专利名称：检测橡胶成品的压剪试验机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种压剪试验机，尤其涉及一种检测橡胶成品的压剪试验机。特别适用于检测公路桥梁板式橡胶支座成品的力学性能。还适用于抗压弹性模量、抗剪弹性模量、极限抗压强度、容许剪切角、摩擦系数以及公路桥梁盆式橡胶支座的轴向和径向变形量的检测。
2、由于检测试验机本身的刚度不够，导致受力变形，还有附加载荷，附加摩擦力存在。这样就不能正确地反映出被测橡胶支座的实际性能指标。因此，它就不能够来判定该被测橡胶支座的合格与否。
3、结构不合理。在对板式橡胶支座成品进行抗剪弹性模量试验、摩擦系数试验的检测机构都是一些很简易的，或者是一些在普通压力机上加装的水平施力装置。负荷传感器放置在施力油缸后端，然后再由传感器传递于抽板来进行抗剪弹性模量试验或摩擦系数试验。很显然，机构中有很大部分因重力及作用垂直分力而引起摩擦阻力加到了传感器上。并且这种摩擦力是不确定的，是不能靠去零修整来弥补的。
4、在先技术中的中间钢拉板与油缸及其他一些机构互为一体，整个重量全压在了下承压板上的橡胶支座上，致使在作剪切试验时，上下橡胶支座承受的正压力不一致。导致了被检的上下支座剪切力值和剪切变形值的不准确性。特别是在作小支座剪切试验时，反映更为明显。
本发明的压剪试验机主要包括主机部分1、水平施力检测机构2、油源3和电液伺服控制系统4。如图1所示。
所说的主机部分1中，为了加强置放被测橡胶件的上下承载板103、104的刚度，将上承载板103直接固定在主机部分1中横梁102的下平面上，下承载板104是一个小车。所说的水平施力检测机构2置放在固定主机部分1上的导轨5上。油源3内含有主油箱和副油箱。正压力试验液压系统和水平剪切力试验液压系统。电液伺服控制系统是含有14个通道的采集控制系统。
本发明的压剪试验机如上述的结构，由于本发明压剪试验机置放被测橡胶件的上下承载板采取了加强刚度的措施，避免了因承载板的刚度不够而变形所带来的测量不准确性。本发明中设有完善的独立的水平施力检测机构2，能够使被测橡胶件很容易地处于被剪状态。在作水平施力检测时，水平施力检测构件2在垂直方向上与其他机构无牵连，它的重量不会影响到被测橡胶件。同时它在导轨上前后移动，能够作上下调整，保证检测中所要求的施力中心与剪切轴线在同一高度。并能在下承载板的不同状态下，都可以均匀地作用于上下承载板上。本发明的油源3含有主、副油箱，正压力和剪切力两种液压系统。其中的各元部件组合结构布局合理，噪声较低。电液伺服控制系统是含有14通道的采集控制系统，具有测量范围宽，示值精度高的特点。


图1是本发明的压剪试验机的结构示意图。
图2是图1中主机部分1的结构示意图。
图3是图1中水平施力检测机构2的具体结构示意图。其中图3-1是水平施力检测机构2的正视示意图；图3-2是水平施力检测机构2的俯视示意图。
图4是图1中油源3的结构示意图。其中图4-1是正压力试验液压系统示意图。
图4-2是水平剪切力试验液压系统示意图。
图5是电液伺服控制系统示意图。
请参见图1所示，其主要包括主机部分1、水平施力检测机构2、油源3、电液伺服控制系统4和穿过主机部分1中部的导轨5。水平施力检测机构2置放在导轨5上，能够在导轨5上前后移动。其中主机部分1中，上承载板103直接固定在置于双立柱101之间的横梁102的下平面上。下承载板104是一个小车。电液伺服控制系统4控制着主机及水平施力检测机构2及油源3的施压系统。
图2是主机部分1的具体结构示意图，主要含有双立柱101，在双立柱101之间置有横梁102，在横梁102上置有驱动电机106，驱动电机106通过带轮107与蜗杆蜗轮108相联。
蜗杆蜗轮108与横梁102内的升降螺母109相联。横梁102的下平面上固定上承载板103。上承载板103的下面是下承载板104。被测橡胶件置放在上下承载板103、104之间。下承载板104是一个小车，小车的下平面直接置于球端轴105的上平面上。球端轴105的上平面与小车的下平面的大小相同。
