专利名称：一种力学实验机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种实验设备，尤其涉及一种适合于各种条件下进行拉、压、弯、扭等实验的力学实验机。
背景技术：
现有技术中，能够完成拉、压、弯、扭等实验的综合实验机体积庞大，在进行不同的实验时，需要更换不同的实验机组件，使用起来不是很方便。而且，当需要在不同的实验场合对试件进行参数测量时，例如，在高温条件下测量试件的参数，或在磁场条件下测量试件的参数，现有的力学实验机由于无法将试件置于上述环境中，导致无法完成对试件在特殊条件下参数的测量。
发明内容
本发明针对现有技术的缺点，提供一种体积小、使用方便、测量准确的力学实验机。
本发明所述力学实验机，包括液压缸15、控制液压缸15内活塞7运动的电动机13、放置试件4的上固定座2和底座9，还包括固定于底座9上的第一液压缸5，该第一液压缸5内设置有活塞71，将第一液压缸5分为上、下独立的两部分，所述第一液压缸5内活塞71通过连杆与上固定座2固定连接；固定于底座9上的第二液压缸6，该第二液压缸6内设置有活塞72，将第二液压缸6分为上、下独立的两部分，所述第二液压缸5内活塞72通过连杆与上固定座2固定连接；所述液压缸15的活塞7的上部分分别与第一液压缸5和第二液压缸6的下部分通过液压传动管11连接；液压缸15的活塞7的下部分分别与第一液压缸5和第二液压缸6的上部分通过液压传动管11连接；所述液压缸15的活塞7的上、下部分分别设置有压力传感器141、142，该压力传感器141、142可将其测量数值反馈至控制模块10；控制模块10，用于根据上述压力传感器141、142的测量数值控制电动机13。
本发明所述力学实验机可实现对试件拉、压、弯、扭等参数的测量，并且，在测量过程中，控制模块可根据压力传感器反馈的压力参数实时调整电动机，实现了对试件上作用力的精确控制。同时，由于本发明所述力学实验机的主体部分，即对试件进行拉、压、弯、扭等参数进行测量的底座9及其上支撑的部件与液压缸15通过液压传动管11软连接，底座9及其上支撑的部件可以被灵活的移动到各种实验场合，使得本发明所述力学实验机具有更大的适应性。
图1为本发明所述力学实验机结构示意图；图2为本发明所述力学实验机的另一种结构示意图；图3为本发明所述力学实验机的另一种结构示意图；图4为本发明所述力学实验机进行恒位移条件下的测试时上、下固定卡具结构示意图；图5为本发明所述力学实验机的另一种结构示意图；图6为本发明所述力学实验机进行恒压力条件下的测试时上、下固定卡具结构示意图；图7为本发明所述力学实验机进行恒拉力条件下的测试时上、下固定卡具结构示意图；图8为本发明所述力学实验机进行三点弯实验时上、下固定卡具结构示意图。
具体实施例方式
本发明中，可根据实时反馈的试件上作用力的数值，调整对试件的作用力，实现了试件作用力的精确控制。
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1所示，本发明所述力学实验机包括液压缸15，所述液压缸15内设置有活塞7，将液压缸15内液体分为相互独立的两部分。其中，液压缸15内的活塞7上部分的液体通过液压传动管11与第一液压缸5的活塞71下部分液体和第二液压缸6的活塞72下部分液体相连通，液压缸15内的活塞7下部分的液体通过液压传动管11与第一液压缸5的活塞71上部分液体和第二液压缸6的活塞72上部分液体相连通。上述第一液压缸5和第二液压缸6内的活塞将各自缸体内的液体分为相互独立的两部分。
第一液压缸5与第二液压缸6形状相同，分别固定于底座9的同一水平面上。第一液压缸5的活塞71与第二液压缸6的活塞72的通过连杆固定连接上固定座2。
