圆周分布式高通量持久蠕变试验机的制作方法

本发明属于材料试验机领域，具体地说，是关于一种圆周分布式高通量持久蠕变试验机。

背景技术：

机械式高温蠕变持久强度试验机，由机架、加载系统、测温系统、变形测量系统、加热装置、测量及控制系统和软件系统等组成。机架通常包括底座、由底座固定支承的上横板，加载系统通常包括安装在上横板上的杠杆加载机构，安装在底座中的升降调平机构和砝码加卸载机构，与杠杆加载机构联接的上拉杆机构及与升降调平机构联接的下拉杆机构，上拉杆机构和下拉杆机构同轴，二者之间安装试样。在恒定的载荷和温度条件下，蠕变试验测量记录试样变形量随时间变化的数据，因此需要启用变形测量系统，持久试验测定试样达到断裂的持续时间，因此不启用变形测量系统。

现有技术中的多试样机械式高温蠕变持久强度试验机存在如下弊端：

(一)、现有的加载系统通常沿上横板的上表面对中均布，多个试样共用一个高温炉。高温炉通常为长方体型，试样均布在长方体型的高温炉内。为保证长方体型的高温炉内部均热带温度偏差要求，增加了电气控制的技术难度，相应提高了设备生产成本。为解决这一问题，现有技术中也有将长方体型的高温炉通过隔板隔开形成独立的加热空间，每一个加热空间均设置独立的加热模块和温度监测模块的技术方案，但该技术方案，增加了电气控制结构的复杂性，且多个独立的加热模块和温度监测模块导致试验成本增加。

(二)、同一个机架上安装多个试样，多个试样同时进行试验时，若其中的一个或几个试样发生断裂，则产生的振动会直接传递给整个机架，从而传递给其他试样，影响其他试样的测试，降低了试验数据的准确性。

因此，有必要研发一种新型的多试样机械式高温蠕变试验机，在保证试验数据的准确性的前提下，使试验机结构紧凑，占地面积少，试验成本低。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种圆周分布式高通量持久蠕变试验机，以克服现有技术中的上述问题，在保证试验数据的准确性的前提下，使试验机结构紧凑，占地面积少，试验成本低；同时试验机高温炉的形状有利于控制炉内均热带温度的均匀性。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

圆周分布式高通量持久蠕变试验机，包括机架，设置于机架内的N套各自独立的加载系统及共用的一套加热装置，所述机架包括底座及由底座支承的上横板，所述加载系统包括杠杆加载机构、上拉杆机构、下拉杆机构和升降调平机构，所述上拉杆机构和下拉杆机构同轴，二者之间安装试样，其中：

N套所述杠杆加载机构由支承在上横板上表面的L套第一杠杆加载机构和悬吊在上横板下表面的M套第二杠杆加载机构组成；

N套所述杠杆加载机构的受力点呈圆周均布，对应的N套上拉杆机构、下拉杆机构和N个试样均呈圆周均布；

所述加热装置包括圆柱形的高温炉，所述N个试样圆周均布于所述高温炉内；

所述N，L和M均为整数，其中N≥2，L≥1，M≥1。

根据本发明，所述N≥3，L≥2，M≥1或N≥3，L≥1，M≥2。

根据本发明，所述底座包括底板及支承在所述底板上的面板；所述升降调平机构包括第一升降丝杆机构和防震机构，其中：

所述第一升降丝杆机构包括向上穿过面板的第一丝杆，所述面板底部的第一丝杆上设置连接板；

所述防震机构包括固定安装在面板底部的两根导向柱，所述导向柱向下穿过连接板两端的通孔并依次串联直线轴承和第一缓冲器，所述直线轴承嵌设于通孔内并与连接板的底部固定，所述第一缓冲器下方的导向柱上安装限位件，所述直线轴承与连接板沿着导向柱上下运动。

