專利名稱：智能化氣動型砂多功能測試儀及其專用卡具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種智能化氣動型砂多功能測試儀及其專用卡具，用于型砂、芯砂的各種強度及變形量的測定，屬測試儀器技術(shù)領(lǐng)域。
型砂及芯砂的強度對砂型及砂芯的質(zhì)量，乃至最終對鑄件的質(zhì)量有重要的影響。所以型砂及芯砂強度的測試是鑄造廠為控制產(chǎn)品質(zhì)量而必須經(jīng)常檢測的型砂性能。通常檢測的型砂濕態(tài)強度有抗壓、抗剪；干態(tài)強度有“8”字形試樣抗拉，園餅、長條試樣的抗彎。目前世界上制造型砂萬能強度測試儀的公司主要有美國的Dietert、瑞士GF、匈牙利、美國的Sinpson，儀器的形式主要有杠桿式、落錘式、液壓及氣動等。目前國內(nèi)外應(yīng)用最多的是液壓萬能強度儀，其結(jié)構(gòu)示意如圖1。儀器主要由支撐架(1)、快換接頭(3)、液壓缸(4)、機械式壓力表(5)及搖把(6)組成。操作者搖動搖把(6)時，液壓缸(4)中的活塞帶動快換接頭(3)向左運動對圓柱形試樣(2)施加壓力，其壓強值通過連接在液壓油路中的壓力表(5)顯示出來；當(dāng)試樣(2)被壓碎破壞時，壓力表(5)顯示出試樣抗壓強度的最大值。上述這種液壓萬能強度測試儀存在漏油、加載速度不均勻、測量精度差、人為影響因素大等一些問題。
本實用新型的目的是設(shè)計一種智能化氣動型砂多功能測試儀及其專用卡具，使其操作簡單、測量精度高、可以測量型(芯)砂的多種性能，且能直接讀出和打印出測試數(shù)據(jù)。
本實用新型設(shè)計的智能化氣動型砂多功能測試儀包括支撐架、氣缸、試樣快換接頭、試樣卡具，壓力傳感器、位移傳感器、汽源三聯(lián)體、單向節(jié)流閥和控制系統(tǒng)。氣缸、汽源三聯(lián)體、單向節(jié)流閥安裝在支撐架底部，汽源三聯(lián)體與單向節(jié)流閥相聯(lián)。壓力傳感器的上端和位移傳感器的上端分別固定在支撐架的上部橫梁上，壓力傳感器的另一端與試樣的快換接頭相聯(lián)，位移傳感器的另一端通過橫條與試樣卡具相接觸，試樣卡具與氣缸的活塞相聯(lián)?？刂葡到y(tǒng)的控制面板固定在支撐架的中部橫梁上，控制系統(tǒng)由下列各部分組成(1)用于數(shù)據(jù)處理和A/D轉(zhuǎn)換的單片機(U1)；(2)為記憶存儲器MEM1提供存儲信號的譯碼器(U2)；(3)為記憶存儲器MEM2提供存儲地址的地址鎖存器(U3)；(4)用于擴展鍵盤、顯示器電路的I/O控制器(U4)；(5)用于將來自壓力傳感器的壓力信號放大的信號放大器(U5)；(6)用于將來自位移傳感器的頻率信號轉(zhuǎn)換成電壓信號的F/N轉(zhuǎn)換器(U10A)
本實用新型又設(shè)計了專用于芯砂的“8”字抗拉強度測試卡具，該卡具由方形卡頭、上導(dǎo)向受力桿、試樣上卡頭、試樣下卡頭、下導(dǎo)向受力桿和下施力塊組成。上導(dǎo)向受力桿置于方形卡頭與試樣上卡頭之間，下導(dǎo)向受力桿置于下施力塊與試樣下卡頭之間。試樣上、下卡頭的分別為凹形。
本實用新型設(shè)計的型砂測試儀，由于在加載液壓缸的氣路上加有單向節(jié)流閥，使加載速度緩慢、平穩(wěn)、可調(diào)。由位移傳感器控制氣缸上升速度，使試樣加載過程平穩(wěn)。用于芯砂8字抗拉強度測試的卡具，使得氣缸加載方向向上時，砂芯試樣也能受拉，同時壓力傳感器受壓。應(yīng)用單片機控制系統(tǒng)將采集到的壓力、位移信號進行處理，顯示輸出試樣的各種強度及變形極限值，所以本儀器測量精度高，操作簡便。該儀器可用于廣大鑄廠、科研單位和大專院校進行型(芯)砂性能的測試。


