一种弹簧温度-应力协同加载试验装置的制作方法

本发明涉及一种用于检测弹簧的寿命和变形的试验装置，具体涉及了一种可用于枪械弹簧的加速贮存寿命试验和变形量的原位检测的试验装置。

背景技术：

对于枪械弹簧部件需要对其使用寿命以及变形量做准确的检测。现有弹簧的检测装置中并没有可同时实现弹簧的寿命和变形量同步检测的装置。尤其是针对枪械弹簧的高精度检测装置。

在中国专利cn110426299a中公开了一种便于屈服指数检测的弹簧寿命试验装置，并具体公开了：包括底座和垂直设置在其左上端的支撑侧板，所述支撑侧板右上侧垂直设有安装板，所述安装板端部通过转动轴转动设置有转动盘，所述转动盘的输入端通过传输带与设置在安装板上的驱动电机输出端传动连接，所述转动盘表面通过调节机构设有可沿其直向滑动的滑块，所述滑块表面设有通过固定轴与传动连杆上端转动连接，所述传动连杆下端连接滑动设置在固定套中的活塞柱，所述固定套左侧通过定位杆与支撑侧板连接固定，所述活塞柱下端设有用于检测弹簧形变程度以及拉力大小的检测器，所述检测器、驱动电机和调节机构电性连接设置在支撑侧板上的控制面板，所述检测器下端和底座上端设有用于对弹簧进行固定的固定机构，所述固定机构包括对弹簧b上端进行固定的第一固定环和对弹簧b下端进行固定的第二固定环。

上述专利中提供了通过滑动的滑块以及检测弹簧变形程度及大小的检测器用于检测弹簧的屈服指数。但是上述专利中的检测精度差，只适用于一般的弹簧，而不适用于高精度的枪械用弹簧的检测

技术实现要素：

本发明的目的提供一种用于枪械弹簧的高精度且同时可进行加速贮存寿命试验和变形量原位检测试验装置。

为了实现上述目的，本发明是这样设置的：一种弹簧温度-应力协同加载试验装置，包括箱体，所述箱体由上至下分为上部的力学应力加载区、中部的温度应力加载区以及下部的变形数据实时采集区；在所述力学应力加载区内设置有应力加载装置，在所述温度应力加载区内设置有弹簧工装，所述应力加载装置作用于所述弹簧工装，所述弹簧工装下部连接有随弹簧工装发生位移的待检测件，所述待检测件自由伸入到所述变形数据实时采集区内，且在所述变形数据实时采集区内设置有对所述带检测件检测的位移进行检测的检测系统；在所述温度应力加载区内设置有温控系统。采用上述方式设置的实验装置，能够进行枪械弹簧的加速贮存寿命试验和变形量的原位检测实验。

为进一步检测枪械弹簧的形变，所述力学应力加载区与所述温度应力加载区之间设置有上隔板，在所述上隔板中部设置有应力加载过孔，所述弹簧工装包括安装杆，所述安装杆部分穿过所述应力加载过孔并与所述应力加载装置连接，在所述应力加载过孔的底部设置有上阻隔板，在所述上阻隔板上设置有安装杆过孔，在所述安装杆的底部设置有与安装杆固定连接的下阻隔板，被测试弹簧套设在再所述安装杆上且位于所述上阻隔板和下阻隔板之间。

优选的，所述应力加载装置为滑轮组件，所述滑轮组件的末端设置有挂环，所述挂环通过连接件与所述安装杆的头部连接。

优选的，所述连接件包括刚性连接件本体，所述刚性连接件本体顶部设置有挂钩，所述挂钩底部设置有螺杆并与所述刚性连接件本体的顶部螺接，所述挂钩与所述挂环连接；所述刚性连接件本体的底部设置有下挂环，所述下挂环顶部设置有螺杆并与所述刚性连接件本体的底部螺接，所述下挂环插入到所述安装杆的顶部开口处，并通过销钉锁定所述开口实现所述下挂环与所述安装杆的连接。

为进一步检测枪械弹簧的形变，所述温度应力加载区与所述变形数据实时采集区之间设置有下隔板，在所述下隔板中部设置有检测过孔，所述安装杆底部与下阻隔板通过螺杆连接，所述螺杆设置中轴孔，在所述中轴孔内插入检测绳并通过销钉与螺杆固定连接，所述检测绳向下自由垂直并穿过所述检测过孔与待检测件连接。

