壓縮生熱檢測(cè)儀及其方法
【專利摘要】一種壓縮生熱檢測(cè)儀及其方法，包括一套或多套檢測(cè)單元，該檢測(cè)單元包括垂直壓縮裝置、垂直補(bǔ)償裝置和芯部中心溫度傳感器同步裝置；所述垂直壓縮裝置和垂直補(bǔ)償裝置分別固定在頂架，所述芯部中心溫度傳感器同步裝置通過(guò)一與過(guò)渡柱相同或相近力學(xué)性能的過(guò)渡柱和一與壓力傳感器相同或相近力學(xué)性能的墊塊安裝于垂直壓縮裝置的壓板和垂直補(bǔ)償裝置的托板之間，過(guò)渡柱剛好穿過(guò)中支座的孔，而不影響壓力傳感器對(duì)橡膠試樣壓縮應(yīng)力測(cè)試的準(zhǔn)確性。該裝置可以對(duì)試驗(yàn)樣品進(jìn)行垂直壓縮，垂直補(bǔ)償以及精準(zhǔn)地測(cè)試試驗(yàn)過(guò)程中樣品中心位置的溫度變化，能夠準(zhǔn)確地模擬出實(shí)際工況。
【專利說(shuō)明】壓縮生熱檢測(cè)儀及其方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種壓縮生熱檢測(cè)儀及其方法，特別是用于檢測(cè)橡膠在動(dòng)態(tài)交變載荷或應(yīng)變下生熱現(xiàn)象的裝置和方法。

【背景技術(shù)】
[0002]橡膠在動(dòng)態(tài)交變載荷下的生熱現(xiàn)象，一直是研究人員關(guān)心的指標(biāo)。在實(shí)際應(yīng)用中，各種輪胎和傳送皮帶在高速運(yùn)行中的內(nèi)部發(fā)熱，減振、隔音材料及其結(jié)構(gòu)的粘彈性阻尼作用，都涉及材料滯后效應(yīng)所導(dǎo)致的能量損耗分析。
[0003]當(dāng)車輪滾動(dòng)時(shí)，作用在輪胎上的部分車重和路面對(duì)車輪產(chǎn)生的沖擊負(fù)荷，使輪胎承受反復(fù)的壓縮變形，而壓縮變形所消耗的功，大部分轉(zhuǎn)化為熱。由于絕大多數(shù)輪胎的材料(橡膠和化學(xué)纖維等)是熱的不良導(dǎo)體，所以熱量難以散發(fā)，使胎體內(nèi)部溫度迅速升高。試驗(yàn)得知:輪胎內(nèi)部溫度與輪胎的負(fù)荷和速度的乘積成正比。速度越快，負(fù)荷越大，溫度升高越快。
[0004]Goodrich橡膠壓縮生熱試驗(yàn)機(jī)通過(guò)一個(gè)惰性杠桿系統(tǒng)對(duì)試樣施加一定的壓縮負(fù)荷，并通過(guò)一個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)試樣施加具有規(guī)定振幅的周期性高頻壓縮，在室溫或高于室溫條件下測(cè)定試樣在一定時(shí)間內(nèi)的壓縮疲勞溫升和疲勞壽命。適用于硬度為30?85IRHD硫化橡膠。
[0005]普通的壓縮生熱儀原理如圖1所示，試樣的中心線到杠桿支點(diǎn)3的距離是127±0.5mm，負(fù)荷重鉈5的中心線到杠桿支點(diǎn)3的距離是288±0.5mm。試樣在負(fù)荷作用下，由上壓板帶動(dòng)往復(fù)壓縮，并由于膠料的內(nèi)阻而生熱。試樣所受壓縮負(fù)荷是采用天平杠桿平衡補(bǔ)償原理，并通過(guò)杠桿平衡調(diào)整裝置6來(lái)維持杠桿的平衡。其力學(xué)模型如圖2所示。由于在試驗(yàn)過(guò)程中樣品的尺寸會(huì)發(fā)生熱脹冷縮變化，或者壓縮永久形變，試樣的高度產(chǎn)生變化，但儀器卻不能記錄樣品形狀高度尺寸的瞬態(tài)變化，儀器不能瞬態(tài)控制和保持預(yù)載荷靜態(tài)力的恒定，而且動(dòng)態(tài)力也受到影響而發(fā)生波動(dòng)，使得數(shù)據(jù)會(huì)隨著試驗(yàn)的進(jìn)行越來(lái)越不準(zhǔn)確、不穩(wěn)定，重復(fù)性也比較差。而且，普通壓縮生熱儀的頻率(轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié))、試驗(yàn)溫度都是單一固定的，試樣的動(dòng)態(tài)應(yīng)變(即上壓板的沖程)也是固定不變的，均不能夠在不同的頻率、溫度、動(dòng)態(tài)應(yīng)變條件下進(jìn)行壓縮生熱測(cè)試，功能單一。
[0006]目前市場(chǎng)上的壓縮生熱儀存在的缺點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn):
[0007]1.如圖3所示，天平杠桿平衡補(bǔ)償試樣下表面，由于杠桿支點(diǎn)與試樣支撐點(diǎn)不重合，當(dāng)由于前后坨的重量差導(dǎo)致杠桿產(chǎn)生一定角度α的傾斜時(shí)，造成試樣下表面與承受壓力的上表面不平行，與車輪承受車身重力模型，周期性承受車身壓縮有偏差，不能在實(shí)驗(yàn)條件下準(zhǔn)確模擬出實(shí)際工況。
[0008]2.補(bǔ)償值是不準(zhǔn)確的。壓縮是垂直方向，補(bǔ)償是傾斜方向。同樣，如圖3所示，橡膠試樣受到的壓縮是垂直方向的，但是由杠桿產(chǎn)生的補(bǔ)償是傾斜方向的，補(bǔ)償方向與垂直壓縮方向之間呈α夾角。
[0009]3.不能實(shí)時(shí)測(cè)量芯部中心溫度。芯部中心溫度是橡膠材料反復(fù)壓縮產(chǎn)生熱量的真實(shí)反映。而市場(chǎng)上能實(shí)時(shí)測(cè)量的基本都是儀器內(nèi)部環(huán)境溫度或試樣表面(如底部)溫度，只有停止壓縮試驗(yàn)后，才能測(cè)量試樣的芯部中心溫度。但此時(shí)由于針狀溫度傳感器插入橡膠試樣時(shí)，其溫度與試樣內(nèi)部的真實(shí)溫度相差較大，會(huì)使測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生誤差。
