CN112630029B - 一种网状织物力学性能测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种网状织物力学性能测试装置,包括装置主体、张力加载机构、加载驱动机构和控制***。装置主体采用桁架支撑结构,顶部最外圈为矩形支撑横梁,支撑横梁的导轨上架设挂钩横梁,挂钩横梁上安装有带挂钩的同步展开机构。张力加载机构包括安装在导轨上的滑块,滑块上设置挂钩。加载驱动机构包括电机、传动机构和双向丝杠‑滑块机构。控制***包括包含主控制模块、张力加载模块等控制模块。本发明能实现对金属网张力的准确均匀施加,并实现测试过程的自动加载、连续加载等功能,实现操作的智能化和高效化,满足金属网性能测试的需要。
Description
技术领域
本发明属于力学性能测试装置领域,具体涉及一种网状织物力学性能测试装置。
背景技术
金属网是一种应用于航天以及民用通信天线反射面的主要材料。金属网在使用之前需要对其进行力学性能测试,用以检验其产品性能是否满足设计要求。现有装置在测试时,通过法码对金属网四周施加张力。法码悬挂在四周的张力钩滑板上,张力钩滑板下安装有导轨,在法码重力的作用下,张力钩滑板会向四周运动,对金属网施加张力。目前现有金属网测试装置在使用过程中发现存在载荷施加方式不合理、载荷施加不准确、金属网变形测量不准确以及载荷加载效率低等问题。针对上述问题需要重新设计一种能够满足更高测量精度、更大测量范围的需求,同时能够实现载荷自动施加、连续渐变施加等多种施加方的装置。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题,本发明提供了一种网状织物力学性能测试装置。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现:
一种网状织物力学性能测试装置,包括:
下横梁、上横梁,以及连接所述下横梁和所述上横梁的立柱;
所述下横梁中心位置设置有安装架,以架设升降平台;
所述上横梁由四个子横梁围设形成,每个子横梁上均设置有第一导轨,相对设置的所述第一导轨上均设置有第一滑块,相对设置的所述第一滑块上架设有挂钩横梁以形成井字形结构,所述井字形结构内侧的挂钩横梁上设置有四个第二导轨;
以及,
设置在每个所述第二导轨上的多个第二滑块,每个所述第二滑块上均设置有用于牵拉金属网的挂钩,所述挂钩与所述第二滑块之间设置有拉力传感器,所述第二导轨的内侧端面设置有位移传感器;
还包括步进电机、两组传动机构和双向丝杠,所述双向丝杠对应设置在每个子横梁内侧,并且两个平行的双向丝杠通过一组传动机构与所述步进电机连接,以通过所述步进电机同步驱动两个平行的双向丝杠转动;
每根所述双向丝杠上均套设有两个第三滑块,所述第三滑块连接所述第二导轨。
在一个具体实施方式中,相邻两个所述第二滑块之间设置有剪刀单元,所述剪刀单元包括连杆和铰链,两根所述连杆通过铰链连接形成X型结构,多个所述剪刀单元通过铰链两两连接形成剪刀同步机构,每个剪刀单元分别连接在一个第二滑块上。
在一个具体实施方式中,任一个第二导轨端部的第二滑块与相邻的第二导轨端部的第二滑块连接。
在一个具体实施方式中,所述第二滑块的长度为17mm,且相邻第二滑块之间的间隙为6mm。
在一个具体实施方式中,还包括主控制器、电机驱动器和数据采集A/D模块,所述主控制器通过数据采集A/D模块连接拉力传感器和位移传感器,主控制器通过电机驱动器连接步进电机。
在一个具体实施方式中,所述主控制器芯片为ATMEGA328P芯片。
在一个具体实施方式中,电机驱动器ZD-M42型电机驱动器。
在一个具体实施方式中,所述拉力传感器为XRL-41-100拉力传感器。
在一个具体实施方式中,所述位移传感器为MLT-J800-P位移传感器。
本发明的有益效果:
1、本发明结构设计科学合理,操作简单,对金属网变形拉伸均匀平稳,载荷施加均匀准确,载荷施加效率高,传动平稳。
2、本发明设计了剪刀同步机构,同步机构就会带动与之相连的滑块向两侧均匀展开,使滑块能够与金属网做同步的拉伸运动,从而保证金属网张力的均匀性、一致性,解决了现有装置进行试验时金属网的扩张做同向运动,但由于摩擦力等因素影响,会使得滑块的运动滞后于金属网的拉伸运动,难以保证滑块运动与金属网运动的同步性,使得滑块会阻碍金属的伸张,难以保证金属网所受张力的均匀性的问题。
3、本发明在每个张力加载挂钩和第二滑块之间都设计有独立的高精度拉力传感器,金属网对挂钩的拉力会直接传递到拉力传感器,由传感器直接实时测量该张力输出到控制***,为控制***的加载过程提供依据,从而保证了张力的加载精度。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种网状织物力学性能测试装置结构示意图;
