高溫蠕變持久試驗機的載荷施加系統由哪些部分組成？

高溫蠕變持久試驗機的載荷施加系統核心是 “穩定、精準、長期保持載荷”，主要由載荷產生單元、力傳遞單元、載荷測量單元、載荷調節與保護單元四部分組成，各部分協同確保試驗中載荷波動≤±1%，滿足長期測試需求。

一、載荷產生單元：提供試驗所需的恒定載荷

載荷產生單元是系統的動力源，需根據試驗載荷大小和穩定性要求選擇不同類型，核心分為兩類：

砝碼加載機構（靜態恒定載荷）

組成：砝碼組、杠桿傳動機構、砝碼升降裝置。

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

特點：載荷穩定性高（波動≤±0.5%），無動力源漂移問題，適合長期（數千小時）蠕變持久試驗；但載荷調整不便，需手動增減砝碼，僅支持靜態恒定載荷。

伺服電機加載機構（動態 / 靜態載荷）

組成：伺服電機、滾珠絲杠、減速箱、加載橫梁。

原理：伺服電機接收控制器信號，通過減速箱驅動滾珠絲杠轉動，帶動加載橫梁上下移動，對試樣施加軸向拉力或壓力；控制器通過閉環控制，實時調整電機轉速，維持載荷恒定。

特點：載荷調整靈活（可實現階梯載荷、動態載荷），適合蠕變 - 疲勞復合試驗；但需依賴電機穩定性，長期運行需定期校準，避免動力源發熱導致載荷漂移。

二、力傳遞單元：將載荷精準傳遞至試樣

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試精度，主要包括：

拉桿與連接組件

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

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

試樣夾持機構

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，避免夾持偏載導致試樣提前斷裂或蠕變變形異常。

三、載荷測量單元：實時監測并反饋載荷大小

載荷測量單元用于精準測量實際施加在試樣上的載荷，確保載荷符合設定值，核心組件為：

力傳感器（載荷傳感器）

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

原理：傳感器串聯在力傳遞路徑中（如拉桿與夾頭之間），當載荷通過時，傳感器內部應變片產生形變，輸出與載荷成正比的電信號，信號經放大器傳輸至控制器。

精度要求：力傳感器精度需達到 0.1 級（誤差≤±0.1% FS），長期穩定性誤差≤±0.5%/ 年，且需具備高溫防護（如傳感器表面涂覆耐高溫涂層），避免試驗環境高溫影響測量。

信號采集與處理模塊

組成：信號放大器、A/D 轉換器、數據采集卡。

作用：將力傳感器輸出的微弱電信號（mV 級）放大、濾波，轉化為數字信號，傳輸至控制器；控制器通過數據處理，實時顯示當前載荷值，并與設定值對比，形成閉環控制。

四、載荷調節與保護單元：確保載荷穩定且設備安全

該單元用于維持載荷恒定，并在異常情況下保護設備和試樣，避免損壞，主要包括：

載荷閉環調節模塊

組成：控制器、PID 調節算法、伺服驅動器（僅伺服電機加載系統）。

原理：控制器實時對比 “設定載荷” 與 “傳感器實測載荷”，若存在偏差（如試樣蠕變變形導致載荷下降），通過 PID 算法輸出調節信號：

砝碼加載系統：觸發砝碼升降裝置，自動補充微小砝碼（如補償砝碼），維持載荷恒定；

伺服電機加載系統：調整伺服電機轉速，驅動滾珠絲杠移動，補償載荷偏差。

過載與安全保護模塊

組成：過載保護開關、緊急停機按鈕、軟件過載閾值設置。

作用：當載荷超過設定值 10%-20%（如試樣突然斷裂導致載荷驟增），過載保護開關觸發，立即切斷加載動力源（電機斷電或砝碼升降）；緊急停機按鈕可手動觸發，應對突發故障（如傳感器異常、試樣脫落），避免設備部件（如拉桿、絲杠）因過載損壞。

五、核心設計要求（確保長期穩定運行）

材質要求：力傳遞部件（拉桿、夾頭）需選用高溫 - resistant 材料，避免試驗環境（如 200-1600℃）導致部件變形或強度下降；

同軸度要求：整個力傳遞路徑的同軸度需≤0.1mm/m，防止偏載產生附加彎矩，影響蠕變變形數據；

密封要求：若試驗在高溫爐內進行，拉桿與爐體連接處需設置高溫密封件（如石墨密封環），避免爐內熱量外泄，同時防止外部灰塵進入爐內。