液壓伺服變載荷加載試驗(yàn)臺(tái)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明液壓伺服變載荷加載試驗(yàn)臺(tái)屬于機(jī)械液壓領(lǐng)域，涉及一種使用電液伺服系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)壓力、位移兩種反饋雙閉環(huán)控制的疲勞試驗(yàn)臺(tái)。試驗(yàn)臺(tái)由控制系統(tǒng)和四個(gè)并聯(lián)的加載機(jī)構(gòu)兩大部分組成，四個(gè)并聯(lián)的加載機(jī)構(gòu)中兩個(gè)用于軸向加載，另外兩個(gè)用于徑向加載。該控制系統(tǒng)中的工控機(jī)與控制器通過數(shù)據(jù)線連接，位移傳感器和大、小力傳感器通過數(shù)據(jù)傳輸線連接到控制器上。加載試驗(yàn)臺(tái)被固定于地面上，用于軸向加載的大力傳感器安裝在一個(gè)伺服液壓缸的前端，用于徑向加載的小力傳感器安裝在另一個(gè)伺服液壓缸的前端。本發(fā)明四個(gè)控制通道可協(xié)同工作，試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)簡單，原理清晰，造價(jià)低廉，能同時(shí)對(duì)多試件進(jìn)行疲勞加載，長期工作穩(wěn)定，效率高。
【專利說明】液壓伺服變載荷加載試驗(yàn)臺(tái)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)發(fā)明屬于機(jī)械液壓領(lǐng)域，涉及一種使用電液伺服系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)壓力、位移兩種反饋雙閉環(huán)控制的疲勞試驗(yàn)臺(tái)。
【背景技術(shù)】
[0002]在工程機(jī)械中，許多機(jī)械零部件都是工作在循環(huán)、交變載荷條件下的，其工作應(yīng)力往往低于材料的屈服強(qiáng)度。零部件在這種循環(huán)、交變載荷下，經(jīng)過較長時(shí)間的運(yùn)行容易產(chǎn)生疲勞破壞，對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性能產(chǎn)生重大的影響。為了保證這些零部件的可靠性，在將其投入使用前要進(jìn)行檢測，電液伺服加載試驗(yàn)臺(tái)就是用來檢測這些零部件的專用設(shè)備。
[0003]近年來對(duì)于材料或者結(jié)構(gòu)的動(dòng)、靜疲勞實(shí)驗(yàn)已得到極大的重視，各種不同型號(hào)、功能和規(guī)格的疲勞實(shí)驗(yàn)設(shè)備層出不窮，以滿足不同材料或結(jié)構(gòu)的疲勞實(shí)驗(yàn)的需求。幾類主要的疲勞試驗(yàn)機(jī)類型有:電液伺服式、機(jī)械式和電磁式。其中電液伺服式的疲勞試驗(yàn)機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)有:響應(yīng)速度快、輸出功率大、測量和控制精度高，但是此類實(shí)驗(yàn)設(shè)備的缺點(diǎn)是在較低噸位的整機(jī)價(jià)格較高。電磁式的疲勞試驗(yàn)機(jī)的特點(diǎn)是整機(jī)工作效率高、易起振、耗能低、控制精度高、波動(dòng)小以及操作簡便，但是不可以對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行疲勞實(shí)驗(yàn)。而機(jī)械式疲勞試驗(yàn)機(jī)多用于低頻疲勞實(shí)驗(yàn)，功率小、造價(jià)低。但其響應(yīng)慢，且輸出載荷范圍較小等不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中，電液伺服式疲勞試驗(yàn)機(jī)的技術(shù)不足，發(fā)明一種液壓伺服變載荷加載試驗(yàn)臺(tái)，加載液壓缸可水平放置或垂直放置，任意兩液壓缸可以實(shí)現(xiàn)協(xié)同加載，用于低循環(huán)疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)?？