高温高压微动疲劳试验机制造技术

本发明专利技术公开了一种高温高压微动疲劳试验机，可用于高温高压水、蒸汽或液体环境下的微动疲劳试验，该试验机中采用的法向力加载装置只需选用小载荷的直线电机便可实现对试样进行恒定的法向力加载，在整个试验过程中实时地补偿压紧垫片与试样之间发生磨损后而损失的力值，其能够显著地提高载荷控制和测量精度，获得稳定的法向力加载力值，进而提高该微动疲劳试验机的整体试验精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高温高压微动疲劳试验机。
技术介绍
微动（fretting）就是在两个接触表面发生的一种磨损现象，通常出现在有微小的、连续的相对运动的接触表面上，一般其位移幅度为微米量级，通常在几十到一百多微米之间。微动疲劳是指构件在循环载荷的作用下，由于表面某一部位与其它接触表面产生小振幅相对滑动而导致构件疲劳强度降低或早期断裂的现象。微动疲劳（FrettingFatigue，FF）现象广泛存在于机械、交通、电力、航空航天，乃至生物医学工程等领域，它会加速零部件的疲劳裂纹萌生与扩展，从而明显降低服役寿命，甚至造成灾难性事故，因此微动损伤被称为工业中的癌症。研究表明，微动能使构件的疲劳寿命降低20%~80%，甚至更低。因此，系统地研究微动疲劳的损伤行为及防护措施，具有重要的理论意义和工程应用价值。然而工业领域内部件的磨损常常发生于高温和/或高压水化学环境或气体环境中，常规的力学试验机上所测得的部件之间的数据并不能适用。现有技术中并没有针对该种工业领域内高温水化学环境或高温气体环境的微动疲劳试验机，本申请即针对上述问题而提出，为高温常压水化学环境、高温常压气体环境下微动疲劳试验提供整套的试验装置。此外，在微动疲劳试验中，保持法向力长期稳定加载至关重要，这是定量表征微动对材料疲劳寿命影响的关键。而目前常用的微动疲劳法向力加载方法是螺栓加载或应力环加载，这种方法的缺点在于：随着试验的进行，垫片与试样之间将发生磨损，因此导致两者之间的法向力无法保持恒定，会持续减小，甚至出现法向力为零。这种方法在常温常压下或许能够采用人工进行调整补偿法向力的损失，但是在高温高压密闭环境中，人工无法进行调整补偿，而且人工调整补偿并不能做到实时调整。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术的缺点，提供一种高温高压微动疲劳试验机。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种高温高压微动疲劳试验机，包括机座、上下升降地设于所述机座上的主轴、固设于所述机座上的压力容器，所述压力容器具有可充盈高温高压环境的密闭环境腔室，所述主轴伸入所述环境腔室中，试样通过夹具固定在所述主轴上并置设在所述环境腔室中，所述试验机还包括用于对所述试样进行法向力加载的法向力加载装置，所述法向力加载装置包括：压紧垫片，所述压紧垫片有两组，该两组所述压紧垫片分别设置在所述试样径向上的相异两侧以分别沿径向压紧所述试样；垫片导向板，其相对所述夹具固定地设置在所述环境腔室中，所述垫片导向板上开设有可供所述试样沿径向穿入的收容槽、分别位于所述收容槽两侧且与所述收容槽相连通的两个导向槽，两组所述压紧垫片分别滑动配合地设置在两侧的所述导向槽中；压持机构，所述压持机构有两组，分别用于施加两组所述压紧垫片以压紧力，所述压持机构包括固设在所述机座上的直线电机、固接于所述直线电机的电机轴上的压力自平衡拉伸轴，所述压力自平衡拉伸轴具有伸入所述环境腔室的输出端，所述输出端上固定地连接有力传感器，所述压持机构还包括一端固接于所述力传感器的连接轴，所述连接轴的另一端为用于推压所述压紧垫片以施加压紧力的压紧端；所述法向力加载装置还包括能够根据两组所述力传感器反馈的压力值控制两组所述直线电机工作状态的控制器。