一种疲劳蠕变试验机

1.本发明涉及试验测试技术领域，具体是涉及一种疲劳蠕变试验机。


背景技术：

2.中国是世界能源消费大国，能源消耗问题日益突出。提高动力装置的工作温度可以提升能源利用率，降低能源消耗。然而，设备长期在高温高压下运行，材料会产生蠕变变形和损伤，甚至存在开裂失效的风险，轻则设备停车，重则发生爆炸，造成重大的经济损失和人员伤亡。因此，获得高温高压工况下材料的高温性能，准确评价在役高温结构的剩余寿命，对保证设备的安全运行具有重要意义。目前国内外对材料高温性能的测试，主要是高温蠕变性能和应力控制的高温疲劳性能的测试，而对于高温蠕变-疲劳交互作用下的材料特性测试，国内外现存设备均存在一些弊端，例如设备结构设计不够合理，操作复杂，或者功能单一，适应性较低；又或者设备结构复杂，造价昂贵，一般中小企业无力购买。因此，有必要设计一种结构简单，适用性强，使用方便的疲劳蠕变测试装置。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种疲劳蠕变试验机，以解决上述现有技术存在的问题，实现材料性能测试，且结构简单。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
5.本发明提供了一种疲劳蠕变试验机，包括底座、立柱、上横梁、上加载机构、下加载机构、加热机构和测量控制机构，所述立柱的下端安装于所述底座上，所述立柱的上端与所述上横梁连接，且所述上横梁能够沿所述立柱的长度方向往复移动，所述上加载机构安装于所述上横梁的下端，所述下加载机构安装于所述底座上，且所述上加载机构和所述下加载机构分别与测试样品的两端连接，并用于对测试样品提供加载力，所述加热机构用于对测试样品加热，所述测量控制机构用于在试验过程中进行加载控制和数据测量。
6.优选地，所述立柱为两个，且所述立柱的外周设有螺纹，所述立柱的下端安装于所述底座上，所述上横梁的两端分别套设于两个所述立柱外周，所述上横梁上还安装有蜗轮蜗杆电机，所述蜗轮蜗杆电机能够沿所述立柱升降，并带动所述上横梁升降，且所述上横梁带动所述上加载机构升降。
7.优选地，所述上加载机构包括上夹具和上加载杆，所述上加载杆的上端与所述上横梁的下端面连接，所述上加载杆的下端与所述上夹具的上端连接，所述上夹具用于连接测试样品的一端，并对测试样品施力。
8.优选地，所述下加载机构包括伺服电机、竖直加载缸、下加载杆和下夹具，所述伺服电机安装于所述底座内，所述竖直加载缸的上端与所述下加载杆的下端连接，所述下加载杆的上端与所述下夹具的下端连接，所述下夹具的上端用于连接测试样品上远离所述上加载机构的一端，所述伺服电机用于驱动所述竖直加载缸升降，并通过所述下加载杆带动所述下夹具对测试样品施力。
9.优选地，所述竖直加载缸设有油冷散热系统，所述油冷散热系统用于对所述竖直加载缸散热。
10.优选地，所述上加载机构和所述下加载机构均与一水冷机构连接，所述水冷机构包括水冷机、循环管和循环元件，所述循环管连通所述水冷机和所述循环元件，并能够将所述水冷机内的水通入所述循环元件以对所述上加载机构或所述下加载机构冷却，以及能够将所述循环元件内换热后的水导回至所述水冷机内冷却。
11.优选地，所述加热机构为高温炉，所述高温炉用于罩设于测试样品外周，且所述高温炉通过固定套转动安装于所述立柱上，并能够绕所述立柱转动。
12.优选地，所述高温炉内还设有热电偶，所述热电偶用于检测测试样品处的温度。
13.优选地，所述测量控制机构包括控制器、载荷传感器、引伸计和数据采集卡，所述载荷传感器与所述加载机构连接，并用于测量所述下加载机构施加给测试样品的加载力，所述引伸计用于夹持在测试样品上，并用于检测测试样品的变形，所述载荷传感器和所述引伸计均与所述控制器电连接，并能够将载荷信号和变形信号传递至所述控制器，所述控制器还电连接所述数据采集卡和所述下加载机构，且所述控制器能够控制所述下加载机构动作，以及将载荷数据和变形数据传递至所述数据采集卡储存。