当使用本发明所述力学实验机进行高温环境下试件的力学特性实验时，为避免本发明的第一液压缸5和第二液压缸6的温度过高，通常采取冷却措施。如图2所示，本发明所述力学实验机可在第一液压缸5和第二液压缸6的上端分别设置冷却器25，所述冷却器25的管壁设置有进水管23和出水管24，用于向冷却器25内充入冷却水，并借助水的流动达到使第一液压缸5和第二液压缸6降温的目的。
在上固定座2与底座9之间设置有测量试件4变形量的测量装置26，该测量装置26包括固定于底座9上的缸体20，以及一端固定于上固定座2、另一端可在上述缸体20内自由滑动的活塞73，在缸体20的下端缸壁上连通一直径远小于缸体20直径的管21，该管21另一端连接位移显示仪22，当缸体20内活塞73在垂直方向有微小位移变化时，管21内的液面会产生很大的位移变化量，从而可以在位移显示仪22读出位移变化的准确数值。
底座9上设置有放置试件4的下固定卡具8，上固定座2上与下固定卡具8对应的位置设置有放置试件4的上固定卡具3。
当应用本发明对试件4进行压力情况下的参数测试时，如图6所示，上固定卡具3及下固定卡具8均为中心开有盲孔，外壁带有螺纹的圆柱体，所述盲孔直径与试件4的直径对应。
当应用本发明对试件4进行拉伸情况下的参数测试时，如图7所示，所述上固定卡具3及下固定卡具8均为中心具有阶梯状通孔且外壁带有螺纹的圆柱体，所述圆柱体沿轴向开有宽度与试件直径对应的通槽，且该通槽沿圆柱体径向延伸至阶梯状通孔，所述阶梯状通孔直径与试件直径对应。
本发明中，通过控制模块10输入对试件4的压力或拉力的数值指令，该数值指令被控制模块10转换为电动机13的正转或反转指令。
本发明中，液压缸15中活塞7的上下运动是由电动机13驱动连杆19完成的。电动机13的安装方式有多种，如图1中所示，电动机13水平固定放置，其转动轴12与液压缸15中活塞7的连杆19相互垂直，转动轴12与连杆19采用涡轮涡杆方式连接，将电动机13的转动轴12的转动转化为液压缸15中活塞7的上下直线运动。如图2所示，也可将电动机13与液压缸15同轴固定，当电动机13的转子转动时，通过转子中心并与之采用螺纹连接的连杆19会相应的做上下的直线运动。
当液压缸15中活塞7向上运动时，液压缸15缸体的活塞7上部分液体通过液压传动管11流向第一液压缸5和第二液压缸6的活塞下部分缸体，使得第一液压缸5和第二液压缸6内的活塞向上运动，压迫第一液压缸5和第二液压缸6的活塞上部分液体通过液压传动管11流向液压缸15的活塞7下部分缸体，并最终达到平衡状态。
这样，就实现了通过控制模块10控制电动机13转动，使之带动液压缸15内活塞7上或下运动，从而使第一液压缸5和第二液压缸6内的活塞也相应的上或下运动，并最终使上固定座2上或下运动，应用相应的上固定卡具3和下固定卡具8，可以对试件4进行对应的拉或压条件下参数的测试。
当试件4承受压力或拉力时，会产生一定的形变，在此种情况下，若不对电动机13的转动进行调整，则作用在试件4上的压力或拉力并不等于控制模块10中输入的对试件4的压力或拉力。因此，本发明中，在与液压缸15的上部分缸体连通的液压传动管11上设置一压力传感器141，用于测量液压缸15、第一液压缸5和第二液压缸6上部分缸体内的压力，在与液压缸15的下部分缸体连通的液压传动管11上设置一压力传感器142，用于测量液压缸15、第一液压缸5和第二液压缸6下部分缸体内的压力。当试件4产生形变时，可通过上述压力传感器测得作用在试件4上拉力或压力数值，将此测得的拉力或压力数值传回控制模块10，控制模块10根据此测量数值重新调整作用在试件4上的拉力或压力，实现了对试件4的精确的恒力加载。
