高溫蠕變持久試驗(yàn)機(jī)的載荷施加系統(tǒng)由哪些部分組成？

高溫蠕變持久試驗(yàn)機(jī)的載荷施加系統(tǒng)核心是 “穩(wěn)定、精準(zhǔn)、長(zhǎng)期保持載荷”，主要由載荷產(chǎn)生單元、力傳遞單元、載荷測(cè)量單元、載荷調(diào)節(jié)與保護(hù)單元四部分組成，各部分協(xié)同確保試驗(yàn)中載荷波動(dòng)≤±1%，滿足長(zhǎng)期測(cè)試需求。

一、載荷產(chǎn)生單元：提供試驗(yàn)所需的恒定載荷

載荷產(chǎn)生單元是系統(tǒng)的動(dòng)力源，需根據(jù)試驗(yàn)載荷大小和穩(wěn)定性要求選擇不同類型，核心分為兩類：

砝碼加載機(jī)構(gòu)（靜態(tài)恒定載荷）

組成：砝碼組、杠桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、砝碼升降裝置。

原理：通過懸掛不同規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)砝碼，利用杠桿原理（杠桿比通常為 1:10 或 1:20）將砝碼重力轉(zhuǎn)化為試樣所需的軸向載荷，載荷大小由砝碼總質(zhì)量決定。

特點(diǎn)：載荷穩(wěn)定性高（波動(dòng)≤±0.5%），無動(dòng)力源漂移問題，適合長(zhǎng)期（數(shù)千小時(shí)）蠕變持久試驗(yàn)；但載荷調(diào)整不便，需手動(dòng)增減砝碼，僅支持靜態(tài)恒定載荷。

伺服電機(jī)加載機(jī)構(gòu)（動(dòng)態(tài) / 靜態(tài)載荷）

組成：伺服電機(jī)、滾珠絲杠、減速箱、加載橫梁。

原理：伺服電機(jī)接收控制器信號(hào)，通過減速箱驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)加載橫梁上下移動(dòng)，對(duì)試樣施加軸向拉力或壓力；控制器通過閉環(huán)控制，實(shí)時(shí)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，維持載荷恒定。

特點(diǎn)：載荷調(diào)整靈活（可實(shí)現(xiàn)階梯載荷、動(dòng)態(tài)載荷），適合蠕變 - 疲勞復(fù)合試驗(yàn)；但需依賴電機(jī)穩(wěn)定性，長(zhǎng)期運(yùn)行需定期校準(zhǔn)，避免動(dòng)力源發(fā)熱導(dǎo)致載荷漂移。

二、力傳遞單元：將載荷精準(zhǔn)傳遞至試樣

力傳遞單元需確保載荷無損耗、無偏載地傳遞到試樣，避免因力傳遞偏差影響測(cè)試精度，主要包括：

拉桿與連接組件

組成：高強(qiáng)度拉桿（材質(zhì)多為合金鋼或不銹鋼，確保高溫下不變形）、萬向節(jié)、連接件。

作用：連接載荷產(chǎn)生單元（如砝碼杠桿或加載橫梁）與試樣，萬向節(jié)可補(bǔ)償試樣安裝時(shí)的微小同軸度偏差，避免橫向力產(chǎn)生，確保載荷純軸向傳遞。

試樣夾持機(jī)構(gòu)

