本實(shí)用新型涉及一種高溫水冷循環(huán)沖擊試驗(yàn)裝置，提供在極端高溫情況下，冷卻方式為水冷卻的循環(huán)熱沖擊以及干濕周期疲勞作用。本實(shí)用新型涉及機(jī)械傳動及數(shù)字控制等領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

夏季高溫高濕的海洋環(huán)境中，處于水位變化區(qū)的橋墩、碼頭遭受強(qiáng)烈的紫外線照射，表面溫度較高，同時還會遭受溫度較低的海水沖刷。這種溫濕度的周期疲勞作用勢必會對橋墩、碼頭的混凝土性能造成影響。而對于這種長期的溫濕度周期疲勞作用，現(xiàn)有試驗(yàn)設(shè)備并不能滿足試驗(yàn)要求。

高低溫沖擊試驗(yàn)箱是最接近上述背景要求的試驗(yàn)裝置。目前，高低溫沖擊試驗(yàn)箱是金屬、塑料、橡膠、電子等材料行業(yè)必備的測試設(shè)備，用于測試材料結(jié)構(gòu)或復(fù)合材料，在瞬間下經(jīng)極高溫及極低溫的連續(xù)環(huán)境下忍受的程度，得以在最短時間內(nèi)檢測試樣因熱脹冷縮所引起的化學(xué)變化或物理損傷。高低溫沖擊試驗(yàn)箱根據(jù)試驗(yàn)需求及測試標(biāo)準(zhǔn)分為三箱式與兩箱式，區(qū)別在于試驗(yàn)方法和內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同。三箱式分為蓄冷室，蓄熱室和試驗(yàn)室，試件在測試時是放置在試驗(yàn)室內(nèi)，不需要移動就可以通電試驗(yàn)。兩箱式分為高溫室和低溫室，是通過電機(jī)帶動提籃運(yùn)動實(shí)現(xiàn)高低溫的切換，試件放在提籃里，隨提籃一起移動。高低溫沖擊試驗(yàn)箱廣泛應(yīng)用于材料可靠性檢測，但在材料面臨的極端高溫溫變情況，特別是干濕變化條件下，現(xiàn)有設(shè)備并不具有模擬相關(guān)環(huán)境進(jìn)行試驗(yàn)的條件，如常規(guī)高低溫沖擊試驗(yàn)箱中高溫室溫度范圍僅為60～200℃，且升溫速率小于10℃/min；常規(guī)高低溫沖擊試驗(yàn)箱僅能提供溫變沖擊，無法同時提供干濕周期疲勞作用等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型針對現(xiàn)有高低溫沖擊試驗(yàn)箱高溫溫度范圍較窄與無法提供干濕周期疲勞作用模擬實(shí)際環(huán)境的不足，提供一種用作材料測試的高溫水冷循環(huán)沖擊試驗(yàn)裝置。該裝置由半封閉高溫爐室、水冷區(qū)、電動滑臺與數(shù)控箱組成，利用電阻絲加熱提供高溫環(huán)境，對高溫加熱后的試件水冷，并數(shù)控循環(huán)沖擊過程。該裝置能夠用于模擬極端高溫溫變循環(huán)沖擊以及干濕周期疲勞作用，以研究材料的物理性質(zhì)與化學(xué)變化。

一種高溫水冷循環(huán)沖擊試驗(yàn)裝置，包括有高溫爐室，在高溫爐室的一側(cè)的上方設(shè)置水冷噴頭，在水冷噴頭的下方是循環(huán)水槽；還包括有試件架，試件架可以在高溫爐室內(nèi)部與水冷噴頭的下方之間做往復(fù)運(yùn)動。

在一個實(shí)施例中，還包括有循環(huán)水泵，用于將循環(huán)水槽中的水泵入水冷噴頭。

在一個實(shí)施例中，還包括有數(shù)控箱，用于控制試件架在高溫爐室內(nèi)部與水冷噴頭的下方的運(yùn)動周期和停留時間。

在一個實(shí)施例中，水冷噴頭固定于噴頭支架上。

在一個實(shí)施例中，還包括有滑臺，試件架通過支架連接于滑臺上，通過滑臺帶動試件架7的運(yùn)動。

在一個實(shí)施例中，滑臺為L形；試件架上設(shè)置有開孔，用于將循環(huán)流排出。

在一個實(shí)施例中，數(shù)控箱中包括有繼電器模塊，繼電器模塊與循環(huán)水泵連接，用于控制循環(huán)水泵的運(yùn)行間隔和運(yùn)行時間。

在一個實(shí)施例中，數(shù)控箱中包括有單軸步進(jìn)電機(jī)控制器，所述的單軸步進(jìn)電機(jī)控制器與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、步進(jìn)電機(jī)、滑臺依次連接，通過單軸步進(jìn)電機(jī)控制器來實(shí)現(xiàn)對滑臺運(yùn)動的控制。

在一個實(shí)施例中，單軸步進(jìn)電機(jī)控制器中還設(shè)計(jì)有計(jì)數(shù)模塊，用于統(tǒng)計(jì)往復(fù)運(yùn)行次數(shù)。