梢詫?duì)大尺寸的式樣進(jìn)行測試，具有較大的靈活性。能同時(shí)對(duì)多試件進(jìn)行疲勞加載實(shí)驗(yàn)，有助于節(jié)省時(shí)間、提高工作效率。設(shè)備可以根據(jù)用戶設(shè)定好的指令自動(dòng)運(yùn)行，油路壓力可調(diào)并且可以保持穩(wěn)定，配有冷卻設(shè)備，可以持續(xù)運(yùn)行。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種液壓伺服變載荷加載試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于:試驗(yàn)臺(tái)由控制系統(tǒng)和四個(gè)并聯(lián)的加載機(jī)構(gòu)兩大部分組成，四個(gè)并聯(lián)的加載機(jī)構(gòu)中兩個(gè)用于軸向加載，另外兩個(gè)用于徑向加載；
[0006]該控制系統(tǒng)中的工控機(jī)23與控制器22通過數(shù)據(jù)線連接，位移傳感器17和大、小力傳感器18、19通過數(shù)據(jù)傳輸線連接到控制器22上，實(shí)現(xiàn)加載過程中力和位移雙閉環(huán)控制；通過工控機(jī)23中的數(shù)據(jù)采集板卡，分別把力、位移、壓力值顯示在軟件儀表中，控制器22對(duì)液壓伺服閥16進(jìn)行控制，形成PID控制；
[0007]加載試驗(yàn)臺(tái)被固定于地面上，底座25與地面相連接，伺服液壓缸20通過六個(gè)螺栓與底座25連接,用于軸向加載的大力傳感器18安裝在一個(gè)伺服液壓缸20的前端,用于徑向加載的小力傳感器19安裝在另一個(gè)伺服液壓缸20的前端；伺服液壓缸20的后部與位移傳感器17連接，伺服液壓缸20的上方設(shè)有過度塊27，過度塊27的兩端通過螺紋與兩個(gè)壓力變送器24連接，過度塊27的上方與伺服閥16通過四個(gè)螺栓連接。[0008]本發(fā)明的有益效果是可以施加正弦波、余弦波、三角波、方波以及隨即波的周期載荷。本試驗(yàn)臺(tái)外形美觀、結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡單方便、使用壽命長，且可以獲得高頻加載動(dòng)力。與同噸位的電液伺服式疲勞試驗(yàn)機(jī)相比具有更大的加載力極限和頻率?？梢员ＷC在高頻、大加載力或者位移條件下，保證波形不失真。可對(duì)礦用各型減速機(jī)輸出端施加軸向及徑向變動(dòng)載荷以進(jìn)行可靠性驗(yàn)證，也可用于其他產(chǎn)品類似的試驗(yàn)；可以在測試過程中實(shí)現(xiàn)力和位移閉環(huán)控制、加載載荷可調(diào)、加載頻率可調(diào)、操作簡便、成本較低且效率高的疲勞試驗(yàn)機(jī)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明液壓伺服變載荷加載試驗(yàn)臺(tái)液壓回路原理圖。
[0010]圖2為本發(fā)明液壓伺服變載荷加載試驗(yàn)臺(tái)加載機(jī)構(gòu)示意圖。
[0011]圖中:1-油箱、2-吸油過濾器、3-避震吼、4-齒輪泵、5-電動(dòng)機(jī)、6-電磁溢流閥、7-微型高壓軟管、8-壓力表開關(guān)總成、9-壓力表、10-單向閥、11-蓄能器控制閥組、12-蓄能器、13-壓力傳感器、14-電磁球閥、15-壓力過濾器、16-伺服閥、17-位移傳感器、18-大力傳感器、19-小力傳感器、20-伺服液壓缸、21-回油過濾器、22-控制器、23-工控機(jī)、24-壓力變送器、25-底座、26-伺服放大器、27-過度塊。
【具體實(shí)施方式】
[0012]以下結(jié)合附圖和技術(shù)方案對(duì)本發(fā)明的實(shí)施作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0013]該液壓伺服變載荷加載試驗(yàn)臺(tái)由控制系統(tǒng)和加載機(jī)構(gòu)兩個(gè)部分組成；
