一种基于液压组件的力学性能实验装置及实验方法

1.本发明涉及液压与力学配套教学实验装置技术领域，具体为一种基于液压组件的力学性能实验装置及实验方法。


背景技术：

2.液压系统的作用为通过改变压强增大作用力，液压在多种领域均具有一定的应用，其中力学是研究物质机械运动规律的科学，为了便于对力学进行具体的教学研究演示，需要对应的实验装置，但是，现有的力学实验教学装置缺乏与液压组件的结合，从而导致以下缺点：
3.1.缺乏稳定的对被测物料进行拉伸动力的动力输出，及其余辅助测量结构的设计，导致力学测定下的数据获取效率低；
4.2.不便于辅助自动化获得被测物料的宽度，不便于力学数据的求导，缺乏了实验的便捷性；
5.3.不便于对物料形成不同可控的便捷开槽，不便于在多种可能性下对断裂韧度数实验的数据进行获取；
6.4.不便于完成对被测物料的防偏心力自动化夹持，容易受到外力晃动从而对测试结果产生影响，又容易因人力偏心夹持从而产生对测试结果的影响，实验的精准性低。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种基于液压组件的力学性能实验装置及实验方法，以解决了现有的问题：现有的力学实验教学装置缺乏与液压组件的结合，从而导致缺乏稳定的对被测物料进行拉伸动力的动力输出，及其余辅助测量结构的设计，导致力学测定下的数据获取效率低。
8.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于液压组件的力学性能实验装置，包括实验搭载箱和辅助行程槽，所述实验搭载箱的两侧均开设有辅助行程槽；
9.还包括：
10.液压动力断裂韧度参数检测获取模块，所述液压动力断裂韧度参数检测获取模块固定于实验搭载箱两侧的外表面，所述液压动力断裂韧度参数检测获取模块顶端的一侧与辅助行程槽滑动连接，所述液压动力断裂韧度参数检测获取模块用于在液压动力的推导下形成对被测物料拉伸前及拉伸后的宽度测量；
11.箱体封盖，所述箱体封盖位于实验搭载箱的顶端；
12.液压动力断裂韧度参数检测生成模块，所述液压动力断裂韧度参数检测生成模块通过螺钉固定于箱体封盖的顶端，所述液压动力断裂韧度参数检测生成模块用于在液压动力的推导下对被测物体进行不同深度的开设预留槽，以便于获取不同数据组下的断裂韧度；
13.液压动力拉伸强度检测模块，所述液压动力拉伸强度检测模块位于实验搭载箱的
两端，所述液压动力拉伸强度检测模块用于在液压动力的推导下对被测物体形成可测的拉伸强度的带动；
14.对称力自动化夹持模块，所述对称力自动化夹持模块固定于液压动力拉伸强度检测模块的一端，所述对称力自动化夹持模块用于形成对被测物体的无偏心力稳定夹持。
15.优选的，所述液压动力拉伸强度检测模块包括检测内装柱、延伸搭载臂、定装板、第一液压活塞缸、液压活塞杆、挤压带动板、延伸拉动柱、测力弹簧和压力检测器，所述检测内装柱的两侧焊接有延伸搭载臂，所述检测内装柱的一端固定连接有压力检测器，所述延伸搭载臂的一端焊接有定装板，所述定装板的一端通过螺钉固定连接有第一液压活塞缸，所述第一液压活塞缸的输出端固定连接有液压活塞杆，所述液压活塞杆与压力检测器的内侧滑动连接，所述液压活塞杆的一端焊接有挤压带动板，所述挤压带动板的一端焊接有延伸拉动柱，所述检测内装柱的远离定装板的一端开设有引导通孔，所述引导通孔与延伸拉动柱滑动连接，所述挤压带动板与检测内装柱的内侧滑动连接，所述挤压带动板远离延伸拉动柱的一端焊接有测力弹簧，所述测力弹簧位于液压活塞杆的外侧，所述测力弹簧的远离挤压带动板的一端与压力检测器固定连接。