[0010]4.儀器只能測(cè)量一個(gè)試樣溫度。
[0011]5.有些廠家也可以實(shí)時(shí)測(cè)量試樣內(nèi)部溫度，普遍采用將試樣中間位置鉆孔，塞入測(cè)溫線或試樣制備時(shí)將測(cè)溫線硫化到試樣中間的方法。對(duì)于試樣鉆孔來(lái)說(shuō)，若孔較小，測(cè)溫導(dǎo)線較軟，無(wú)法“塞入”試樣內(nèi)，但如果鉆孔過(guò)大，又會(huì)導(dǎo)致試樣壓縮過(guò)程中破裂，同時(shí)試驗(yàn)過(guò)程中，由于高頻率振動(dòng)和試樣變形等,也會(huì)使測(cè)溫線從試樣中脫落并偏離中心點(diǎn),不能準(zhǔn)確反映芯部中心溫度，如圖4所示。對(duì)于將測(cè)溫線I硫化進(jìn)試樣來(lái)說(shuō)，在硫化過(guò)程中也無(wú)法保證測(cè)溫點(diǎn)始終在試樣的最中心位置。
[0012]6.目前，日本上島公司制造的壓縮生熱儀可實(shí)時(shí)測(cè)試樣品的芯部中心溫度。具體方法為，儀器包括一套溫度傳感器插入裝置，可將針狀溫度傳感器由橡膠試樣的頂部垂直插入試樣內(nèi)部中心位置，并根據(jù)電腦反饋信息控制溫度傳感器的插入深度。在試驗(yàn)開(kāi)始前，將針狀溫度傳感器由試樣頂部插入試樣中心處。在試驗(yàn)中，試樣高度隨時(shí)間而變化，根據(jù)高度變化的測(cè)定值，反饋給計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)控制溫度傳感器插入裝置動(dòng)作，從而調(diào)整針狀溫度傳感器的插入位置，使其始終處于試樣的中心位置。這種方法結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且在壓縮過(guò)程中溫度傳感器探針與橡膠試樣之間存在摩擦現(xiàn)象，設(shè)備的可靠性和操作性以及測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性會(huì)受到一定影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]針對(duì)現(xiàn)有儀器存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種新型的橡膠材料用壓縮生熱檢測(cè)儀及其方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。
[0014]所述的壓縮生熱檢測(cè)儀，其中包括一套或多套(最優(yōu)為兩套)檢測(cè)單元，該檢測(cè)單元包括垂直壓縮裝置、垂直補(bǔ)償裝置和芯部中心溫度傳感器同步裝置；所述垂直壓縮裝置和垂直補(bǔ)償裝置分別固定在頂架上；所述芯部中心溫度傳感器同步裝置通過(guò)一與過(guò)渡柱相同或相近力學(xué)性能(最好是與過(guò)渡柱相同材料、相同直徑尺寸)的過(guò)渡柱和一與壓力傳感器相同或相近力學(xué)性能(最好是與應(yīng)力傳感器相同材料、相同形狀)的墊塊安裝于垂直壓縮裝置的壓板和垂直補(bǔ)償裝置的托板之間，過(guò)渡柱剛好穿過(guò)中支座的孔，而不影響壓力傳感器對(duì)橡膠試樣壓縮應(yīng)力測(cè)試的準(zhǔn)確性；所述垂直壓縮裝置包括一壓縮電機(jī)、一沖程調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、連桿、端部連接件、兩根長(zhǎng)導(dǎo)向軸和一壓板；所述垂直補(bǔ)償裝置包括一補(bǔ)償電機(jī)、兩根短導(dǎo)向軸、絲杠、絲杠螺母、托板和中支座；所述芯部中心溫度傳感器同步裝置包括芯部中心溫度傳感器，彈簧底座，彈簧頂座，下彈簧，上彈簧和傳感器固定環(huán)。
[0015]優(yōu)選地，該壓縮生熱檢測(cè)儀包括一套或多套(最優(yōu)為兩套)可獨(dú)立運(yùn)行的檢測(cè)單元，可以同時(shí)對(duì)一個(gè)或多個(gè)(最優(yōu)為兩個(gè))橡膠試樣進(jìn)行壓縮生熱檢測(cè)。
[0016]在上述方案中，垂直壓縮裝置可以對(duì)橡膠試樣進(jìn)行垂直方向的壓縮。
[0017]在上述方案中，壓縮電機(jī)通過(guò)沖程調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、連桿、端部連接件和長(zhǎng)導(dǎo)向軸帶動(dòng)壓板對(duì)橡膠試樣進(jìn)行壓縮。
[0018]在上述方案中，沖程調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)采用偏心原理(但不局限于此)，包括螺栓、雙螺母，滑塊和偏心輪盤。
[0019]在上述方案中，壓板的垂直壓縮沖程由沖程調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來(lái)控制，并可以通過(guò)調(diào)節(jié)螺栓來(lái)更改壓縮沖程。
