CN205643031U - 一种热力耦合疲劳试验机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种热力耦合疲劳试验机，包括用于对试样提供单轴的拉伸载荷或者压缩载荷的加载装置、用于快速加热的感应加热线圈以及用于快速冷却试样的冷却装置，加载装置包括两个夹座以及驱动两个夹座靠拢和背离的驱动机构，感应加热线圈位于两个夹座之间形成的试样加载区域内，冷却装置靠近试样加载区域，可采用风冷或水冷，两个夹座上设置有与试样对应的夹头，感应加热线圈可水平、上下和旋转调整位置。本实用新型对在热力耦合作用下的材料或产品疲劳寿命的考核提供了合理的考核环境，能够实现拉伸、压缩状态下的热力耦合疲劳试验，以更准确地预测材料或产品疲劳寿命。实现快速升温，缩短试验周期，提高试验效率。

Description

一种热力耦合疲劳试验机

技术领域

本实用新型属于材料试验技术领域，特别涉及一种热力耦合疲劳试验机。

背景技术

材料热力耦合作用下的疲劳试验，是准确评估实际应用中材料性能或寿命的有效途径。但是目前已有的疲劳试验机只单一考虑了热负荷或机械负荷的作用，实际上很多材料或产品在实际工作中受到的是热负荷、机械负荷的综合作用，如果只单独考虑热负荷或机械负荷，将很难准确评估材料或产品的应力状态和预测材料或产品的疲劳寿命。而且现有技术中设备复杂、能耗高、升温降温周期长，导致单次试验的周期长，而通常情况下试样都要经过上千次试验，使得试样的热力耦合疲劳试验耗时较长。虽然也出现过一种热力耦合疲劳加载装置，但是其只能对试样进行加热和旋转弯曲疲劳加载。同时传统的加载夹具都比较单一，不能够适应多种试样的装夹和加载。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种低能耗、能够快速升降温和实现拉伸和压缩的热力耦合疲劳试验装置。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型技术方案如下：

一种热力耦合疲劳试验机，包括用于对试样提供单轴的拉伸载荷或者压缩载荷的加载装置、用于快速加热的加热装置、用于快速冷却试样的冷却装置、测试装置和控制装置，所述加载装置包括两个夹座以及驱动两个夹座靠拢和背离的驱动机构，所述加热装置包括高频感应加热炉和感应线圈，所述加热装置的感应线圈位于两个夹座之间形成的试样加载区域内，所述冷却装置靠近试样加载区域。

作为优选：所述加载装置还包括支撑机构、固定座、移动座和多根导向柱，所述固定座安装在支撑机构上部，移动座位于固定座上方，所述驱动机构安装在支撑机构下部，所述导向柱竖直穿过固定座，导向柱上端与移动座连接，下端与驱动机构连接，两个所述夹座正对地安装在移动座和固定座上。

作为优选：所述支撑机构包括底座和设置在底座上的支撑柱，所述固定座安装在支撑柱上端；所述驱动机构上端安装有支撑板，所述导向柱下端固定在支撑板上，所述固定座上设 置有与导向柱对应的导向套。

作为优选：所述驱动机构为气缸或液压缸，所述冷却装置包括喷头，所述喷头通过管路与空压机或水箱连接，所述固定座上设置有集水槽，该集水槽位于试样加载区域下方，所述集水槽通过管路与水箱连接。

作为优选：两个夹座分别为上夹座和下夹座，上夹座和下夹座正对，上夹座通过称重传感器安装在移动座下表面，上夹座通过螺纹安装在称重传感器下端，所述下夹座通过安装座固定在固定座上。

作为优选：所述支撑板上表面与固定座下表面分别设置有一个夹座，两个夹座之间形成另一个试样加载区域，并设置有冷却装置和加热装置，固定座上方和下方的两个加载区域同时对试样进行加载。上下两个加载区域可以同时对同一试样进行拉伸和压缩的加载，节省时间。

作为优选：所述夹座包括支撑块，所述支撑块上开设有用于安装夹头的第一凹槽和第二凹槽，第一凹槽与第二凹槽连通，第一凹槽的宽度小于第二凹槽的宽度，使得夹头能从支撑块侧面装入，且限制其竖直方向移动。