16.优选的，所述对称力自动化夹持模块包括搭载柱、延伸卡装臂和自动化动导夹持机构，所述搭载柱的四端均固定连接有延伸卡装臂，所述延伸卡装臂的内侧均固定连接有自动化动导夹持机构。
17.优选的，所述自动化动导夹持机构包括配装载板、引导位移滑轨块、第一配动推块、第二液压活塞缸、第一收折联杆、第一定装拉块、第二收折联杆、第二配动推块、配导位移滑轨、夹紧夹板和第二定装拉块，所述配装载板下表面一侧的两端均焊接有引导位移滑轨块，所述引导位移滑轨块的一端通过螺钉固定连接有第二液压活塞缸，所述第二液压活塞缸的输出端固定连接有第一配动推块，所述第一配动推块与引导位移滑轨块滑动连接，所述配装载板下表面远离引导位移滑轨块一侧的两端均固定连接有第一定装拉块，所述第一定装拉块的内侧转动连接有第二收折联杆，所述第一配动推块的内侧转动连接有第一收折联杆，所述第一收折联杆与第二收折联杆交叉铰接，所述第一收折联杆远离第一配动推块的一端转动连接有第二定装拉块，所述第二定装拉块的底端焊接有夹紧夹板，所述第二定装拉块位于夹紧夹板上表面的一侧两端，所述第二收折联杆远离第一定装拉块的一端转动连接有第二配动推块，所述第二配动推块的两侧滑动连接有配导位移滑轨，所述配导位移滑轨位于夹紧夹板上表面远离第二定装拉块一侧的两端。
18.优选的，所述液压动力断裂韧度参数检测获取模块包括横向引导搭载块、第一电机、螺杆、联动位移块、第三液压活塞缸、数据导出块、延伸定位板和激光测距发射端，所述实验搭载箱的两侧均设置有横向引导搭载块，所述横向引导搭载块的一端通过螺钉固定连接有第一电机，所述第一电机的输出端固定连接有螺杆，所述螺杆的外侧通过螺纹连接有联动位移块，所述联动位移块与横向引导搭载块滑动连接，所述联动位移块的顶端固定连接有第三液压活塞缸，所述第三液压活塞缸的输出端固定连接有数据导出块，所述数据导出块的两侧均焊接有延伸定位板，位于所述实验搭载箱一侧的数据导出块的内部固定有激光测距发射端，位于所述实验搭载箱另一侧的数据导出块的内部固定有激光测距接收端，所述激光测距发射端与激光测距接收端平行对称设计。
19.优选的，所述液压动力断裂韧度参数检测生成模块包括第四液压活塞缸和断裂韧
度检测开口结构，所述第四液压活塞缸的输出端固定连接有断裂韧度检测开口结构。
20.优选的，所述断裂韧度检测开口结构包括定位配装板、内行程引导板、动力搭载块、第二电机、偏心传导板、动力推杆、动导传递支柱、往复推导块和连接销柱，所述定位配装板的一侧焊接有内行程引导板，所述内行程引导板的一端焊接有动力搭载块，所述动力搭载块的一侧通过螺钉固定连接有第二电机，所述第二电机的输出端固定连接有偏心传导板，所述偏心传导板的一端转动连接有动力推杆，所述动力推杆的顶端转动连接有动导传递支柱，所述动导传递支柱的一端焊接有往复推导块，所述往复推导块与内行程引导板的内侧滑动连接，所述往复推导块的一端焊接有连接销柱。
21.优选的，所述断裂韧度检测开口结构还包括中心转动销、摆动齿轮臂、限位引导块、推导齿条和切刀，所述定位配装板的一端焊接有中心转动销，所述中心转动销的外侧转动连接有摆动齿轮臂，所述摆动齿轮臂一端的内侧开设有配动槽，所述配动槽与连接销柱为间隙配合，所述摆动齿轮臂的另一端与推导齿条啮合连接，所述定位配装板远离内行程引导板一端的顶端和底端均焊接有限位引导块，所述限位引导块的内侧滑动连接有推导齿条，所述推导齿条的底端套接有切刀。
22.一种基于液压组件的力学性能实验装置的实验方法，用于如上任意一项，步骤如下：
23.第一步：通过打开箱体封盖，将被测体的两端通过对称力自动化夹持模块进行自动化固定；
24.第二步：通过控制液压动力断裂韧度参数检测获取模块完成对被测体的初始宽度进行测量，获得基础数据“b”；