[0020]在上述方案中，垂直補(bǔ)償裝置可以對(duì)橡膠試樣的壓縮變形進(jìn)行垂直方向的補(bǔ)償。[0021 ] 在上述方案中，對(duì)橡膠試樣施加的預(yù)載荷以及垂直補(bǔ)償裝置的運(yùn)動(dòng)由壓力傳感器檢測(cè)并控制；壓力傳感器通過(guò)一過(guò)渡柱安裝于橡膠試樣中支座和托板之間，通過(guò)檢測(cè)壓力值的大小控制補(bǔ)償電機(jī)的啟停，從而實(shí)現(xiàn)施加預(yù)載荷和垂直補(bǔ)償功能。
[0022]在上述方案中，絲杠通過(guò)聯(lián)軸器直接與補(bǔ)償電機(jī)輸出軸連接，托板直接連接于絲杠螺母上，并由兩根短導(dǎo)向軸進(jìn)行導(dǎo)向；當(dāng)補(bǔ)償電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)絲杠的旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)絲杠螺母和托板沿著兩根短導(dǎo)向軸垂直方向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償功能。
[0023]在上述方案中，垂直補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償量由位移傳感器和感應(yīng)塊檢測(cè)并控制。位移傳感器安裝于頂架上，固定不動(dòng)，感應(yīng)塊安裝于托板上，隨托板沿垂直方向上下運(yùn)動(dòng)。
[0024]在上述方案中，可以同時(shí)檢測(cè)樣品室的溫度、樣品的底部溫度和樣品的芯部中心溫度。
[0025]在上述方案中，樣品室的溫度是由室溫溫度傳感器測(cè)量的，所述室溫溫度傳感器安裝于操作室內(nèi)，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)操作室內(nèi)的環(huán)境溫度。
[0026]在上述方案中，樣品的底部溫度是由底部溫度傳感器測(cè)量的，所述底部溫度傳感器沿斜上45度方向安裝于試樣中支座中，溫度傳感器探頭剛好與橡膠試樣的底部接觸，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓縮過(guò)程中橡膠試樣底部的溫度變化。
[0027]在上述方案中，芯部中心溫度傳感器隨著橡膠試樣的壓縮變形，垂直方向同步振動(dòng)，水平方向位置不變，從而實(shí)現(xiàn)芯部中心溫度傳感器的探頭始終位于橡膠試樣的中心位置，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓縮過(guò)程中橡膠試樣芯部中心的溫度變化。
[0028]一種采用上述壓縮生熱檢測(cè)儀對(duì)試樣進(jìn)行檢測(cè)的方法，包括如下步驟:當(dāng)樣品在恒定壓縮應(yīng)力的情況下進(jìn)行，并測(cè)定其壓縮形變?cè)谠囼?yàn)中的變化時(shí)，首先將壓板置于最高點(diǎn)處,并將事先打好孔的橡膠試樣放入恒溫的樣品室,使芯部中心溫度傳感器的探針剛好位于橡膠試樣的中心位置，然后在軟件中設(shè)置預(yù)載荷的大小以及壓縮頻率等參數(shù)；待溫度達(dá)到平衡后，補(bǔ)償電機(jī)開(kāi)始啟動(dòng)，帶動(dòng)托板及橡膠試樣沿垂直方向向上運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生壓縮變形，并由壓力傳感器檢測(cè)壓力值的大??；當(dāng)壓力值達(dá)到預(yù)先設(shè)定的預(yù)載荷值時(shí)，補(bǔ)償電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)，壓縮電機(jī)啟動(dòng)，開(kāi)始?jí)嚎s試驗(yàn)；隨著壓縮的進(jìn)行，橡膠試樣會(huì)產(chǎn)生一定的永久壓縮變形，導(dǎo)致壓力傳感器檢測(cè)到的壓縮過(guò)程中的最小壓力值，即預(yù)載荷變小，此時(shí)便會(huì)控制補(bǔ)償電機(jī)啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)垂直補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)，直至預(yù)載荷重新回到原設(shè)定值，補(bǔ)償量即可由位移傳感器和感應(yīng)塊反饋得到。在整個(gè)壓縮過(guò)程中，測(cè)試壓縮形變、樣品芯部中心溫度和樣品底部溫度隨壓縮時(shí)間的變化。
[0029]當(dāng)樣品在恒定壓縮形變的情況下進(jìn)行，并測(cè)定其壓縮應(yīng)力在試驗(yàn)中的變化時(shí)，首先將壓板置于最高點(diǎn)處，并將事先打好孔的橡膠試樣放入恒溫的樣品室，使芯部中心溫度傳感器的探針剛好位于橡膠試樣的中心位置，然后在軟件中設(shè)置預(yù)先給定的應(yīng)變大小及壓縮頻率等參數(shù)；待溫度達(dá)到平衡后，補(bǔ)償電機(jī)開(kāi)始啟動(dòng)，帶動(dòng)托板及橡膠試樣沿垂直方向向上運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生壓縮形變，直至達(dá)到預(yù)先給定的壓縮形變量，補(bǔ)償電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)，壓縮電機(jī)啟動(dòng)，開(kāi)始?jí)嚎s試驗(yàn)。隨著壓縮的進(jìn)行，橡膠試樣會(huì)產(chǎn)生一定的永久壓縮變形，壓力傳感器檢測(cè)到的壓縮應(yīng)力逐漸變小。在樣品產(chǎn)生相同的壓縮形變的情況下，測(cè)試壓縮應(yīng)力、樣品芯部中心溫度和樣品底部溫度隨壓縮時(shí)間的變化。
