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更新時(shí)間:2025-10-09
瀏覽次數(shù):185高溫蠕變持久試驗(yàn)機(jī)的載荷施加系統(tǒng)核心是 “穩(wěn)定、精準(zhǔn)、長(zhǎng)期保持載荷”,主要由載荷產(chǎn)生單元、力傳遞單元、載荷測(cè)量單元、載荷調(diào)節(jié)與保護(hù)單元四部分組成,各部分協(xié)同確保試驗(yàn)中載荷波動(dòng)≤±1%,滿足長(zhǎng)期測(cè)試需求。
一、載荷產(chǎn)生單元:提供試驗(yàn)所需的恒定載荷
載荷產(chǎn)生單元是系統(tǒng)的動(dòng)力源,需根據(jù)試驗(yàn)載荷大小和穩(wěn)定性要求選擇不同類型,核心分為兩類:
砝碼加載機(jī)構(gòu)(靜態(tài)恒定載荷)
組成:砝碼組、杠桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、砝碼升降裝置。
原理:通過(guò)懸掛不同規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)砝碼,利用杠桿原理(杠桿比通常為 1:10 或 1:20)將砝碼重力轉(zhuǎn)化為試樣所需的軸向載荷,載荷大小由砝碼總質(zhì)量決定。
特點(diǎn):載荷穩(wěn)定性高(波動(dòng)≤±0.5%),無(wú)動(dòng)力源漂移問(wèn)題,適合長(zhǎng)期(數(shù)千小時(shí))蠕變持久試驗(yàn);但載荷調(diào)整不便,需手動(dòng)增減砝碼,僅支持靜態(tài)恒定載荷。
伺服電機(jī)加載機(jī)構(gòu)(動(dòng)態(tài) / 靜態(tài)載荷)
組成:伺服電機(jī)、滾珠絲杠、減速箱、加載橫梁。
原理:伺服電機(jī)接收控制器信號(hào),通過(guò)減速箱驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng),帶動(dòng)加載橫梁上下移動(dòng),對(duì)試樣施加軸向拉力或壓力;控制器通過(guò)閉環(huán)控制,實(shí)時(shí)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速,維持載荷恒定。
特點(diǎn):載荷調(diào)整靈活(可實(shí)現(xiàn)階梯載荷、動(dòng)態(tài)載荷),適合蠕變 - 疲勞復(fù)合試驗(yàn);但需依賴電機(jī)穩(wěn)定性,長(zhǎng)期運(yùn)行需定期校準(zhǔn),避免動(dòng)力源發(fā)熱導(dǎo)致載荷漂移。
二、力傳遞單元:將載荷精準(zhǔn)傳遞至試樣
力傳遞單元需確保載荷無(wú)損耗、無(wú)偏載地傳遞到試樣,避免因力傳遞偏差影響測(cè)試精度,主要包括:
拉桿與連接組件
組成:高強(qiáng)度拉桿(材質(zhì)多為合金鋼或不銹鋼,確保高溫下不變形)、萬(wàn)向節(jié)、連接件。
作用:連接載荷產(chǎn)生單元(如砝碼杠桿或加載橫梁)與試樣,萬(wàn)向節(jié)可補(bǔ)償試樣安裝時(shí)的微小同軸度偏差,避免橫向力產(chǎn)生,確保載荷純軸向傳遞。
試樣夾持機(jī)構(gòu)
組成:上夾頭、下夾頭、夾頭固定座,夾頭類型需匹配試樣形狀(如棒材用楔形夾頭、板材用平口夾頭)。
作用:牢固夾持試樣,防止試驗(yàn)中試樣打滑或脫落;夾頭與拉桿同軸度需≤0.1mm/m,避免夾持偏載導(dǎo)致試樣提前斷裂或蠕變變形異常。
三、載荷測(cè)量單元:實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并反饋載荷大小
載荷測(cè)量單元用于精準(zhǔn)測(cè)量實(shí)際施加在試樣上的載荷,確保載荷符合設(shè)定值,核心組件為:
力傳感器(載荷傳感器)
類型:多采用高精度應(yīng)變片式力傳感器(量程通常為設(shè)備最大載荷的 1.2-1.5 倍),部分機(jī)型使用壓電式傳感器。