在一個實(shí)施例中，數(shù)控箱中還包括數(shù)顯溫控儀，用于顯示高溫爐室的內(nèi)部溫度。

在一個實(shí)施例中，所述高溫爐室為半封閉爐室，爐室尺寸為長20～50cm、寬 20～50cm、高10～80cm。

在一個實(shí)施例中，所述高溫爐室1內(nèi)部設(shè)置電阻絲，用于對高溫爐室加熱，配有數(shù)顯溫控儀，加熱速率1～30℃/min，最高溫度1300℃，可控溫度精度為±3℃。

在一個實(shí)施例中，循環(huán)水泵10的流量范圍是0.1～10L/min。

有益效果

本裝置采用電阻絲半封閉爐室進(jìn)行加熱，擴(kuò)大了試驗(yàn)的高溫范圍；采用水冷方式對材料進(jìn)行快速冷卻，真實(shí)模擬材料相應(yīng)的工作環(huán)境，提供一種溫濕度周期疲勞作用；高溫水冷循環(huán)沖擊過程可全程使用數(shù)字控制。

附圖說明

圖1是高溫水冷循環(huán)沖擊試驗(yàn)裝置框架結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是數(shù)控箱的原理結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是滑臺的俯視圖；

圖4是滑臺的正視圖；

圖5是L型試件架支架結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是試件架結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是試件支架與試件架組合示意圖；

其中，1、高溫爐室；2、循環(huán)水槽；3、數(shù)控箱；4、步進(jìn)電機(jī)；5、滑臺；6、支架；7、試件架；8、水冷噴頭；9、噴頭支架；10、循環(huán)水泵。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本實(shí)用新型，而不能理解為對本實(shí)用新型的限制。在本實(shí)用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”、“順時針”、“逆時針”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實(shí)用新型的限制。應(yīng)理解的是，當(dāng)一個元件被提及與另一個元件“連接”時，它可以與其他元件直接相連或者與其他元件間接相連，而它們之間插入有元件。除非有明確相反的說明，否則術(shù)語“包括”和“具有”應(yīng)理解為表述包含所列出的元件，而非排除任意其他元件。

如圖1所示，本實(shí)用新型提供的高溫水冷循環(huán)沖擊試驗(yàn)裝置，包括有半封閉式的高溫爐室1，爐室尺寸為長20～50cm、寬 20～50cm、高10～80cm，所述高溫爐室1內(nèi)部設(shè)置電阻絲，用于對高溫爐室1加熱，配有數(shù)顯溫控儀，加熱速率1～30℃/min，最高溫度1300℃，可控溫度精度為±3℃，在高溫爐室1的一側(cè)的上方設(shè)置水冷噴頭8，在水冷噴頭8的下方是循環(huán)水槽2；如圖3和圖4所示，還包括有試件架7和滑臺5，試件架7通過支架6連接于滑臺5上，通過滑臺5帶動試件架7，試件架7可以在高溫爐室1內(nèi)部與水冷噴頭8的下方之間做往復(fù)運(yùn)動，滑臺5為L形（如圖5所示）；試件架7上設(shè)置有開孔，用于將循環(huán)流排出（如圖6和圖7所示）；在裝置中，還包括有循環(huán)水泵10，用于將循環(huán)水槽2中的水泵入水冷噴頭8，水冷噴頭8固定于噴頭支架9上，循環(huán)水泵10的流量范圍是0.1～10L/min，循環(huán)水水槽中設(shè)有相應(yīng)水位線，需保持循環(huán)水位于補(bǔ)水水位以上，以防水泵空載；水冷噴頭8的下方構(gòu)成水冷區(qū)，試件可以在高溫區(qū)和水冷區(qū)之間循環(huán)運(yùn)動。本裝置可提供極端高溫情況下，冷卻方式為水冷卻的熱沖擊以及干濕周期疲勞作用。

另外，本裝置實(shí)現(xiàn)的循環(huán)沖擊的全過程采用數(shù)字控制。如圖2所示，還包括有數(shù)控箱3，用于控制試件架7在高溫爐室1內(nèi)部與水冷噴頭8的下方的運(yùn)動周期和停留時間。數(shù)控箱3中包括有繼電器模塊，繼電器模塊與循環(huán)水泵連接，繼電器模塊用于控制循環(huán)水泵的運(yùn)行間隔和運(yùn)行時間，數(shù)控箱通過繼電器模塊控制水冷區(qū)水泵在常開與常閉間轉(zhuǎn)換，調(diào)節(jié)范圍為 0.1~99.9s 或1~999s 或 1~999min。