试件4在恒力加载情况下的弯曲特性，可通过更换本发明所述力学实验机的配件来实现，对试件4施加恒定压力的情况与上述类似。例如，如图8所示，在“三点弯”实验中，所述上固定卡具3的中心位置设置下压头，用于对试件4施加向下的压力；所述下固定卡具8上设置两个支撑件，即左支撑件33和右支撑件32，用于支撑试件4，上述两个支撑件被一调节螺杆34在水平方向上贯穿，转动调节螺杆34，可使两个支撑件在水平方向上相对移动；当移动到合适位置时，调节支撑件底部的紧固螺栓35，可使支撑件与下固定卡具8相对固定。
在力学实验中，还经常需要测量试件在恒定位移变化情况下的参数。如图3所示，本发明还提供一种测量试件恒定位移变化情况下的参数的力学实验机。相对于图1所示的力学实验机，图3中应用的上固定卡具和下固定卡具与图1有所不同。图4为上固定卡具3和下固定卡具8的局部放大示意图，由图4中可以看出，在对试件4在恒定位移变化情况下测量参数时，上固定卡具3为下端部带有凸台的圆柱体，下固定卡具8为上端中空的圆柱体，且上端具有操作孔27，以便于对试件4进行操作，在下固定卡具8上端的顶部具有螺纹，可以安装一锁定螺母28，该锁定螺母28上端部具有凸台。
当试件4在恒力条件下达到需要恒定位移加载的变形时，向上旋转锁定螺母28，使之凸台上表面与上固定卡具3的凸台下表面紧密接触，再用槽形固定环18将锁定螺母28的凸台与上固定卡具3的凸台固定牢靠。这样，原本上固定座2试件4的作用力，由于上固定卡具3与下固定卡具8的相对固定而不再产生，试件4的形变受到了限制，实现了恒定位移加载。
在力学实验中，还经常需要测量试件在扭转情况下的参数。如图5所示，本发明还提供一种测量试件扭转情况下的参数的力学实验机。所述试件4下端放置于下固定卡具8中，其转动被限制。在上固定座2上利用固定架17固定一扭转电机16，所述试件4的上端部通过上固定卡具3与扭转电机16的转子固定连接。
这样，对扭转电机16施以控制指令，使扭转电机16的转子带动试件4的上端转动，就可实现对试件扭转情况下参数的测量。
本发明所述力学实验机可实现对试件拉、压、弯、扭等参数的测量，并且，在测量过程中，控制模块可根据压力传感器反馈的压力参数实时调整电动机，实现了对试件上作用力的精确控制。同时，由于本发明所述力学实验机的主体部分，即对试件进行拉、压、弯、扭等参数进行测量的底座9及其上支撑的部件与液压缸15通过液压传动管11软连接，底座9及其上支撑的部件可以被灵活的移动到各种实验场合，使得本发明所述力学实验机具有更大的适应性。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
权利要求
1.一种力学实验机，包括液压缸(15)、控制液压缸(15)内活塞(7)运动的电动机(13)、放置试件(4)的上固定座(2)和底座(9)，其特征在于，还包括固定于底座(9)上的第一液压缸(5)，该第一液压缸(5)内设置有活塞(71)，将第一液压缸(5)分为上、下独立的两部分，所述第一液压缸(5)内活塞(71)通过连杆与上固定座(2)固定连接；固定于底座(9)上的第二液压缸(6)，该第二液压缸(6)内设置有活塞(72)，将第二液压缸(6)分为上、下独立的两部分，所述第二液压缸(5)内活塞(72)通过连杆与上固定座(2)固定连接；所述液压缸(15)的活塞(7)的上部分分别与第一液压缸(5)和第二液压缸(6)的下部分通过液压传动管(11)连接；液压缸(15)的活塞(7)的下部分分别与第一液压缸(5)和第二液压缸(6)的上部分通过液压传动管(11)连接；所述液压缸(15)的活塞(7)的上、下部分分别设置有压力传感器(141)、(142)，上述压力传感器(141)、(142)可将其测量数值反馈至控制模块(10)；控制模块(10)，用于根据压力传感器(141)、(142)的测量数值控制电动机(13)。
