一種電液式高頻疲勞試驗機及其設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種疲勞試驗機，特別涉及一種電液式高頻疲勞試驗機及其設(shè)計方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 普通液壓疲勞試驗機通常是將一定壓力和一定流量的液壓油通過伺服閥控制作 動器往復(fù)運動，對試件交變拉、壓加載，而實現(xiàn)疲勞試驗。作動器是一個高精度雙桿雙伸全 對稱的油缸，作動器的前端安裝了負(fù)荷傳感器，檢測加載負(fù)荷力值，作動器的尾端安裝了磁 滯位移傳感器（或外置LVDT位移傳感器），檢測運動的位移（或振幅）；通過測控系統(tǒng)，可 選擇負(fù)荷力或位移（振幅）值控制向試件往復(fù)加載。由于作動器的往復(fù)運動由伺服閥控制， 而伺服閥實現(xiàn)換向則是依靠閥芯左右移動來改變液壓油的流向，但是閥芯有一定質(zhì)量，運 動時有一定的慣性，此外，液壓油有一定的粘滯力，因為這些原因的限制，閥芯左右移動的 頻率不可能太高，因此限制了這種加載技術(shù)，僅能適應(yīng)低周疲勞。低周疲勞試驗頻率〇. 1~ 50Hz之間，而高頻疲勞的試驗頻率在50~300Hz范圍之內(nèi)。
[0003] 為了縮短試驗時間，必須提高試驗的振蕩頻率，也就是所謂高頻疲勞。專利申請?zhí)?為：201310424170.8的發(fā)明專利記載了一種高頻脈沖發(fā)生器及其加載系統(tǒng)，其中的高頻脈 沖發(fā)生器包括靜盤、動盤、主傳動軸、外殼等部件，在所述靜盤和動盤的接觸面上，對應(yīng)地等 距切制有4個弧長與間隔完全相等的弧形槽，所述弧形槽通過本體內(nèi)部的通道相互連通， 且所述動盤和靜盤的外圓柱面上設(shè)有與弧形槽相連通的槽口，所述動盤和靜盤外圓柱面上 開設(shè)的槽口分別與外殼矩形環(huán)槽相連通。該結(jié)構(gòu)通過外殼上的壓力油入口和回油出口與 動盤和靜盤上的弧形槽連通，打入壓力油后，當(dāng)動盤旋轉(zhuǎn)一圈時，作動器實現(xiàn)2個周期的振 蕩。
[0004] 然而該裝置動盤和靜盤上弧形槽的油孔設(shè)計，槽形不易加工，工藝復(fù)雜，且會限制 在動靜盤端面的開槽數(shù)量，不利于實現(xiàn)該高頻發(fā)生器高頻振蕩的需求。另外，動盤和靜盤結(jié) 合面的密封力不可控，密封壓力過大會增加伺服電機的驅(qū)動功率和能耗，過小又起不到好 的密封的效果。
[0005] 另一方面，對于電液式疲勞試驗機的動靜盤上的油孔大小，以及油孔位置的布置， 伺服電機的轉(zhuǎn)速和作動器的選型等目前還沒有系統(tǒng)的設(shè)計計算方法，要達(dá)到較優(yōu)的試驗效 果和試驗效率，有必要對電液式疲勞試驗機的部件設(shè)計方法進(jìn)行研宄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的動盤和靜盤上弧形槽的油孔設(shè)計，槽 形不易加工、工藝復(fù)雜且會限制在動靜盤端面的開槽數(shù)量，不利于實現(xiàn)該高頻發(fā)生器高頻 振蕩的需求，以及動盤和靜盤結(jié)合面的密封力不可控的不足，提供一種電液式高頻疲勞試 驗機，該試驗機的高頻發(fā)生器的結(jié)構(gòu)設(shè)計更合理，利于加工和實現(xiàn)高頻需求，還能對高頻發(fā) 生器內(nèi)的動、靜盤的密封壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，減少對伺服電機的驅(qū)動功率和能耗的損耗。
[0007]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：
[0008] 一種高頻發(fā)生器，包括端面相互接觸的動盤和靜盤，所述動盤和靜盤外設(shè)置有殼 體將其密封包住，所述動盤的接觸端面上鉆鉸有多個圓形的動盤壓力油孔和動盤回油孔， 與動盤接觸的靜盤端面上設(shè)置有靜盤壓力油孔和靜盤回油孔，所述靜盤壓力油孔與動盤壓 力油孔對應(yīng)布置，所述靜盤回油油孔與動盤回油孔對應(yīng)布置，使動盤旋轉(zhuǎn)時，動盤壓力油孔 和動盤回油孔能分別與靜盤壓力油孔和靜盤回油孔連通，在遠(yuǎn)離動盤的靜盤端部設(shè)置有向 該端面打壓力油的通道、且設(shè)置有控制該通道壓力油壓的裝置。