为进一步实现长时间对枪械弹簧的贮存寿命试验，所述待检测件为一面板，所述检测系统包括面激光位移传感器，所述检测系统还包括计算机，所述计算机通过标准串口与控制器连接，所述控制器与面激光位移传感器连接，所述控制器连接有电源，所述计算机还通过标准串口与双通道继电器模块与所述电源连接，所述计算机内设置有数据处理与数据储存模块，且所述计算机具有能够显示及导出的显示屏。

为进一步实现装置的可靠性，所述弹簧温度-应力协同加载试验装置包括矩形状承力框架，所述承力框架的上部为力学应力加载区骨架，且所述力学应力加载区骨架内设置有箱体和箱门，所述承力框架的中部为温度应力加载区骨架，且所述温度应力加载区骨架内设置有箱体和箱门，所述承力框架的下部为变形数据实时采集区骨架，且所述变形数据实时采集区骨架内设置有箱体和箱门。

优选的，所述力学应力加载区的骨架材料采用3030铝合金型材，且壁厚≥2mm；所述力学应力加载区的箱体的后壁和顶板采用铝合金板材，厚度≥1mm，底板采用铝合金板材，厚度≥2mm，且在所述底板上设置有加强筋承力结构；所述力学应力加载区的箱体的前壁、左壁和右壁均为开门结构，且前壁采用对开门结构，每扇门采用铝合金型材矿建镶嵌有机玻璃结构，有机玻璃厚度≥1mm。

优选的，所述温度应力加载区的箱体的顶面、底面以及三个侧面做保温处理，包括内壁、外壁以及中间保温层，所述内壁采用304不锈钢材质，厚度≥1mm，外壁采用镀锌冷轧钢板材质，中间保温层为厚度≥100mm的硬质聚氨酯发泡或玻璃棉；所述温度应力加载区的箱体的另一侧为通风面板且其上设置有通风口，所述温度应力加载区的箱体内还设置有加热风箱。

优选的，所述变形数据实时采集区的骨架采用矩形镀锌钢管焊接而成，管壁后≥1mm，所述变形数据实时采集区的箱体侧壁采用厚度≥1mm的镀锌钢板进行封闭，在其中一侧面设置有双开门结构，所述变形数据实时采集区的箱体底板采用厚度≥1mm的不锈钢，并设置加强筋结构。

有益效果：

本发明的弹簧温度-应力协同加载试验装置，实现了枪械弹簧部件的弹性系数k和恒力应变量的高精度原位位移测量。

将需要试验和测试的弹簧安装于本试验装置中部的温度应力加载区，然后利用力学应力加载区的滑轮组对弹簧工装进行压力加载，通过工装将压力传递至试验弹簧，实现恒力加载，同时弹簧的变形量传递到待检测面板上，形成待检测面板的位移。并采用非接触式面激光传感器，实时原位的检测恒定应力作用下受试弹簧的变形数据。同时，根据温度应力加载区对弹簧试验温度的控制，协同应力的加载，实现受试弹簧的加速贮存寿命试验。

