專利名稱：電液諧振高頻疲勞試驗機(jī)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種疲勞試驗機(jī)及其控制方法。
背景技術(shù)：
電液式疲勞試驗機(jī)具有振動輸出載荷大的特點，結(jié)構(gòu)較大、載荷要求高的零部件一般都采用電液式疲勞試驗機(jī)進(jìn)行疲勞試 驗，但受伺服閥頻寬限制，電液式疲勞試驗機(jī)的工作頻率在2Hz IOOHz之間。美國MTS公司與密西根理工大學(xué)聯(lián)合研發(fā)一種音圈伺服閥控制方案，將電液疲勞試驗系統(tǒng)工作頻率提高到1000Hz，但是由于該閥先導(dǎo)和功率級閥口面積隨系統(tǒng)頻率提聞而大幅裳減，系統(tǒng)振動頻率、振幅及零點存在I禹合干擾，難以實現(xiàn)聞精度控制。中國浙江工業(yè)大學(xué)阮健教授團(tuán)隊采用2D高速轉(zhuǎn)閥控制雙出桿液壓缸技術(shù)，已經(jīng)成功將電液疲勞試驗臺的工作頻率提高到2000Hz，但是該方案也存在系統(tǒng)高頻段工作時，輸出載荷力和振幅嚴(yán)重衰減問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有疲勞試驗機(jī)高頻段工作時輸出載荷力和振幅嚴(yán)重衰減的不足，本發(fā)明提供一種高頻段工作時保持輸出載荷力和振幅、實現(xiàn)諧振疲勞試驗的電液諧振高頻疲勞試驗機(jī)及其控制方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種電液高頻疲勞試驗機(jī)，包括工作臺、設(shè)于工作臺下方的二位三通雙自由度電液控制閥、設(shè)于工作臺下方的單出桿主液壓缸、設(shè)于工作臺上方兩側(cè)有兩個立柱、設(shè)于工作臺上方立柱外側(cè)有兩個升降保持液壓油缸和設(shè)于工作臺上方的橫梁，所述二位三通雙自由度電液控制閥的出油口與單出桿主液壓缸的活塞桿無桿端腔連通，單出桿主液壓缸的活塞桿無桿端安裝用以測量所述單出桿主液壓缸桿腔長度的位移傳感器，所述單出桿主液壓缸的活塞桿端與下夾頭相連，所述兩個升降保持液壓油缸體底部與工作臺相連，所述兩個升降保持液壓油缸活塞桿頂端與橫梁相連，所述橫梁可上下滑動地套裝在立柱上，所述橫梁中間與載荷傳感器相連，所述載荷傳感器下方與上夾頭相連。一種電液高頻疲勞試驗機(jī)實現(xiàn)的控制方法，所述控制方法中，根據(jù)所述位移傳感器所測得所述單出桿主液壓缸無桿腔長度yp(l，通過等式①算出電液疲勞試驗機(jī)固有頻率f0，
r I IktEhA/0 =「J』+」^ ①
Vmt mtyp0式中Kl為負(fù)載等效彈性剛度，N/m ；mt為等效質(zhì)量，kg ；Eh為液壓彈性模量，MPa ；A1為活塞桿無桿腔側(cè)端面積，m2 ；yp0為液壓缸無桿腔初始長度，m ；通過控制二位三通2D閥閥口軸向開度值和閥芯旋轉(zhuǎn)速度，分別實現(xiàn)對電液諧振疲勞試驗機(jī)所述單出桿主液壓缸輸出振動幅值控制和振動頻率控制。通過對所述下夾頭振動波形的測量與頻譜分析，得到振動幅值反饋和振動頻率反饋信號，對所述二位三通2D閥閥口軸向開度值和閥芯旋轉(zhuǎn)速度值修正，使所述下夾頭的振幅和振動頻率達(dá)到既定要求。本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為般的電液伺服疲勞試驗機(jī)是有電液伺服閥控制液壓缸，液壓缸對試件施加作用力，這種控制方式大部分能量損耗在伺服閥和溢流閥的節(jié)流口上，工作效率低、功耗大。