作为优选：所述夹头包括安装段和用于固定试样的装夹段，所述安装段为与第一凹槽和第二凹槽相适应阶梯轴状，装夹段上设置有用于与试样连接或配合的定位结构。

作为优选：所述冷却装置包括喷头以及用于支撑喷头的旋转机构，所述旋转机构包括底板、压筒、支撑杆和弹簧，所述支撑杆下端连接有压盘，该压盘位于所述压筒内，支撑杆向上伸出压筒，所述弹簧设置在压盘与底板之间，且压筒与压盘之间设置有相配合的限位槽和凸台，所述支撑杆上端设置有喷头锁紧机构。

作为优选：所述加热装置的感应加热线圈可拆卸地安装在高频感应加热炉上，所述高频感应加热炉通过水平移动机构支撑在箱体上，并能使感应加热线圈靠近或远离试样加载区域。

作为优选：还包括箱体，所述水平移动机构上安装有支撑座，支撑座中部设置有支撑套，所述高频感应加热炉安装在支撑架内，支撑架下端安装有螺杆，所述螺杆穿过支撑套，螺杆上套设有螺母，螺母压在支撑套上端。

如上所述，本实用新型的有益效果是：

1、能够实现拉伸、压缩状态下的热力耦合疲劳试验，以更准确地预测材料或产品疲劳寿命。同时通过高频感应加热实现快速升温，缩短加热时间，使得试验周期缩短，提高试验效率。

2、夹座适应性较广，通过安装不同的夹头可以适应不同的试样试验，且夹头与夹座安装 拆卸方便，能保证其较高的同轴度。

3、高频感应加热炉和感应加热线圈能够通过水平移动机构、螺杆、螺母等实现水平、上下移动及转动，便于调整感应加热线圈的位置，以适应试样不同位置的加热，同时便于感应加热线圈的更换。

4、通过旋转机构实现喷头的转动和不同位置的停留，以便喷头的定位，避免干涉。

本实用新型可在加载或不加载载荷情况下对试样进行瞬时加热冷却循环，可用于极冷极热工况下受力工件的寿命测试，能够实现拉伸、压缩状态下的热力耦合疲劳试验，对在热力耦合作用下的材料或产品疲劳寿命的考核提供了合理的考核环境，从而为材料或产品的优化设计提供依据，并为材料或产品的数值计算提供试验数据支撑，并缩短加热时间和试验周期，提高试验效率，以便能够快速判断数值结果的准确性，能够显著降低材料或产品的研发成本，提高材料或产品的研发效率，提高材料或产品的疲劳寿命。本实用新型可用于国防军工、航空航天、汽车、发电机、钢铁、热能、核动力等工业领域。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的结构示意图；

图2为本实用新型图1的侧视示意图；

图3为本实用新型实施例1固定座、下夹座的俯视示意图；

图4为本实用新型实施例1下夹座的结构示意图；

图5为本实用新型实施例1夹头的结构示意图；

图6为本实用新型实施例1旋转机构的结构示意图；

图7为本实用新型实施例2的结构示意图。

零件标号说明

11 柜体

12 液压箱

13 水箱

14 电控箱

15 箱体

21 驱动机构

22 支撑板

23 导向柱

24 固定座

25 导向套

26 底座

27 移动座

31 上夹座

32 下夹座

33 安装座

34 螺柱

35 称重传感器

36 第一凹槽

37 第二凹槽

38 集水槽

39 管路

41 高频感应加热炉

42 感应加热线圈

43 支撑架

44 螺杆

45 支撑套

46 螺母

47 支撑座

48 滚轮

5 喷头

61 支撑杆

62 压筒

63 压盘

64 弹簧

65 喷头锁紧机构

66 安装螺孔

71 装夹段

72 安装段

73 安装槽

74 固定孔

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

实施例1

如图1和图2所示，一种热力耦合疲劳试验机，包括测试装置、控制装置、用于对试样提供单轴的拉伸载荷或者压缩载荷的加载装置、用于快速加热的感应加热线圈42以及用于快速冷却试样的冷却装置，所述加载装置包括上下两个夹座以及驱动两个夹座靠拢和背离的驱动机构21，所述感应加热线圈42位于两个夹座之间形成的试样加载区域内，试验时，试样竖直地置于感应加热线圈42内，其他实施例中加热装置可以为激光加热等；冷却装置靠近试样加载区域，对热力耦合疲劳试验样品进行快速冷却。

