專利名稱：350MPa超高壓疲勞試驗系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及液壓疲勞試驗系統,更具體是說是壓力容器和壓力管道350MPa超高壓 疲勞試驗系統。
背景技術：
超高壓容器和管道廣泛應用于石油化工、液壓成型、采礦、新材料加工處理、軍工及其 它特殊場合，而這些超高壓容器或管道在使用過程中往往存在壓力疲勞現象，因此，對超高 壓容器或管道的疲勞強度研究具有重大的意義。
在疲勞試驗研究中，目前主要采用兩種方式其一，用材料疲勞試樣或斷裂力學試樣的 試驗數據來估算疲勞極限；其二，進行結構件或模擬結構件的疲勞試驗。超高壓容器及管道 的疲勞破壞是處在多向應力狀態(tài)下，加上材料的各向異性、壓力介質及工藝等因素的影響， 對其進行研究就更加復雜?？梢姡捎玫诙N方式更能可靠地確定其疲勞極限，準確地研究 其疲勞破壞規(guī)律。因此，國外先后建立了兩種類型的超高壓疲勞試驗裝置，即專用型和通用 型，專用型以試件本身作為增壓器高壓缸體，其結構簡單緊湊，控制方便，易于實現。目前 國外多采用這種形式。但是這種結構形式使試件形狀、尺寸受到限制，適用范圍很窄，工藝 性較差，還存在一個易于損壞的頂部。而通用性裝置雖然可以對各種形狀及一定容積下不同 尺寸的試件進行試驗，適用范圍較廣，但其裝置組成和控制復雜， 一次性投資大。國內從上 世紀70年代開始進行此方面的試驗研究。但是，由于試驗系統的復雜性和控制技術等方面 的困難，國內大多數的液壓疲勞試驗系統局限在32MPa以下，至今尚未獲得的達到350MPa 壓力級的超高壓容器疲勞極限數據
實用新型內容
本實用新型是為避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種以模塊式結構簡化系統 結構、提高系統工作可靠的350MPa超高壓疲勞試驗系統，為超高壓容器或管道的疲勞強度 研究提供保證。
本實用新型解決技術問題所采用的技術方案是
本實用新型350MPa超高壓疲勞試驗系統由液壓系統、超高壓系統和數據采集控制系 統構成。
本實用新型的結構特點是.
液壓系統以主油泵電機組為動力源，由主供油管道、依序串聯設置在主供油管道中的高 壓過濾器、供油單向閥和三位四通換向閥構成兩路交替工作的、為所述超高壓系統提供壓力
源的兩路輸油通道，在交替工作的兩路輸油通道中分別設置各路調速閥；液壓系統中的卸壓
通道由調速閥、三位四通閥、二位三通閥、卸壓通道溢流閥和風冷器構成；
超高壓系統以離心水泵提供增壓器的工作水源，在接入增壓器的供水管路中串聯設置過 濾器，在超高壓出水管路中依序串聯設置超高壓壓力表、安全閥和超高壓接頭；在超高壓系 統中的超高壓卸壓通道中設置可控卸壓閥和二位五通電磁閥；
數據采集控制系統以設置在超高壓出水管路中的超高壓壓力傳感器和設置在液壓油箱 中的熱電偶為信號檢測器件。
與已有技術相比，本實用新型的有益效果體現在
1、 本實用新型通過將液壓系統、超高壓系統和數據采集控制系統進行模塊化設置，使 系統結構得到大大減化。
2、 本實用新型通過設置增壓器，可達到350MPa壓力級的超高壓，實現超高壓疲勞試驗。
3、 本實用新型系統功能完善，單機可實現試驗壓力、疲勞頻率等試驗參數調節(jié)與控制
單元操作。
4、 本實用新型可以選用柱塞式油泵以滿足系統對于最大工作壓力的要求，并且可在試
驗前根據要求的壓力循環(huán)頻率通過變頻器調節(jié)驅動電機的轉速來改變油泵的輸出流量。
5、 本實用新型考慮了以往常用的水冷卻器在環(huán)境溫度降低時易造成冷卻器損壞，采用
了風冷冷卻器，提高系統工作的可靠性。
6、 本實用新型可以通過選用氣動可控卸壓閥進行超高壓卸壓，開啟速度快，有效減小
了超高壓卸壓液流沖擊，閥門使用壽命長，可靠性高。

圖1為本實用新型系統結構示意圖。