諧振電液高頻疲勞試驗機(jī)工作時，試件吸收的能量幾乎完全釋放，高效、能耗小。通過升降保持液壓油缸調(diào)節(jié)單出桿主液壓缸無桿腔的容積，實現(xiàn)改變電液高頻疲勞試驗機(jī)的固有頻率,實現(xiàn)電液高頻疲勞試驗機(jī)全頻段諧振工作。本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在1、提出變諧振頻率的技術(shù)方案，通過舉升液壓缸改變單出桿主液壓缸無桿腔容腔的體積，來改變液壓系統(tǒng)的固有頻率，使系統(tǒng)諧振頻率為可控； 2、將變諧振頻率技術(shù)在電液疲勞試驗系統(tǒng)中進(jìn)行應(yīng)用研究，使系統(tǒng)的固有頻率與試驗頻率保持一致，在諧振點對疲勞試驗進(jìn)行疲勞試驗，利用諧振能量節(jié)約能源，同時通過諧振幅值控制對幅值進(jìn)行控制。


圖I是一種電液高頻疲勞試驗機(jī)基本結(jié)構(gòu)圖。圖2是一種電液高頻疲勞試驗機(jī)變諧振控制原理圖。圖3是一種電液聞頻疲勞試驗機(jī)彳目號流程圖。圖4是下夾頭輸出波形頻譜特性圖。圖5是下夾頭輸出波形相頻特性圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。參照圖I 圖5，一種電液高頻疲勞試驗機(jī)，包括工作臺I、設(shè)于工作臺下方的二位三通雙自由度電液控制閥2 (簡稱2D閥)、設(shè)于工作臺下方的單出桿主液壓缸3、設(shè)于工作臺上方兩側(cè)有兩個立柱5、設(shè)于工作臺上方立柱外側(cè)有兩個升降保持液壓油缸4、設(shè)于工作臺上方的橫梁6，所述單出桿主液壓缸3的活塞桿端與下夾頭10相連，所述兩個升降保持液壓油缸體底部與工作臺I相連，所述兩個升降保持液壓油缸活塞桿頂端與橫梁6相連，所述橫梁6可以沿著立柱上下滑動，所述橫梁6中間與載荷傳感器7相連，所述載荷傳感器7下方與上夾頭8相連，所述上夾頭8與下夾頭10之間為試件9，單出桿主液壓缸3的活塞桿無桿端安裝用以測量所述單出桿主液壓缸3無桿腔長度的位移傳感器。本實施例的電液諧振疲勞試驗機(jī)控制方法中，所述升降保持液壓油缸體底部與工作臺連接，活塞桿頂部與橫梁連接。同步控制升降保持液壓油缸可以實現(xiàn)橫梁沿立柱上升或下降。所述橫梁兩側(cè)與升降保持液壓油缸活塞桿相連，橫梁中間與載荷傳感器相連。橫梁沿著立柱上升或下降，帶動載荷傳感器同步上升或下降。所述載荷傳感器頂部與橫梁相連，底部與上夾頭相連。載荷傳感器的上升或下降，帶動上夾頭同步上升或下降。所述上夾頭頂部與載荷傳感器相連，底部與試件相連。上夾頭的上升或下降，帶動試件同步上升或下降。
所述下夾頭頂部與試件相連，底部與單出桿主液壓缸活塞桿頂部相連。試件的上升或下降，帶動下夾頭同步上升或下降。
單出桿主液壓缸缸體頂部與工作臺相連，無桿腔與二位三通2D閥相連，有桿腔與油源相連，活塞桿頂部與下夾頭相連，活塞桿無桿端裝有位移傳感器。下夾頭的上升或下降，同步帶動活塞桿上升或下降，同時改變單出桿主液壓缸無桿腔容積，達(dá)到改變電液疲勞試驗機(jī)固有頻率的目的。