專利名稱：彈性元件小變形自動(dòng)測量試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
所屬領(lǐng)域本實(shí)用新型是一種小變形自動(dòng)測量試驗(yàn)裝置的部件，屬于一種借助于測定材料的化學(xué)或物理性質(zhì)來測試或分析材料特性的試驗(yàn)裝置部件，特別是指對彈性元件在大載荷小變形測量試驗(yàn)時(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集裝置。主要用于做彈性元件的壓縮或拉伸試驗(yàn)。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)許多廠家在做彈性元件大載荷小變形時(shí)的靜力試驗(yàn)時(shí)，對產(chǎn)品的小變形主要采用百分表或千分表或試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)位移傳感器進(jìn)行測量。采用百分表或千分表測量試樣的小變形，一般情況下，測量結(jié)果精度會(huì)比較高，結(jié)果會(huì)比較準(zhǔn)確。但這種方法需要試驗(yàn)員人為讀表，手工記錄，而且試驗(yàn)記錄點(diǎn)不能連續(xù)；同時(shí)試驗(yàn)加載速度要比較慢，否則人為讀表誤差會(huì)較大；再是進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、分析時(shí)，需要人工手動(dòng)將數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，這樣工作比較繁瑣，而且在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)錄過程中還可能出錯(cuò)，試驗(yàn)員工作量較大，工作效率較低。若采用試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)傳感器進(jìn)行測量試樣的小變形，優(yōu)點(diǎn)是能自動(dòng)測量、記錄試驗(yàn)結(jié)果，試驗(yàn)員工作量小。但因任何試驗(yàn)機(jī)自身剛度都是有限的，系統(tǒng)誤差會(huì)或多或少的不可避免的存在。尤其是比較舊的試驗(yàn)機(jī)，系統(tǒng)誤差相對來說比較大，對試樣在大載荷小變形下的試驗(yàn)結(jié)果影響很大，滿足不了試驗(yàn)要求。通過查找“引伸計(jì)”、“試驗(yàn)裝置”、“自動(dòng)測量”關(guān)鍵詞方面的專利情況及其有關(guān)文章，未發(fā)現(xiàn)有與本文內(nèi)容相同或相近的專利申請記錄和相關(guān)論文。專利只查到專利號(hào)為02115729.4，名稱為“引伸計(jì)使用新方法”和專利號(hào)為88107589.2，名稱為“自動(dòng)測量系統(tǒng)”等幾項(xiàng)，但這幾項(xiàng)專利根本不是用于做彈性元件在大載荷小變形時(shí)的壓縮或拉伸試驗(yàn)。論文只查到《拉抻試驗(yàn)用引伸計(jì)應(yīng)變示值誤差計(jì)算方法的探討》、《一種新型的大應(yīng)變高精度引伸計(jì)》、《金屬板料單向拉伸引伸計(jì)及測試系統(tǒng)的研制》和《一種用于長期應(yīng)變測試的自動(dòng)測量裝置》等幾項(xiàng)。這幾編論文均不是探討彈性元件在大載荷小變形時(shí)的壓縮或拉伸試驗(yàn)方面的情況。
因現(xiàn)在高速列車以及城市軌道交通的迅速發(fā)展，為了對高速列車和城市軌道交通進(jìn)行減振降噪、改善行車的舒適度，在高速列車和城市軌道交通上都大量地使用彈性元件。彈性元件中有些產(chǎn)品如金屬-橡膠球關(guān)節(jié)、軌枕墊等在使用過程中的變形量很小，而且變形量控制范圍又比較窄。如某類型油壓減振器球鉸在額定工作載荷下的變形量范圍要求為(0.22～0.28)mm，某類軌枕墊在額定工作載荷下的變形量范圍要求為(0.4～0.5)mm，試驗(yàn)時(shí)同時(shí)需記錄試樣的載荷-位移曲線。針對目前這種實(shí)際情況，我們確需要一種既能保證試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確，又能自動(dòng)測量、記錄、保存試驗(yàn)結(jié)果，減少試驗(yàn)員工作量的試驗(yàn)測量裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于針對現(xiàn)有彈性元件在大載荷小變形時(shí)試驗(yàn)測量的不足，提供一種既能保證試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確，又能自動(dòng)測量、記錄、保存試驗(yàn)結(jié)果，減少試驗(yàn)員工作量的測量試驗(yàn)的數(shù)據(jù)采集裝置。