[0030]本發(fā)明的壓縮生熱檢測(cè)儀具有如下的優(yōu)點(diǎn):
[0031](I)垂直方向壓縮
[0032]如圖9所示，壓縮電機(jī)輸出軸通過(guò)一個(gè)沖程調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、連桿、端部連接件與兩根導(dǎo)向軸連接，電機(jī)啟動(dòng)后帶動(dòng)導(dǎo)向軸沿豎直方向上下運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)壓板沿豎直方向上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，壓縮橡膠試樣，并通過(guò)壓力傳感器檢測(cè)壓縮載荷。
[0033](2)垂直方向補(bǔ)償
[0034]試驗(yàn)一段時(shí)間之后，橡膠試樣會(huì)產(chǎn)生一定程度的壓縮永久變形，為使試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，利用補(bǔ)償電機(jī)和絲杠結(jié)構(gòu)補(bǔ)償橡膠試樣的壓縮永久變形，結(jié)構(gòu)原理如圖5、11所示。橡膠試樣通過(guò)中支座、過(guò)渡柱、壓力傳感器和托板連接于絲杠螺母上。當(dāng)補(bǔ)償電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)時(shí)，可通過(guò)絲杠螺母和托板帶動(dòng)橡膠試樣沿豎直方向?qū)崿F(xiàn)微小位移，以此補(bǔ)償橡膠試樣的壓縮永久變形量。
[0035]由于橡膠試樣的壓縮方向和補(bǔ)償方向始終是豎直方向，所以試樣下表面與承受壓力的上表面也始終是平行的，可以準(zhǔn)確模擬出實(shí)際工況。
[0036](3)可同時(shí)檢測(cè)試樣芯部中心溫度和試樣底部溫度，溫度傳感器放置位置如圖9所示。
[0037]芯部中心溫度傳感器同步裝置，包括芯部中心溫度傳感器、彈簧頂座、彈簧底座、上彈簧、下彈簧和溫度傳感器固定環(huán)。整個(gè)同步裝置通過(guò)一與過(guò)渡柱相同或相近力學(xué)性能(最好是與過(guò)渡柱相同材料、相同直徑尺寸)的過(guò)渡柱和一與壓力傳感器相同或相近力學(xué)性能(最好是與應(yīng)力傳感器相同材料、相同形狀)的墊塊安裝于垂直壓縮裝置的壓板和垂直補(bǔ)償裝置的托板之間，過(guò)渡柱剛好穿過(guò)中支座的孔，而不影響壓力傳感器對(duì)橡膠試樣壓縮應(yīng)力測(cè)試的準(zhǔn)確性。
[0038]整個(gè)彈簧同步裝置的高度與上、下隔熱板的高度相同，當(dāng)橡膠試樣產(chǎn)生壓縮形變時(shí)，上下彈簧產(chǎn)生同樣的形變，而位于彈簧同步裝置中部的溫度傳感器在壓縮過(guò)程中垂直方向始終處于橡膠試樣的中心位置。溫度傳感器與傳感器固定環(huán)之間通過(guò)螺紋連接固定，在壓縮過(guò)程中，水平方向不變。因此在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，無(wú)論橡膠試樣如何形變，芯部中心溫度傳感器的端點(diǎn)始終處于橡膠試樣的中心位置。結(jié)構(gòu)原理如圖12所示。
[0039]底部溫度傳感器沿向上傾斜45°的方向通過(guò)螺紋連接固定在橡膠試樣中支座上，橡膠試樣下隔熱板以及下壓板對(duì)應(yīng)位置開(kāi)孔，使得底部溫度傳感器探針伸出，剛好與橡膠試樣的底部接觸，即可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓縮過(guò)程中橡膠試樣底部溫度的變化。結(jié)構(gòu)原理如圖14所
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[0040]附圖及說(shuō)明
[0041]圖1是現(xiàn)有壓縮生熱儀工作原理圖
[0042]圖2是現(xiàn)有壓縮生熱儀力學(xué)模型
[0043]圖3是試樣上下表面不平行不意圖
[0044]圖4是測(cè)溫線位置變化示意圖
[0045]圖5是本發(fā)明壓縮生熱檢測(cè)儀的立體圖
[0046]圖6是本發(fā)明壓縮生熱檢測(cè)儀的主視圖
[0047]圖7是本發(fā)明壓縮生熱檢測(cè)儀的俯視圖
[0048]圖8是本發(fā)明壓縮生熱檢測(cè)儀的左視圖
[0049]圖9是本發(fā)明壓縮生熱檢測(cè)儀的垂直壓縮原理圖
[0050]圖10是本發(fā)明壓縮生熱檢測(cè)儀的沖程調(diào)節(jié)原理圖
[0051]圖11是本發(fā)明壓縮生熱檢測(cè)儀的垂直補(bǔ)償原理圖
[0052]圖12是本發(fā)明壓縮生熱檢測(cè)儀的芯部中心溫度傳感器同步裝置結(jié)構(gòu)示意圖
[0053]圖13是本發(fā)明壓縮生熱檢測(cè)儀的芯部中心溫度傳感器同步裝置結(jié)構(gòu)分解示意圖
[0054]圖14是本發(fā)明壓縮生熱檢測(cè)儀的底部溫度傳感器位置剖視示意圖具體實(shí)施方案
[0055]本發(fā)明包括一套或多套(最優(yōu)為兩套)可獨(dú)立運(yùn)行的檢測(cè)單元，每一個(gè)獨(dú)立的檢測(cè)單元包括一套垂直壓縮裝置、一套垂直補(bǔ)償裝置和芯部中心溫度傳感器同步裝置。