所述加载装置还包括支撑机构、固定座24、移动座27和多根导向柱23，支撑机构包括底座26和设置在底座26上的支撑柱，本例中底座26支撑在试验装置的柜体11上，固定座24安装在支撑柱上端；移动座27位于固定座24上方，驱动机构21安装在底座26下方驱动机构21可以为气缸或液压缸等，驱动机构21的活塞杆上端安装有支撑板22，所述导向柱23竖直穿过固定座24，导向柱23上端与移动座27连接，下端固定在支撑板22上，两个所述夹座正对地安装在移动座27和固定座24上，为了使移动座27能够保持在竖直方向的稳定移动，固定座24上设置有与导向柱23对应的导向套25，导向柱23穿设在导向套25内。

该结构使用时，试样装夹在上下两个夹座之间，感应加热线圈42位于试样***，通过感应加热线圈42可实现试样的快速升温，温度范围为室温～1300℃，冷却装置可实现快速冷却，同时通过驱动机构21驱动移动座27的上下移动进行拉伸和压缩的加载，实现试样热疲劳的测试。采用测试装置，准确测试试验样品承受的机械载荷和表面温度、力，可以采用接触式或非接触式，测试元件如热电偶、测试管、温度传感器、红外传感器、应变仪等。控制装置一方面控制加载装置的加载负荷，可以为恒定加载负荷或者变化加载负荷；另一方面控制加热装置和冷却装置的工作，检测试样表面温度，当加热至温度达到指定值后，控制加热装置停止加热，并打开冷却装置进行冷却；冷却至指定温度后，又使得加热装置工作，如此反复循环。控制装置与检测装置、加热装置和冷却装置等连接，可以由计算机、温度控制器、载荷控制器等组成。

进一步地，两个夹座分别为上夹座31和下夹座32，上夹座31和下夹座32同轴正对设置， 上夹座31通过称重传感器35安装在移动座27下表面，上夹座31通过螺纹安装在称重传感器35下端，下夹座32通过安装座33固定在固定座24上。本例中上夹座31上端设置有螺柱34，螺柱34通过螺纹与称重传感器35下端连接，一方面便于快速拆装，另一方面便于小范围调整上夹座31的高度，以适应不同长度的试样。

本例中上夹座31和下夹座32主体结构一致，如图4所示，以下夹座32为例，其包括圆形的支撑块，支撑块上开设有用于安装夹头的第一凹槽36和第二凹槽37，第一凹槽36与第二凹槽37连通，形成倒T型结构，第一凹槽36的宽度小于第二凹槽37的宽度，第一凹槽36末端为半圆形，便于夹头装入后的对中。该结构使得夹头能从支撑块侧面装入，且限制其竖直方向上的移动。该上夹座31和下夹座32为通用性夹座，用于快速安装可取下夹头，在测试不同试样时，根据试样的形状选择不同的夹头即可。因此更换速度快，适用性广。

进一步地如图5所示，夹头包括安装段72和用于固定试样的装夹段71，安装段72为与第一凹槽36和第二凹槽37相适应阶梯轴状(即倒T型结构)，装夹段71上设置有用于与试样连接或配合的定位结构，本例中以板件试样为例，装夹段71上设置有安装槽73以及与安装槽73垂直的固定孔74，试验时，夹头从侧面装入夹座，板件试样两端置于两个夹头的安装槽73内，通过横向穿设的销轴罗螺栓固定，即实现试样的固定。同理可以根据试样两端的结构制作相应的夹头。