根据本发明，所述导向柱的下端向下延伸至底板。

根据本发明，所述导向柱的下端向下穿过底板并延伸至地面。

根据本发明，所述杠杆加载机构包括杠杆及安装于杠杆末端的砝码支承机构，其中：

所述杠杆的前端内部具有杠杆支承件，所述杠杆支承件通过固定在上横板上表面或下表面的杠杆支承块支承，所述杠杆的前端面上装有平衡丝杆，所述平衡丝杆上装有平衡砣；

所述砝码支承机构包括连杆支承座，安装于所述连杆支承座下端的连杆，安装于所述连杆底端的砝码盘，所述砝码盘上装有砝码。

根据本发明，所述加热装置包括高温炉、高温炉升降机构和定位导向机构，其中：

所述高温炉升降机构包括与高温炉固定连接的一对钢丝绳，固定在上横板顶部前端的两个钢丝绳转向机构和后端的两个钢丝绳缠绕机构；

所述定位导向机构包括固定在机架上的固定座，上下两端由固定座固定的导向杆和固定在高温炉两侧壁上的导向座，所述导向座由导向杆导向。

与现有技术相比，本发明具有如下有益技术效果：

1)本发明的圆周分布式高通量持久蠕变试验机，第一杠杆加载机构支承在上横板上，第二杠杆加载机构悬吊在上横板下，杠杆加载机构的受力点呈圆周均布，杠杆加载机构的前端可部分重叠，大大减少了杠杆加载机构占用的空间，进而减少了试验机整体占用的试验空间。

2)采用圆柱形的高温炉，有利于控制炉内均热带温度的均匀性；上拉杆机构、下拉杆机构和试样也均呈圆周均布，试样圆周均布于圆柱形的高温炉内，使得多个试样的加热条件更加趋于一致，从而保证试样的试验数据的准确性、一致性。

3)受力点的圆周半径也得到缩小，显著地缩小高温炉的半径，从而降低设备及加热成本，同时，较小的加热炉内部的温度分布更加均匀，进一步提高了多个试样的试验数据的准确性。