图2是本发明实施例提供的一种金属网力学性能测试装置整体结构工装示意图;
图3是本发明实施例提供的一种网状织物力学性能测试装置剪刀同步机构的结构示意图;
图4是本发明中张力加载机构的结构示意图;
图5是本发明中拉力传感器安装位置示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
请参见图1-图5,本发明实施例的网状织物力学性能测试装置,主要包括装置主体、张力加载机构、加载驱动机构和控制***四部分,具体的,装置主体包括:
下横梁、上横梁,以及连接所述下横梁和所述上横梁的立柱;下横梁、上横梁,以及连接所述下横梁和所述上横梁的立柱形成长方体桁架支撑结构,所述下横梁中心位置设置有安装架,以架设升降平台。
本实施例中,所述升降平台由升降电机、传动丝杠螺母和可更换操作平台组成。丝杠直接与升降电机转出轴相连,螺母与可升降平台相连,升降平台上安装有操作平台。工作时,通过升降电机驱动丝杠转动,丝杠带动螺母和升降平台上下运动,从而带动操作平台作升降运动。当然本实施例的升降平台也可以有多种实现方式,例如采用电动丝杠升降、X型升降机构、液压升降机构等方式。具体的,可更换操作平台的台面大小可以根据实际需要进行确定,在本实施中,例如可以是300mm×300mm和500mm×500mm两种规格。
所述上横梁由四个子横梁21围设形成,每个子横梁21上均设置有第一导轨22,相对设置的所述第一导轨22上均设置有第一滑块23,相对设置的所述第一滑块23上架设有挂钩横梁24以形成井字形结构,所述井字形结构内侧的挂钩横梁24上设置有四个第二导轨25。
本实施例中,张力加载机构还包括设置在每个所述第二导轨25上的多个第二滑块26,每个所述第二滑块26上均设置有用于牵拉金属网的挂钩27,所述挂钩27与所述第二滑块26之间设置有拉力传感器,所述第二导轨的内侧端面设置有位移传感器;所述第二滑块的长度为17mm,且相邻第二滑块之间的间隙为6mm,从而使得在300mm的范围内均匀布置13个第二滑块。
加载驱动机构还包括步进电机28、两组传动机构29和双向丝杠30,所述双向丝杠30对应设置在每个子横梁21内侧,并且两个平行的双向丝杠30通过一组传动机构29与所述步进电机28连接,以通过所述步进电机28同步驱动两个平行的双向丝杠30转动;
每根所述双向丝杠30上均套设有两个第三滑块31,所述第三滑块31连接所述第二导轨25。
具体的,驱动电机包括但不限于步进电机、伺服电机、超声电机等多种驱动方式。传动机构包括但不限于同步带传动机构、链传动机构、或齿轮传动机构等。
在一个具体实施方式中,相邻两个所述第二滑块之间设置有剪刀单元32,所述剪刀单元32包括连杆321和铰链322,两根所述连杆321通过铰链322连接形成X型结构,多个所述剪刀单元32通过铰链两两连接形成剪刀同步机构33,每个剪刀单元分别连接在一个第二滑块26上。任一个第二导轨端部的第二滑块与相邻的第二导轨端部的第二滑块连接。当加载测试时,四根第二导轨会向四周做扩张运动,同时会驱动剪刀同步机构分别向两侧展开,同步机构就会带动与之相连的第二滑块向两侧均匀展开,使第二滑块能够与金属网做同步的拉伸运动,从而保证金属网张力的均匀性、一致性。
本实施例中,所述双向丝杠的两端螺纹结构参数相同,但一端为左旋螺纹,另一端为右旋螺纹。当丝杠转动时,安装于丝杠两端的螺母会相向运动,带动金属网两侧的挂钩排同时相对收拢或展开,从而实现对金属网的张力加载或卸载,采用双向丝杠驱动,在实现对金属网张力加载的同时,丝杠两端螺母运动方向相反,螺母对丝杠的轴向力大小相等方向相反,正好可以相互抵消,使得丝杠只受到扭矩的作用,有利于丝杠强度和结构设计,所述双向丝杠的螺纹可以采用普通T型螺纹,也可以采用滚珠丝杠传动等能够实现转动功能的结构,当丝杠停止运动时,本身具有自锁功能,可以实现金属网张力的保持功能。
综上,本实施例采用双向丝杠传动有如下作用:
1、实现相对收拢和展开,实现加载或卸载。
2、两端轴向力相抵消。
3、实现对电机运动力的放大,可以将电机的小扭矩转化为较大的拉力。
4、可以实现微小位移,从而实现张力的精确加载。
5、丝杠具有自锁功能,当张力加载完成后,不需要电机和控制***的辅助,即可实现对张力的保持。
在一个具体实施方式中,控制***还包括主控制器、电机驱动器和数据采集A/D模块,所述主控制器通过数据采集A/D模块连接拉力传感器和位移传感器,主控制器通过电机驱动器连接步进电机。