25.第三步：需要获得断裂韧度数据时，通过控制液压动力断裂韧度参数检测生成模块对被测体的中间位置处开设一个预留槽，并可以通过控制液压动力断裂韧度参数检测生成模块调节预留槽的深度，获得预留槽深度基础数据“a”，从而获得不同情况下的断裂韧度数据，再控制液压动力拉伸强度检测模块完成对被测体的双向拉伸，直至被测体断裂，此时通过控制液压动力断裂韧度参数检测获取模块完成对断裂后的被测体的断裂面进行测定，获得抗拉断面宽度的基础数据“w”，并通过读取液压动力拉伸强度检测模块处的受力获得“σ”；
26.第四步：需要获得被测体的拉伸强度时，通过控制液压动力拉伸强度检测模块直接对被测体进行拉伸，此时不通过液压动力断裂韧度参数检测生成模块对被测体进行开槽，通过液压动力拉伸强度检测模块处读数直接获取拉伸强度受力的数值,对比公式求导出的拉伸强度受力的数值，经过对比被测体获取拉伸强度的评判。
27.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
28.1.本发明通过液压动力拉伸强度检测模块的设计，使得装置便于通过液压动力形成对被测物料进行拉伸动力输出，并配合模块内其他结构获取施加的具体拉伸强度数值，大大提高了力学测定下的数据获取效率；
29.2.本发明通过液压动力断裂韧度参数检测获取模块的设计辅助自动化获得被测物料的宽度，以便于力学数据的求导，提高了实验的便捷性；
30.3.本发明通过液压动力断裂韧度参数检测生成模块的设计，使得装置便于对物料形成不同可控的便捷开槽获得被测物料的断裂韧度数值，大大提高了多种可能性下的实验
的数据成型效率；
31.4.本发明通过对称力自动化夹持模块的设计，使得装置便于完成对被测物料的防偏心力自动化夹持，既避免了外力晃动对测试结果的影响，又避免了人力偏心夹持下对测试结果的影响，大大提高了实验的精准性和使用便捷性。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1为本发明整体的结构示意图；
34.图2为本发明整体的结构展开示意图；
35.图3为本发明液压动力拉伸强度检测模块的局部结构示意图；
36.图4为本发明对称力自动化夹持模块的局部结构示意图；
37.图5为本发明自动化动导夹持机构的局部结构示意图；
38.图6为本发明液压动力断裂韧度参数检测获取模块的局部结构示意图；
39.图7为本发明液压动力断裂韧度参数检测生成模块的局部结构示意图；
40.图8为本发明断裂韧度检测开口结构的局部结构示意图；
41.图9为本发明断裂韧度检测开口结构的侧视图。
42.图中：1、实验搭载箱；2、辅助行程槽；3、液压动力拉伸强度检测模块；4、液压动力断裂韧度参数检测获取模块；5、箱体封盖；6、液压动力断裂韧度参数检测生成模块；7、对称力自动化夹持模块；8、检测内装柱；9、延伸搭载臂；10、定装板；11、第一液压活塞缸；12、液压活塞杆；13、挤压带动板； 14、延伸拉动柱；15、测力弹簧；16、压力检测器；17、搭载柱；18、延伸卡装臂；19、自动化动导夹持机构；20、配装载板；21、引导位移滑轨块；22、第一配动推块；23、第二液压活塞缸；24、第一收折联杆；25、第一定装拉块； 26、第二收折联杆；27、第二配动推块；28、配导位移滑轨；29、夹紧夹板； 30、第二定装拉块；31、横向引导搭载块；32、第一电机；33、螺杆；34、联动位移块；35、第三液压活塞缸；36、数据导出块；37、延伸定位板；38、激光测距发射端；39、激光测距接收端；40、第四液压活塞缸；41、断裂韧度检测开口结构；42、定位配装板；43、内行程引导板；44、动力搭载块；45、第二电机；46、偏心传导板；47、动力推杆；48、动导传递支柱；49、往复推导块；50、连接销柱；51、中心转动销；52、摆动齿轮臂；53、限位引导块；54、推导齿条；55、切刀。
