CN102507171B - 高压水射流设备零部件高效疲劳测试装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压水射设备流零部件高效疲劳测试装置，包括疲劳测试系统、高压泵、阀门组、喷嘴组和阀门控制系统，疲劳测试系统包括中通的第一、二连接块以及设置在期间的测试区，测试区与第一、二连接块连通，测试区上设有m行n列的测试位，测试时，被测零部件放置于测试区位上，占据部分或全部测试位，被测零部件相互之间采用串联或并联的方式连通；本发明还公开了上述装置的测试方法。本发明测试装置和测试方法可模拟实际工况进行测试，适应性强，效率高，能保证相同高压水射流设备零部件的多个样品在同等工况下同时进行测试，避免了每次单个零部件的测试，也可保证不同高压水射流零设备部件在相同工况下进行测试，大大提高了测试效率。

Description

高压水射流设备零部件高效疲劳测试装置及其测试方法

技术领域

本发明涉及高压水射流技术领域，具体涉及一种高压水射流零设备部件高效疲劳测试装置及其测试方法。

背景技术

高压水射流技术是近三十年发展起来的一项新技术。高压水射流技术通过高压泵将普通自来水加压并迫使高压水经一个直径很小的高压水射流喷嘴喷射而出,形成一股高速水射流,其速度可高达1000米/秒。此射流可用来加工各种较软材料或薄的硬质材料。通常情况下，在此射流中加入磨料，使其形成一股高速磨料射流，此磨料射流可用来加工任何材料，包括金刚石。

与传统的机加工技术相比，高压水射流技术出现较晚且发展相对缓慢，其主要原因之一是高压水射流系统中大多数零部件均处于极端恶劣的工作环境中，这主要表现在：1、大多数零部件所受应力极高，一般均在350MPa以上，且该应力为复杂的多轴应力；2、高压水射流系统的动力源一般为三柱塞泵或增压泵，这两种高压泵提供的液体压力都有波动，因此，压力的波动也会作用在每一个零部件上；3、高压水射流系统的工作介质是水，一般来说，水介质对金属都有腐蚀作用。这些极端恶劣的工作环境会导致高压水射流系统零部件工作寿命较短、疲劳破坏严重。短暂的零部件疲劳寿命一方面大大增加了高压水射流系统的维护成本，另一方面则严重阻碍了高压水射流技术的推广应用。因此，有效提高高压水射流系统零部件的抗疲劳性能是高压水射流技术当前急需解决的技术难题。高压水射流系统组成比较复杂，然而，从疲劳破坏角度看，该系统却相对简单，仅需考虑高压水流经的通路。该通路中，水经高压泵加压后，从单向阀进入储能器，并由储能器流经高压管路，最后在阀门控制下经喷嘴喷出，形成高速射流。在此高压通路中，所需用到的高压水射流零部件可分为以下几类：1、高压管件，如高压管、高压泵缸体、储能器；2、高压阀门开关；3、高压接头、如三通或四通等；4、喷嘴。

目前，为了有效提高零部件的抗疲劳性能，人们从零部件的优化设计、高性能材料的选用、零部件的表面强化等入手。但是这些优化及强化技术的优劣缺少一种快速、有效的评价方法，现有技术普遍采用的方法是将待测试的零部件直接接到实际工作系统中进行测试，这种方法的优势在于零部件完全处于实际工况下，测试结果可信度较高，缺点是每次只能进行单个零部件测试，且随着时间的推移，实际测试工况会因高压泄漏或喷嘴磨损而有所改变，导致上一个测试结果与下一个测试结果不具可比性。再者，疲劳测试结果具有较大分散性，需要进行多次测试才能得到可信的结果，每次单个或少数几个零部件测试将使测试时间大大增加。该方法的另一个缺点是需要大量的拆装时间将待测试零部件拆装于实际工作系统，特别是对于安装要求较高的高压水射流系统，拆装零部件需要大量的时间。

发明内容

本发明的第一个目的在于：针对现有技术的不足，本发明提供了一种高压水射流设备零部件高效疲劳测试装置；本发明的第二个目的在于：针对现有技术的不足，本发明提供了一种高压水射流设备零部件高效疲劳测试方法，实现了高压水射流设备零部件在不同工况下的同时疲劳测试，同时实现了不同高压水射流设备零部件的同时疲劳测试。