圖1是已有技術(shù)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實用新型設(shè)計的多功能測試儀結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是圖2的A向局部放大圖。
圖4是測試儀中測試、控制原理方框圖。
圖5是測試儀中控制系統(tǒng)電路圖。
圖6是控制系統(tǒng)中數(shù)碼管顯示輸出電路圖。
圖7是控制系統(tǒng)監(jiān)控程序流程圖。
圖8是本實用新型設(shè)計的芯砂“8”字抗拉強度測試專用卡具。
以下結(jié)合附圖，詳細介紹本實用新型的內(nèi)容。
圖2中，7是壓力傳感器，8是快換接頭，9是試樣卡具，10是試樣，11是試樣卡具，12是橫條，13是氣缸，14是支撐架，15是單向節(jié)流閥，16是汽源三聯(lián)體，17是控制系統(tǒng)面板，18是位移傳感器，19是支撐架上部橫梁，20是氣缸活塞。
測試時將經(jīng)三錘緊實的φ50×50mm的試樣10放在試樣卡具9、11之間，當(dāng)氣缸13給氣時，氣缸活塞20向上運動對試樣施加壓力，此壓力經(jīng)上卡具9傳給壓力傳感器7。與此同時，試樣下夾具11側(cè)面的橫條12也向上帶動位移傳感器18向上運動。單片機數(shù)據(jù)采集-控制系統(tǒng)將采集到的壓力、位移信號進行處理，顯示輸出試樣的濕態(tài)抗壓強度、變形極限值。儀器所需的壓縮空氣來自工廠的氣源，經(jīng)過本儀器上的氣源三聯(lián)體16、換向控制閥和單向節(jié)流閥15使氣缸的活塞桿20平穩(wěn)加載。靠位移傳感器控制使氣缸上升速度開始時為快速，接近對試樣加載前轉(zhuǎn)變?yōu)槁?。換用不同的試樣夾頭，本儀器還可測量型砂的其它性能濕態(tài)抗剪強度及變形量、芯砂8字抗拉強度、芯砂長條抗彎強度、芯砂圓餅抗彎強度。本實用新型氣動的型砂多性能測試儀由于采用氣壓加載系統(tǒng)，克服了液壓強度儀漏油的缺點；由于在氣缸的進氣和排氣管路中加有單向節(jié)流閥，使氣缸的加載過程實現(xiàn)低速、平穩(wěn)。由于采用壓力和位移傳感器、以及輔有隨動機構(gòu)，在測力的同時可測得變形量；同時由于采用單片機數(shù)據(jù)采集-控制-輸出系統(tǒng)提高了測試過程自動化程度和精度。
系統(tǒng)的控制原理方框圖見圖4，電路圖見圖5、6。
電路圖4中的芯片U1為單片機8098CPU，用作數(shù)據(jù)處理和A/D轉(zhuǎn)換。
U2芯片74LS1 38為譯碼器，為記憶存儲器MEM1提供存儲信號。
U3是帶三態(tài)門的8D地址鎖存器，為記憶存儲器MEM2提供存儲地址。
U4為I/O控制器，用于擴展鍵盤、顯示器電路；芯片MEM1-6116為隨機存儲器(RAM)，用于控制存儲器的讀出操作；包括顯示和打印。
芯片MEM2-2764為只讀存儲器(EPROM)，用于控制數(shù)據(jù)讀出，包括顯示和打印。
U5-A、B、C用于壓力信號放大，壓力信號來自壓力傳感器(7)，壓力信號放大后，傳給芯片U1作A/D轉(zhuǎn)換。
U10A用于位移傳感器的F/V轉(zhuǎn)換，頻率信號來自位移傳感器(18)，將頻率信號轉(zhuǎn)換成電壓信號后傳給芯片U1作A/D轉(zhuǎn)換。
電路圖6為數(shù)碼管顯示輸出驅(qū)動電路圖，其中L1-L7為光電數(shù)碼管，三極管N1-N7為電壓信號放大。