从上述结构中可以看出，本发明的主机部分1采用了双立柱101结构，横梁102上下移动由横梁102上驱动电机106通过带轮107及蜗杆蜗轮108传递至横梁内两个螺母109分别绕两立柱旋转而得到。上承载板103直接固定在横梁102的下平面上，使上承载板又增加了刚度，以减少由于上承载板103受力后边缘上翘而影响对被测橡胶件抗压弹性模量的测量。也就是说在检测中，由于上承载板103受力后边缘上翘所测到的数据不是真正的被测橡胶件轴向变形量，还包含了由于上承载板刚性不足产生的挠度。因此，上承载板必须要有一定的刚度。在先技术中由于上承载板刚性不足，而影响到对被测橡胶件抗压弹性模量的测量准确性。同样，本发明的主机中，放被测橡胶件的小车作为下承载板104。在检测中置于刚性很好的且上平面与小车下平面同样大小的球端轴105上，使下承载板又增加了刚度，以减少由于下承载板受力后边缘下翘而影响对被测橡胶件抗压弹性模量的测量。另外，本发明的工作活塞内置放的球端轴105承载球面半径很小，以致于下承载板可以很灵活地随被测橡胶件受力而翻动，确保了被测橡胶件受力时的均布性。另外，油缸及底座110下沉于操作地面，这给用户操作和使用带来了很大的方便。
图3-1和图3-2是水平施力检测机构2的具体结构示意图。置放在导轨5上的水平施力检测机构2主要包含，平台201，平台201前端置有剪切力负荷传感器210，剪切力负荷传感器210的另一端通过连接板209连接有中间钢拉板208。在平台201上固定有顶杆203，顶杆203的前端带有两个上顶块207和一个下顶块205，本发明的水平施力检测机构2还带有手动进给机构211。上下顶块207、205与顶杆203之间均置有中间插销206、204。上下顶块207、205相应地顶在上下承载板103、104上。
如上述结构，两件被测橡胶件置于上下承载板103、104之间，做剪切力测试进行水平施力时，由油缸活塞202伸出推平台201相对滑动，再由平台201前端作用于剪切力负荷传感器210前端，剪切力负荷传感器210的另一端传出的力通过连接板209直接作用于中间钢拉板208上。在顶杆203前端的两个上顶块207和一个下顶块205顶于上下承载板的反作用力下，使整个检测机构在导轨5滚道上向后移动，同时中间钢拉板208由与其上下接触的两被测橡胶件在正压力作用下产生的静摩擦力，使上下被测橡胶件与中间钢拉板208接触面跟着移动，两被测橡胶件的另一面分别受上下承载板的静摩擦力而不动，使两被测橡胶件处于被剪状态。这种检测形式是本发明的独到之处。再有剪切力负荷传感器210的这种置放位置(传感器前置)与在先技术传感器的放置位置(传感器后置)相比，本发明的剪切力负荷传感器显示的力值更接近作用于中间钢拉板的力值。而在先技术中的传感器显示力值中一定包含有不确定的由机构重力及施力点、施力方向引起的滚动摩擦力或滑动摩擦力。这样就导致了作用于中间钢拉板的力值的不正确性。给抗剪弹性模量测试、摩擦系数测试的准确性带来很大影响。
所说的中间钢拉板208处于水平施力检测机构主体之中，而在作水平施力检测时，相互间在垂直方向上并无牵连。因此，中间钢拉板下的被测橡胶件仅受力于中间钢拉板，水平施力检测机构主体的重量将不会影响到被测橡胶件。另外，所说的中间纲拉板配有大小不同尺寸的中间钢拉板208，可根据被测橡胶件大小选用。这个特点在在先技术的产品中是体现不出来的。
所说的水平施力检测机构置于固定于主机的导轨上，单独在导轨上前后移动。水平施力检测机构2中的施力平台201根据被测橡胶件厚度及中间钢拉板208轴线在手动进给机构211驱动下作上下调整。保证了施力中心与剪切轴线在同一高度。这也是检测中所要求的最关键问题之一。在检测中，由于两被测橡胶件上下平面不平整，再有被测橡胶件内，在材质强度分布的差异，导致了在正压力作用下，下承载板转动及倾斜。本发明的水平施力检测机构中顶杆203前端中的两个上顶块可绕中间插销206，小角度翻动，一个下顶块与中间插销204球面联接。这种结构可以使顶杆的三个支撑点随下承载板不同状态而均衡的作用于上下承载板上，有助于检测力值的准确性和整个检测机构的动态稳定。同时，这也是检测设备所要求的。