为了实现上述的第一个目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种高压水射流设备零部件高效疲劳测试装置，包括疲劳测试系统、高压泵、阀门组、喷嘴组和阀门控制系统，所述的疲劳测试系统包括第一连接块和第二连接块，其特征在于：所述的第一连接块和第二连接块之间设有测试区，所述第二连接块与阀门组连通，所述的测试区由m行n列的测试位组成，m为≥1的自然数，n为≥1的自然数，测试时，所述的测试位上设置被测零部件，形成测试零部件组，所述的被测零部件之间以串联或并联的方式连通，

所述的阀门组包括至少两个阀门，每个阀门上设有相应的喷嘴，形成上述的喷嘴组。

工作时，喷嘴的大小决定了测试系统压力的高低。当高压水从小喷嘴喷出时，测试系统压力高，反之，当高压水从大喷嘴喷出时，测试系统压力低。通过对阀门组启闭特性的控制，使高压水交替从不同大小喷嘴喷出，实现测试系统压力高低的交替，再现实际工况进行疲劳测试优选地，第一连接块和第二连接块内设有中通通道，第一连接块的中通通道侧壁上设有若干出水通道，第二连接块的中通通道侧壁上设有若干进水通道，所述的第一连接块的中通通道与高压泵连通，所述第二连接块的中通通道与阀门组连通。

优选地，所述的被测零部件包括高压管件、高压接头、高压缸体、三通或四通，所述的被测零部件以串联或并联的方式连通组成测试零部件组。

优选地，所述的第一连接块的中通通道一端设有进口，所述的高压泵与进口连接，所述的第二连接块的中通通道一端设有出口，第二连接块通过出口与阀门组连接设置。

优选地，所述被测零部件以串联或并联的方式连接在一起，并占据部分或全部的所述测试位，位于所述测试零部件组起始位置的被测零部件与第一连接块的出水通道连接，位于测试零部件组终止位置的被测零部件与第二连接块的进水通道连接，未与被测零部件连通的出水通道和进水通道封闭设置。

优选地，当被测零部件之间采用串联的方式连接时，测试零部件组起始位置的被测零部件为该测试零部件组的第一个被测零部件，测试零部件组的第一个被测零部件与第一连接块的一个出水通道连通，测试零部件组终止位置的被测零部件指测试零部件组的最后一个被测零部件，零部件组的最后一个被测零部件与第二连接块的一个进水通道连通；

当所述的被测零部件之间采用并联的方式连通时，测试零部件组起始位置的被测零部件为测试零部件组的第一行被测试零部件，测试零部件组的第一行被测试零部件与第一连接块对应的出水通道连通，测试零部件组终止位置的被测零部件指测试零部件组的第m行被测零部件，该行被测零部件与第二连接块对应进水通道连通。

优选地，所述的阀门控制系统包括计算机、控制器、压缩空气源和电磁换向阀，所述的计算机上设有用于向控制器发出控制指令、实现对电磁换向阀换向的控制软件，所述的压缩空气源经电磁换向阀进入所述阀门组。阀门控制系统用来控制阀门组的启闭，阀门组的控制可用电磁控制也可用气动控制实现。本发明优选采用气动控制的方式，阀门中设有活塞和阀芯，工作时，单个阀门的启闭由活塞的移动带动阀芯实现。活塞的移动则由活塞两端的气压差值决定，当活塞下端进气上端排气时，活塞上移，阀门打开，反之，阀门关闭。活塞上端通进气或下端通进气则由电磁阀切换，电磁阀的控制由计算机软件发出数字信号，并经控制器将数字信号放大来实现。

计算机上设有控制软件，通过控制软件的操作可灵活改变试验工况，包括改变单周期高低压作用时间、高低压幅值、高低压冲击值，有效提高了高压水射流设备零部件高效疲劳测试装置的自动化程度。

为了实现上述的第二个目的，本发明采用以下的技术方案：

一种高压水射流设备零部件高效疲劳的测试方法，包括以下步骤：

（1）将被测试零部件置于测试区内的测试位上，形成测试零部件组，将被测试零部件相互连通，位于测试零部件组起始位置的被测试零部件与第一连接块出水通道连接，位于测试零部件组终止位置的被测零部件与第二连接块进水通道连接；

（2）将至少两个阀门与第二连接块的中通通道连通，并将相应数量不同开口直径大小喷嘴安装于阀门下方；

（3）用控制软件控制阀门，让不同阀门交替开启，实现所述疲劳测试系统压力交替变化；

（4）开启高压泵，进行高压水射流切割机零部件高效疲劳测试。

优选地，所述的步骤（1）中的被测试零部件以串联或并联的方式组成测试零部件组，占据部分或全部的测试位。

优选地，步骤（2）中的阀门至少为两个，所述的阀门下方分别设置有喷嘴，形成喷嘴组。

此外，所述的第一连接块和第二连接块上设有压力传感器。测试装置可以根据压力传感器的反馈情况实时跟踪系统压力波动状况，使使用人员准确地了解测试装置不同工况下的压力及其压力波动状态，压力传感器测得的电信号由控制器中的数据采集控制卡处理后进入计算机。