附图说明

图1是本发明(N＝6)的试验机的结构示意图。

图2是本发明的机架的结构示意图。

图3是本发明(N＝6)的试验机的俯视方向结构示意图。

图4是本发明的加载系统的主视方向结构示意图，其中双点划线表示机架。

图5是图4的加载系统A-A向的分布示意图。

图6是图4的升降调平机构B-B向的分布示意图。

图7是本发明的杠杆加载机构的主视方向结构示意图，其中双点划线表示上横板。

图8是本发明的上拉杆机构的结构示意图。

图9是本发明的下拉杆机构的结构示意图。

图10是带有缓冲机构的试验机的结构示意图。

图11是图10中升降调平机构的主视方向结构示意图，其中双点划线表示面板。

图12是图11中C部分的放大图。

图13是图10中升降调平机构的仰视方向结构示意图。

图14是图10中升降调平机构的俯视方向结构示意图。

图15是本发明的加热装置的主视方向结构示意图，其中双点划线表示机架。

图16是本发明的加热装置的俯视方向结构示意图，其中双点划线表示机架。

图17是本发明图1的V部分的局部放大图；

图18是本发明的N＝2、L＝1、M＝1时的俯视方向结构示意图。

图19是本发明的N＝3、L＝2、M＝1时的俯视方向结构示意图。

图20是本发明的N＝4、L＝2、M＝2时的俯视方向结构示意图。

图21是本发明的N＝5、L＝3、M＝2时的俯视方向结构示意图。

图22是具有砝码加卸载机构的高通量持久蠕变试验机的结构示意图。

图中：1-机架、2-加载系统、3-加热装置、4-测温系统、5-测量及控制系统、6-变形测量系统、7-试样、8-第一固定件、9-第二固定件、10-第三固定件、101-第四固定件、11-底座、12-上横板、13-立柱、14-水平感应开关、21-加载机构、22-升降调平机构、23-上拉杆机构、24-下拉杆机构、25-砝码加卸载机构、21a-第一杠杆加载机构、21b-第二杠杆加载机构、211-杠杆、212-砝码支承机构、213-杠杆支承件、214-平衡丝杆、215-平衡砣、216-连杆支承座、217-连杆、218-砝码、219-砝码盘、121-杠杆支承块、111-底板、112-联接柱、113-面板、114-防震调节脚、115-封板、122-开关支架、231-上拉杆支承机构、232-第一自动调心装置、233-上拉杆、241-力传感器、242-第二自动调心装置、243-下拉杆、220-第一升降丝杆机构、221-第一丝杆、222-调平电机减速机、223-同步带传动机构、224-防震机构、225-连接板、226导向柱、227-直线轴承、228-第一缓冲器、229-预紧螺母、2210-垫板、31-高温炉、32-高温炉升降机构、33-定位导向机构、321-钢丝绳、322-钢丝绳转向机构、323-钢丝绳缠绕机构、324-升降电机减速机、311-导向座、331-固定座、332-导向杆、41-热电偶、61-引伸计、62-位移传感器、251-第二升降丝杆机构、252-第二丝杆、253-第二缓冲器。

具体实施方式

下面结合附图，以具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。

如图1至图3所示，根据本发明的一个实施例，圆周分布式高通量持久蠕变试验机，包括机架1、安装于机架1中的六套各自独立的加载系统2和供六套加载系统2共用的一套加热装置3，六套各自独立的测量及控制系统5，试样7安装在加载系统2中，测温系统4和变形测量系统6安装在试样7上。

如图2所示，所述机架1包括底座11，所述底座11上通过第一固定件8(例如螺栓、防松螺母组合)固定有立柱13，所述立柱13的上端面通过第二固定件9(例如螺栓、防松螺母组合)固定安装上横板12。

如图1、图3和图4至图6所示，所述加载系统2包括由上横板12支承的杠杆加载机构21，安装在底座11中的升降调平机构22，与杠杆加载机构21联接的上拉杆机构23及与升降调平机构22联接的下拉杆机构24，所述上拉杆机构23和下拉杆机构24同轴，二者之间安装试样7。

其中：所述六套各自独立的杠杆加载机构21由三套第一杠杆加载机构21a和三套第二杠杆加载机构21b组成，所述第一杠杆加载机构21a支承在上横板12一端的上表面，所述第二杠杆加载机构21b悬吊在上横板12另一端的下表面，六套杠杆加载机构21的受力点A呈圆周均布，对应的上拉杆机构23、下拉杆机构24和试样7也均呈圆周均布。

如图14和图15所示，所述加热装置3包括圆柱形的高温炉31，所述试样7圆周均布于所述高温炉31内。

本发明的多试样高通量持久蠕变试验机，第一杠杆加载机构21a支承在上横板12上，第二杠杆加载机构21b悬吊在上横板12下，杠杆加载机构21的受力点A呈圆周均布，杠杆加载机构21的前端可部分重叠，大大减少了杠杆加载机构21占用的空间，进而减少了试验机整体占用的试验空间。

采用圆柱形的高温炉，相比长方体型的高温炉，有利于控制炉内均热带温度的均匀性，圆柱形的高温炉的内部温度更加均匀，试样圆周均布于圆柱形的高温炉内，使得多个试样的加热条件更加趋于一致，从而保证试样的试验数据的准确性。

同时由于受力点A的圆周半径得到缩小，从而显著地缩小了高温炉31的半径，从而降低设备及加热成本；另外，较小的加热炉内部的温度分布更加均匀，进一步提高了多个试样的试验数据的准确性。

根据本发明，所述加载系统2(或杠杆加载机构21)的数目N≥2，所述第一杠杆加载机构21a的数目L≥1，所述第二杠杆加载机构21b的数目M≥1。可根据实际试验情况设计杠杆加载机构21的数量及第一杠杆加载机构21a和第二杠杆加载机构21b的数量，例如：