14.优选地，所述底座的下端设有减震机构。
15.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
16.本发明提供的疲劳蠕变试验机，立柱的下端安装于底座上，立柱的上端与上横梁连接，且上横梁能够沿立柱的长度方向往复移动，在通过立柱实现对上横梁支撑的同时，还实现上横梁的升降，上加载机构安装于上横梁的下端，进而通过上横梁的升降能够带动上加载机构的升降，便于调整上加载机构的位置，下加载机构安装于底座上，且上加载机构和下加载机构分别与测试样品的两端连接，并用于对测试样品提供加载力，同时配合加热机构对测试样品加热，以及通过测量控制机构在试验过程中进行加载控制和数据测量，能够实现在高温下蠕变、松弛、蠕变疲劳以及常温疲劳等多种性能的测试，且整体结构简单。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中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。
18.图1是本发明提供的疲劳蠕变试验机的结构示意图；
19.图中：100-疲劳蠕变试验机，1-上横梁，2-立柱，3-上加载杆，4-循环元件，5-上夹具，6-固定套，7-高温炉，8-计算机，9-温度控制器，10-测量控制器，11-底座，12-竖直加载缸，13-伺服电机，14-下加载杆，15-载荷传感器，16-下夹具，17-引伸计，18-水冷机，19-测试样品，20-循环管，21-蜗轮蜗杆电机。
具体实施方式
20.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。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.本发明的目的是提供一种疲劳蠕变试验机，以解决现有的材料性能试验装置结构复杂的技术问题。
22.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
23.如图1所示，本实施例提供一种疲劳蠕变试验机100，包括底座11、立柱2、上横梁1、上加载机构、下加载机构、加热机构和测量控制机构，立柱2的下端安装于底座11上，立柱2的上端与上横梁1连接，且上横梁1能够沿立柱2的长度方向往复移动，在通过立柱2实现对上横梁1支撑的同时，还实现上横梁1的升降，上加载机构安装于上横梁1的下端，进而通过上横梁1的升降能够带动上加载机构的升降，便于调整上加载机构的位置，下加载机构安装于底座11上，且上加载机构和下加载机构分别与测试样品19的两端连接，并用于对测试样品19提供加载力，同时配合加热机构对测试样品19加热，以及通过测量控制机构在试验过程中进行加载控制和数据测量，能够实现在高温下蠕变、松弛、蠕变疲劳以及常温疲劳等多种性能的测试，且整体结构简单。
24.具体地，立柱2为两个，通过两个立柱2实现对上横梁1的支撑，以及辅助上横梁1升降，能够提高整体稳定性，立柱2的外周设有螺纹，立柱2的下端安装于底座11上，上横梁1的两端分别套设于两个立柱2外周，上横梁1上还安装有蜗轮蜗杆电机21，蜗轮蜗杆电机21在动作时，电机的输出轴带动蜗杆转动，蜗杆带动蜗轮转动，蜗轮套设于立柱2外周并能够相较于立柱2转动，以及沿立柱2的长度方向升降，上横梁1与电机的壳体连接，进而随着蜗轮的升降，实现上横梁1的升降，最终实现上加载机构的升降。
25.上加载机构包括上夹具5和上加载杆3，上加载杆3的上端与上横梁1的下端面连接，上加载杆3的下端与上夹具5的上端连接，优选为螺纹连接，进而能够通过上横梁1的升降实现上夹具5的升降，便于与测试样品19连接，上夹具5用于连接测试样品19的一端，并对测试样品19施力。