[0014]所述液壓伺服變載荷加載試驗(yàn)臺(tái)具有四個(gè)并聯(lián)的加載機(jī)構(gòu)，其中兩個(gè)用于軸向加載，另外兩個(gè)用于徑向加載。每個(gè)加載機(jī)構(gòu)通過螺栓和擋板固定于水平地面上，伺服液壓缸20與底座25之間用12個(gè)螺栓連接。用于軸向加載的伺服液壓缸20的前端安裝大力傳感器18，用于徑向加載的伺服液壓缸20前端與小力傳感器19連接。伺服液壓缸20的后部安裝位移傳感器17，伺服閥16以及壓力變送器24被固定于伺服液壓缸20的上方。
[0015]所述控制系統(tǒng)中，工控機(jī)23與控制器22通過PCI數(shù)據(jù)卡連接并傳遞信號(hào)，位移傳感器17，大、小力傳感器18、19通過數(shù)據(jù)傳輸線連接到控制器22上，本實(shí)施例中，大力傳感器18為125KN，小力傳感器19為50KN，它們將檢測到的伺服液壓缸20的力和位移信號(hào)傳遞給控制器22。該液壓伺服變載荷加載試驗(yàn)臺(tái)的控制使用力伺服控制，力、位移和壓力傳感器采集的原始數(shù)據(jù)通過控制器22、數(shù)據(jù)采集板卡，分別把力、位移、壓力值顯示在軟件儀表中，同時(shí)對(duì)液壓伺服閥16進(jìn)行控制，形成PID控制。該力伺服控制通過模糊PID自適應(yīng)控制器來實(shí)現(xiàn)；模糊PID自適應(yīng)控制器對(duì)加載機(jī)構(gòu)的力和位移進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)加載機(jī)構(gòu)的伺服閉環(huán)控制，動(dòng)態(tài)控制精度±1%。
[0016]該試驗(yàn)臺(tái)可以同時(shí)對(duì)兩臺(tái)被測設(shè)備進(jìn)行軸向和徑向變載荷加載，以進(jìn)行疲勞可靠性驗(yàn)證，四個(gè)通道獨(dú)立控制，模擬各種條件進(jìn)行加載，加載波形有正弦波、三角波、方波和隨機(jī)波形，可協(xié)同加載，徑向加載力達(dá)到50ΚΝ，0.1-15Ηζ，軸向加載力達(dá)到30ΚΝ，0.1_20Ηζ。該試驗(yàn)臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)加載過程中力和位移雙閉環(huán)控制?？梢詫?shí)現(xiàn)的波形、加載力、頻率等可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)定，該試驗(yàn)臺(tái)能夠自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及處理、預(yù)存技術(shù)參數(shù)、生成報(bào)表等功能，同時(shí)可以進(jìn)行存儲(chǔ)并方便歷史查詢，可與數(shù)據(jù)庫相連接，將系統(tǒng)控制設(shè)置的參數(shù)以及加載過程中的狀態(tài)參數(shù)顯示，以便對(duì)加載過程進(jìn)行人工干預(yù)，達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果。[0017]本發(fā)明的工作原理如圖1所示,主電動(dòng)機(jī)5啟動(dòng),帶動(dòng)主齒輪泵4向系統(tǒng)供油，液壓油從油箱I中抽出，經(jīng)過吸油過濾器2和避震喉3進(jìn)入齒輪泵4的吸油腔，為了不讓電動(dòng)機(jī)帶載啟動(dòng)，防止電流過大，在10秒內(nèi)，電磁溢流閥6不帶電，系統(tǒng)將處于卸荷狀態(tài)，10秒后自動(dòng)帶點(diǎn)，電磁溢流閥6開始工作，調(diào)節(jié)壓力逐漸升至設(shè)定好的工作壓力，其中，一部分油液向蓄能器12供油，蓄能器12是否有油液流入由蓄能器閥組11控制，另一部分經(jīng)過單向閥10向加載系統(tǒng)供油，若兩個(gè)電磁球閥14同時(shí)打開,可同時(shí)對(duì)一個(gè)被測對(duì)象進(jìn)行軸向和徑向加載。