參照圖1，同步控制所述舉升保持液壓缸4上升或下降運動，所述橫梁6沿著立柱5上升或下降運動，所述載荷傳感器7、所述上夾頭8、所述試件9、所述下夾頭10和所述單出桿主液壓缸3活塞桿連同所述橫梁6上升或下降運動，所述位移傳感器11可以測量所述單出桿主液壓缸3無桿腔長度，通過算法得出電液疲勞試驗機(jī)變化后的固有頻率；控制所述二位三通2D閥閥芯旋轉(zhuǎn)運動，實現(xiàn)控制所述單出桿主液壓缸3活塞桿振動頻率發(fā)生變化與電液疲勞試驗機(jī)新的固有頻率相匹配，達(dá)到諧振目的；控制所述二位三通2D閥閥芯軸向運動，實現(xiàn)改變2D閥閥口開度大小，實現(xiàn)控制2D閥閥口流量，實現(xiàn)改變所述單出桿主液壓缸3無桿腔流量大小，實現(xiàn)改變所述單出桿主液壓缸3活塞桿振幅，達(dá)到控制所述試件9振幅的目的。參照圖2，根據(jù)所述位移傳感器11所測得所述單出桿主液壓缸無桿腔長度yp(l，通過等式①算出電液疲勞試驗機(jī)固有頻率&，
權(quán)利要求
1.一種電液高頻疲勞試驗機(jī)，其特征在于所述試驗機(jī)包括工作臺、設(shè)于工作臺下方的二位三通雙自由度電液控制閥、設(shè)于工作臺下方的單出桿主液壓缸、設(shè)于工作臺上方兩側(cè)有兩個立柱、設(shè)于工作臺上方立柱外側(cè)有兩個升降保持液壓油缸和設(shè)于工作臺上方的橫梁，所述二位三通雙自由度電液控制閥的出油口與單出桿主液壓缸的活塞桿無桿端腔連通，單出桿主液壓缸的活塞桿無桿端安裝用以測量所述單出桿主液壓缸桿腔長度的位移傳感器，所述單出桿主液壓缸的活塞桿端與下夾頭相連，所述兩個升降保持液壓油缸體底部與工作臺相連，所述兩個升降保持液壓油缸活塞桿頂端與橫梁相連，所述橫梁可上下滑動地套裝在立柱上，所述橫梁中間與載荷傳感器相連，所述載荷傳感器下方與上夾頭相連。
2.一種如權(quán)利要求I所述的電液高頻疲勞試驗機(jī)實現(xiàn)的控制方法，其特征在于所述控制方法中，根據(jù)所述位移傳感器所測得所述單出桿主液壓缸無桿腔長度yp(1，通過等式①算出電液疲勞試驗機(jī)固有頻率fo， I \Kt EhA, ^ fo = — J— +-① Vmt mtyp0 式中Kl為負(fù)載等效彈性剛度，N/m ；mt為等效質(zhì)量，kg ；Eh為液壓彈性模量，MPa ；A:為活塞桿無桿腔側(cè)端面積，m2 ；yp0為液壓缸無桿腔初始長度，m ； 通過控制二位三通2D閥閥口軸向開度值和閥芯旋轉(zhuǎn)速度，分別實現(xiàn)對電液諧振疲勞試驗機(jī)所述單出桿主液壓缸輸出振動幅值控制和振動頻率控制。通過對所述下夾頭振動波形的測量與頻譜分析，得到振動幅值反饋和振動頻率反饋信號，對所述二位三通2D閥閥口軸向開度值和閥芯旋轉(zhuǎn)速度值修正，使所述下夾頭的振幅和振動頻率達(dá)到既定要求。
全文摘要
一種電液高頻疲勞試驗機(jī)，包括工作臺、二位三通雙自由度電液控制閥、單出桿主液壓缸、設(shè)于工作臺上方兩側(cè)有兩個立柱、設(shè)于工作臺上方立柱外側(cè)有兩個升降保持液壓油缸和設(shè)于工作臺上方的橫梁，二位三通雙自由度電液控制閥的出油口與單出桿主液壓缸的活塞桿無桿端腔連通，單出桿主液壓缸的活塞桿無桿端安裝位移傳感器，單出桿主液壓缸的活塞桿端與下夾頭相連，兩個升降保持液壓油缸體底部與工作臺相連，兩個升降保持液壓油缸活塞桿頂端與橫梁相連，橫梁可上下滑動地套裝在立柱上，橫梁中間與載荷傳感器相連，載荷傳感器下方與上夾頭相連。以及一種試驗機(jī)的控制方法。本發(fā)明高頻段工作時保持輸出載荷力和振幅、實現(xiàn)諧振疲勞試驗。
文檔編號G01M13/00GK102645329SQ20121012244
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月24日
發(fā)明者俞浙青, 李偉榮, 白繼平, 賈文昂, 阮健 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)