[0056]如圖6所示，以其中一套檢測(cè)單元為例，垂直壓縮裝置和垂直補(bǔ)償裝置分別固定在頂架8上。垂直壓縮裝置中的長(zhǎng)導(dǎo)向軸17沿頂架8中對(duì)應(yīng)的孔進(jìn)行垂直導(dǎo)向。垂直補(bǔ)償裝置中的絲杠下軸承盒23、上軸承盒27分別固定在頂架8上，同樣，兩根短導(dǎo)向軸28也分別固定在頂架8上。芯部中心溫度傳感器同步裝置安裝于垂直壓縮裝置的壓板18和垂直補(bǔ)償裝置的托板26之間。
[0057]如圖5?9所示，以其中一套垂直壓縮裝置為例，包括底座11、壓縮電機(jī)支架12、壓縮電機(jī)13、端部連接件14、連桿15、沖程調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)16、長(zhǎng)導(dǎo)向軸17、壓板18等機(jī)構(gòu)。其中，壓縮電機(jī)13安裝于壓縮電機(jī)支架12,并固定于底座11上，壓縮電機(jī)13的輸出軸通過(guò)一個(gè)沖程調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)16和連桿15與端部連接件14連接。長(zhǎng)導(dǎo)向軸17的兩端分別與端部連接件14和壓板18連接。當(dāng)壓縮電機(jī)啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)導(dǎo)向軸17沿垂直方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)壓板18壓縮橡膠試樣。
[0058]如圖5?8、11所示，以其中一套垂直補(bǔ)償裝置為例，包括補(bǔ)償電機(jī)21、補(bǔ)償電機(jī)支架22、絲杠下軸承盒23、絲杠24、絲杠螺母25、托板26、絲杠上軸承盒27、短導(dǎo)向軸28、聯(lián)軸器29等機(jī)構(gòu)。其中，補(bǔ)償電機(jī)21通過(guò)補(bǔ)償電機(jī)支架22連接于設(shè)備頂架8上，補(bǔ)償電機(jī)輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器29直接與絲杠24連接。絲杠螺母25與托板26連接，并由兩根短導(dǎo)向軸28進(jìn)行豎直導(dǎo)向。當(dāng)補(bǔ)償電機(jī)21啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)絲杠24轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)絲杠螺母25的作用，可以實(shí)現(xiàn)托板26沿豎直方向直線運(yùn)動(dòng)，并對(duì)橡膠試樣73的壓縮變形進(jìn)行補(bǔ)償。垂直補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償量由位移傳感器51和感應(yīng)塊52檢測(cè)并控制。位移傳感器51安裝于頂架8上，固定不動(dòng)，感應(yīng)塊52安裝于托板26上，隨托板26沿垂直方向上下運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明中采用的是滾珠絲杠和絲杠螺母結(jié)構(gòu)，也可以采用普通螺桿和螺母來(lái)代替，同樣可以實(shí)現(xiàn)垂直補(bǔ)償?shù)墓δ堋?br> [0059]如圖9所示，壓板18可以隨長(zhǎng)導(dǎo)向軸17豎直往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)橡膠試樣73的高頻壓縮。壓板18的壓縮沖程直接取決于沖程調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)16的偏心距e，兩者之間的關(guān)系為:壓縮沖程=2e，所以可以通過(guò)改變沖程調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)16的偏心距e來(lái)調(diào)節(jié)壓板18的壓縮沖程。
[0060]如圖10所示為沖程調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)16的偏心距e調(diào)節(jié)原理圖。沖程調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)16由螺栓161、166、雙螺母162、165、滑塊163和偏心輪盤164等結(jié)構(gòu)組成。通過(guò)調(diào)節(jié)螺栓161和166，使滑塊163在偏心輪盤164內(nèi)部滑動(dòng)，從而產(chǎn)生一定量的偏心距e。調(diào)節(jié)好偏心距e之后，擰緊雙螺母162和165，固定偏心距e，并可以有效防止因震動(dòng)產(chǎn)生偏心距e的變化。