并且通过本发明中的检测系统，能够实时检测并显示弹簧的形变，检测精度高、可靠性高且能够实现长时间的检测而保证设备的稳定性。

附图说明

图1为实施例中弹簧温度-应力协同加载试验装置的轴侧图；

图2为实施例中弹簧温度-应力协同加载试验装置的主视图；

图3为图2的a-a剖视图；

图4为图3的局部放大视图b；

图5为图3的局部放大视图c；

图6为连接件轴测图；

图7为检测系统硬件连接框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。

实施例：如图1-7所示，本实施例提供一种用于枪械弹簧的加速贮存寿命试验和变形量的原位检测的试验装置。具体而言是一种弹簧温度-应力协同加载试验装置。包括箱体，所述箱体为柜式结构，且由框架和面板组成。所述箱体由上至下分为上部的力学应力加载区100、中部的温度应力加载区以200及下部的变形数据实时采集区300。在所述力学应力加载区内设置有应力加载装置，在所述温度应力加载区内设置有弹簧工装，所述应力加载装置作用于所述弹簧工装，所述弹簧工装下部连接有随弹簧工装发生位移的待检测件，所述待检测件自由伸入到所述变形数据实时采集区内，且在所述变形数据实时采集区内设置有对所述带检测件检测的位移进行检测的检测系统；且在所述温度应力加载区内设置有温控系统。通过设置在力学应力加载区的应力加载装置对温度应力加载区内的弹簧施加应力使得弹簧发生变形，进而使得与弹簧同步的待检测件发生位移，使得实时数据采集区内的检测系统检测到待检测件的位移并实时输出，实现枪械弹簧的变形量原位检测。并且通过温度应力加载区内的温控系统，对弹簧环境进行升温，同时协同应力加载，进行枪械弹簧的加速贮存寿命试验。

本实施例中，所述弹簧温度-应力协同加载试验装置的柜体包括矩形状承力框架，所述矩形承力框架采用40x40mm矩形镀锌钢管焊接而且，且在所述矩形框架中上部和中下部焊接有横向框架，形成了上部的力学应力加载区100的骨架、中部的温度应力加载区200的骨架以及下部的变形数据实时采集区300的骨架。

所述力学应力加载区的骨架材料还可采用壁厚≥2mm的3030铝合金型材。本实施例中，所述力学应力加载区的骨架内镶嵌有板并形成箱体。其中，后壁、顶板和底板均采用铝合金板材，表面做阳极氧化处理，后壁和顶板的厚度≥1mm，底板的厚度≥2mm。底板应采用加强筋承力机构：不小于100kg/㎡(均匀负载)，不变形，底板上应设置砝码存放处，砝码总重：50kg。所述箱体的前壁、左壁和右壁为开门结构，且前壁的采用对开门结构。前壁、左壁和右壁均为直接在铝合金型材框架上镶嵌透明有机玻璃而成，厚度≥1mm。且每扇门上带有拉手和吸紧机构。

另外，位于所述力学应力加载区内的应力加载装置采用滑轮组件，所述滑轮组件包括定滑轮组101、动滑轮组102和砝码加载部103，且在所述动滑轮组端部设置有挂环104，所述挂钩用于与温度应力加载区的弹簧工装连接。所述滑轮组件至少包括三个动滑轮和三个定滑轮，滑轮材料采用钢质材料加工而成，所述滑轮组承重大于50kg而不变形。

所述中部应力加载区包括由骨架和板体所构成的腔体，且所述温度应力加载区的箱体的顶面、底面以及三个侧壁做保温处理，包括内壁、外壁以及中间保温层，另一侧壁为通风面板201且其上设置有通风口。所述内壁采用304不锈钢的板材制作，壁厚≥1mm。所述外壁采用镀锌冷轧钢板制作，表面喷塑。夹层为厚度≥100mm硬质聚氨酯发泡或玻璃棉的中间保温层，腔体内部200℃时，箱外表面温度与室温温差不大于5℃。且腔体的顶部和底板承重能力不小于100kg/㎡(均匀负载)，内胆焊接。所述温度应力加载区的腔体上带有门，门框采用硅橡胶密封条密封。另外，在所述温度应力加载区的腔内设有温控系统。

其中，所述温控系统为设置在所述温度应力加载区内的热风循环系统，所述热风循环系统包括电机、加热管以及风叶，所述加热管的功率≥750w。所述风叶采用304不锈钢材质。所述风循环系统采用单风道结构。电机采用耐高温的交流电机。所述温控系统还包括温度传感器，所述试验装置的柜体外设置有可调节温度的调节面板，以及可显示温度的显示面板。通过传感器实时检测温度应力加载区内的温度，并通过调节电机进而调节温度。

本实施例中，所述力学应力加载区的底板和所述温度应力加载区的中间保温层和内壁构成了温度应力加载区的顶壁，即所述顶壁形成了用于将所述力学应力加载区和温度应力加载区的分隔的上隔板202。在所述温度应力加载区的顶壁设置有应力加载过孔203，所述弹簧工装包括安装杆204，所述安装杆部分穿过所述应力加载过孔并与所述应力加载装置连接，在所述应力加载过孔的底部固定设置有上阻隔板205，在所述上阻隔板上设置有安装杆过孔，在所述安装杆的底部设置有与安装杆固定连接的下阻隔板206。待测试弹簧400被套设在再所述安装杆上且位于所述上阻隔板和下阻隔板之间。