如图18所示，N＝2、L＝1、M＝1；此时，二个杠杆加载机构21的受力点A按照180度夹角圆周均布，一个第一杠杆加载机构21a设置在上横板的上表面，一个第二杠杆加载机构21b悬吊在上横板的下表面。

如图19所示，N＝3、L＝2、M＝1；此时，三个杠杆加载机构21的受力点A按照120度夹角圆周均布，两个第一杠杆加载机构21a设置在上横板12的上表面，一个第二杠杆加载机构21b悬吊在上横板12的下表面。

如图20所示，N＝4、L＝2、M＝2；此时，四个杠杆加载机构21的受力点A按照90度夹角圆周均布，两个第一杠杆加载机构21a设置在上横板12的上表面，两个第二杠杆加载机构21b悬吊在上横板12的下表面。

如图21所示，N＝5、L＝3、M＝2；此时，五个杠杆加载机构21的受力点A按照72度夹角圆周均布，三个第一杠杆加载机构21a设置在上横板12的上表面，两个第二杠杆加载机构21b悬吊在上横板12的下表面。

优选地，所述N≥3，L≥2，M≥1。此时，至少三个试样7在圆柱形的加热炉31中被加热，三个试样7圆周均布时加热得更加均匀。

如图7所示，根据本发明，所述杠杆加载机构21包括杠杆211和安装于杠杆211末端的砝码支承机构212，所述杠杆211的前端内部具有杠杆支承件213，所述杠杆支承件213通过固定在上横板12上表面或下表面的杠杆支承块121支承，所述杠杆211的前端装有平衡丝杆214，所述平衡丝杆上装有平衡砣215。

所述砝码支承机构212包括连杆支承座216，安装于所述连杆支承座216下端的连杆217，安装于所述连杆217底端的砝码盘219，所述砝码盘219上装有砝码218。

进一步地，杠杆支承件213为刀刃结构，所述杠杆支承块121为与所述刀刃结构相匹配的刀刃刀承结构。

如图2所示，根据本发明，所述底座11包括底板111、联接柱112和面板113，所述联接柱112通过第三固定件10(例如螺栓、螺母组合)固定于所述底板111上，所述面板113通过第四固定件101(例如螺栓、螺母组合)固定于所述联接柱112的顶端；所述底座11的四周安装封板115。

如图1和图2所示，根据本发明，所述底板111的下表面安装防震调节脚114。所述防震调节脚114可以为包胶的调节脚，可减少试样断裂产生的振动对其他试样的影响。

如图1和图6所示，根据本发明，所述升降调平机构22包括向上穿过面板113的第一丝杆221，所述第一丝杆221由固定安装在面板113下的调平电机减速机222通过同步带传动机构223驱动上下运动。

如图3和图4所示，根据本发明，所述上横板12上固定安装6个开关支架122，所述开关支架122及杠杆211上分别对应安装成对的水平感应开关14。

对于所述第一杠杆加载机构21a，如图3和图4所示，所述开关支架122固定安装在上横板12的一端，开关支架122的支承面高出上横板12的上表面，其支承面上及杠杆211上对应安装成对的水平感应开关14。所述开关支架122也可以安装在上横板12的上表面，采用门型的开关支架，杠杆211的后端穿过所述门型的开关支架，成对的水平感应开关14安装在门型的开关支架122的两侧。

对于所述第二杠杆加载机构21b，所述开关支架122固定安装在上横板12的另一端，开关支架122的支承面低于上横板12的下表面，其支承面上及杠杆上对应安装成对的安装水平感应开关14。所述开关支架122也可以安装在上横板12的下表面，采用门型的开关支架，杠杆211的后端穿过所述门型的开关支架122，成对的水平感应开关14安装在门型的开关支架122的两侧。

通过杠杆加载机构21给试样7施加加载力，可以以较轻的砝码获得较大的试验载荷。试验中，升降调平机构22通过水平感应开关14的反馈，调节并控制杠杆211的水平状态在许可的范围内，从而保证加载力的稳定。