具体实施方式
43.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
44.实施例一：
45.请参阅图1
‑
2：
46.一种基于液压组件的力学性能实验装置，包括实验搭载箱1和辅助行程槽 2，实验搭载箱1的两侧均开设有辅助行程槽2；
47.还包括：
48.液压动力断裂韧度参数检测获取模块4，液压动力断裂韧度参数检测获取模块4固定于实验搭载箱1两侧的外表面，液压动力断裂韧度参数检测获取模块4顶端的一侧与辅助行程槽2滑动连接，液压动力断裂韧度参数检测获取模块4用于在液压动力的推导下形成对被测物料拉伸前及拉伸后的宽度测量；
49.箱体封盖5，箱体封盖5位于实验搭载箱1的顶端；
50.液压动力断裂韧度参数检测生成模块6，液压动力断裂韧度参数检测生成模块6通过螺钉固定于箱体封盖5的顶端，液压动力断裂韧度参数检测生成模块6用于在液压动力的推导下对被测物体进行不同深度的开设预留槽，以便于获取不同数据组下的断裂韧度；
51.液压动力拉伸强度检测模块3，液压动力拉伸强度检测模块3位于实验搭载箱1的两端，液压动力拉伸强度检测模块3用于在液压动力的推导下对被测物体形成可测的拉伸强度的带动；
52.对称力自动化夹持模块7，对称力自动化夹持模块7固定于液压动力拉伸强度检测模块3的一端，对称力自动化夹持模块7用于形成对被测物体的无偏心力稳定夹持。
53.请参阅图3：
54.液压动力拉伸强度检测模块3包括检测内装柱8、延伸搭载臂9、定装板 10、第一液压活塞缸11、液压活塞杆12、挤压带动板13、延伸拉动柱14、测力弹簧15和压力检测器16，检测内装柱8的两侧焊接有延伸搭载臂9，检测内装柱8的一端固定连接有压力检测器16，延伸搭载臂9的一端焊接有定装板 10，定装板10的一端通过螺钉固定连接有第一液压活塞缸11，第一液压活塞缸11的输出端固定连接有液压活塞杆12，液压活塞杆12与压力检测器16的内侧滑动连接，液压活塞杆12的一端焊接有挤压带动板13，挤压带动板13的一端焊接有延伸拉动柱14，检测内装柱8的远离定装板10的一端开设有引导通孔，引导通孔与延伸拉动柱14滑动连接，挤压带动板13与检测内装柱8的内侧滑动连接，挤压带动板13远离延伸拉动柱14的一端焊接有测力弹簧15，测力弹簧15位于液压活塞杆12的外侧，测力弹簧15的远离挤压带动板13的一端与压力检测器16固定连接；
55.通过控制第一液压活塞缸11带动液压活塞杆12进行收缩，利用液压活塞杆12和挤压带动板13连接，将该收缩带动的力传导至延伸拉动柱14，利用延伸拉动柱14带动对称力自动化夹持模块7处固定的被测体，向两侧拉伸，通过挤压带动板13在检测内装柱8内部的滑动，挤压测力弹簧15，利用测力弹簧15和压力检测器16的连接，使得压力检测器16处通过测力弹簧15的受力产生具体的压力数值，该压力数值与拉伸输出力对等，可获得拉伸受力的输出力的具体数据；
56.请参阅图4
‑
5：
57.对称力自动化夹持模块7包括搭载柱17、延伸卡装臂18和自动化动导夹持机构19，搭载柱17的四端均固定连接有延伸卡装臂18，延伸卡装臂18的内侧均固定连接有自动化动导夹持机构19；
58.自动化动导夹持机构19包括配装载板20、引导位移滑轨块21、第一配动推块22、第二液压活塞缸23、第一收折联杆24、第一定装拉块25、第二收折联杆26、第二配动推块27、配导位移滑轨28、夹紧夹板29和第二定装拉块 30，配装载板20下表面一侧的两端均焊接有引导位移滑轨块21，引导位移滑轨块21的一端通过螺钉固定连接有第二液压活塞缸23，第二