在本实施例中，所述应力加载过孔的顶部通过螺钉固定连接有一上盖板207，在所述上盖板中部设置有过孔，所述应力加载过孔的底部通过螺钉固定连接有下盖板208，所述下盖板中部为向下突出的碗状209，所述碗状中间设置有过孔，且所述碗状的底壁固定焊接或螺接所述上阻隔板205。所述安装杆能够穿过所述上阻隔板、下盖板、隔板、上盖板并进行向上或向下自由移动。所述安装杆的顶端通过连接件105与所述滑轮组件连接。具体而言：所述滑轮组件的末端设置有挂环104。所述连接件包括刚性连接件本体151，所述刚性连接件本体顶部设置有挂钩152，所述挂钩底部固定连接有螺杆并与所述刚性连接件本体的顶部螺接，所述挂钩与所述挂环连接；所述刚性连接件本体的底部设置有下挂环153，所述挂环顶部固定连接有螺杆并与所述刚性连接件本体的底部螺接，所述下挂环插入到所述安装杆的顶部开口241处，并通过销钉242锁定所述开口实现所述下挂环与所述安装杆的连接。

而所述安装杆底部与下阻隔板通过螺杆210连接，所述螺杆设置中轴孔，在所述中轴孔内插入检测绳211并通过销钉212与螺杆固定连接，所述检测绳向下自由垂直并穿过所述温度应力加载区的底板中部设置的检测过孔并与待检测件连接。本实施例中，所述待检测件为一面板213。

所述变形数据实时采集区包括框架和边板。框架的左、右和后侧面采用壁厚≥1mm的镀锌钢板封闭，表面喷塑处理。底板采用加强筋结构，铺设壁厚≥1mm不锈钢，底部承重30kg不变形。框架前面设置成双开门结构，采用壁厚≥1mm镀锌钢板封闭，表面作喷塑处理。所述变形数据实时采集区的顶板与所述温度应力加载区的中间保温层和内壁共同构成了下隔板214。且在所述下隔板的中部设置有检测过孔215，所述检测绳穿过所述检测过孔并与位于所述变形数据实时采集区内的待检测面板连接。

另外，所述下部箱体内设有检测系统，所述检测系统包括面激光位移传感器，所述检测系统还包括计算机，所述计算机通过标准串口与控制器连接，所述控制器与面激光位移传感器连接，所述控制器连接有电源，所述计算机还通过标准串口与双通道继电器模块与所述电源连接，所述计算机内设置有数据处理与数据储存模块，且所述计算机具有能够显示及导出的显示屏。

本实施例中的面激光传感器采用日本keyence(基恩士)传感器ls-7030，所述控制器采用日本的keyence(基恩士)测量控制器ls-7001。所述双通道继电器模块采用欧姆龙继电器。

所示的继电器模块内部电路中，采用lm2596芯片为模块供电，它内含固定频率振荡器(150khz)和基准稳压器(1.23v)，并具有完善的保护电路、电流限制、温度保护电路等，利用该芯片只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。并且，供电部分采用独立小板安装，与主板完全隔离，排除干扰，保证性能。在主板右侧，模块与外部连接的接口处，也采用pcb板开槽的设计方法，这样就可以将每一路开关彻底隔开，避免由于电压过大而击穿pcb。整个pcb表面都喷涂过三防漆，可以有效地防潮湿、抗腐蚀、抗漏电，进而延长整个模块的使用寿命。

本实施例中采用日本keyence(基恩士)传感器ls-7030，并基于光透过视原理，检测枪械的弹簧经蠕变效应，时间宽度长、变化量微小的形变和寿命。光源采用高亮度氮化镓(gan)绿色led作为系统光源，而光源端的光路设计为：led光源的出射光首先经过一个特别散射装置(hud单元)，窄直径光束变为一束均匀漫射光，照射到标准镜上；利用散射器件和一个标准镜头组成准直光路系统，通过调整散射装置可以实现对出射光束宽度的调节，调节散射装置使出射光束覆盖整个被测区域。接收端的光路涉及为：设置在被测物后端的远心光学系统，设置在远心光学系统后端的hl-cdd传感器，以及设置在hl-cdd传感器后端的接收器。