2.如权利要求1所述的力学实验机，其特征在于，所述电动机(13)的转动轴(12)与液压缸(15)的活塞(7)连杆(19)采用涡轮涡杆方式连接。
3.如权利要求1所述的力学实验机，其特征在于，所述电动机(13)与液压缸(15)同轴固定，电动机(13)转子的转动带动活塞(7)的连杆(19)上下运动。
4.如权利要求1所述的力学实验机，其特征在于，所述上固定座(2)与底座(9)之间设置有测量装置(26)，该测量装置(26)包括固定于底座(9)上的缸体(20)，以及一端固定于上固定座(2)、另一端可在上述缸体(20)内自由运动的活塞(73)，所述缸体(20)的下端缸壁上连通一直径小于缸体(20)直径的管(21)，该管(21)另一端连接位移显示仪(22)。
5.如权利要求1所述的力学实验机，其特征在于，所述第一液压缸(5)和第二液压缸(6)上端分别设置冷却器(25)，所述冷却器(25)的管壁设置有进水管(23)和出水管(24)。
6.如权利要求1所述的力学实验机，其特征在于，所述底座(9)设置下固定卡具(8)，上固定座(2)设置上固定卡具(3)，所述上固定卡具(3)及下固定卡具(8)均为中心开有盲孔且外壁带有螺纹的圆柱体，所述盲孔直径与试件直径对应。
7.如权利要求1所述的力学实验机，其特征在于，所述底座(9)设置下固定卡具(8)，上固定座(2)设置上固定卡具(3)，所述上固定卡具(3)及下固定卡具(8)均为中心具有阶梯状通孔且外壁带有螺纹的圆柱体，所述圆柱体沿轴向开有宽度与试件直径对应的通槽，且该通槽沿圆柱体径向延伸至阶梯状通孔，所述阶梯状通孔直径与试件直径对应。
8.如权利要求1所述的力学实验机，其特征在于，所述底座(9)设置下固定卡具(8)，上固定座(2)设置上固定卡具(3)，所述上固定卡具(3)为下端部带有凸台的圆柱体，所述下固定卡具(8)为上端中空的圆柱体，且上端具有操作孔(27)，在下固定卡具(8)上端的顶部具有螺纹，安装有锁定螺母(28)，该锁定螺母(28)上端部具有凸台；所述上固定卡具(3)下端部的凸台与锁定螺母(28)上端部的凸台通过槽形固定环(18)连接。
9.如权利要求1所述的力学实验机，其特征在于，所述扭转电机(16)通过固定架(17)固定于上固定座(2)上，所述扭转电机(16)转子通过上固定卡具(3)与试件(4)上端部固定，所述试件(4)下端部固定于下固定卡具(8)中。
10.如权利要求1所述的力学实验机，其特征在于，所述底座(9)设置下固定卡具(8)，上固定座(2)设置上固定卡具(3)，所述上固定卡具(3)中心为下压头，所述下固定卡具(8)设置有两个支撑件，该两支撑件沿贯穿其中的调节螺杆水平移动，并通过紧固螺栓(35)与下固定卡具(8)进行固定。
全文摘要
本发明公开了一种力学实验机，所述力学实验机的液压缸(15)通过其上、下部分分别连接的液压传动管(11)控制第一液压缸(5)和第二液压缸(6)的运动，并且，可通过压力传感器(141)、(142)将压力数值实时反馈至控制模块(10)，控制模块(10)再根据此反馈的压力数值调整电动机(13)的转动方向及角度，实现了对试件(4)上作用力的精确控制。同时，由于对试件进行拉、压、弯、扭等参数进行测量的力学实验机主体部分与液压缸(15)通过液压传动管(11)软连接，底座(9)及其上支撑的部件可以被灵活的移动到各种实验场合，使得本发明所述力学实验机具有更大的适应性。
文档编号G01N3/00GK1945267SQ20061015064
公开日2007年4月11日 申请日期2006年10月20日 优先权日2006年10月20日
发明者方岱宁, 饶国光 申请人:北京赛迪机电新技术开发公司