[發明專利]一種全尺寸管道彎頭的蠕變試驗方法和平臺

在審

• 申請號: 201310245211.7
• 申請日: 2013-06-20
• 公開（公告）號: CN103743635A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 倪永中;穆岱;于洋
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: G01N3/28
• 分類號: G01N3/28
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種全尺寸管道彎頭的蠕變試驗方法和平臺，屬于分析及測量控制技術領域，適用于大尺寸復雜應力條件下材料的蠕變力學行為研究。

背景技術

傳統的蠕變實驗一般采用標準化試樣（GB/T?2039-2012?金屬材料單軸拉伸蠕變試驗方法），主要是研究單向受力情況下的蠕變過程。在實際的工業化生產過程中，尤其是電力、石化行業，大部分高溫部件都是在復雜應力條件下工作。用傳統單軸實驗結果無法對多軸應力條件下的高溫部件進行安全性評估。

本發明可對實際的電廠管道或其他受力部件進行全尺寸實驗。大尺寸、非標準試樣蠕變實驗的難點是：(1)載荷大(本平臺可提供200KN推力)；(2)采用非重物加載方式的恒定載荷的控制(本平臺利用力傳感器實現閉環控制，力的波動小于50N);(3)溫度加載與應變采集，需要計算加載特定尺寸材料所需要的單位面積熱強度，進行加熱器形狀設計與功率選擇，應變采集采用高溫應變片。

同等類型的專利，均采用標準化制備的試樣，通過單向拉伸或剪切的方式，測試金屬蠕變性能，不能反映管道在復雜應力條件下的力學性能。另外，蠕變實驗是在恒定溫度和恒定載荷下的實驗，其實驗力的加載多采用機械式或微機控制電子式。機械式加載實驗力完全依靠砝碼，其準確性不高；電子式加載實驗力容易收到外界因素的干擾，由于實驗時間很長，如果發生斷電，則實驗力難以得到保證。

發明內容

本發明的目的在于設計一種大尺寸實驗平臺，解決高溫部件的多軸蠕變實驗過程中加載的載荷施加、加熱方式和應變采集等問題。

本發明整體結構與布置如圖1所示。它由三大模塊組成，其中包括運動模塊、基座模塊、控制模塊（見圖2）。實驗臺所采用的試樣外觀形式如圖3所示。

運動臺模塊的組成包括：運動臺、伺服電機、諧波減速器、彈性聯軸器、絲杠、絲杠螺母、導軌滑塊、鉸鏈銷，其結構示意圖如圖4所示。運動臺模塊以導軌滑塊作為運動導向，由伺服電機驅動，經諧波減速機減速，通過彈性聯軸器連接至滑動絲杠，經絲杠螺母傳動，實現左右移動功能。諧波減速機是依靠柔性零件產生彈性機械波來傳遞動力和運動的一種行星齒輪減速機。彈性聯軸器用于連接減速機和絲杠，將減速機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°的梯形齒結構，具有自鎖性，牙根強度高，內外螺紋以錐面貼合，對中性好且不易松動。導軌滑塊采用滾柱型導軌滑塊。鉸鏈銷用于連接固定管道，選用耐高溫材料加工制造而成。

基座模塊包括：固定基座、力傳感器、鉸鏈銷，如圖5所示。固定基座使用高強度矩形管焊接而成，使設備有足夠的剛性；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。

控制模塊主要包括：人機界面、PLC?控制單元、12?位A/D?擴展塊、運動臺伺服系統、運動單元限位開關、監控溫度變化的溫度開關、壓力傳感器和三色報警燈（如圖6所示）。

控制單元采用高可靠性PLC控制單元，能適應惡劣的運行環境。限位開關將運動臺的位置信息反饋到PLC控制單元，PLC控制單元可以通過點擊驅動器控制伺服電機驅動部件在設計范圍內運動。溫度開關監控溫度壓力的變化，當溫度不再設定的溫度范圍內時，溫度開關將反饋信息到PLC控制單元，報警燈報警，同時人機界面也會顯示報警信息。12?位A/D?擴展塊控制壓力傳感器，將壓力信息反饋到PLC控制單元，以此來控制實驗力的施加，同時壓力信息也會顯示在人機界面。

附圖說明

圖1為實驗臺整體結構與布置示意圖；

圖2為實驗臺系統結構示意圖；

圖3為試樣外觀示意圖；

圖4為運動臺模塊示意圖；

圖5為基座模塊示意圖；

圖6?為控制模塊結構示意圖。

圖中標號：

1-龍門車架；2-手動升降裝置；3-絲杠；4-腳輪；5-試樣；6-運動臺；7-諧波減速器；8-伺服電機；9-基座；10-力傳感器；11-鉸鏈銷；12-導軌滑塊；13-夾在方向；14-固定端。

具體實施方式

以下結合實施的步驟闡述本發明中全尺寸管道彎頭多軸蠕變實驗系統的使用方法。

（1）??????????????把龍門車架（附圖1中1）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）??????????????將運動臺（附圖1中6）移動到適合安裝試樣的位置；