液压活塞缸23的输出端固定连接有第一配动推块22，第一配动推块22与引导位移滑轨块21滑动连接，配装载板20下表面远离引导位移滑轨块21一侧的两端均固定连接有第一定装拉块25，第一定装拉块25的内侧转动连接有第二收折联杆26，第一配动推块22的内侧转动连接有第一收折联杆24，第一收折联杆24与第二收折联杆26交叉铰接，第一收折联杆24远离第一配动推块22的一端转动连接有第二定装拉块30，第二定装拉块30的底端焊接有夹紧夹板29，第二定装拉块 30位于夹紧夹板29上表面的一侧两端，第二收折联杆26远离第一定装拉块 25的一端转动连接有第二配动推块27，第二配动推块27的两侧滑动连接有配导位移滑轨28，配导位移滑轨28位于夹紧夹板29上表面远离第二定装拉块 30一侧的两端；
59.通过控制第二液压活塞缸23完成对第一配动推块22的推动，使得第一配动推块22在引导位移滑轨块21的内部滑动，完成对第一收折联杆24的带动，利用第一收折联杆24和第二收折联杆26的连接，使得第二收折联杆26在第一收折联杆24的推导带动下拉动第二配动推块27在配导位移滑轨28的引导下完成滑动，从而形成对夹紧夹板29的受力推导，利用夹紧夹板29的受力完成对被测物体的自动化夹持；
60.请参阅图6：
61.液压动力断裂韧度参数检测获取模块4包括横向引导搭载块31、第一电机 32、螺杆33、联动位移块34、第三液压活塞缸35、数据导出块36、延伸定位板37和激光测距发射端38，实验搭载箱1的两侧均设置有横向引导搭载块31，横向引导搭载块31的一端通过螺钉固定连接有第一电机32，第一电机32的输出端固定连接有螺杆33，螺杆33的外侧通过螺纹连接有联动位移块34，联动位移块34与横向引导搭载块31滑动连接，联动位移块34的顶端固定连接有第三液压活塞缸35，第三液压活塞缸35的输出端固定连接有数据导出块36，数据导出块36的两侧均焊接有延伸定位板37，位于实验搭载箱1一侧的数据导出块36的内部固定有激光测距发射端38，位于实验搭载箱1另一侧的数据导出块36的内部固定有激光测距接收端39，激光测距发射端38与激光测距接收端39平行对称设计；
62.通过控制位于实验搭载箱1两侧的第一电机32同时输出转矩，利用螺杆 33与联动位移块34的螺纹连接将第一电机32的转矩导出至联动位移块34，利用联动位移块34与横向引导搭载块31的滑动连接，使得联动位移块34处的转矩被限位形成滑动位移，利用联动位移块34的滑动位移带动第三液压活塞缸35的输出端在辅助行程槽2内部滑动，完成测量位置的调节，此时通过控制第三液压活塞缸35完成对数据导出块36和延伸定位板37的推导，使得延伸定位板37接触到物体表面的两侧，此时激光测距发射端38发射激光，激光测距接收端39接收，获取被测体的宽度，应用上述操作完成对断裂后的端面宽度的测量；
63.请参阅图7
‑
9：
64.液压动力断裂韧度参数检测生成模块6包括第四液压活塞缸40和断裂韧度检测开口结构41，第四液压活塞缸40的输出端固定连接有断裂韧度检测开口结构41；
65.断裂韧度检测开口结构41包括定位配装板42、内行程引导板43、动力搭载块44、第二电机45、偏心传导板46、动力推杆47、动导传递支柱48、往复推导块49和连接销柱50，定位配装板42的一侧焊接有内行程引导板43，内行程引导板43的一端焊接有动力搭载块44，动力搭载块44的一侧通过螺钉固定连接有第二电机45，第二电机45的输出端固定连接有偏心传导板46，偏心传导板46的一端转动连接有动力推杆47，动力推杆47的顶端转动连接有动导传递支柱48，动导传递支柱48的一端焊接有往复推导块49，往复推导块49 与内行程引导