图4是油源3的结构示意图。本发明的油源3。含有主油箱303，副油箱304，正压力试验液压系统(图4-1)和水平剪切试验液压系统(图4-2)。
所说的主油箱303内主要含有第一、第二两个压力继电器30311、30312，第一切换截止阀(自动/手动切换)20331与第一数字阀30341两者串联与其并联的第一进回油控制组合阀30351，第二切换截止阀(自动/手动切换)30332与第二数字阀30342两者串联与其并联的第二进回油控制组合阀30352，回油截止阀(快速回油)3032和电磁换向阀(剪切/退回)3036。
所说的副油箱304内主要含有按照正压力试验路径和剪切力试验路径两路径分别顺序置放的第一、第二细过滤器30411、30412，带有第一、第二油泵电机30431、30432的第一、第二油泵30421、30422和第一、第二粗过滤器30441、30442。
图4-1是所说的正压力试验液压系统，它由连接有压力传感器302的主油缸301通过主油箱303中的第一压力继电器30311与两串联的第一切换截止阀30331和第一数字阀30341并联的第一进回油控制组合阀30351相连接。主油缸301还连接有回油截止阀3032。
主油箱303中的第一进回油控制组合器30351与副油箱304中按照正压力试验路径的第一细过滤器30411，带有第一油泵电机30431的油泵30421和第一粗过滤器30441的顺序相联。
图4-2是所说的水平剪切力试验液压系统。它由水平力工作油缸305通过主油箱303中的电磁换向阀3036和第二压力继电器30312与两串联的第二切换截止阀30332和第二数字阀30342并联的第二进回油控制组合阀30352相连接。第二进回油控制组合阀30352与副油箱304中，按照第二细过滤器30412，带第二油泵电机30432的第二油泵30422和第二粗过滤器30442的顺序的剪切力试验路径相联。
图5是本发明的电液伺服控制系统。主要包括带有显示器403和打印机405的工业控制计算机404，以下简称为工控机404。工控机404通过A/D转换器(20位的)408与含有14通道的信号放大器(高精度的)409相连。信号放大器409上的14个通道分别连接到置于水平施力检测机构2中的剪切力负荷传感器(1000kN)210，置于主机部分中上承载板103上的2个横向位移传感器410，置于上或下承载板103或104上的4个径向位传感器411，置于上承载板103两侧上各2个共有4个垂直位移传感器412，置于球端轴105上的正压力负荷传感器(300kN)413以及置于主油缸301上的压力传感器302。上述一共是13路，还有一路通道为备用通道。
从图5中看到，工控机404有两路控制，一路是正压力液压控制，工控机404通过第一数字控制箱(SJ2002)402与正压力试验液压系统401中的第一数字阀30341相连接。另一路是水平剪切力液压控制；工控机404通过第二数字电液控制箱(SJ2002)406与水平剪切力试验液压系统407中的第二数字阀30342相连接。
从图5中看到，进行正压力测试时，所有的数据由压力传感器302，正压力负荷传感器413，4个垂直位移传感器412和4个径向位移传感器411获得信息，通过信号放大器409放大后，再通过A/D转换器408转换成数字输进工控机404内进行运算处理和显示。进行水平剪切力测试时，通过剪切力负荷传感器210和横向位移传感器410获得的信息，通过信号放大器409放大后，再经过A/D转换器408转换成数字后，进入工控机404进行处理显示。
参阅图5所示，本发明中被测橡胶件的力学性能试验是由工业控制计算机404控制的液压试验。主要有两大功能部分正压力液压控制部分和剪切力液压控制部分。由工业控制计算机404自动操作和控制试验机各个顺序和功能，已达到上述被测橡胶件和力学性能检测试验的目的。