[0061]如圖5、11所示，壓力傳感器61通過(guò)一過(guò)渡柱63安裝于橡膠試樣中支座82和托板26之間。試驗(yàn)開(kāi)始之前，將壓板18置于最高點(diǎn)處，設(shè)置好預(yù)載荷之后，由補(bǔ)償電機(jī)21帶動(dòng)托板26、橡膠試樣中支座82和橡膠試樣73向上運(yùn)動(dòng)，擠壓橡膠試樣73產(chǎn)生預(yù)變形，施加預(yù)載荷。預(yù)載荷值的大小由壓力傳感器61檢測(cè)，當(dāng)達(dá)到預(yù)先設(shè)定的預(yù)載荷值之后，補(bǔ)償電機(jī)21停止動(dòng)作，壓縮電機(jī)13啟動(dòng)，開(kāi)始?jí)嚎s橡膠試樣73。在整個(gè)高頻壓縮過(guò)程中，壓板18與橡膠試樣73始終處于接觸狀態(tài)，不會(huì)產(chǎn)生脫離。所以，由壓力傳感器61檢測(cè)到的壓力值呈波動(dòng)變化，波谷最小值即為預(yù)載荷值。當(dāng)橡膠試樣73產(chǎn)生壓縮永久變形之后，由于壓板18的壓縮沖程是固定不變的，壓力傳感器61檢測(cè)到的壓力最小值(即預(yù)載荷值)就會(huì)減小，此時(shí)便會(huì)控制補(bǔ)償電機(jī)21啟動(dòng)，使托板26向上運(yùn)動(dòng)，補(bǔ)償橡膠試樣73產(chǎn)生的壓縮永久變形。當(dāng)預(yù)載荷值重新恢復(fù)至初始設(shè)定值時(shí)，補(bǔ)償電機(jī)21停止運(yùn)動(dòng)，一次補(bǔ)償動(dòng)作完成。補(bǔ)償量由位移傳感器51和感應(yīng)塊52檢測(cè)得到。
[0062]如圖12所示為一種芯部中心溫度傳感器同步裝置，由芯部中心溫度傳感器72、彈簧底座74、彈簧頂座75、下彈簧76、上彈簧77、傳感器固定環(huán)78等組成，此結(jié)構(gòu)分解示意圖如圖13所示。在壓縮試驗(yàn)開(kāi)始之前，將橡膠試樣73沿中心位置開(kāi)孔，并將芯部中心溫度傳感器72的探頭部分插入橡膠試樣73的中心孔，即可測(cè)量橡膠試樣73的芯部中心溫度。在此同步裝置中，上彈簧77和下彈簧76完全相同，可以保證在壓縮振動(dòng)過(guò)程中，上下兩彈簧的壓縮變形完全相同，便可使傳感器固定環(huán)78和傳感器72在豎直方向始終處于橡膠試樣73的中心位置。傳感器固定環(huán)78套在彈簧頂座75和彈簧底座74的導(dǎo)向臂外圓外部,芯部中心溫度傳感器末端帶有M4外螺紋，穿過(guò)彈簧底座74和固定環(huán)78的孔后，由一個(gè)M4螺母擰緊便可保證在壓縮振動(dòng)過(guò)程中，芯部中心溫度傳感器在水平方向不會(huì)產(chǎn)生位移，并始終檢測(cè)橡膠試樣73的芯部中心溫度。
[0063]芯部中心溫度傳感器同步裝置通過(guò)一與過(guò)渡柱63相同或相近力學(xué)性能(最好是與過(guò)渡柱63相同材料、相同直徑尺寸)的過(guò)渡柱67和一與壓力傳感器61相同或相近力學(xué)性能(最好是與應(yīng)力傳感器61相同材料、相同形狀)的墊塊65安裝于垂直壓縮裝置的壓板18和垂直補(bǔ)償裝置的托板26之間，彈簧底座74的底部與樣品下隔熱板81的底部處于同一水平上，以保證在托板26上下移動(dòng)時(shí)，上下彈簧77、76的形變和橡膠試樣73的形變完全同步。過(guò)渡柱67剛好穿過(guò)中支座82的孔，而不影響壓力傳感器61對(duì)橡膠試樣73壓縮應(yīng)力測(cè)試的準(zhǔn)確性。
[0064]在壓縮過(guò)程中，若橡膠試樣73完全與金屬(或?qū)嵝阅芰己玫牟牧?接觸，壓縮產(chǎn)生的熱量便會(huì)傳遞出去，影響測(cè)試結(jié)果。因此，本次發(fā)明中，隔熱板80、81采用隔熱性能良好且硬度高的材料(諸如但不限于酚醛樹(shù)脂材料)進(jìn)行隔熱，既具有高硬度，不會(huì)對(duì)壓縮量產(chǎn)生影響，又具有良好的耐熱性，不會(huì)對(duì)溫度測(cè)量產(chǎn)生影響。
[0065]如圖9所示，底部溫度傳感器71沿向上傾斜45°的方向通過(guò)螺紋連接固定在橡膠試樣中支座82上。其詳細(xì)位置剖視圖如圖14所示，在橡膠試樣中支座82的對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)有M4的內(nèi)螺紋孔，下隔熱板81和下壓板79的對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)有一細(xì)長(zhǎng)孔。當(dāng)?shù)撞繙囟葌鞲衅?1通過(guò)螺紋固定在橡膠試樣中支座82上時(shí)，底部溫度傳感器的探針剛好通過(guò)下隔熱板81和下壓板79的細(xì)長(zhǎng)孔，與橡膠試樣底部相接觸，即可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓縮過(guò)程中橡膠試樣底部的溫度變化。其中，底部溫度傳感器的結(jié)構(gòu)與芯部中心溫度傳感器的結(jié)構(gòu)類似，如圖13所
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【權(quán)利要求】
1.一種壓縮生熱檢測(cè)儀，其包括一套或多套(最優(yōu)為兩套)檢測(cè)單元，該檢測(cè)單元包括垂直壓縮裝置、垂直補(bǔ)償裝置和芯部中心溫度傳感器同步裝置；所述垂直壓縮裝置和垂直補(bǔ)償裝置分別固定在頂架8上，所述芯部中心溫度傳感器同步裝置通過(guò)一與過(guò)渡柱63相同或相近力學(xué)性能(最好是與過(guò)渡柱63相同材料、相同直徑尺寸)的過(guò)渡柱67和一與壓力傳感器61相同或相近力學(xué)性能(最好是與應(yīng)力傳感器61相同材料、相同形狀)的墊塊65安裝于垂直壓縮裝置的壓板18和垂直補(bǔ)償裝置的托板26之間，過(guò)渡柱67剛好穿過(guò)中支座82的孔，而不影響壓力傳感器61對(duì)橡膠試樣73壓縮應(yīng)力測(cè)試的準(zhǔn)確性；所述垂直壓縮裝置包括一壓縮電機(jī)13、一沖程調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)16、連桿15、端部連接件14、兩根長(zhǎng)導(dǎo)向軸17和一壓板18 ;所述垂直補(bǔ)償裝置包括一補(bǔ)償電機(jī)21、兩根短導(dǎo)向軸28、絲杠24、絲杠螺母25、托板26和中支座82 ;所述芯部中心溫度傳感器同步裝置包括芯部中心溫度傳感器72，彈簧底座74，彈簧頂座75，下彈簧76，上彈簧77和傳感器固定環(huán)78。