本实施例中的控制器ls-7001的的电路中集成两个专用芯片，一个是双核高速演算cpu(ht处理器)，另一个是专用dsp。在dsp中实现图像预处理、轮廓搜索、补偿校正、边缘检测等处理功能，在演算cpu中根据获得的轮廓提取对应尺寸的像素值，并根据传感器标定参数和光学系统放大倍数计算对应尺寸的测量值，简化了上位机端软件的处理复杂度，配合传感器进行高速采样，可以实现最快采样触发间隔33ms，远远超过实际蠕变效应测量中对测量速度的要求。

具体而言，本实施例中的测量方法为：高强度gan绿色led发出的光变成一致的平行光后，穿过特殊的漫射装置与准直镜头，然后射向目标。通过远心光学系统，在hl(高速线性)-ccd中准确形成目标的影子图。通过使用由de处理器(数字边缘检测处理器)与cpu对hl-ccd发送的信号计算得出的结果，利用高精度ccd法显示并输出目标尺寸。特殊漫射装置同高度可靠的具有短波长功能的氮化镓绿色led相结合。这种结合可以发射理想、一致的照明光线到要测量的目标，ccd中的高精度图像保证了高再现性。在远心光学系统中，由于除去了不必要的光而只形成平行光图像，因此镜头倍率不会受位置变化的影响，远心光学系统能实现高精度测量。经常受到光照射的hl-ccd可用于进行测量，hl-ccd可实现超高速采样。测量是根据曝光次数的平均值进行的，任何临时变化都不能放过。通过数字信号处理，可检测到在hl-ccd中形成的目标图像的边缘(边缘检测)。上述边缘检测几乎不受由镜头上的污垢或灰尘所引起的光强度变化的影响。此外，通过更改hl-ccd灵敏度阈值，可以检测透明物体。

因此采用基于日本基恩士公司高精度面激光测试传感器ls-7030的微小变形量测试方法进行测量，具有较高的精度和测试效果，以满足弹簧微小变形量的位移测试要求。

综上，采用本实施例的弹簧温度-应力协同加载试验装置，能够针对枪械弹簧部件的弹性系数k和恒力应变量的高精度的原位位移测量。首先将需要试验和测试的弹簧安装于本试验装置中部的温度应力加载区，然后利用力学应力加载区的滑轮组对弹簧工装进行压力加载，通过工装将压力传递至试验弹簧，实现恒力加载，同时弹簧的变形量传递到待检测面板上，形成待检测面板的位移，并采用日本keyence(基恩士)传感器ls-7030的非接触式激光测试技术，该传感器安装于形变数据实时采集区，实时原位的检测恒定应力作用下受试弹簧的变形数据。同时，根据温度应力加载区对弹簧试验温度的控制，协同应力的加载，实现受试弹簧的加速贮存寿命试验。

如图7所示为蠕变效应自动测量系统整体框图，计算机作为控制中心和数据中心，维持着整个系统的正常运行。需要测量时，首先由计算机发出指令给继电器模块，让其闭合开关，接通电源给ls-7001控制器供电。当打开控制器电源的同时，传感器光源也被点亮，准备就绪之后，就可以进行测量了。

控制器和传感器准备工作完成之后，待检测件置于led光源和ccd传感器之间，控制器上即会立刻呈现出测量值示数，此时计算机就可以发送读取某通道数据的指令给控制器，延时一小段时间，做好接收数据的准备。控制器收到指令后，在计算机延时的这一小段时间里，首先判断指令的功能，然后再根据该功能按照标准的格式组织需要返回的数据，最后将数据统一打包后，通过串口返回给计算机。

计算机延时完成后即进入接收数据状态，此时刚好遇上控制器返回的数据。计算机通过串口收到数据后，将数据的原始值进行处理(去掉帧头帧尾，提取有用信息等)，将处理过后的数据转入误差分析进程，把符合要求的数据存入数据库，并显示在列表和折线图上。最后，根据需要，可以将数据以excel表格的方式导出，以备更加详细、深入的分析之用。

本实施例中的实验装置的主要指标见表1：

表1弹簧温度-应力协同加载试验装置主要技术指标

本实施例中的实验装置应能在以下环境中长期稳定工作：

电源电压：220v±10％，单相/三相；

电源频率：50hz±3hz；

环境温度：5℃～40℃；

环境相对湿度：20％～85％。