本发明的高压水射流设备零部件高效疲劳测试装置的有益效果在于：可以模拟实际工况对高压水射流设备零部件进行测试，适应性强，测试效率高，能同时实现高压水射流系统典型零部件的疲劳测试，能保证相同高压水射流设备零部件的多个样品在同等工况下同时进行测试，避免了每次单个零部件的测试，也可以保证不同高压水射流零部件在相同工况下进行测试，大大提高了测试效率。

附图说明

图1为本发明实施例高压水射流设备零部件高效疲劳测试装置的结构示意图；

图2为本发明实施例高压阀门及喷嘴组合体的剖面结构示意图；

图3为本发明高压水射流设备零部件高效疲劳测试方法的流程示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种高压水射流设备零部件高效疲劳测试装置，包括高压泵1，高压泵1一般为三柱塞泵或增压泵。高压水射流设备零部件高效疲劳测试装置还包括疲劳测试系统、阀门组、喷嘴组和阀门控制系统，疲劳测试系统包括第一连接块2和第二连接块3，第一连接块2和第二连接块3为直通块，内设有中通通道，图中未显示。第一连接块2的中通通道侧壁上设有出水通道21，第二连接块3的中通通道侧壁上设有进水通道31，第一连接块2的中通通道一端设有进口22，高压泵1与进口22连接，第二连接块3的中通通道一端设有出口32，第二连接块3通过出口32与阀门组连接设置。第一连接块2和第二连接块3的中通通道直径较大，与出水通道21和进水通道31相比，中通通道直径远大于出水通道21和进水通道31的直径。因此，进水通道31处水压压力损失较小，可以认为中通通道内的水压相等。

第二连接块3的出口32与阀门组连接，第一连接块2和第二连接块3之间设有测试区15，测试区15设有测试位，测试位成m行n列的矩阵排列，测试时，被测零部件4以串联或并联的方式组成测试零部件组，测试零部件组放置于测试区15上，占据部分或全部测试位，位于测试零部件组起始位置的被测零部件4与第一连接块2的出水通道21连接，位于测试零部件组终止位置的被测零部件4与第二连接块3的进水通道31连接。

当被测零部件4之间采用串联的方式连接时，测试零部件组起始位置的被测零部件指该测试零部件组第一个被测零部件4，测试零部件组终止位置的被测零部件指该测试零部件组最后一个被测零部件4。

当所述的被测零部件4之间采用并联的方式连通时，测试零部件组起始位置的被测零部件4指测试零部件组第一行被测零部件4，测试零部件组终止位置的被测零部件4指测试零部件组第m行零部件。

阀门组包括两个阀门，阀门为启停阀门。启停阀门包括一个高压阀门8和一个低压阀门9。高压阀门8和低压阀门9设置在第二连接块3的出口32连接设置。阀门控制系统包括计算机14、控制器、压缩空气源和电磁阀10，计算机14上设有控制软件，计算机14通过线路与电磁阀10连接，压缩空气源由空压机11引入。控制器包括数据采集板12和功放器13。高压阀门8和低压阀门9通过管路与空压机11连接设置，电磁阀10设置在该管路上，电磁阀10为电磁换向阀，电磁阀10与阀门控制系统连接。第一连接块2和第二连接块3上设有压力传感器7。压力传感器7与阀门控制系统连接设置。

如图2所示，为高压阀门8，包括阀门气缸81、阀门端盖83和阀体85，阀体85内设有活塞82、针阀84和阀座86。针阀84下端设有喷嘴支撑块88，喷嘴支撑块88上设有喷嘴87，形成喷嘴组，活塞82将阀门气缸81分为上下两部分，上部分通过电磁阀10与空压机11相连接，启停阀门下部分与大气连通。启停阀门在工作时，具有一定压力的气体通过空压机进入阀门气缸81上部分，阀门气缸81下部分通往大气，在压差作用下，活塞82和针阀84下移，高压阀门8处于关闭状态。此过程中，如果具有一定压力的气体进入阀门气缸81下部分，阀门气缸81上部分通入大气，则活塞82和针阀84上移，高压阀门8打开。高压阀门8下端的喷嘴86直径较小，由于系统的压力由外载决定，因此，喷嘴直径大小决定了系统的工作压力，低压阀门9下端的喷嘴具有较大直径，高压阀门8下端的喷嘴具有较小直径。