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的壓縮生熱檢測(cè)儀，其特征在于該壓縮生熱檢測(cè)儀包括一套或多套(最優(yōu)為兩套)可獨(dú)立運(yùn)行的檢測(cè)單元，可以同時(shí)對(duì)一個(gè)或多個(gè)(最優(yōu)為兩個(gè))橡膠試樣進(jìn)行壓縮生熱檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)相同試樣(或不同試樣)在相同試驗(yàn)條件(或不同試驗(yàn)條件)下進(jìn)行壓縮生熱對(duì)比試驗(yàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的壓縮生熱檢測(cè)儀，其特征在于所述壓縮電機(jī)13通過(guò)沖程調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)16、連桿15、端部連接件14、和長(zhǎng)導(dǎo)向軸17帶動(dòng)壓板18對(duì)橡膠試樣73進(jìn)行壓縮。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的壓縮生熱檢測(cè)儀，其特征在于所述的沖程調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)16采用偏心原理(但不局限于此)，包括螺栓161、166，雙螺母162、165，滑塊163和偏心輪盤164。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的壓縮生熱檢測(cè)儀，其特征在于壓板18的垂直壓縮沖程由沖程調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)16來(lái)控制，并可以通過(guò)調(diào)節(jié)螺栓161、166來(lái)更改壓縮沖程。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的壓縮生熱檢測(cè)儀，其特征在于所述絲杠24通過(guò)聯(lián)軸器29直接與補(bǔ)償電機(jī)21輸出軸連接，托板26直接連接于絲杠螺母25上，并由兩根短導(dǎo)向軸28進(jìn)行導(dǎo)向；當(dāng)補(bǔ)償電機(jī)21轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)絲杠24的旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)絲杠螺母25和托板26沿著兩根短導(dǎo)向軸28垂直方向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償功能。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的壓縮生熱檢測(cè)儀，其特征在于所述垂直補(bǔ)償裝置可以對(duì)橡膠試樣73的壓縮形變或壓縮應(yīng)力進(jìn)行垂直方向的補(bǔ)償，即試驗(yàn)可以對(duì)橡膠樣品73的壓縮形變和壓縮應(yīng)力同時(shí)測(cè)定?？梢允箻悠吩诤愣▔嚎s應(yīng)力的情況下進(jìn)行，并測(cè)定其壓縮形變?cè)谠囼?yàn)中的變化；也可以使樣品在恒定壓縮形變的情況下進(jìn)行，并測(cè)定其壓縮應(yīng)力在試驗(yàn)中的變化。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的壓縮生熱檢測(cè)儀，其特征在于對(duì)橡膠試樣73施加的預(yù)載荷以及垂直補(bǔ)償裝置的運(yùn)動(dòng)由壓力傳感器61檢測(cè)并控制，壓力傳感器61通過(guò)一過(guò)渡柱63安裝于橡膠試樣中支座82和托板26之間。當(dāng)樣品在恒定壓縮應(yīng)力的情況下進(jìn)行，并測(cè)定其壓縮形變?cè)谠囼?yàn)中的變化時(shí)，隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，當(dāng)橡膠試樣73產(chǎn)生永久壓縮形變時(shí)，壓力傳感器61檢測(cè)的壓縮應(yīng)力變小，此時(shí)控制補(bǔ)償電機(jī)21啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)垂直方向?qū)嚎s形變的補(bǔ)償，從而保證壓縮應(yīng)力恒定不變。橡膠試樣73壓縮形變的垂直補(bǔ)償量由位移傳感器51和感應(yīng)塊52檢測(cè)得到。當(dāng)樣品在恒定壓縮形變的情況下進(jìn)行，并測(cè)定其壓縮應(yīng)力在試驗(yàn)中的變化時(shí)，壓縮形變量由位移傳感器51和感應(yīng)塊52檢測(cè)控制，壓縮應(yīng)力由壓力傳感器61檢測(cè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的壓縮生熱檢測(cè)儀，其特征在于所述垂直補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償量由位移傳感器檢測(cè)并控制，在此發(fā)明中，包括位移傳感器51和感應(yīng)塊52。