圖中標號1液壓油箱、2空氣濾清器、3主油泵電機組、4高壓過濾器、5壓差發(fā)訊器、 6油路壓力表、7油路壓力傳感器、8供油管道溢流閥、9卸壓通道溢流閥、IO供油單向闊、 ll三位四通換向閥、12二位三通換向閥、13調速閥、14卸壓回路壓力表、15增壓器、16 超高壓壓力表、17安全閥、18超高壓壓力傳感器、19可控卸壓閥、20二位五通電磁閥、21 電接點壓力表、22水過濾器、23離心水泵、24水箱空氣濾清器、25水箱、26風冷器、27
熱電偶、28超高壓接頭、29控制柜、3o計算機、i主供油管路、n輸油通道、m超高壓卸
壓通道、IV卸壓通道、V供水管路、VI超高壓出水管路。
以下通過具體實施方式
，結合附圖對本實用新型作進一步描述具體實施方式
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參見圖l，系統設置包括液壓系統、超高壓系統和數據采集控制系統
工作原理是通過液壓系統向超高壓系統中增壓器的低壓缸供應壓力油，由供水管路提供 的低壓水經增壓器增壓，產生超高壓水通過超高壓接頭輸送到超高壓試驗段內，模擬超高壓 系統工作時受到的壓力循環(huán)，檢驗其疲勞壽命與極限是否能夠滿足使用要求。
具體實施中，液壓系統以主油泵電機組3為動力源，由主供油管道I、依序串聯設置在 主供油管道I中的高壓過濾器4、供油單向閥10、三位四通換向閥11構成交替工作的兩路 輸油管路n，為超高壓增壓器低壓缸的往復運動提供壓力源；三位四通換向閥11、 二位三
通換向閥12、卸壓通道溢流閥9、風冷器26至液壓油箱1構成卸壓回路IV，設置卸壓回路 壓力表14。主油泵采用柱塞式油泵，為變量泵，可在試驗前根據疲勞實驗要求的壓力循環(huán) 頻率手動調節(jié)泵的輸出流量；或者也可通過變頻器調節(jié)驅動電機的轉速來改變油泵的輸出流
系統工作時，由柱塞式油泵將系統油箱1中的液壓油加壓后，在經過高壓過濾器4精細 過濾后輸送到系統油路內，系統的工作壓力由設置在柱塞式油泵出口處的供油管道溢流閥8 進行控制，并可通過油路壓力表6和油路壓力傳感器7以及二次儀表同時顯示在工作臺上。 之所以同時選擇油路壓力表6和油路壓力傳感器7同時作為監(jiān)測系統工作壓力的元件，是為 了防止使用過程中，油路壓力傳感器7的零位漂移而造成監(jiān)測不準確，同時使用可保證檢測 結果準確可靠，油路壓力傳感器7可以采用電接點壓力表。
在系統液壓油箱1的側壁安裝液位計以顯示液壓油箱1內的油位，液壓油箱1的頂部安 裝有空氣濾清器2以保證箱內氣壓與大氣壓保持一致。液壓油箱1的側壁中部還安裝有熱電 偶27以監(jiān)測箱內油溫。當油溫過高時，該傳感器向控制系統發(fā)出訊號，啟動箱體側壁上安 裝的風冷器26進行散熱，當油溫降到系統所設定的溫度后，風冷卻器26自動停止，以保 證油溫不超過系統所設定的溫度。系統內使用風冷冷卻器可以有效避免冷卻器因水結凍而損 壞。
在高壓過濾器4上安裝壓差發(fā)訊裝置5，當高壓過濾器4的濾芯堵塞造成進出口壓力差 超出設定值時，壓差發(fā)訊裝置5能夠自動發(fā)訊號，提醒操作者及時更換濾芯，以防止濾芯破 損造成污染雜質進入系統主壓力油管內形成更大的損壞。
所有液壓系統的元件全部集中安裝到油盤上，各控制閥采用集成式安裝。這樣既可以縮 小系統的占地面積，也便于更換和檢修維護。
圖1所示，超高壓系統由水箱25、離心水泵23、水過濾器22、超高壓增壓器15、可 控卸壓閥19、超高壓壓力表16、超高壓壓力傳感器18、安全閥17、 二位五通電磁閥20、 供水管路V、超高壓出水管路VI和超高壓卸壓通道ni組成。通過離心水泵23、水過濾器22、 供水管道V將水箱25中的水輸送至超高壓增壓器15，在供水管道V中設置電接點壓力表
21，來自兩路輸油通道II的液壓油分送在超高壓增壓器15的兩只液壓油端口，推動超高壓 增壓器低壓缸內的大活塞往復運動，大活塞帶動與之連成一體的超高壓缸內的小活塞運動， 從而產生超高壓水，并通過超高壓增壓器15的超高壓出口以及超高壓接頭28送往試件，
在水箱25的頂部安裝有水箱空氣濾清器24，以保證箱內氣壓與大氣壓一致。