根據(jù)本實(shí)用新型的目的，結(jié)合彈性元件在大載荷小變形時(shí)進(jìn)行靜態(tài)試驗(yàn)的特點(diǎn)。本實(shí)用新型所采取的技術(shù)實(shí)施方案是在對彈性元件進(jìn)行變形試驗(yàn)過程中利用引伸計(jì)作為測量試驗(yàn)的數(shù)據(jù)采集裝置，包括數(shù)據(jù)采集裝置、數(shù)據(jù)分析裝置、試樣支撐架和工作臺(tái)幾部分。在試驗(yàn)工作臺(tái)的任意位置上安裝一磁力支座，并在磁力支座的支桿上安裝一引伸計(jì)，將引伸計(jì)的兩個(gè)刀口中的一個(gè)刀口端固定在磁力支座上的引伸計(jì)支撐桿上，引伸計(jì)的另一個(gè)刀口端為自由狀態(tài)，并將自由端的刀口設(shè)計(jì)為觸點(diǎn)狀的測量觸點(diǎn)，試驗(yàn)時(shí)引伸計(jì)的測量觸點(diǎn)會(huì)隨著試件的變形而自動(dòng)移動(dòng)。操作者只須控制操作系統(tǒng)，而無須干預(yù)引伸計(jì)就能輕松完成整個(gè)試驗(yàn)，不損傷引伸計(jì)并能采集到試件試驗(yàn)的全過程數(shù)據(jù)。利用引伸計(jì)測量精度高，引伸計(jì)自身尺寸小，能自動(dòng)測量試樣變形的特點(diǎn)，再與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和試驗(yàn)軟件相結(jié)合進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)測量、記錄和保存。我們將引伸計(jì)的結(jié)構(gòu)作適當(dāng)?shù)男薷模靡煊?jì)能測量負(fù)幾毫米到正幾毫米的測量功能，將引伸計(jì)改造成可以直接測量試樣的變形，從而避開試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)誤差和人為讀表帶來的影響。
按照本實(shí)用新型所開發(fā)的彈性元件大載荷小變形自動(dòng)測量試驗(yàn)裝置，支架是結(jié)構(gòu)很簡單的機(jī)械結(jié)構(gòu)，制作完全可行。測量裝置的電路原理簡單易行，引伸計(jì)與試驗(yàn)機(jī)的試驗(yàn)軟件和控制器可以兼容。
通過將引伸計(jì)的結(jié)構(gòu)作適當(dāng)修改，并借用其他一些必要機(jī)構(gòu)，可以構(gòu)成一個(gè)精度高，操作簡單，維修方便，能進(jìn)行大載荷小變形時(shí)試驗(yàn)需要的試驗(yàn)裝置，能為彈性元件在大載荷小變形下進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)提供高精度的試驗(yàn)自動(dòng)測量裝置。
附圖及說明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖圖2為本實(shí)用新型的電路流程圖。
圖中1、磁力支座；2、鎖緊螺母；3、引伸計(jì)信號(hào)線；4、引伸計(jì)支撐桿；5、引伸計(jì)；6、引伸計(jì)下臂；7、引伸計(jì)上臂；8、限位塊；9、測量觸點(diǎn)；10、試樣芯軸；11、試樣變形層；12、試樣外套；13、試樣支撐架；14、工作臺(tái)；15、數(shù)據(jù)處理裝置；16、數(shù)據(jù)顯示裝置；17、數(shù)據(jù)采集裝置；18、數(shù)據(jù)分析裝置；19、引伸計(jì)夾持座；20、橋式整流電路；21、放大器；22、A/D轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理器。
具體實(shí)施方式
附圖給出了本實(shí)用新型的一個(gè)具體實(shí)施例，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。從附圖中可以看出，本試驗(yàn)裝置包括數(shù)據(jù)采集裝置17、數(shù)據(jù)分析裝置18、試樣支撐架13和工作臺(tái)14幾部分。其特點(diǎn)是數(shù)據(jù)采集裝置17是一種引伸計(jì)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)采集裝置。數(shù)據(jù)采集裝置17包括有引伸計(jì)5和引伸計(jì)夾持座19，引伸計(jì)夾持座19包含磁力支座1、鎖緊螺母2和引伸計(jì)支撐桿4。引伸計(jì)有兩個(gè)刀口，一個(gè)刀口端固定安裝在引伸計(jì)的下臂6上，為固定狀態(tài)，引伸計(jì)的下臂6固定在磁力支座1上的引伸計(jì)支撐桿4上，引伸計(jì)支撐桿4保持水平狀態(tài)且能通過調(diào)整鎖緊螺母2使其沿磁力支座1上的豎桿上下滑動(dòng)，以調(diào)整引伸計(jì)的高度。