优选地，两侧所述连接轴的所述压紧端分别沿轴向伸入相应的所述导向槽中而施加所述压紧垫片以压紧力。优选地，所述压紧垫片与所述试样相接触的接触端面为圆弧面、平面或球面，两侧所述压紧垫片的中心线共线且沿所述试样的径向中心线延伸。优选地，所述垫片导向板呈圆盘状，所述收容槽呈开口朝向其径向外侧的U字型，所述垫片导向板固定在所述夹具上。优选地，所述压紧垫片与所述导向槽之间间隙配合地设置。优选地，所述压力容器为能够充盈高温高压气体或液体环境的高压釜，所述高压釜包括固定设置在所述机座上的釜体、设于所述釜体上方可配合地启闭的釜盖，所述疲劳试验机的所述主轴穿过所述釜盖而伸入所述高压釜的内腔中。进一步地，所述夹具固定安装在所述釜盖上而将所述试样固定安装在所述夹具与所述主轴之间，所述垫片导向板与所述釜盖、所述夹具相对固定地设置。作为一种具体的实施方式，所述夹具包括夹具座、固定连接所述夹具座与所述釜盖的多根连接柱，所述垫片导向板固定地设置在多根所述连接柱上。进一步地，所述疲劳试验机还包括相对所述机座上下位置可调的横梁，所述釜盖安装在所述横梁上；所述主轴可沿竖直方向升降地设于所述横梁上，所述横梁上还设有用于驱使所述主轴沿竖直方向升降的升降驱动机构。更进一步地，所述升降驱动机构包括设置在所述横梁上部的油缸，所述油缸的伸缩杆向下伸出而与所述主轴相连接，所述主轴与所述伸缩杆之间还设置有另一力传感器，所述主轴采用另一压力自平衡拉伸轴，所述油缸的上部还设有位移传感器。由于上述技术方案的运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：本专利技术的高温高压微动疲劳试验机，可用于高温高压水、蒸汽或液体环境下的微动疲劳试验，该试验机中采用的法向力加载装置只需选用小载荷的直线电机便可实现法向力的恒定加载，实时地补偿压紧垫片与试样之间发生磨损后而损失的力值，保持法向力值得恒定，其能够显著地提高载荷控制和测量精度，获得稳定的法向力加载力值，进而提高该微动疲劳试验机的整体试验精度。附图说明附图1为本专利技术的疲劳试验机的整体结构立体示意图；附图2为本专利技术的疲劳试验机的主视图；附图3为本专利技术的疲劳试验机的侧视剖视示意图；附图4为附图3中法向力加载装置部分的放大示意图；附图5为试样的安装示意图；附图6为垫片导向板的示意图；附图7、8、9、10分别为法向力加载装置的加载调整原理示意图。其中：10、机座；20、横梁；30、立柱；40、油缸；50、位移传感器；60、力传感器；70、连接法兰；80、连接立柱；1、高压釜；11、釜体；12、釜盖；2、主轴；3、试样；4、夹具；41、夹具座；42、连接柱；5、压紧垫片；6、垫片导向板；61、收容槽；62、导向槽；7、压持机构；71、直线电机；72、压力自平衡拉伸轴；73、力传感器；74、连接轴；8、控制器。具体实施方式下面结合附图和具体的实施例来对本专利技术的技术方案作进一步的阐述。参见图1至6所示，一种高温高压微动疲劳试验机，其包括机座10、固定地设置在机座10上沿竖直方向延伸的两根立柱30、上下升降地设置在立柱30上而相对机座10上下位置可调的横梁20，横梁20上设置有主轴2，主轴2可上下升降地设置在横梁20上。横梁20的顶部还设有用于驱动主轴2上下升降的升降驱动机构，此处，升降驱动机构采用的为油缸40，油缸40的伸缩杆向下伸出而与主轴2相连接，用于提供和控制一定振幅或载荷、频率下的往复运动。主轴2与上述伸缩杆之间还设置有力传感器60，主轴2此处采用的为压力自平衡拉伸轴；油缸40的缸体上部还设有位移传感器50，以检测主轴2沿竖直方向的位移量。