組成：上夾頭、下夾頭、夾頭固定座，夾頭類型需匹配試樣形狀（如棒材用楔形夾頭、板材用平口夾頭）。

作用：牢固夾持試樣，防止試驗(yàn)中試樣打滑或脫落；夾頭與拉桿同軸度需≤0.1mm/m，避免夾持偏載導(dǎo)致試樣提前斷裂或蠕變變形異常。

三、載荷測(cè)量單元：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并反饋載荷大小

載荷測(cè)量單元用于精準(zhǔn)測(cè)量實(shí)際施加在試樣上的載荷，確保載荷符合設(shè)定值，核心組件為：

力傳感器（載荷傳感器）

類型：多采用高精度應(yīng)變片式力傳感器（量程通常為設(shè)備最大載荷的 1.2-1.5 倍），部分機(jī)型使用壓電式傳感器。

原理：傳感器串聯(lián)在力傳遞路徑中（如拉桿與夾頭之間），當(dāng)載荷通過時(shí)，傳感器內(nèi)部應(yīng)變片產(chǎn)生形變，輸出與載荷成正比的電信號(hào)，信號(hào)經(jīng)放大器傳輸至控制器。

精度要求：力傳感器精度需達(dá)到 0.1 級(jí)（誤差≤±0.1% FS），長(zhǎng)期穩(wěn)定性誤差≤±0.5%/ 年，且需具備高溫防護(hù)（如傳感器表面涂覆耐高溫涂層），避免試驗(yàn)環(huán)境高溫影響測(cè)量。

信號(hào)采集與處理模塊

組成：信號(hào)放大器、A/D 轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)采集卡。

作用：將力傳感器輸出的微弱電信號(hào)（mV 級(jí)）放大、濾波，轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，傳輸至控制器；控制器通過數(shù)據(jù)處理，實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前載荷值，并與設(shè)定值對(duì)比，形成閉環(huán)控制。

四、載荷調(diào)節(jié)與保護(hù)單元：確保載荷穩(wěn)定且設(shè)備安全

該單元用于維持載荷恒定，并在異常情況下保護(hù)設(shè)備和試樣，避免損壞，主要包括：

載荷閉環(huán)調(diào)節(jié)模塊

組成：控制器、PID 調(diào)節(jié)算法、伺服驅(qū)動(dòng)器（僅伺服電機(jī)加載系統(tǒng)）。

原理：控制器實(shí)時(shí)對(duì)比 “設(shè)定載荷” 與 “傳感器實(shí)測(cè)載荷”，若存在偏差（如試樣蠕變變形導(dǎo)致載荷下降），通過 PID 算法輸出調(diào)節(jié)信號(hào)：

砝碼加載系統(tǒng)：觸發(fā)砝碼升降裝置，自動(dòng)補(bǔ)充微小砝碼（如補(bǔ)償砝碼），維持載荷恒定；

伺服電機(jī)加載系統(tǒng)：調(diào)整伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速，驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠移動(dòng)，補(bǔ)償載荷偏差。

過載與安全保護(hù)模塊

組成：過載保護(hù)開關(guān)、緊急停機(jī)按鈕、軟件過載閾值設(shè)置。

作用：當(dāng)載荷超過設(shè)定值 10%-20%（如試樣突然斷裂導(dǎo)致載荷驟增），過載保護(hù)開關(guān)觸發(fā)，立即切斷加載動(dòng)力源（電機(jī)斷電或砝碼升降）；緊急停機(jī)按鈕可手動(dòng)觸發(fā)，應(yīng)對(duì)突發(fā)故障（如傳感器異常、試樣脫落），避免設(shè)備部件（如拉桿、絲杠）因過載損壞。

五、核心設(shè)計(jì)要求（確保長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行）

材質(zhì)要求：力傳遞部件（拉桿、夾頭）需選用高溫 - resistant 材料，避免試驗(yàn)環(huán)境（如 200-1600℃）導(dǎo)致部件變形或強(qiáng)度下降；

同軸度要求：整個(gè)力傳遞路徑的同軸度需≤0.1mm/m，防止偏載產(chǎn)生附加彎矩，影響蠕變變形數(shù)據(jù)；

密封要求：若試驗(yàn)在高溫爐內(nèi)進(jìn)行，拉桿與爐體連接處需設(shè)置高溫密封件（如石墨密封環(huán)），避免爐內(nèi)熱量外泄，同時(shí)防止外部灰塵進(jìn)入爐內(nèi)。