超高壓卸壓是以試件為壓力源，由二位五通電磁閥20控制可控卸壓閥19開啟超高壓卸 壓通道III完成可控卸壓。
數據采集控制系統主要有兩個功能，其一是通過計算機30和控制柜29控制系統內所 有部件的運轉和動作，包括主油泵3的啟停、三位四通換向閥11的換向、超壓保護和報警 等功能；其二是試驗數據的采集記錄和曲線顯示，包括時間、壓力、循環(huán)次數、壓力-時間 曲線等。在液壓系統中，以主油泵電機組3采用變量供油方式，可在試驗前根據要求的壓力 循環(huán)頻率通過變頻器調節(jié)驅動電機的轉速來改變輸出流量。系統的工作壓力由供油管道溢流 閥8控制。
具體實施中，數據采集控制系統采用可編程控制器(PLC)為主控制元件，可以減少系 統中電線電纜的接頭數量，增加系統可靠性；同時，通過更改控制程序即可更改其控制功能， 便于系統功能的擴展，增加系統的靈活性。
對于數據采集和記錄部分，系統內共設置四個通道的數據采集口，其中一個通道用于采 集液壓系統工作壓力以及超高壓部分工作壓力， 一個通道用于采集應變傳感器測量的應變信 號，另外兩個通道暫時用于備份，等待以后的擴展。
本系統可實現四種工作狀態(tài)
1、 升壓一次完成，卸壓至O的疲勞試驗工作狀態(tài)；
2、 升壓一次完成，卸壓不為0的疲勞試驗工作狀態(tài)；
3、 多次完成升壓，卸壓至0的疲勞試驗工作狀態(tài)；
4、 多次完成升壓，卸壓不為0的疲勞試驗工作狀態(tài)。
系統技術參數
設計壓力420MPa 連續(xù)最大輸出壓力414MPa 超高壓段壓力循環(huán)幅度0~350MPa 高壓缸直徑22.23mm 低壓缸直徑101.6mm 最大行程114.3mm
理論增壓比(高低壓缸柱塞面積比)1 :20
最大壓力循環(huán)頻率20次/min (可調)
基本工作狀態(tài)四種 超高壓系統介質清潔水
液壓系統介質N46機械油 液壓系統最高工作壓力21 MPa
權利要求1、350MPa超高壓疲勞試驗系統，由液壓系統、超高壓系統和數據采集控制系統構成，其特征是所述液壓系統以主油泵電機組(3)為動力源，由主供油管道(I)、依序串聯設置在主供油管道(I)中的高壓過濾器(4)、供油單向閥(10)和三位四通換向閥(11)構成兩路交替工作的、為所述超高壓系統提供壓力源的兩路輸油通道(II)，在所述交替工作的兩路輸油通道(II)中分別設置各路調速閥(13)；所述液壓系統中的卸壓通道(IV)由所述調速閥(13)、三位四通閥(11)、二位三通閥(12)、卸壓通道溢流閥(9)和風冷器(26)構成；所述超高壓系統以離心水泵(23)提供增壓器(15)的工作水源，在接入增壓器(15)的供水管路(V)中串聯設置過濾器(22)，在超高壓出水管路(VI)中依序串聯設置超高壓壓力表(16)、安全閥(17)和超高壓接頭(28)；在所述超高壓系統中的超高壓卸壓通道(III)中設置可控卸壓閥(19)和二位五通電磁閥(20)；所述數據采集控制系統以設置在超高壓出水管路(VI)中的超高壓壓力傳感器(18)和設置在液壓油箱(1)中的熱電偶(27)為信號檢測器件。
2、 根據權利要求1所述的350MPa超高壓疲勞試驗系統，其特征是在所述主供油管道 (I )中同時油路壓力表(6)和油路壓力傳感器(7)作為系統工作壓力的監(jiān)測元件。
專利摘要350MPa超高壓疲勞試驗系統，由液壓系統、超高壓系統和數據采集控制系統構成，其特征是液壓系統以主油泵電機組為動力源，由主供油管道、依序串聯設置在主供油管道中的高壓過濾器、供油單向閥和三位四通換向閥構成兩路交替工作并為超高壓系統提供壓力源的兩路輸油通道；超高壓系統以離心水泵提供增壓器的工作水源，在超高壓出水管路中依序串聯設置超高壓壓力表、安全閥和超高壓接頭。
文檔編號G01N3/10GK201069424SQ20072004124
公開日2008年6月4日 申請日期2007年8月1日 優(yōu)先權日2007年8月1日
發(fā)明者姚佐權, 鵬 徐, 楊小林, 秦宗川, 陳學東 申請人:合肥通用機械研究院