还包括箱体15和高频感应加热炉41，箱体15支撑在柜体11上，柜体11内还设置有液压箱12等，箱体15内设置有与高频感应加热炉41连接的电控箱14等。感应加热线圈42可拆卸地安装在高频感应加热炉41上，以便于根据不同试样更换不同规格的感应加热线圈42，所述高频感应加热炉41通过水平移动机构支撑在箱体15上，并能使感应加热线圈42靠近或远离试样加载区域，如此设置便于将感应加热线圈42送入试样加载区域和移出，避免干涉等问题。其中水平移动机构可以为滚轮48、导轨，滑座、滑轨，或齿轮齿条形成的移动机构等。本例中为滚轮48结构。

本例中，为了进一步实现感应加热线圈42的位置调整，水平移动机构上安装有支撑座47，支撑座47中部设置有支撑套45，所述高频感应加热炉41安装在支撑架43内，支撑架43下端安装有螺杆44，所述螺杆44穿过支撑套45，螺杆44上套设有螺母46，螺母46压在支撑套45上端。上述结构，支撑套45与螺杆44之间有间隙，螺杆44仅与螺母46配合，通过转动螺母46可以实现高频感应加热炉41和感应加热线圈42的高度调整，拨动高频感应加热炉41还可以实现其转动，在需要更换感应加热线圈42时，先通过水平移动机构移出，再转动高频感应加热炉41进行更换，操作方便。

所述冷却装置包括喷头5，所述喷头5通过管路与空压机或水箱13连接，可以采用风冷或水冷，当采用压缩空气冷却时，冷却由空气压缩机、减压稳压阀、空气质量流量控制器和三通接头等组成，通过管道互相连接；它用于提供热力耦合疲劳试验所需的冷却气流，并通过喷头5进行喷吹。

当采用自来水冷却时，冷却装置由水泵和水箱13等组成，通过管道互相连接。如图3所示，为了便于水冷时冷却水的收集，固定座24上设置有集水槽38，该集水槽38位于试样加载区域下方，围在安装座33和下夹座32外，集水槽38通过管路39和水泵与水箱13连接，使得冷却水能够收集，避免四处飞溅；并循环使用，同时感应加热线圈42内也设置有冷却水通道，冷却水通道可以与水箱13连接。

如图6所示，所述冷却装置还包括用于支撑喷头5的旋转机构，旋转机构包括底板、压筒62、支撑杆61和弹簧64，支撑杆61下端连接有压盘63，该压盘63位于压筒62内，支撑杆61向上伸出压筒62，弹簧64设置在压盘63与底板之间，且压筒62与压盘63之间设置有相配合的限位槽和凸台，支撑杆61上端设置有喷头锁紧机构65。本例中底板即为固定座24，由于压筒62与压盘63上表面之间形成相互配合的限位槽和凸台，当压下支撑杆61时，凸台与限位槽之间脱离，可以转动支撑杆61，实现喷头5的转动；松开支撑杆61后压盘63在弹簧64作用下上升，凸台进入限位槽，使得支撑杆61定位。该结构可以将喷头5转动并定位于指定位置，在不需要冷却时将喷头5转开，避免干涉。本例中的喷头锁紧机构65采用抱箍，其他实施例中可以采用其他类似结构。在固定座24上还开设有多个安装螺孔66，便于安装其他附加部件，如测试元件等。

实施例2

如图7所示为本实用新型的另一实施方式，与实施例1不同之处在于，本例中在支撑板22上表面设置一个上夹座31，并连接有称重传感器34，固定座24下表面设置一个下夹座32，两个夹座之间形成另一个试样加载区域，并设置有测试装置、冷却装置和加热装置等。其中下方加热装置的感应加热线圈42与上方加热装置共用一高频感应加热炉41；该结构固定座上方和下方的两个加载区域同时对同一试样进行加载，例如上方的进行拉伸加载，下方的进行压缩加载，两组同步进行且施加的载荷相同，行程相同。如此可进一步缩短试验周期。其余结构均与实施例1相同或类似。

本实用新型对在热力耦合作用下的材料或产品疲劳寿命的考核提供了合理的考核环境，从而为材料或产品的优化设计提供依据，并为材料或产品的数值计算提供试验数据支撑，以便能够快速判断数值结果的准确性，能够显著降低材料或产品的研发成本，提高材料或产品 的研发效率，提高材料或产品的疲劳寿命。