數(shù)控箱3中包括有單軸步進(jìn)電機(jī)控制器，所述的單軸步進(jìn)電機(jī)控制器與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、步進(jìn)電機(jī)、滑臺5依次連接，步進(jìn)電機(jī)可以是采用57式步進(jìn)電機(jī)，其扭矩為0～1.2NM，數(shù)控箱中步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，額定電壓為50V，額定電流4.5A，細(xì)分精度為256，有過壓、欠壓、過流、相間短路保護(hù)功能；通過單軸步進(jìn)電機(jī)控制器來實(shí)現(xiàn)對滑臺5運(yùn)動的控制，最終實(shí)現(xiàn)設(shè)置電動滑臺的正負(fù)位移、延時、位移速率、計(jì)數(shù)器等相關(guān)程序參數(shù)，其中，通過控制器的控制，電動滑臺有效行程為500mm，水平荷載≤10kg，重復(fù)定位精度為0.02mm～0.03mm，計(jì)數(shù)器用于統(tǒng)計(jì)往復(fù)運(yùn)行次數(shù)。數(shù)控箱3中還包括數(shù)顯溫控儀，用于顯示高溫爐室1的內(nèi)部溫度。數(shù)控箱可設(shè)置電動滑臺移動與停頓時間、水泵開閉持續(xù)時間，兩時間相匹配，進(jìn)行高溫水冷沖擊，以達(dá)到材料受溫濕度循環(huán)沖擊的目的。

實(shí)施例1

試驗(yàn)開始前，需檢查循環(huán)水水位位于補(bǔ)水水位以上，以防水泵空載。試件尺寸為85mm×20mm×10mm，試件受400℃時間為2min，水冷時間為1min，循環(huán)次數(shù)為150次。在水冷區(qū)將樣品放置于試件架，滑臺行程為400mm，移動速度為20mm/s，循環(huán)過程中滑臺往返移動時間已計(jì)入程序中。開啟電控箱電源，電控箱設(shè)置半封閉爐室溫度400℃，數(shù)顯溫控儀顯示當(dāng)前爐室溫度，等待至數(shù)顯溫控儀顯示400℃，爐室開始保持這一溫度，試驗(yàn)可以開始。參數(shù)設(shè)定通過設(shè)置電控箱中單軸步進(jìn)電機(jī)控制器，進(jìn)入程序編輯，設(shè)置水冷時間為1min與高溫時間為2min，循環(huán)次數(shù)為150次；通過設(shè)置電控箱中繼電器模塊，常開時間即水冷時間為1min以及常閉時間即高溫時間為2min。同時啟動單軸步進(jìn)電機(jī)控制器與繼電器模塊，試驗(yàn)裝置開始運(yùn)行：單軸步進(jìn)電機(jī)控制器1min延時命令開始，水冷開始；1min后水泵停止工作，水冷停止；正向移動命令開始，20s后試件架于半封閉爐室中心處停止；2min延時命令開始，試件受400℃高溫2min；反向移動命令開始，20s后，試件架于水冷區(qū)停止，程序設(shè)定的一次循環(huán)沖擊過程結(jié)束，計(jì)數(shù)器命令開始，循環(huán)次數(shù)加1。試驗(yàn)進(jìn)行至計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)至150次停止，停止步進(jìn)電機(jī)與繼電器模塊的運(yùn)行，關(guān)閉試驗(yàn)裝置電源，高溫爐室停止加熱，等待高溫爐室降至室溫，取出試件，試驗(yàn)結(jié)束。

實(shí)施例2

為探究白天受強(qiáng)烈紫外線照射升溫以及海水沖刷造成的周期溫濕疲勞作用對高性能混凝土滲透性能影響，測試經(jīng)受150次溫濕周期疲勞作用的混凝土試件滲透性變化。其中試件尺寸為100mm×100mm×100mm，試件受70℃時間為20min，水冷時間為5min。按照實(shí)施例1的方法，參數(shù)設(shè)定通過電控箱進(jìn)入程序編輯，設(shè)置高溫室溫度為70℃，水冷時間為5min與高溫時間為20min，循環(huán)次數(shù)為150次。試驗(yàn)進(jìn)行至計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)至150次停止，關(guān)閉試驗(yàn)裝置電源，高溫爐室停止加熱，等待高溫爐室降至室溫，取出試件，溫濕度周期疲勞試驗(yàn)結(jié)束，可進(jìn)行混凝土滲透性試驗(yàn)。

實(shí)施例3

為測試水泥砂漿在500℃下快速溫變的耐受能力，其中試件尺寸為40mm×40mm×40mm，水泥砂漿試件受500℃高溫時間為60s，水冷時間為30s。按照實(shí)施例1的方法，參數(shù)設(shè)定通過電控箱進(jìn)入程序編輯，設(shè)置高溫室溫度為500℃，水冷時間為30s與高溫時間為60s，循環(huán)次數(shù)為0即次數(shù)不受限。試驗(yàn)進(jìn)行至水泥砂漿試件發(fā)生碎裂現(xiàn)象，停止步進(jìn)電機(jī)與繼電器模塊的運(yùn)行，記錄單軸步進(jìn)電機(jī)控制器中循環(huán)次數(shù)即為該試件經(jīng)受500℃沖擊的次數(shù)，關(guān)閉試驗(yàn)裝置電源，高溫爐室停止加熱，等待高溫爐室降至室溫，取出試件，試驗(yàn)結(jié)束。