[0009] 該高頻發(fā)生器的動靜盤接觸端面上的壓力油通道采用鉆鉸加工，即先鉆制后鉸 肖IJ，滿足油孔精度要求，工藝簡單且易于加工；由動盤和靜盤上對應(yīng)設(shè)置的壓力油孔和回油 孔，使動盤旋轉(zhuǎn)時動盤上的油孔能分別與靜盤上的壓力油孔和回油孔連通，再通過殼體上 的對應(yīng)通道與作動器的腔室和油箱連通，由油箱通入壓力油后，隨著動盤的旋轉(zhuǎn)，壓力油通 過動盤、靜盤到作動器的循環(huán)，實現(xiàn)作動器的腔室之間的加載，動盤上的壓力油孔與靜盤上 的壓力油孔和回油孔循環(huán)一次，即可完成一次振蕩，動盤連續(xù)旋轉(zhuǎn)振蕩周而復(fù)始，實現(xiàn)高頻 振蕩的需求；而圓孔形的油孔有利于在動靜盤端面布置更多數(shù)量的孔，有利于實現(xiàn)疲勞試 驗機的高頻需求；在靜盤的另一端設(shè)置有向該端面打壓力油的通道、且設(shè)置有控制該通道 壓力油壓的裝置，可以壓緊動靜盤的結(jié)合面，保證動、靜盤端面密封的必要壓力，且通過設(shè) 置的控制壓力油壓的裝置，可調(diào)節(jié)作用于靜盤端面上的壓力油壓力，減少對伺服電機的驅(qū) 動功率和能耗的損耗。
[0010] 作為優(yōu)選，在遠(yuǎn)離靜盤的動盤端面上設(shè)置有與動盤圓柱面同軸的凸臺，在該凸臺 上安裝有推力軸承，所述殼體上留有安裝推力軸承的空間。通過推力軸承的設(shè)置，能將靜盤 端面上受到的壓力油產(chǎn)生的軸向力消除，增加高頻發(fā)生器運行的穩(wěn)定性。
[0011] 作為優(yōu)選，所述動盤壓力油孔數(shù)量為5-10個，所述動盤壓力油孔和靜盤壓力油孔 的大小相同、數(shù)量相等，所述動盤回油孔與動盤壓力油孔的大小相同，所述靜盤回油孔與靜 盤壓力油孔的大小相同，且將兩種油孔間隔均布于盤端面的同一中心圓環(huán)線上。動盤和靜 盤端面上分別設(shè)置的壓力油孔和回油孔，大小相同、數(shù)量相等，在動盤旋轉(zhuǎn)時，保證兩個盤 上的油孔相通，形成油循環(huán)系統(tǒng)；間隔設(shè)置的壓力油孔和回油孔，當(dāng)動盤上的一個油孔旋轉(zhuǎn) 時，分別與靜盤上的相鄰兩個油孔相通后，完成疲勞試驗機的一個周期振蕩，根據(jù)試驗和經(jīng) 驗數(shù)據(jù)，將壓力油孔和回油孔的數(shù)量均設(shè)置為5-10個，有利于降低驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速，同時 滿足軸承的極限轉(zhuǎn)速的要求，更利于提高疲勞試驗機高頻的頻率。
[0012] 作為優(yōu)選，所述殼體包括前端蓋、殼體和后端蓋，所述后端蓋上設(shè)置有與殼體上的 壓力油入孔連通的壓力油通道，并在后端蓋與靜盤接觸的端面上開有該壓力油通道的出
[0013] 作為優(yōu)選，所述靜盤與后端蓋的接觸端端面上設(shè)置有凹形儲油槽，所述凹形儲油 槽設(shè)置在靜盤端面的中心位置，使后端蓋上的壓力油通道出口在凹形儲油槽對應(yīng)的范圍 內(nèi)。在靜盤端面上設(shè)置的凹形儲油槽，與后端蓋上的壓力油通道連通后，利于用壓力油壓緊 靜盤與動盤的接觸面，而凹槽的設(shè)計，減小了壓力油對靜盤施加作用力的面積，為更好地控 制動盤和靜盤結(jié)合面的密封力、平衡驅(qū)動電機功率提供保障。
[0014] 作為優(yōu)選，所述后端蓋上設(shè)置有節(jié)流閥控制該壓力油通道內(nèi)的壓力油壓。節(jié)流閥 與靜盤端面的凹形儲油槽配合，實現(xiàn)動盤與靜盤之間的動密封。
[0015]-種電液式高頻疲勞試驗機，包括高頻發(fā)生器和高頻發(fā)生器加載系統(tǒng)，所述高頻 發(fā)生器加載系統(tǒng)所述高頻發(fā)生器加載系統(tǒng)包括與高頻發(fā)生器連接的伺服電機和兩通電磁 閥，所述兩通電磁閥與作動器連接，該系統(tǒng)還設(shè)有與高頻發(fā)生器連接的比例電磁溢流閥和 油泵，所述油泵由變頻電機控制，所述比例電磁溢流閥和變頻電機都與主控電腦相連，所述 伺服電機和作動器通過連接線路與主控電腦連接，在兩通電磁閥與作動器連接的線路上還 設(shè)置有四通電磁閥，所述四通電磁閥另一端分別與比例電磁溢流閥和油泵相連接。
[0016] 在兩通電磁閥與作動器連接的線路上設(shè)置的四通電磁閥，使加載系統(tǒng)在實驗前關(guān) 閉兩通電磁閥，導(dǎo)通四通電磁閥，就可以自由使作動器上升或下降，保證試件的裝夾和必要 的試驗空間。
[0017]-種電液式高頻疲勞試驗機的使用方法，包括上述的電液式高頻疲勞試驗機，使 用方法包括以下步驟：（1)首先啟動油泵，將油