如图4和图8所示，根据本发明，所述上拉杆机构23包括顶部安装在所述杠杆支承件213上的上拉杆支承机构231，所述上拉杆支承机构231的下端装有第一自动调心装置232，所述第一自动调心装置232的下端装有上拉杆233。

所述第一杠杆加载机构21a的上拉杆支承机构231比所述第二杠杆加载机构21b的上拉杆支承机构231长，以保证所述试样7在高温炉31内处于相同的高度。

如图1、图4和图9所示，所述下拉杆机构24包括安装在所述第一丝杆221上端的力传感器241，所述力传感器241的上端装有第二自动调心装置242，所述第二自动调心装置242的上端装有下拉杆243，所述下拉杆243和上拉杆233之间安装试样7。

由于多个试样在同一个试验机上进行试验，其中的某一个试样断裂产生的振动会直接传递给机架，从而间接影响其他试样的试验准确性，为解决这个问题，采用如下进一步的改进方案。

根据本发明的另一个实施例，如图11至图14所示，所述升降调平机构22包括第一升降丝杆机构220和防震机构224，其中：所述第一升降丝杆机构220包括向上穿过面板113的第一丝杆221，所述面板113底部的第一丝杆221上设置连接板225，所述第一丝杆221由固定安装在面板113下的调平电机减速机222通过同步带传动机构223驱动上下运动。

所述防震机构224包括固定安装在面板113底部的两根导向柱226，所述导向柱226向下穿过所述连接板225并依次串联直线轴承227和第一缓冲器228，所述直线轴承227嵌设于所述连接板225两端的通孔内并与连接板225的底部固定连接，所述第一缓冲器228下方的导向柱226上安装预紧螺母229，所述直线轴承227和连接板225沿着导向柱226上下运动。所述第一缓冲器228的上、下表面装有垫板2210。

本实施例中，预紧螺母229还可以是现有技术中可固定于导向柱226，起到防止第一缓冲器228下落的限位件，所述第一缓冲器228为聚氨酯缓冲器。

多个试样同时试验时，当其中的一个试样断裂时，相同条件下其他试样也处在即将断裂的状态。如果一个试样断裂，使机架产生振动，并通过机架传递给了其他试样，则会对其他试样的试验数据的准确性产生显著的影响。采用上述技术方案，使其中的一个试样断裂时产生的振动通过第一丝杆221向下传递给第一升降丝杆机构220，带动连接板225和直线轴承227上下运动，并将振动传递给第一缓冲器228，由第一缓冲器228吸收，可减小一个试样断裂对其他试样造成的影响，提高实试验数据的准确性。

进一步地，根据本发明，所述导向柱226的下端向下延伸至底板111。当第一缓冲器229不足以将试样断裂产生的振动吸收，影响其他试样的试验时，将所述导向柱的下端向下延伸至底板，使不能被第一缓冲器228吸收的振动能传递至底板，被机架吸收，从而进一步减少振动对试样的影响。

进一步地，根据本发明，所述导向柱226的下端向下穿过底板111并延伸至地面。当导向柱226的下端将不能被第一缓冲器228吸收的振动能传递至底板还不能完全吸收振动能，还会影响其他试样的试验时，将所述导向柱226的下端向下穿过底板并延伸至地面，将振动传递给地面，从而进一步减少振动对试样的影响。

如图15和图16所示，根据本发明，所述加热装置3还包括高温炉升降机构32和定位导向机构33，其中：

所述高温炉升降机构32包括与高温炉31的顶部固定连接的一对钢丝绳321，固定在所述上横板12顶部前端的两个钢丝绳转向机构322和后端的两个钢丝绳缠绕机构323，所述钢丝绳缠绕机构323由安装在升降电机减速机324上的传动轴驱动，所述升降电机减速机324安装在上横板12上，所述钢丝绳321由所述高温炉升降机构32实现上下运动。