磁力支座1可以吸附在工作臺(tái)上的適當(dāng)位置，以便安裝測量試驗(yàn)裝置；引伸計(jì)的另一個(gè)刀口端安裝在引伸計(jì)上臂7上，為自由狀態(tài)，并將自由端的刀口9設(shè)為觸點(diǎn)狀的測量觸點(diǎn)，刀口9直接接觸被測物的表面，試驗(yàn)時(shí)引伸計(jì)的刀口9會(huì)隨著被測物表面的變形而自動(dòng)移動(dòng)。引伸計(jì)上的刀口9是根據(jù)需要對引伸計(jì)結(jié)構(gòu)所做的修改部分，引伸計(jì)的刀口9直接與被測物表面接觸，與打百分表相類似；引伸計(jì)上臂7能以自由平衡位置為0點(diǎn)作上下運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)行程的大小與引伸計(jì)規(guī)格有關(guān)；引伸計(jì)臂有一定的彈性，卸載后能自動(dòng)恢復(fù)到自由狀態(tài)的標(biāo)距狀態(tài)。為了防止引伸計(jì)上臂7亂擺動(dòng)，在引伸計(jì)的刀口9的旁邊設(shè)有一限位塊8，限位塊8固定在引伸計(jì)的下臂6上，限位塊8對引伸計(jì)上臂7起限位作用，以保護(hù)引伸計(jì)。數(shù)據(jù)采集裝置17所采集的信號(hào)通過引伸計(jì)信號(hào)線3輸入數(shù)據(jù)分析裝置18，數(shù)據(jù)分析裝置18包含數(shù)據(jù)處理裝置15和數(shù)據(jù)顯示裝置16兩個(gè)部分，其中數(shù)據(jù)處理裝置15內(nèi)含有橋式整流電路20、放大器21、A/D轉(zhuǎn)換器及數(shù)據(jù)處理器22，數(shù)據(jù)采集顯示裝置16可以是微機(jī)顯示器。當(dāng)引伸計(jì)的刀口9將所采集到的數(shù)據(jù)通過引伸計(jì)信號(hào)線3輸入數(shù)據(jù)分析裝置18后，數(shù)據(jù)分析裝置18將根據(jù)常規(guī)的數(shù)據(jù)處理方式進(jìn)行處理；試驗(yàn)時(shí)，通過引伸計(jì)上的刀口觸點(diǎn)采集到信號(hào)，經(jīng)橋式整流電路20整流后，輸入放大器21放大后直接輸入試驗(yàn)機(jī)控制器的A/D轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理器22進(jìn)行處理，A/D轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理器22再將處理的信號(hào)輸?shù)诫娔X進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄、保存和分析處理(均為現(xiàn)有技術(shù)在此不在作詳細(xì)描述)。這樣，這種試驗(yàn)裝置既克服了要人為讀百分表帶來的繁瑣，又克服了試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)誤差帶來的影響，提供了一種精度高、自動(dòng)化程度高的試驗(yàn)測量裝置。
本發(fā)明裝置的工作原理是試驗(yàn)時(shí)先將試樣變形層11置于試樣外套12內(nèi)，再將試樣芯軸10插入試樣變形層11，并將試樣安裝在試樣支撐架13上，通過常規(guī)的手段帶動(dòng)其旋轉(zhuǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)試樣在試樣支撐架13上旋轉(zhuǎn)時(shí)，利用引伸計(jì)具有測量試樣形變的功能以及試驗(yàn)軟件和電腦組成的控制部分具有自動(dòng)采集、記錄、保存和分析處理數(shù)據(jù)的功能。主要技術(shù)特點(diǎn)如下(1)測量精度因有些彈性元件在大載荷小位移試驗(yàn)時(shí)，變形量很小，而且變形量控制范圍又比較窄，因此要求測量系統(tǒng)有很高的測量精度。而引伸計(jì)的測量精度一般能做到最小分辨率優(yōu)于1μm，精度優(yōu)于0.1％。我們在同一個(gè)試驗(yàn)過程中(載荷為0～80kN，加載速度為5kN/min)同時(shí)裝上本發(fā)明的試驗(yàn)測量裝置和量程為5mm的千分表，兩者的測量值如下表

由上表測量結(jié)果顯示可知，兩者測量值的相對誤差最大為0.4％，這個(gè)精度足以滿足試驗(yàn)需要。
(2)安裝調(diào)試在安裝調(diào)試過程中，先將試樣安裝好，再根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整引伸計(jì)支撐桿的高度，保證引伸計(jì)能裝到合理的位置。其安裝調(diào)試過程與打千分表相類似。