正压力液压控制部分顺序由工控机404发出指令控制第一数字电液控制箱(SJ2002)402发出控制信号驱动正压力液压系统中第一数字阀30341，控制正压力油缸301，顺序对被测橡胶件进行加载试验。由正压力负荷传感器和压力传感器检测的压力数据通过信号放大器，A/D转换器反馈回工控机404。由工控机404应用软件对采集回来的数据信号进行数据处理。并发出新的指令控制第一数字阀30341的动作，从而达到线性加载，恒压控制的各种要求。液压油缸的移动位置和速度由四路垂直位移传感器412检测，盆式被测橡胶件的径向变形由4路径向位移传感器411检测，同样通过多通道高精度的信号放大器409，A/D转换器408输入工控机404，进行数据记事记录和处理。
剪切力液压控制部分顺序剪切力液压控制机制与正压力液压控制机制基本类似。也由工控机404发出指令控制第二数字电液控制箱(SJ2002)406发出控制信号驱动剪切力液压系统的第二数字阀30342，控制剪切力油缸305对被测橡胶件进行加载试验。油缸305的压力和位移分别由剪切力负荷传感器(1000kN)203和两个横向位移传感器410测得的压力和位移信号经多通道高精度的信号放大器409、A/D转换器408输入工控机404，由应用软件按设计要求对采集数据进行比较、判断，从而调整，输出新的指令，控制数字阀进行运作。
本发明采用的当今较为先进的旁路节流高精度第一、第二数字阀30341、30342控制，具有等速加载功能。加载时又平稳无振动，同时具有持荷功能。而且持荷时间可达8小时之多(自动加载状态下)，持荷时负荷误差不会超过满负荷±0.5％。这也是为被测橡胶件抗压、抗剪弹性模量的正确性所提供的必备条件。
本发明采用的多种高精度位移传感器来实施对被测橡胶件因受正压力或同时受剪切力而引起的轴向、径向、受剪方向上的变形的检测。在先技术中还有很多沿用了过去用百分表来测量，用人工来读数及计算，另外，对于几个点的测量要同时读数很难达到。
本发明全部试验均为微机状态下的自动或手动控制。试验数字全部自动处理，按检测特性要求打印试验报告。并且有快捷的存储、查询和检索的功能。本发明采用多种高精度传感器及多路高精度采集卡，构成14通道采集控制系统。测量范围宽，示值精度高。本发明工控机的结构及所提供的软件包，具有实时精确地采集10通道测试数据及2通道加荷系统控制，加荷系统具有等速加荷及长时间持荷的功能。
上述结构的本发明压剪试验机的测量范围正压力是20kN～5000kN，水平剪切力是4kN～1000kN。对于橡胶支座的被测橡胶件的规格是矩形橡胶支座从100mm×200mm至600mm×700mm，圆形橡胶支座从φ150mm至φ700mm。比上述在先技术的测量范围增大了10倍。
权利要求
1.一种检测橡胶成品的压剪试验机，主要包括主机部分(1)，油源(3)和电液伺服控制系统(4)，其特征在于在固定于主机部分(1)上的导轨(5)上置有水平施力检测机构(2)；所说的主机部分(1)中，置放被测橡胶件的上承载板(103)直接固定在主机横梁的下平面上，下承载板(104)是一个小车；所说的油源(3)含有主油箱(303)和副油箱(304)，正压力试验液压系统和水平剪切力试验液压系统；所说的电液伺服控制系统是含有14通道的采集控制系统。
2.根据权利要求1所述的检测橡胶成品的压剪试验机，其特征在于所说的主机部分(1)主要含有双立柱(101)，在双立柱(101)之间置有横梁(102)，横梁(102)上置有驱动电机(106)，驱动电机(106)通过带轮(107)与蜗杆蜗轮(108)相联，蜗杆蜗轮(108)与横梁(102)内的升降螺母(109)相联，在横梁(102)的下平面上固定有上承载板(103)，上承载板(103)的下面是下承载板(104)，被测橡胶件置放在上下两承载板(103、104)之间，下承载板(104)是一个小车，小车的下平面直接置于上平面与小车下平面相同大小的球端轴(105)的上平面上。
3.根据权利要求1所述的检测橡胶成品的压剪试验机，其特征在于所说的水平施力检测机构(2)主要包含平台(201)，在平台(201)前端置有剪切力负荷传感器(210)，剪切力负荷传感器(210)的另一端通过连接板(209)连接有中间钢拉板(208)，在平台(201)上固定有顶杆(203)，在顶杆(203)的前端带有两个上顶块(207)和一个下顶块(205)，上下顶块(207、205)与顶杆(203)之间均置有中间插销(206、204)，还包含手动进给机构(211)。
