后形成合金绞线，关闭扭转电机4以及拉伸电机5，高频感应加热线圈8通过导线9连接交流电源，开启交流电源，对扭制后的合金绞线1进行回火定型处理；

第十步，完成回火定型后，冷却至室温，对合金绞线进行切割，获得实验室内定制的大直径形状记忆合金绞线成品。

通过本申请的装置及方法，可供科研人员在实验室内便捷定制大直径形状记忆合金绞线，用于开展多参数、多批次、少量的产品定制优化研究工作。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。