系統(tǒng)監(jiān)控程序流程圖見圖7。系統(tǒng)軟件的關(guān)系技術(shù)是“自動零位識別”和“自動峰值判斷”。“零位置”是指砂樣剛剛開始受壓時刻的壓力及位移。型砂的實際變形量為當(dāng)前位移量與“零位置”位移量的差值?！白詣臃逯蹬袛唷避浖夹g(shù)使試樣所受壓力達到最高值后使氣缸卸載復(fù)位。軟件判斷出并保存該壓力值(當(dāng)有變形量測試時還應(yīng)保存對應(yīng)位移值)以備顯示和打印。其中，test0和test1分別為有變形量測試和無變形量測試時的采樣及數(shù)據(jù)處理子程序。該子程序包含“自動零位識別”、“峰值判斷”及數(shù)字濾波等技術(shù)。
由于從液壓萬能強度儀的水平加載改為垂直加載，設(shè)計了專用的抗壓、抗剪、抗彎試樣的帶方形導(dǎo)向塊的專用卡具，如圖8所示。圖8中，21是方形卡頭，22是上導(dǎo)向受力桿，23是試樣上卡頭，24是試樣下卡頭，25是下導(dǎo)向受力桿，26是下施力塊，當(dāng)加載氣缸向上對下施力塊26施加力時，裝在卡具中央的“8”字砂樣受到試樣上卡頭23的拉力作用；這個力又通過試樣傳給試樣下卡頭24，通過上導(dǎo)桿22和方形卡頭21使壓力傳感器受力。
權(quán)利要求1.一種智能化氣動型砂多功能測試儀包括支撐架、氣缸、試樣快換接頭、試樣卡具，其特征在于還包括壓力傳感器、位移傳感器、汽源三聯(lián)體、單向節(jié)流閥和控制系統(tǒng)；所述的氣缸、汽源三聯(lián)體、單向節(jié)流閥安裝在支撐架底部，汽源三聯(lián)體與單向節(jié)流閥相聯(lián)；所述的壓力傳感器的上端和位移傳感器的上端分別固定在支撐架的上部橫梁上，壓力傳感器的另一端與試樣的快換接頭相聯(lián)，位移傳感器的另一端通過橫條與試樣卡具相接觸，試樣卡具與氣缸的活塞相聯(lián)；所述的控制系統(tǒng)的面板固定在支撐架的中部橫梁上，控制系統(tǒng)由下列各部分組成(1)用于數(shù)據(jù)處理和A/D轉(zhuǎn)換的單片機(U1)；(2)為記憶存儲器MEM1提供存儲信號的譯碼器(U2)；(3)為記憶存儲器MEM2提供存儲地址的地址鎖存器(U3)；(4)用于擴展鍵盤、顯示器電路的I/O控制器(U4)；(5)用于將來自壓力傳感器的壓力信號放大的信號放大器(U5)；(6)用于將來自位移傳感器的頻率信號轉(zhuǎn)換成電壓信號的F/N轉(zhuǎn)換器(V10A)
2.一種用于如權(quán)利要求1所述的型砂多功能測試儀的專用卡具，其特征在于該卡具由方形卡頭、上導(dǎo)向受力桿、試樣上卡頭、試樣下卡頭、下導(dǎo)向受力桿和下施力塊組成；所述的上導(dǎo)向受力桿置于方形卡頭與試樣上卡頭之間，下導(dǎo)向受力桿置于下施力塊與試樣下卡頭之間；所述的試樣上、下卡頭的分別為凹形。
專利摘要本實用新型涉及一種智能化氣動型砂多功能測試儀,該測試儀由氣缸、快換接頭、壓力傳感器、位移傳感器、汽源三聯(lián)體、單向節(jié)流閥和控制系統(tǒng)組成。氣缸向上運動對試樣加載時,帶動位移傳感器測試探頭也同時運動,在測量加載強度值的同時測量出變形極限值,氣缸的氣路上裝有單向節(jié)流閥,使加載速度緩慢、平穩(wěn)。本實用新型設(shè)計的專用卡具能測試型砂的抗拉強度。本實用新型測量精度高,操作簡便,可用于鑄廠、科研單位進行型砂性能的測試。
文檔編號G01N33/00GK2284402SQ96244030
公開日1998年6月17日 申請日期1996年11月15日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月15日
發(fā)明者黃天佑, 劉立東, 胡永沂, 阮殿波 申請人:清華大學(xué)