任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种热力耦合疲劳试验机，其特征在于：包括用于对试样提供单轴的拉伸载荷或者压缩载荷的加载装置、用于快速加热试样的加热装置、用于快速冷却试样的冷却装置、测试装置和控制装置，所述加载装置包括两个夹座以及驱动两个夹座靠拢和背离的驱动机构，所述加热装置位于两个夹座之间形成的试样加载区域内，所述冷却装置靠近试样加载区域。

2.根据权利要求1所述的一种热力耦合疲劳试验机，其特征在于：所述加载装置还包括支撑机构、固定座、移动座和多根导向柱，所述固定座安装在支撑机构上部，移动座位于固定座上方，所述驱动机构安装在支撑机构下部，所述导向柱竖直穿过固定座，导向柱上端与移动座连接，下端与驱动机构连接，两个所述夹座正对地安装在移动座和固定座上。

3.根据权利要求2所述的一种热力耦合疲劳试验机，其特征在于：所述支撑机构包括底座和设置在底座上的支撑柱，所述固定座安装在支撑柱上端；所述驱动机构上端安装有支撑板，所述导向柱下端固定在支撑板上，所述固定座上设置有与导向柱对应的导向套。

4.根据权利要求2所述的一种热力耦合疲劳试验机，其特征在于：所述驱动机构为气缸或液压缸，所述冷却装置包括喷头，所述喷头通过管路与空压机或水箱连接，所述固定座上设置有集水槽，该集水槽位于试样加载区域下方，所述集水槽通过管路与水箱连接；两个夹座分别为上夹座和下夹座，上夹座和下夹座正对，上夹座通过称重传感器安装在移动座下表面，上夹座通过螺纹安装在称重传感器下端，所述下夹座通过安装座固定在固定座上。

5.根据权利要求3所述的一种热力耦合疲劳试验机，其特征在于：所述支撑板上表面与固定座下表面分别设置有一个夹座，两个夹座之间形成另一个试样加载区域，并设置有冷却装置和加热装置，固定座上方和下方的两个加载区域同时对试样进行拉伸和压缩加载。

6.根据权利要求1所述的一种热力耦合疲劳试验机，其特征在于：所述夹座包括支撑块，所述支撑块上开设有用于安装夹头的第一凹槽和第二凹槽，第一凹槽与第二凹槽连通，第一凹槽的宽度小于第二凹槽的宽度，使得夹头能从支撑块侧面装入，且限制其竖直方向移动。

7.根据权利要求6所述的一种热力耦合疲劳试验机，其特征在于：所述夹头包括安装段和用于固定试样的装夹段，所述安装段为与第一凹槽和第二凹槽相适应阶梯轴状，所述装夹段上设置有用于与试样连接或配合的定位结构。

8.根据权利要求1所述的一种热力耦合疲劳试验机，其特征在于：所述冷却装置包括喷头以及用于支撑喷头的旋转机构，所述旋转机构包括底板、压筒、支撑杆和弹簧，所述支撑杆下端连接有压盘，该压盘位于所述压筒内，支撑杆向上伸出压筒，所述弹簧设置在压盘与底板之间，且压筒与压盘之间设置有相配合的限位槽和凸台，所述支撑杆上端设置有喷头锁紧机构。

9.根据权利要求1所述的一种热力耦合疲劳试验机，其特征在于：还包括箱体，所述加热装置包括高频感应加热炉和感应加热线圈，感应加热线圈可拆卸地安装在高频感应加热炉上，所述高频感应加热炉通过水平移动机构支撑在箱体上，并能使感应加热线圈靠近或远离试样加载区域。

10.根据权利要求9所述的一种热力耦合疲劳试验机，其特征在于：所述水平移动机构上安装有支撑座，支撑座中部设置有支撑套，所述高频感应加热炉安装在支撑架内，支撑架下端安装有螺杆，所述螺杆穿过支撑套，螺杆上套设有螺母，螺母压在支撑套上端。