一種全尺寸管道彎頭的蠕變?cè)囼?yàn)方法和平臺(tái)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種全尺寸管道彎頭的蠕變?cè)囼?yàn)方法和平臺(tái)。適用于研究大尺寸、非標(biāo)準(zhǔn)試樣的蠕變力學(xué)行為。通過伺服電機(jī)、絲杠和導(dǎo)軌滑塊實(shí)現(xiàn)大于200kN的加載。由力傳感器感知應(yīng)力松弛，并控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)恒定應(yīng)力加載。利用陶瓷加熱器對(duì)管道彎頭進(jìn)行加熱，并進(jìn)行恒溫控制。數(shù)據(jù)采集由高溫應(yīng)變片完成，動(dòng)態(tài)采集不同方向的應(yīng)變量大小。本發(fā)明可對(duì)高溫部件進(jìn)行全尺寸高溫蠕變?cè)囼?yàn)，研究高溫部件在多軸應(yīng)力狀態(tài)下的蠕變損傷機(jī)理，克服了用小型化試樣的蠕變實(shí)驗(yàn)結(jié)果評(píng)估實(shí)際構(gòu)件帶來的結(jié)果不確定性。
【專利說明】一種全尺寸管道彎頭的蠕變?cè)囼?yàn)方法和平臺(tái)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種全尺寸管道彎頭的蠕變?cè)囼?yàn)方法和平臺(tái)，屬于分析及測(cè)量控制【技術(shù)領(lǐng)域】，適用于大尺寸復(fù)雜應(yīng)力條件下材料的蠕變力學(xué)行為研究。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的蠕變實(shí)驗(yàn)一般采用標(biāo)準(zhǔn)化試樣(GB/T 2039-2012金屬材料單軸拉伸蠕變?cè)囼?yàn)方法)，主要是研究單向受力情況下的蠕變過程。在實(shí)際的工業(yè)化生產(chǎn)過程中，尤其是電力、石化行業(yè)，大部分高溫部件都是在復(fù)雜應(yīng)力條件下工作。用傳統(tǒng)單軸實(shí)驗(yàn)結(jié)果無法對(duì)多軸應(yīng)力條件下的高溫部件進(jìn)行安全性評(píng)估。
[0003]本發(fā)明可對(duì)實(shí)際的電廠管道或其他受力部件進(jìn)行全尺寸實(shí)驗(yàn)。大尺寸、非標(biāo)準(zhǔn)試樣蠕變實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)是:(I)載荷大(本平臺(tái)可提供200KN推力)；(2)采用非重物加載方式的恒定載荷的控制(本平臺(tái)利用力傳感器實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，力的波動(dòng)小于50N) ; (3)溫度加載與應(yīng)變采集，需要計(jì)算加載特定尺寸材料所需要的單位面積熱強(qiáng)度，進(jìn)行加熱器形狀設(shè)計(jì)與功率選擇，應(yīng)變采集采用高溫應(yīng)變片。
[0004]同等類型的專利，均采用標(biāo)準(zhǔn)化制備的試樣，通過單向拉伸或剪切的方式，測(cè)試金屬蠕變性能，不能反映管道在復(fù)雜應(yīng)力條件下的力學(xué)性能。另外，蠕變實(shí)驗(yàn)是在恒定溫度和恒定載荷下的實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)力的加載多采用機(jī)械式或微機(jī)控制電子式。機(jī)械式加載實(shí)驗(yàn)力完全依靠砝碼，其準(zhǔn)確性不高；電子式加載實(shí)驗(yàn)力容易收到外界因素的干擾，由于實(shí)驗(yàn)時(shí)間很長，如果發(fā)生斷電，則實(shí)驗(yàn)力難以得到保證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種大尺寸實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，解決高溫部件的多軸蠕變實(shí)驗(yàn)過程中加載的載荷施加、加熱方式和應(yīng)變采集等問題。
[0006]本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)與布置如圖1所示。它由三大模塊組成，其中包括運(yùn)動(dòng)模塊、基座模塊、控制模塊(見圖2)。實(shí)驗(yàn)臺(tái)所采用的試樣外觀形式如圖3所示。
[0007]運(yùn)動(dòng)臺(tái)模塊的組成包括:運(yùn)動(dòng)臺(tái)、伺服電機(jī)、諧波減速器、彈性聯(lián)軸器、絲杠、絲杠螺母、導(dǎo)軌滑塊、鉸鏈銷，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。運(yùn)動(dòng)臺(tái)模塊以導(dǎo)軌滑塊作為運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向，由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)諧波減速機(jī)減速，通過彈性聯(lián)軸器連接至滑動(dòng)絲杠，經(jīng)絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)，實(shí)現(xiàn)左右移動(dòng)功能。諧波減速機(jī)是依靠柔性零件產(chǎn)生彈性機(jī)械波來傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的一種行星齒輪減速機(jī)。彈性聯(lián)軸器用于連接減速機(jī)和絲杠，將減速機(jī)輸出扭力傳遞到絲杠上。絲杠和絲杠螺母的齒形采用牙形角α=30°的梯形齒結(jié)構(gòu)，具有自鎖性，牙根強(qiáng)度高，內(nèi)外螺紋以錐面貼合，對(duì)中性好且不易松動(dòng)。導(dǎo)軌滑塊采用滾柱型導(dǎo)軌滑塊。鉸鏈銷用于連接固定管道，選用耐高溫材料加工制造而成。
