薄膜双轴拉伸试验机电液加载系统

摘要

一种材料力学及建筑材料技术领域的薄膜双轴拉伸试验机电液加载系统，包括：低压过滤器、液压泵、电机、单向阀、压力传感器、截止阀、储能器、电磁卸荷阀、比例溢流阀、节流阀、电磁换向阀、四个伺服液压缸、拉压力传感器、位移传感器、机械夹具、过滤器、冷却器、电磁水阀、油箱和单向截流阀。本发明具有拉力大、精度高、控制响应快、简单、专用、可移动、独立使用，可用于建筑膜材试验、飞艇蒙皮试验等薄膜复合材料双轴拉伸试验机。

说明书

技术领域

本发明涉及一种材料力学及建筑材料技术领域的装置，具体涉及一种薄膜双轴拉伸试验机 电液加载系统。

背景技术

高分子复合织物薄膜材料轻质、高强、耐化学、耐久性而在现代建筑结构领域、航空航天 等工业领域应用，如建筑膜结构、航空飞艇、航天降落伞或软式着陆系统等。织物薄膜一般有 基布和涂层构成，基布由高分子材料抽丝合成纤维，然后织成布，在建筑领域主要有聚酯纤维、 玻璃纤维等，在航空航天领域主要有聚酯纤维、芳纶纤维、尼龙纤维等，涂层主要有聚四氟乙 烯、聚偏四氟乙烯，采用涂层或层合，层合或涂层的基底还有其它化学胶体。因此，织物薄膜 材料具有复杂的力学行为特征，表现为材料非线性、非弹性、各向异性、粘弹性、双向性等。 目前国内关于膜材的主要力学参数、设计应用依据主要来源于单向试验，近年有开展膜材双向 力学行为的试验、分析研究，并取得了重要进展和研究成果。

拉伸试验机电液加载系统一般有气压、液压、电机及对应电控和传感系统。气压的缸大、 压力小，需要气压源大型空压机；电机与丝杠配合设计，步进电机可实现较高精度与较大拉力； 液压具有缸小、拉力大、响应快、精度高，但无特定针对薄膜双轴拉伸试验机的液压电控加载 系统，一般通用性结构试验室液压电控加载如MTS等十分复杂、昂贵。

经过对现有技术的检索发现，陈务军著的“膜结构工程设计”中国建筑工业出版社，2005.3. 介绍膜材参数、撕裂试验方法、充气囊双轴测试方法；陈务军、付功义著的“膜结构多功能试 验仪”ZL20041006758.7研制了膜结构多功能试验仪，采用丝杠和联杆机构加载，加载比例受限 制和精度低；刘文彬、于敬海、吴健生著的“薄膜材料双轴拉伸试验”工程力学，1998，152： 138-145研制了充气双轴试验装置，采用光栅测量测大应变，并进行了膜材料特性试验分析； 陈鲁、李阳、张其林、杨宗林著的“膜结构双轴拉伸试验机的研制与开发”科学技术与工程，2006， 61：17-23研制介绍了膜结构双轴拉伸试验机，采用电机作为动力，连接丝杠、力传感器、位 移传感器等实现双向加载与控制；李阳著的“建筑膜材料和膜结构的力学性能研究与应用”同济 大学博士学位论文，2007.8研究了双轴拉伸试验机，定制了加载谱和试验方法；孙伟、何小元、 胥明、罗斌著的“数字图像相关方法在膜材拉伸试验中的应用”工程力学，2007，242：34-39采 用了数字相关方法进行双轴拉伸试验的应变场测试分析，专用试验系统，十字型试件肢宽 200mm；罗斌著的“张拉膜结构的非线性分析和织物膜材的拉伸试验研究”东南大学博士学位论 文，2003.9研究了膜结构的找形、载荷与裁剪非线性分析方法，并进行了双轴拉伸试验研究； 易红雷、丁辛、陈守辉著的“建筑膜材料双轴向拉伸弹性常数的估算方法”工程力学，2006，2310： 180-184研究了膜材单向、双向拉伸试验弹性常数的计算方法；倪静著的“PVC膜材料的双轴拉 伸试验研究及其工程应用”上海大学硕士学位论文，2008.1利用Zwick/Rocell-Z010/TH2A进行 了多工况双轴试验和参数分析，该试验机为两个单轴试验机垂直组合并定制加载谱而成，最大 拉力10kN，试件十字臂宽仅60mm。