4.根据权利要求1所述的检测橡胶成品的压剪试验机，其特征在于所说的油源(3)的主油箱(303)内主要含有第一、第二两个压力继电器(30311、30312)，第一切换载止阀(30331)与第一数字阀(30341)两者串联与其并联的第一进回油控制组合阀(30351)；第二切换载止阀(30332)与第二数字阀(30342)两者串联与其并联的第二进回油控制组合阀(30352)；回油载止阀(3032)和电磁换向阀(3036)；所说的油源(3)的副油箱(304)内，主要含有分别按照正压力试验和剪切力试验两路路径顺序置放的，其中正压力试验路径是第一细过滤器(30411)，带有第一油泵电机(30431)的第一油泵(30421)和第一粗过滤器(30441)；剪切力试验路径是第二细过滤器(30412)，带有第二油泵电机(30432)的油泵(30422)和第二粗过滤器(30442)。
5.根据权利要求1或4所述的检测橡胶成品的压剪试验机，其特征在于所说的油源(3)的正压力试验液压系统是由连接有压力传感器(302)的主油缸(301)通过主油箱(303)内的第一压力继电器(30311)与两串联的第一切换载止阀(30331)和第一数字阀(30341)并联的第一进回油控制组合阀(30351)相连接，主油缸(301)还连接有回油载止阀(3032)；主油箱(303)中的第一进回油控制组合阀(30351)与副油箱(304)中按照正压力试验路径置放的第一细过滤器(30411)，带第一油泵电机(30431)的第一油泵(30421)和第一粗过滤器(30441)相联接。
6.根据权利要求1或4所述的检测橡胶成品的压剪试验机，其特征在于所说的油源(3)的水平剪切力试验液压系统是由水平力工作油缸(305)通过主油箱(303)内的电磁换向阀(3036)和第二压力继电器(30312)与两串联的第二切换载止阀(30332)和第二数字阀(30342)并联的第二进回油控制组合阀(30352)相连接；第二进回油控制组合阀(30352)与副油箱(304)中按照剪切力试验路径置放的第二细过滤器(30412)，带第二油泵电机(30432)的第二油泵(30422)和第二粗过滤器(30442)相联接。
7.根据权利要求1所述的检测橡胶成品的压剪试验机，其特征在于所说的电液伺服控制系统主要包括带有显示器(403)和打印机(405)的工业控制计算机(404)，工业控制计算机(404)通过A/D转换器(408)与14通道的信号放大器(409)相连，信号放大器(409)的14个通道分别连接到置于水平施力检测机构(2)中的剪切力负荷传感器(210)，置于主机部分(1)中上承载板(103)上的两个横向位移传感器(410)，置于上或下承载板(103或104)上的4个径向位移传感器(411)，置于上承载板(103)两侧上的4个垂直位移传感器(412)，置于球端轴(105)上的正压力负荷传感器(413)以及置于主油缸(301)上的压力传感器(302)；所说的工业控制计算机(404)有两路控制，一路是正压力液压控制通过第一数字电液控制箱(402)与正压力试验液压系统(401)中的第一数字阀(30341)相连；另一路是水平剪切力液压控制通过第二数字电液控制箱(406)与水平剪切力试验液压系统(407)中的第二数字阀(30342)相连。
全文摘要
一种检测橡胶成品的压剪试验机，特别适用于检测公路桥梁板式或盆式橡胶支座成品的力学性能。包含的主机部分中，置放被测橡胶件的上下承载板的刚度加强了。在固定主机部分中的导轨上置有完善的、独立的水平施力检测机构。油源含有主副油箱、正压力试验液压系统和剪切力试验液压系统。电液伺服控制系统是含有14通道的采集控制系统。本发明的整机具有结构布局合理，测量范围比在先技术的测量范围增大了10倍，而且测量准确性高，示值精度高的特点。
文档编号G01N3/08GK1475787SQ0314148
公开日2004年2月18日 申请日期2003年7月9日 优先权日2003年7月9日
发明者朱勤跃, 李秉秋, 蔡增坤, 曹俊影, 陈干, 嵇友仁 申请人:上海申联试验机厂