(3)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集引伸計(jì)測量觸點(diǎn)直接測量試樣的變形量，引伸計(jì)的測量信號(hào)由電腦進(jìn)行采集、保存，電腦可以將引伸計(jì)的測量變形值實(shí)時(shí)顯示在電腦桌面上，電腦同時(shí)還可以將試驗(yàn)過程的載荷-位移曲線實(shí)時(shí)顯示在電腦桌面上。這樣在試驗(yàn)過程中，試驗(yàn)員就可以很清楚的了解試驗(yàn)的全過程。
權(quán)利要求1.彈性元件小變形自動(dòng)測量試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集裝置，包括數(shù)據(jù)采集裝置(17)、數(shù)據(jù)分析裝置(18)、試樣支撐架(13)和工作臺(tái)(14)幾部分，其特點(diǎn)是數(shù)據(jù)采集裝置(17)是一種引伸計(jì)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)采集裝置，數(shù)據(jù)采集裝置(17)包括有引伸計(jì)(5)和引伸計(jì)夾持座(19)，引伸計(jì)(5)安裝在引伸計(jì)夾持座(19)上，引伸計(jì)(5)有兩個(gè)刀口，一個(gè)刀口端固定安裝在引伸計(jì)的下臂(6)上，為固定狀態(tài)，引伸計(jì)的另一個(gè)刀口端安裝在引伸計(jì)上臂(7)上，為自由狀態(tài)，自由端的刀口(9)為觸點(diǎn)狀的測量觸點(diǎn)，刀口(9)直接接觸被測物的表面，引伸計(jì)的刀口(9)可以隨著被測物表面的變形而自動(dòng)移動(dòng)，引伸計(jì)的刀口(9)直接與被測物表面接觸，引伸計(jì)上臂(7)能以自由平衡位置為0點(diǎn)作上下運(yùn)動(dòng)，引伸計(jì)臂有一定的彈性，卸載后能自動(dòng)恢復(fù)到自由狀態(tài)的標(biāo)距狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的彈性元件小變形自動(dòng)測量試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于所述的引伸計(jì)夾持座(19)上有含磁力支座(1)、鎖緊螺母(2)和引伸計(jì)支撐桿(4)，引伸計(jì)的下臂(6)固定在磁力支座(1)上的引伸計(jì)支撐桿(4)上，引伸計(jì)支撐桿(4)保持水平狀態(tài)且能通過調(diào)整鎖緊螺母(2)使其沿磁力支座(1)上的豎桿上下滑動(dòng)，且磁力支座(1)可以吸附在工作臺(tái)上的適當(dāng)位置。
3.如權(quán)利要求1或2所述的彈性元件小變形自動(dòng)測量試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于在引伸計(jì)的刀口(9)的旁邊設(shè)有對引伸計(jì)上臂(7)起限位作用限位塊(8)，限位塊(8)固定在引伸計(jì)的下臂(6)上。
專利摘要彈性元件小變形自動(dòng)測量試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集裝置，包括數(shù)據(jù)采集裝置、數(shù)據(jù)分析裝置、試樣支撐架和工作臺(tái)幾部分。在試驗(yàn)工作臺(tái)的任意位置上安裝一磁力支座，并在磁力支座的支桿上安裝一引伸計(jì)，將引伸計(jì)的兩個(gè)刀口中的一個(gè)刀口端固定在磁力支座上的引伸計(jì)支撐桿上，引伸計(jì)的另一個(gè)刀口端為自由狀態(tài)，并將自由端的刀口設(shè)計(jì)為觸點(diǎn)狀的測量觸點(diǎn)，試驗(yàn)時(shí)引伸計(jì)的測量觸點(diǎn)會(huì)隨著試件的變形而自動(dòng)移動(dòng)。操作者只須控制操作系統(tǒng)，而無須干預(yù)引伸計(jì)就能輕松完成整個(gè)試驗(yàn)，不損傷引伸計(jì)并能采集到試件試驗(yàn)的全過程數(shù)據(jù)。利用引伸計(jì)測量精度高，引伸計(jì)自身尺寸小，能自動(dòng)測量試樣變形的特點(diǎn)，再與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和試驗(yàn)軟件相結(jié)合進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)測量、記錄和保存。
文檔編號(hào)G01M5/00GK2777529SQ20052005026
公開日2006年5月3日 申請日期2005年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月4日
發(fā)明者左國兵, 崔澤龍, 林達(dá)文 申請人:株洲時(shí)代新材料科技股份有限公司