[0008]基座模塊包括:固定基座、力傳感器、鉸鏈銷，如圖5所示。固定基座使用高強(qiáng)度矩形管焊接而成，使設(shè)備有足夠的剛性；力傳感器選用耐高溫力傳感器；鉸鏈銷用于連接固定管道，選用耐高溫材料加工制造而成。[0009]控制模塊主要包括:人機(jī)界面、PLC控制單元、12位A/D擴(kuò)展塊、運(yùn)動(dòng)臺(tái)伺服系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)單元限位開關(guān)、監(jiān)控溫度變化的溫度開關(guān)、壓力傳感器和三色報(bào)警燈(如圖6所示)。
[0010]控制單元采用高可靠性PLC控制單元，能適應(yīng)惡劣的運(yùn)行環(huán)境。限位開關(guān)將運(yùn)動(dòng)臺(tái)的位置信息反饋到PLC控制單元，PLC控制單元可以通過點(diǎn)擊驅(qū)動(dòng)器控制伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)部件在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)。溫度開關(guān)監(jiān)控溫度壓力的變化，當(dāng)溫度不再設(shè)定的溫度范圍內(nèi)時(shí)，溫度開關(guān)將反饋信息到PLC控制單元，報(bào)警燈報(bào)警，同時(shí)人機(jī)界面也會(huì)顯示報(bào)警信息。12位A/D擴(kuò)展塊控制壓力傳感器，將壓力信息反饋到PLC控制單元，以此來控制實(shí)驗(yàn)力的施力口，同時(shí)壓力信息也會(huì)顯示在人機(jī)界面。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為實(shí)驗(yàn)臺(tái)整體結(jié)構(gòu)與布置示意圖；
圖2為實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為試樣外觀示意圖；
圖4為運(yùn)動(dòng)臺(tái)|旲塊意圖；
圖5為基座模塊示意圖；
圖6為控制模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖中標(biāo)號(hào):
1-龍門車架；2_手動(dòng)升降裝置；3-絲杠；4-腳輪；5-試樣；6_運(yùn)動(dòng)臺(tái)；7_諧波減速器；8-伺服電機(jī)；9-基座；10-力傳感器；11-鉸鏈銷；12-導(dǎo)軌滑塊；13-夾在方向；14-固定端。
【具體實(shí)施方式】
[0013]以下結(jié)合實(shí)施的步驟闡述本發(fā)明中全尺寸管道彎頭多軸蠕變實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的使用方法。
[0014](I)把龍門車架(附圖1中I)推到便于操作的地方，鎖住腳輪(附圖1中4);
(2)用龍門車架上的手動(dòng)升降裝置(附圖1中2)將試樣(附圖1中5)吊起，并將試樣放置在工作位置；
(3)將運(yùn)動(dòng)臺(tái)(附圖1中6)移動(dòng)到適合安裝試樣的位置；
(4)將試樣和連接零部件通過鉸鏈銷(附圖1中11)連接牢固，將試樣和手動(dòng)升降裝置分離；
(5)松開龍門車架的腳輪并將龍門車架移動(dòng)到工作位置外；
(6)在試樣上安裝加熱和采集數(shù)據(jù)所需要的零部件；
(7)對(duì)試樣加熱，達(dá)到所要求溫度；
(8)控制伺服電機(jī)(附圖1中8)帶動(dòng)絲杠運(yùn)動(dòng)，使兩端所受推力達(dá)到設(shè)定值，保持恒定。
[0015]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種涉及全尺寸管道彎頭的蠕變?cè)囼?yàn)方法和平臺(tái)，其特征在于:采用了發(fā)電廠實(shí)際尺寸的管道作為試樣，通過對(duì)試樣兩端施加推力，來對(duì)彎頭部分施加彎矩載荷，模擬其多軸應(yīng)力狀態(tài)，利用繩式加熱器將彎頭部分加熱至其工作溫度，利用高溫應(yīng)變片，測(cè)量和記錄實(shí)驗(yàn)過程中彎頭部分的應(yīng)力變化情況。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以發(fā)電廠實(shí)際尺寸管道作為試樣，其特征在于:將管道加工成90度彎管，在管道兩端套接固定端，通過鉸鏈銷與基座相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在試樣兩端施加推力，其特征在于:通過伺服電機(jī)帶動(dòng)絲杠，移動(dòng)運(yùn)動(dòng)端，實(shí)現(xiàn)推力的施加，以固定端的力傳感器檢測(cè)推力值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用繩式加熱器加熱試樣，其特征在于:將繩式加熱器均勻纏繞在彎頭部位，從外表面對(duì)其進(jìn)行加熱。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用高溫應(yīng)變片測(cè)量和記錄實(shí)驗(yàn)過程中彎頭部分的應(yīng)力變化情況，其特征在于:通過點(diǎn)焊的方式將高溫應(yīng)變片焊在試樣彎頭部分的外表面，實(shí)驗(yàn)開始后，檢測(cè)高溫應(yīng)變片電阻值變化得到高溫應(yīng)變片的應(yīng)變亮，進(jìn)而得到測(cè)量部位的應(yīng)力。
【文檔編號(hào)】G01N3/28GK103743635SQ201310245211
【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2013年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月20日
【發(fā)明者】倪永中, 穆岱, 于洋 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)