参见图1至图6所示，该疲劳试验机还包括固设于机座10上的压力容器，该压力容器具有可充盈高温高压气体或液体环境的密闭环境腔室，在这里，压力容器采用的为高压釜1，该高压釜1包括固定地设置在机座10上的釜体11、设于釜体11上方可配合启闭的釜盖12，釜盖12配合地盖在釜体11上便使得釜体11的内腔被封闭而可充盈高温高压气体或液体环境，通过另外设置水循环与水化学检测系统来控制高压釜1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高温高压微动疲劳试验机，包括机座、上下升降地设于所述机座上的主轴、固设于所述机座上的压力容器，所述压力容器具有可充盈高温高压环境的密闭环境腔室，所述主轴伸入所述环境腔室中，试样通过夹具固定在所述主轴上并置设在所述环境腔室中，其特征在于，所述试验机还包括用于对所述试样进行法向力加载的法向力加载装置，所述法向力加载装置包括：压紧垫片，所述压紧垫片有两组，该两组所述压紧垫片分别设置在所述试样径向上的相异两侧以分别沿径向压紧所述试样；垫片导向板，其相对所述夹具固定地设置在所述环境腔室中，所述垫片导向板上开设有可供所述试样沿径向穿入的收容槽、分别位于所述收容槽两侧且与所述收容槽相连通的两个导向槽，两组所述压紧垫片分别滑动配合地设置在两侧的所述导向槽中；压持机构，所述压持机构有两组，分别用于施加两组所述压紧垫片以压紧力，所述压持机构包括固设在所述机座上的直线电机、固接于所述直线电机的电机轴上的压力自平衡拉伸轴，所述压力自平衡拉伸轴具有伸入所述环境腔室的输出端，所述输出端上固定地连接有力传感器，所述压持机构还包括一端固接于所述力传感器的连接轴，所述连接轴的另一端为用于推压所述压紧垫片以施加压紧力的压紧端；所述法向力加载装置还包括能够根据两组所述力传感器反馈的压力值控制两组所述直线电机工作状态的控制器。...

【技术特征摘要】
1.一种高温高压微动疲劳试验机，包括机座、上下升降地设于所述机座上的主轴、固设于所述机座上的压力容器，所述压力容器具有可充盈高温高压环境的密闭环境腔室，所述主轴伸入所述环境腔室中，试样通过夹具固定在所述主轴上并置设在所述环境腔室中，其特征在于，所述试验机还包括用于对所述试样进行法向力加载的法向力加载装置，所述法向力加载装置包括：压紧垫片，所述压紧垫片有两组，该两组所述压紧垫片分别设置在所述试样径向上的相异两侧以分别沿径向压紧所述试样；垫片导向板，其相对所述夹具固定地设置在所述环境腔室中，所述垫片导向板上开设有可供所述试样沿径向穿入的收容槽、分别位于所述收容槽两侧且与所述收容槽相连通的两个导向槽，两组所述压紧垫片分别滑动配合地设置在两侧的所述导向槽中；压持机构，所述压持机构有两组，分别用于施加两组所述压紧垫片以压紧力，所述压持机构包括固设在所述机座上的直线电机、固接于所述直线电机的电机轴上的压力自平衡拉伸轴，所述压力自平衡拉伸轴具有伸入所述环境腔室的输出端，所述输出端上固定地连接有力传感器，所述压持机构还包括一端固接于所述力传感器的连接轴，所述连接轴的另一端为用于推压所述压紧垫片以施加压紧力的压紧端；所述法向力加载装置还包括能够根据两组所述力传感器反馈的压力值控制两组所述直线电机工作状态的控制器。2.根据权利要1所述的高温高压微动疲劳试验机，其特征在于：两侧所述连接轴的所述压紧端分别沿轴向伸入相应的所述导向槽中而施加所述压紧垫片以压紧力。3.根据权利要1所述的高温高压微动疲劳试验机，其特征在于：所述压紧垫片与所述试样相接触的接触端面为圆弧面、平面或球面，两侧所述压紧垫片的中...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅金娜，薛飞，李晓蔚，费瑞银，张国栋，冯亚飞，储平平，徐超亮，
申请(专利权)人：苏州热工研究院有限公司，岭东核电有限公司，中国广核集团有限公司，中国广核电力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32