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的壓縮生熱檢測(cè)儀，其特征在于可以同時(shí)檢測(cè)樣品室的溫度、樣品的底部溫度和樣品的芯部中心溫度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的壓縮生熱檢測(cè)儀，其特征在于樣品室的溫度是由室溫溫度傳感器測(cè)量的，所述室溫溫度傳感器安裝于操作室內(nèi)，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)操作室內(nèi)的溫度變化。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的壓縮生熱檢測(cè)儀，其特征在于樣品的底部溫度是由底部溫度傳感器71測(cè)量的，所述底部溫度傳感器71沿斜上45度方向安裝于試樣中支座82中，溫度傳感器探頭剛好與橡膠試樣73底部接觸，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓縮過(guò)程中橡膠試樣73底部的溫度變化。
13.根據(jù)權(quán)利要求10的壓縮生熱檢測(cè)儀，其特征在于芯部中心溫度傳感器72隨著橡膠試樣73的壓縮變形，垂直方向同步振動(dòng)，水平方向位置不變，從而保證芯部中心溫度傳感器72的探頭始終位于橡膠試樣73的中心位置，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓縮過(guò)程中橡膠試樣73芯部中心的溫度變化。
14.一種采用權(quán)利要求1 一 13之一的壓縮生熱檢測(cè)儀對(duì)試樣進(jìn)行檢測(cè)的方法，包括如下步驟:當(dāng)樣品在恒定壓縮應(yīng)力的情況下進(jìn)行，并測(cè)定其壓縮形變?cè)谠囼?yàn)中的變化時(shí)，首先將壓板18置于最高點(diǎn)處，并將事先打好孔的橡膠試樣73放入恒溫的樣品室，使芯部中心溫度傳感器72的探針剛好位于橡膠試樣73的中心位置，然后在軟件中設(shè)置預(yù)載荷的大小以及壓縮頻率等參數(shù)；待溫度達(dá)到平衡后，補(bǔ)償電機(jī)21開(kāi)始啟動(dòng)，帶動(dòng)托板26及橡膠試樣73沿垂直方向向上運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生壓縮變形，并由壓力傳感器61檢測(cè)壓力值的大??；當(dāng)壓力值達(dá)到預(yù)先設(shè)定的預(yù)載荷值時(shí)，補(bǔ)償電機(jī)21停止運(yùn)動(dòng)，壓縮電機(jī)13啟動(dòng)，開(kāi)始?jí)嚎s試驗(yàn)；隨著壓縮的進(jìn)行，橡膠試樣73會(huì)產(chǎn)生一定的永久壓縮變形，導(dǎo)致壓力傳感器61檢測(cè)到的壓縮過(guò)程中的最小壓力值，即預(yù)載荷變小，此時(shí)便會(huì)控制補(bǔ)償電機(jī)21啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)垂直補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)，直至預(yù)載荷重新回到原設(shè)定值，補(bǔ)償量即可由位移傳感器51和感應(yīng)塊52反饋得到。在整個(gè)壓縮過(guò)程中，測(cè)試壓縮形變、樣品芯部中心溫度和樣品底部溫度隨壓縮時(shí)間的變化。 當(dāng)樣品在恒定壓縮形變的情況下進(jìn)行，并測(cè)定其壓縮應(yīng)力在試驗(yàn)中的變化時(shí)，首先將壓板18置于最高點(diǎn)處，并將事先打好孔的橡膠試樣73放入恒溫的樣品室，使芯部中心溫度傳感器72的探針剛好位于橡膠試樣73的中心位置，然后在軟件中設(shè)置預(yù)先給定的應(yīng)變大小及壓縮頻率等參數(shù)；待溫度達(dá)到平衡后，補(bǔ)償電機(jī)21開(kāi)始啟動(dòng)，帶動(dòng)托板26及橡膠試樣73沿垂直方向向上運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生壓縮形變，直至達(dá)到預(yù)先給定的壓縮形變量，補(bǔ)償電機(jī)21停止運(yùn)動(dòng)，壓縮電機(jī)13啟動(dòng)，開(kāi)始?jí)嚎s試驗(yàn)。隨著壓縮的進(jìn)行，橡膠試樣73會(huì)產(chǎn)生一定的永久壓縮變形，導(dǎo)致壓力傳感器61檢測(cè)到的壓縮應(yīng)力逐漸變小。在樣品產(chǎn)生相同的壓縮形變的情況下，測(cè)試壓縮應(yīng)力、樣品芯部中心溫度和樣品底部溫度隨壓縮時(shí)間的變化。
【文檔編號(hào)】G01N25/20GK104297287SQ201410268592
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年6月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月16日
【發(fā)明者】王夢(mèng)蛟, 戴德盈, 吳鵬章, 劉世杰 申請(qǐng)人:怡維怡橡膠研究院有限公司