所述主控制器可以使用单片机、PLC或其他带有控制功能的芯片或***,例如可以是美国Atmel公司生产的ATMEGA328P芯片。所述电机驱动器例如可以使用ZD-M42型电机驱动器。拉力传感器例如可以使用XRL-41-100拉力传感器,该拉力传感器测量精度高、体积小,具有良好的抗侧、抗扭、抗偏性能。位移传感器例如可以选用MLT-J800-P位移传感器。
本实施例中,为保证***正常运行,满足不同器件的用电需求,电源电压可根据实际场地要求或者电气选型决定,在一般场景中,例如在电源总成中设置220V转24VDC电源模块、220V转12VDC电源模块以及220V转5VDC电源模块。各路电源模块之间相互隔离,可以避免在各器件之间产生供电干扰和影响,以满足***各路驱动器、电机、拉力传感器及位移传感器的稳定供电需求。此次,人机交互模块和***自检警示模块可以方便的使用户对装置进行控制,以及提升装置运行时的安全性。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述,然而,在实施所要求保护的本申请过程中,本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书,可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在权利要求中,“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤,“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施,但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种网状织物力学性能测试装置,包括下横梁、上横梁,以及连接所述下横梁和所述上横梁的立柱;所述下横梁中心位置设置有安装架,以架设升降平台;其特征在于,
所述上横梁由四个子横梁(21)围设形成,每个子横梁(21)上均设置有第一导轨(22),相对设置的所述第一导轨(22)上均设置有第一滑块(23),相对设置的所述第一滑块(23)上架设有挂钩横梁(24)以形成井字形结构,所述井字形结构内侧的挂钩横梁(24)上设置有四个第二导轨(25);
以及,
设置在每个所述第二导轨(25)上的多个第二滑块(26),每个所述第二滑块(26)上均设置有用于牵拉金属网的挂钩(27),所述挂钩(27)与所述第二滑块(26)之间设置有拉力传感器,所述第二导轨的内侧端面设置有位移传感器;
还包括驱动电机(28)、两组传动机构(29)和双向丝杠(30),所述双向丝杠(30)对应设置在每个子横梁(21)内侧,并且两个平行的双向丝杠(30)通过一组传动机构(29)与步进电机(28)连接,以通过所述步进电机(28)同步驱动两个平行的双向丝杠(30)转动;
每根所述双向丝杠(30)上均套设有两个第三滑块(31),所述第三滑块(31)连接所述第二导轨(25)。
2.根据权利要求1所述的网状织物力学性能测试装置,其特征在于,相邻两个所述第二滑块之间设置有剪刀单元(32),所述剪刀单元(32)包括连杆(321)和铰链(322),两根所述连杆(321)通过铰链(322)连接形成X型结构,多个所述剪刀单元(32)通过铰链两两连接形成剪刀同步机构(33),每个剪刀单元分别连接在一个第二滑块(26)上。
3.根据权利要求2所述的网状织物力学性能测试装置,其特征在于,任一个第二导轨端部的第二滑块与相邻的第二导轨端部的第二滑块连接。
4.根据权利要求1所述的网状织物力学性能测试装置,其特征在于,所述第二滑块的长度为17mm,且相邻第二滑块之间的间隙为6mm。
5.根据权利要求1所述的网状织物力学性能测试装置,其特征在于,还包括主控制器、电机驱动器和数据采集A/D模块,所述主控制器通过数据采集A/D模块连接拉力传感器和位移传感器,主控制器通过电机驱动器连接步进电机。
6.根据权利要求5所述的网状织物力学性能测试装置,其特征在于,所述主控制器芯片为ATMEGA328P芯片。
7.根据权利要求5所述的网状织物力学性能测试装置,其特征在于,电机驱动器ZD-M42型电机驱动器。
8.根据权利要求5所述的网状织物力学性能测试装置,其特征在于,所述拉力传感器为XRL-41-100拉力传感器。
9.根据权利要求5所述的网状织物力学性能测试装置,其特征在于,所述位移传感器为MLT-J800-P位移传感器。
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