原理:傳感器串聯(lián)在力傳遞路徑中(如拉桿與夾頭之間),當(dāng)載荷通過(guò)時(shí),傳感器內(nèi)部應(yīng)變片產(chǎn)生形變,輸出與載荷成正比的電信號(hào),信號(hào)經(jīng)放大器傳輸至控制器。
精度要求:力傳感器精度需達(dá)到 0.1 級(jí)(誤差≤±0.1% FS),長(zhǎng)期穩(wěn)定性誤差≤±0.5%/ 年,且需具備高溫防護(hù)(如傳感器表面涂覆耐高溫涂層),避免試驗(yàn)環(huán)境高溫影響測(cè)量。
信號(hào)采集與處理模塊
組成:信號(hào)放大器、A/D 轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)采集卡。
作用:將力傳感器輸出的微弱電信號(hào)(mV 級(jí))放大、濾波,轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào),傳輸至控制器;控制器通過(guò)數(shù)據(jù)處理,實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前載荷值,并與設(shè)定值對(duì)比,形成閉環(huán)控制。
四、載荷調(diào)節(jié)與保護(hù)單元:確保載荷穩(wěn)定且設(shè)備安全
該單元用于維持載荷恒定,并在異常情況下保護(hù)設(shè)備和試樣,避免損壞,主要包括:
載荷閉環(huán)調(diào)節(jié)模塊
組成:控制器、PID 調(diào)節(jié)算法、伺服驅(qū)動(dòng)器(僅伺服電機(jī)加載系統(tǒng))。
原理:控制器實(shí)時(shí)對(duì)比 “設(shè)定載荷” 與 “傳感器實(shí)測(cè)載荷”,若存在偏差(如試樣蠕變變形導(dǎo)致載荷下降),通過(guò) PID 算法輸出調(diào)節(jié)信號(hào):
砝碼加載系統(tǒng):觸發(fā)砝碼升降裝置,自動(dòng)補(bǔ)充微小砝碼(如補(bǔ)償砝碼),維持載荷恒定;
伺服電機(jī)加載系統(tǒng):調(diào)整伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速,驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠移動(dòng),補(bǔ)償載荷偏差。
過(guò)載與安全保護(hù)模塊
組成:過(guò)載保護(hù)開(kāi)關(guān)、緊急停機(jī)按鈕、軟件過(guò)載閾值設(shè)置。
作用:當(dāng)載荷超過(guò)設(shè)定值 10%-20%(如試樣突然斷裂導(dǎo)致載荷驟增),過(guò)載保護(hù)開(kāi)關(guān)觸發(fā),立即切斷加載動(dòng)力源(電機(jī)斷電或砝碼升降);緊急停機(jī)按鈕可手動(dòng)觸發(fā),應(yīng)對(duì)突發(fā)故障(如傳感器異常、試樣脫落),避免設(shè)備部件(如拉桿、絲杠)因過(guò)載損壞。
五、核心設(shè)計(jì)要求(確保長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行)
材質(zhì)要求:力傳遞部件(拉桿、夾頭)需選用高溫 - resistant 材料,避免試驗(yàn)環(huán)境(如 200-1600℃)導(dǎo)致部件變形或強(qiáng)度下降;
同軸度要求:整個(gè)力傳遞路徑的同軸度需≤0.1mm/m,防止偏載產(chǎn)生附加彎矩,影響蠕變變形數(shù)據(jù);
密封要求:若試驗(yàn)在高溫爐內(nèi)進(jìn)行,拉桿與爐體連接處需設(shè)置高溫密封件(如石墨密封環(huán)),避免爐內(nèi)熱量外泄,同時(shí)防止外部灰塵進(jìn)入爐內(nèi)。
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