发明内容

本发明的目的在于针对现有简易双轴试验装置或通用试验加载系统的不足，提供一种薄膜 双轴拉伸试验机电液加载系统，具有拉力大、精度高、控制响应快、简单、专用、可移动、独 立使用，可用于建筑膜材试验、飞艇蒙皮试验等薄膜复合材料双轴拉伸试验机。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：低压过滤器、液压泵、电机、单向阀、 压力传感器、截止阀、储能器、电磁卸荷阀、比例溢流阀、节流阀、电磁换向阀、四个伺服液 压缸、拉压力传感器、位移传感器、机械夹具、过滤器、冷却器、电磁水阀、油箱和单向截流 阀，其特征在于：四个伺服液压缸与对应的位移传感器、拉压力传感器和机械夹具依次串联， 油箱的输出口依次与低压过滤器、液压泵、电机和单向阀相连并由比例溢流阀旁路供油，电磁 卸荷阀依次与冷却器、过滤器和油箱的输入口相连实现回油，每个伺服液压缸的进油腔依次与 压力传感器、截止阀、储能器、节流阀和电磁换向阀相连实现供油，每个伺服液压缸的回油腔 通过回油管路回至油箱形成一个循环油路，单向截流阀设置于在压力传感器前端进油管。

所述的四个伺服液压缸正交布置成四个加载端。

所述的油路有两个油箱及供油系统形成两个独立加载液压回路。

本发明充分利用伺服液压缸、电动机、比例溢流阀等各种阀的特点，实现新型薄膜双轴拉 伸试验机电液加载系统拉力大、精度高、控制响应快、简单、专用、可移动，可应用于单轴拉 伸试验机、双轴拉伸试验机等。

在现有技术文献中，无特定针对薄膜双轴拉伸试验机的液压电控加载系统，也没有同时实 现单双轴加载的系统，同时一般通用性结构试验室液压电控加载十分复杂、昂贵。

附图说明

图1为薄膜双轴拉伸试验机电液加载系统图；

图中：1低压过滤器、2液压泵、3电机、4单向阀、5压力传感器、6截止阀、7储能器、 8电磁卸荷阀、9比例溢流阀、10节流阀、11电磁换向阀、12伺服液压缸、13拉压力传感器、 14位移传感器、15机械夹具、16过滤器、17冷却器、18油箱、19单向截流阀。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给 出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例包括低压过滤器1、液压泵2、电机3、单向阀4、压力传感器5、 截止阀6、储能7器、电磁卸荷阀8、比例溢流阀9、节流阀10、电磁换向阀11、伺服液压缸 12、拉压力传感器13、位移传感器14、机械夹具15、过滤器16、冷却器17、油箱18、单向 截流阀19，其中：四个伺服液压缸12正交布置成四个加载端，每个伺服液压缸12连位移传感 器14、连拉压力传感器13，再连机械夹具15，伺服液压缸12进油腔和回油腔分别连压力传感 器5，在压力传感器5前端进油管接单向截流阀19。从一个油箱18进油，经过低压过滤器1、 液压泵2、电机3、单向阀4，由比例溢流阀9旁路供油，通过电磁卸荷阀8回油，并经冷却器 17、过滤器16，回至油箱18，进油通过压力传感器5、截止阀6、储能器7，并经节流阀10、 电磁换向阀11向两伺服液压缸12进油腔供油，回油腔通过回油管路回至油箱18成一个油路。 两个油箱18及供油系统形成两个独立加载液压回路。

本实施例的构件尺寸、材料选择、工艺设计可针对具体应用确定，包括油箱18、机械夹 具15的几何参数，低压过滤器1、液压泵2、电机3、单向阀4、压力传感器5、截止阀6、储 能7器、电磁卸荷阀8、比例溢流阀9、节流阀10、电磁换向阀11、伺服液压缸12、拉压力传 感器13、位移传感器14、过滤器16、冷却器17、单向截流阀19、进油管和回油管的型号参数， 按匹配参数选择，油箱18可采用不锈钢，机械夹具15可采用合金钢。