26.下加载机构包括伺服电机13、竖直加载缸12、下加载杆14和下夹具16，伺服电机13安装于底座11内，竖直加载缸12的上端与下加载杆14的下端连接，下加载杆14的上端与下夹具16的下端连接，下夹具16的上端用于连接测试样品19上远离上加载机构的一端，优选为螺纹连接，伺服电机13用于驱动竖直加载缸12升降，进而使竖直加载缸12带动下加载杆14升降，实现下加载杆14带动下夹具16升降，以对测试样品19施力，实现力的加载。其中伺服电机13与竖直加载缸12的配合形成伺服电缸，一方面可以保证加载的稳定性，控制精度比较高、传动平稳，可保证测试系统的精度，另一方面，竖直加载缸12内部采用循环油冷散热，避免频率过高时伺服电缸发热升温，能够满足常温疲劳0-10hz加载频率，高温应变控制时加载频率0.1hz-2hz，该技术指标远超传统机械传动结构，伺服电缸采用滚珠丝杠设计，无须减速机构、结构简单，可实现大载荷传动及长时运转，同时，具有响应快、精度高、无噪音等特点。
27.水冷机构包括水冷机18、循环管20和循环元件4，水冷机18用于提供恒温、恒流、恒压的冷却水，以便于实现持续冷却，循环元件4内能够实现冷却水的流通，进而通过循环水实现对上加载杆3、下加载杆14以及各传感器的降温冷却，避免温度升高影响试验精度，循
环管20连通水冷机18和循环元件4，并能够将水冷机18内的水通入循环元件4以对上加载机构或下加载机构冷却，以及能够将循环元件4内换热后的水导回至水冷机18内冷却，实现水的循环及换热。优选的，循环元件4可以为在上夹具5和上加载杆3之间设置的法兰，或在下夹具16和下加载杆14之间设置的法兰，且法兰侧边开孔以实现水循环，也可直接在上夹具5靠近上加载杆3的一端和下夹具16靠近下加载杆14的一端开孔用以实现水循环。
28.加热机构为高温炉7，高温炉7用于罩设于测试样品19外周，高温炉7为开式大气炉，装卸测试样品19方便，且采用三段电热丝加热控制，实验温度和设定参数均可数显，具有上、下限位保护功能，高温炉7通过固定套6转动安装于立柱2上，并能够绕立柱2转动，进而通过固定套6对高温炉7限位，防止高温炉7上下移动。
29.高温炉7内还设有热电偶，热电偶用于检测测试样品19处的温度，热电偶的测试端靠近测试样品19设置，提高温度检测的准确性，高温炉7和热电偶均与一温度控制器9电连接，热电偶将检测的温度实时传递至温度控制器9，并通过温度控制器9实现高温炉7内的温度调节与控制。
30.测量控制机构包括控制器、载荷传感器15、引伸计17和数据采集卡，载荷传感器15与加载机构连接，并用于测量下加载机构施加给测试样品19的加载力，优选的，载荷传感器15与下加载杆14相连，且载荷传感器15为高精度传感器，采用智能补偿技术，有效避免外部环境及附加载荷对其造成影响，并自动补偿惯性力对力值测试的影响，加载精度为测试力的0.5％，引伸计17通过高温炉7的槽口伸入高温炉7内并夹持在测试样品19上，优选为通过卡爪相连，适用于在高温炉7产生的高温下测量金属、陶瓷和复合材料的变形，载荷传感器15和引伸计17均与控制器电连接，并能够将载荷信号和变形信号传递至控制器，控制器还电连接数据采集卡和伺服电机13，且控制器能够控制伺服电机13动作，实现载荷和位移的控制，以及能够将载荷数据和变形数据传递至数据采集卡储存，并在电脑上显示，此控制器可为测量控制器10，温度控制器9和测量控制器10均能将数据传递至计算机8。
31.底座11的下端设有减震机构，保证试验的顺利进行，且延长整体使用寿命。
32.使用本实施例提供的疲劳蠕变试验机100可以实现功能多样化，既可以实现给定恒定的力值测试蠕变性能，给定恒定的变形测试蠕变松弛性能，给定加载速率测定高温断裂韧性、改变载荷波形测定材料的蠕变疲劳性能以及常温疲劳性能，具有更广泛的适用性。
33.本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。