所述定位导向机构33包括固定在立柱13上的固定座331，上下两端由固定座331固定的导向杆332，所述高温炉31的侧壁上固定设置导向座311，所述高温炉31通过导向座311并由导向杆332导向。

现有的机械式高温蠕变持久强度试验机的高温炉通常固定在机架上，在高温炉31的正面开设炉门，安装和拆卸试件时均需要打开炉门，在较小的独立空间内进行操作，操作很不方便，因此会影响试件的安装精度，进而影响后续试验的准确性。另外，试验结束后，试样7和加载试件的上拉杆233及下拉杆243均在高温炉31内降温，由于高温炉具有保温效果，导致降温时间长，进一步降低了试验效率。

本发明的高温炉通过钢丝绳与高温炉升降机构连接，可实现自由上升和下降，试样的安装和拆卸空间大，方便操作，提高了试样的安装精确性，进而保证了试验数据的准确性，且高温炉通过导向杆导向，结构的安装稳定性好。多个试样同时进行试验，且多件试样均布，共用一个高温炉，工作效率和热利用率成倍提高，能耗大幅度减小，减少了设备的占地面积，提高了经济效益。

如图1和图17所示，根据本发明，所述测温系统4包括固定在试样表面的热电偶41，所述热电偶41将温度转换为电信号，输入测量及控制系统5；所述变形测量系统6包括夹持在试样上下两端的引伸计61，所述引伸计61上装有位移传感器62，所述位移传感器62将信号输送给测量及控制系统5。

整个试验机通过设置于控制室中的软件系统控制，前后为工作人员装拆试样工作区，左右为工作人员装卸砝码工作区。

如图3所示，根据本发明，N＝6时，所述上横板12长1.22m，宽0.8m，所述受力点A的圆周直径为0.41m。面板113长2.5m，宽0.8m。

可根据加载系统N的具体数量变化所述上横板12及底座11的具体尺寸。

进一步地，如图22所示，所述加载系统2还包括设置在底座11中的砝码加卸载机构25，所述砝码加卸载机构25包括安装于面板113下表面的第二升降丝杆机构251，所述第二升降丝杆机构251的第二丝杆252向上穿过面板113，其上端安装第二缓冲器253，所述第二升降丝杆机构251由电机驱动。所述砝码加卸载机构25为现有技术中的已知技术，在此不详细描述。

试验过程中，当某个试样断裂时，杠杆211后端在砝码支承机构212快速下降，砝码盘以较大的冲量撞击到第二缓冲器253上，经过第二缓冲器253的支承和缓冲作用，减少了冲击和机架的振动。

根据本发明，所述第一杠杆加载机构21a的杠杆211后端正下方的上横板12上设有第三缓冲器(图中未示出)。所述第三缓冲器可以为聚氨酯缓冲器。

当某个试样断裂时，杠杆21的末端在砝码重力(加载力)的作用下快速下降，但可以得到其下方的第三缓冲器的支承和缓冲，因而可减少对机架的冲击和振动。

本发明的圆周分布式高通量持久蠕变试验机使用时，按照如下步骤进行：

启动电源，启动高温炉升降机构，上升高温到合适位置，调整下拉杆到适当高度，按照从左到右的顺序安装多个试样，然后，降下高温炉；控制炉温达到试验温度，高温炉通过电气控制系统保证炉内温度均匀稳定，保证多个试样的加热条件相同。然后通过杠杆加载机构给每个试样施加一个恒定的试验载荷，在规定的时间内，观测试样的变形或断裂情况。

试验机通过热电偶测量试样上的温度，测量及控制系统对温度进行监测和调整。蠕变试验时，通过变形测量系统的引伸计测量试样的变形，引伸计上的位移传感器将信号输送给测量及控制系统。

试验完成后，关闭高温炉的电源，提升高温炉到合适位置，待上、下拉杆和试样降到常温后，取下砝码，拆下试样。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对该实用进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。