板43的内侧滑动连接，往复推导块49的一端焊接有连接销柱50；
66.断裂韧度检测开口结构41还包括中心转动销51、摆动齿轮臂52、限位引导块53、推导齿条54和切刀55，定位配装板42的一端焊接有中心转动销51，中心转动销51的外侧转动连接有摆动齿轮臂52，摆动齿轮臂52一端的内侧开设有配动槽，配动槽与连接销柱50为间隙配合，摆动齿轮臂52的另一端与推导齿条54啮合连接，定位配装板42远离内行程引导板43一端的顶端和底端均焊接有限位引导块53，限位引导块53的内侧滑动连接有推导齿条54，推导齿条54的底端套接有切刀55。
67.通过控制第四液压活塞缸40完成对断裂韧度检测开口结构41的推导，从而控制断裂韧度检测开口结构41开槽的深度，利用第二电机45完成对偏心传导板46的转矩输出，利用偏心传导板46的偏心设计，在转动过程中存在最高点和最低点的往复位移行程，利用偏心传导板46和动力推杆47的连接，使得动力推杆47将偏心传导板46转动产生的往复位移行程传递至动导传递支柱48，利用动导传递支柱48带动往复推导块49在内行程引导板43的内部进行往复升降，利用连接销柱50与摆动齿轮臂52的配套设计，及摆动齿轮臂52与中心转动销51的转动连接，使得摆动齿轮臂52形成往复角度的位移，从而拨动推导齿条54在限位引导块53引导下形成的上下运动，从而便于推导切刀55 完成开槽。
68.实施例二：
69.一种基于液压组件的力学性能实验装置的实验方法，用于如上实施例，步骤如下：
70.第一步：通过打开箱体封盖5，将被测体的两端通过对称力自动化夹持模块7进行自动化固定；
71.第二步：通过控制液压动力断裂韧度参数检测获取模块4完成对被测体的初始宽度进行测量，获得基础数据“b”；
72.第三步：需要获得断裂韧度数据时，通过控制液压动力断裂韧度参数检测生成模块6对被测体的中间位置处开设一个预留槽，并可以通过控制液压动力断裂韧度参数检测生成模块6调节预留槽的深度，获得预留槽深度基础数据“a”，从而获得不同情况下的断裂韧度数据，再控制液压动力拉伸强度检测模块3完成对被测体的双向拉伸，直至被测体断裂，此时通过控制液压动力断裂韧度参数检测获取模块4完成对断裂后的被测体的断裂面进行测定，获得抗拉断面宽度的基础数据“w”，并通过读取液压动力拉伸强度检测模块3处的受力获得“σ”；
73.根据断裂韧度获取公式：其中ki为断裂韧度，y 为形状参数，具体位置y为a除以w的值，在该式中的π为圆周率，当被测物体为非圆柱形时，π可为被测物体的高度，可计算出断裂韧度的具体数值。
74.第四步：需要获得被测体的拉伸强度时，通过控制液压动力拉伸强度检测模块3直接对被测体进行拉伸，此时不通过液压动力断裂韧度参数检测生成模块6对被测体进行开槽，通过液压动力拉伸强度检测模块3处读数直接获取拉伸强度受力的数值，对比公式求导出的拉伸强度受力的数值；
75.根据公式σt＝p/(b
×
d)，其中p为被测体材料的最大负荷，可通过查询相关数据获得，b为第二步中的被测体的初始宽度进行测量，当被测体为非圆柱形时，d为被测体的高度，可通过提前测量获得，当被测体为圆柱形时， d直接取“3.14”即为π，从而完成对被测体
的拉伸强度进行数据求导，对比液压动力拉伸强度检测模块3处的实际用力，获得对被测体拉伸强度的评判。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。