若打開一個(gè)電磁球閥14,貝U可以對(duì)被測對(duì)象進(jìn)行軸向或者徑向加載。壓力表9通過微型高壓軟管7連入回路，測量回路壓力，使用壓力表總成開關(guān)8來控制。當(dāng)蓄能器12壓力達(dá)到預(yù)設(shè)的工作壓力時(shí)，壓力傳感器13發(fā)出信號(hào)給電磁溢流閥6，使其斷電，使主齒輪泵5處于卸荷狀態(tài)，由蓄能器12向系統(tǒng)供油，可以提高效率，降低油液的溫升。當(dāng)系統(tǒng)壓力低于某一設(shè)定值時(shí)，壓力傳感器13發(fā)出信號(hào)，電磁溢流閥6帶電,主齒輪泵5繼續(xù)向加載系統(tǒng)和蓄能器12供油，如此循環(huán)往復(fù)。
[0018]用戶可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，在控制臺(tái)上設(shè)定加載過程的壓力和位移，也可以設(shè)定所需要加載的波形。工控機(jī)23會(huì)在顯示器上顯示出位移傳感器17及大、小力傳感器18、19檢測到的信號(hào)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存和分析。在控制臺(tái)上設(shè)有電動(dòng)機(jī)5的開關(guān)按鈕，以及危險(xiǎn)狀況下的急停按鈕。
[0019]本發(fā)明采用了四通道獨(dú)立式伺服控制器技術(shù)，控制精度可達(dá)到± I %，傳感器檢測精度達(dá)到0.1 %，數(shù)據(jù)采集精度高、范圍大、可靠性好。便于遠(yuǎn)距離工件的疲勞加載，同時(shí)，力口載被測試件時(shí)，可以提高伺服響應(yīng)頻率。元件、管路和接頭等采用不銹鋼制造，操作臺(tái)采用噴塑處理。本試驗(yàn)臺(tái)具有外形美觀、結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡單方便、使用壽命長等特點(diǎn)。
【權(quán)利要求】
1.一種液壓伺服變載荷加載試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于:試驗(yàn)臺(tái)由控制系統(tǒng)和四個(gè)并聯(lián)的加載機(jī)構(gòu)兩大部分組成，四個(gè)并聯(lián)的加載機(jī)構(gòu)中兩個(gè)用于軸向加載，另外兩個(gè)用于徑向加載； 該控制系統(tǒng)中的工控機(jī)(23)與控制器(22)通過數(shù)據(jù)線連接，位移傳感器(17)和大、小力傳感器(18、19)通過數(shù)據(jù)傳輸線連接到控制器(22)上，實(shí)現(xiàn)加載過程中力和位移雙閉環(huán)控制；通過工控機(jī)(23)中的數(shù)據(jù)采集板卡，分別把力、位移、壓力值顯示在軟件儀表中，控制器(22)對(duì)液壓伺服閥16進(jìn)行控制，形成PID控制； 加載試驗(yàn)臺(tái)被固定于地面上，底座(25)與地面相連接，伺服液壓缸(20)通過六個(gè)螺栓與底座(25)連接,用于軸向加載的大力傳感器(18)安裝在一個(gè)伺服液壓缸(20)的前端，用于徑向加載的小力傳感器(19)安裝在另一個(gè)伺服液壓缸(20)的前端；伺服液壓缸(20)的后部與位移傳感器(17)連接，伺服液壓缸(20)的上方設(shè)有過度塊(27)，過度塊(27)的兩端通過螺紋與兩個(gè)壓力變送器(24)連接，過度塊(27)的上方與伺服閥(16)通過四個(gè)螺栓連接。
【文檔編號(hào)】F15B19/00GK104006034SQ201410255389
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年6月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月10日
【發(fā)明者】張宏, 李巍, 高銘, 熊子奇 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)