[发明专利]基于洛伦兹力的金属电磁加载系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属加载系统技术领域，具体涉及一种基于洛伦兹力的金属电磁加载系统。

背景技术

目前金属材料在各种工程结构中应用十分广泛，这些金属部件的结构性能及安全状态直接影响着设备的安全运行。金属材料受到载荷应力、温度应力、残余应力等因素影响会产生缺陷，甚至是裂纹和断裂，造成严重后果。为了研究应力状态下金属材料的性能，常需要对金属材料进行加载(即施加力，包括拉力和压力)。传统材料试验机采用电动机或液压驱动，使用齿轮、丝杠传动，在使用时需要把工件夹住进行拉伸，从外部对工件施力，试验机体积庞大，价格昂贵，维护成本高；并且其对试件使用夹头进行固定，不可避免地会对材料表面造成损伤。

发明内容

为了克服现有机械加载装置体积庞大、与试件直接接触的缺点，本发明提供一种基于洛伦兹力的金属电磁加载系统，该系统将电磁力用于金属试件拉伸之中，具有作用力均匀，与工件非接触，操作快捷，便于携带的优点。

本发明所采用的技术方案是，提供一种基于洛伦兹力的金属电磁加载系统，其特征在于该系统包括可调稳压电源、储能电容、可控硅、单片机及四个加载头；所述可调稳压电源的输出端依次与储能电容、可控硅和四个加载头连接，可控硅的控制端口与单片机连接，通过单片机触发可控硅导通；可调稳压电源用于将工频电源进行整流和升压并为储能电容充电；储能电容用于储存电能，并向加载头放电，可控硅用于控制储能电容的放电；所述四个加载头结构相同，两个加载头为一组，每组呈上下对称结构布置在待加载的金属板的上下表面；所述每个加载头均包括激励线圈和永磁体，所述激励线圈与可控硅的输出端连接，在激励线圈上部的左半边区域和/或右半边区域固定一个永磁体。

本发明加载系统的特点：

1.本发明采用电磁感应原理，不从外部对工件施力，而是使工件从内部受力，使得试件内应力分布更加均匀；

2.机械拉伸机中使用夹头固定工件，夹头的压力和其上的防滑纹会对工件表面造成损伤。本发明加载头不与工件直接接触，而是通过磁场作用于工件，避免了对工件试件表面的损伤；

3.系统体积小重量轻，便于携带，装卸方便，可在被测试件处于服役状态下进行加载，方便技术人员现场操作。

传统拉伸机体积庞大不能移动，欲对试件进行检测需将该零件从设备上拆卸下来，然后送至实验室进行研究，过程比较繁琐。本发明系统设备轻便可以带到户外，方便技术人员现场操作，克服了现有拉伸机体积庞大价格昂贵的问题。

附图说明

图1是本发明基于洛伦兹力的金属电磁加载系统的结构框图；

图2是本发明基于洛伦兹力的金属电磁加载系统加载头主视结构示意图；

图3是本发明基于洛伦兹力的金属电磁加载系统加载头主观剖面示意图；

图4是本发明基于洛伦兹力的金属电磁加载系统使用时加载头与金属板的安装结构主视结构示意图；

图5是本发明基于洛伦兹力的金属电磁加载系统使用时加载头与金属板的安装结构俯视结构示意图；

图6是本发明基于洛伦兹力的金属电磁加载系统使用时原理示意图。

图7是实施例2的加载头与金属板的安装结构主视结构示意图。

图8是实施例3的加载头与金属板的安装结构主视结构示意图。

图中，1.可调稳压电源，2.储能电容，3.可控硅，4.单片机，5.激励线圈，6.金属板，7.永磁体，8.激励电流，9.感应涡流，10.静磁场，11.电磁力。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明基于洛伦兹力的金属电磁加载系统(简称系统，参见图1，4，5)包括可调稳压电源1、储能电容2、可控硅3、单片机4及四个加载头；所述可调稳压电源1的输出端依次与储能电容2、可控硅3和四个加载头连接，可控硅的控制端口与单片机4连接，通过单片机4触发可控硅导通；可调稳压电源1用于将工频电源进行整流和升压并为储能电容充电，电压输出范围为0～800V可调；储能电容2用于储存电能，并向加载头放电，最高耐压值为1200v，容量为3500uf，可控硅3用于控制储能电容的放电，最高耐受电压为1400V，工作电流为800A；

四个加载头结构相同，两个加载头为一组，每组呈上下对称结构布置在待加载的金属板的上下表面；所述每个加载头均包括激励线圈5和永磁体7，所述激励线圈5与可控硅3的输出端连接，在激励线圈上部的左半边区域和/或右半边区域固定一个永磁体。