工作时，根据实际各高压水射流设备的零部件需要被测试的工况将被测零部件4组合置于测试区15的测试位上，各个被测零部件4之间采用高压管5进行连接，其中高压管除外。被测零部件4可以为高压管、直通、三通、四通、高压缸体、单向阀的各种组合。被测零部件4与高压管5的分布呈矩阵排列。矩阵中每一行被测零部件4处于相同工况，不同行的被测零部件4则因压力损失而工况稍有不同。因此，测试时，如将不同工艺处理过程处理后的零部件安装于同一行，同一工艺过程的多组被测样件可安装于同一列，则在不改变外界条件下，可同时对所有工艺过程进行多组不同工况疲劳测试。

安装好被测零部件4后，开启高压泵1，水流从高压泵1出来的高压水进入上连接块2，然后同时经多路被测零部件4及高压管5进入下连接块3，通过操作阀门控制系统中计算机14的软件，电磁阀10收到信号进行换向，调整高压阀门8和低压阀门9的开启。高压阀门8下端的喷嘴87直径较小，因此，当高压泵1转速固定时，高压阀门8打开可使测试装置获得较高压力。低压阀门9与高压阀门8具有相同结构，但低压阀门9下端的喷嘴直径较小，当低压阀门9打开而高压阀门8关闭时，测试装置可获得较低压力。因此，通过控制低压阀门9和高压阀门8的启闭，便可灵活阀门控制系统的工作压力。低压阀门9和高压阀门8的启闭由计算机14软件发出控制信号，控制信号经数据采集控制卡12处理并经功放器13将电信号放大后实现对电磁阀10的换向控制。通过对低压阀门9和高压阀门8的控制，可得到多种工况。当低压阀门9打开，高压阀门8关闭时，整个测试装置系统压力保持为一较低值。当低压阀门9关闭高压阀门8打开，则系统压力变为一较高值；当低压阀门9和高压阀门8关闭一短暂时间后，再将低压阀门9打开，则系统压力先为一高压峰值，后转变为一低压值。当低压阀门9和高压阀门8关闭一短暂时间后，打开高压阀门8，则系统压力先为一高压峰值，随后稍有降低，但仍为高压值；反之，将低压阀门9和高压阀门8同时打开一短暂时间后，关闭低压阀门9，则系统压力先为一低谷，后转化为高压值。将低压阀门9和高压阀门8同时打开一短暂时间后，关闭高压阀门8，则系统压力先为一低谷，后稍有升高，但仍为低压值。此外，本装置上可根据需要安装多个启停阀门，从而实现更多压力组合，为疲劳测试提供多种工况。

在上述与附图中所示的本发明实施方案只是例子，而不是企图说明将本发明限于此例。显示与叙述本发明实施方案的目的是为了解释本发明的功能与结构原理。只要不背离这些原理，本发明实施方案可以变化。因此，所有实施方案变体，只要符合专利权利要求精神与在其范围之内，都将包括在本发明之内。

Claims (9)

1.一种高压水射流设备零部件高效疲劳的测试方法，其特征包括以下步骤：

（1）将被测试零部件置于疲劳测试装置的测试区内的测试位上，形成测试零部件组； 

所述疲劳测试装置包括疲劳测试系统、高压泵、阀门组、喷嘴组和阀门控制系统，所述的疲劳测试系统包括第一连接块和第二连接块，所述的第一连接块和第二连接块之间设有测试区，所述第二连接块与阀门组连通；

所述的测试区由m行n列的测试位组成，m为≥1的自然数，n为≥1的自然数，测试时，所述的测试位上设置被测零部件，形成测试零部件组，所述的被测零部件之间以串联或并联的方式连通；

所述的阀门组包括至少两个阀门，每个阀门设有相应的喷嘴，形成上述的喷嘴组；

第一连接块和第二连接块内设有中通通道，第一连接块的中通通道侧壁上设有若干出水通道，第二连接块的中通通道侧壁上设有若干进水通道，所述的第一连接块的中通通道与高压泵连通，所述第二连接块的中通通道与阀门组连通；

将被测试零件相互连通，位于测试零部件组起始位置的被测试零部件与第一连接块出水通道连接，位于被测零部件组终止位置的被测零部件与第二连接块进水通道连接；

（2）将至少两个阀门与第二连接块的中通通道连通，并将相应数量喷嘴安装于阀门下方；

（3）用控制软件控制阀门，让不同阀门交替开启，实现所述疲劳测试系统压力交替变化；

（4）开启高压泵，进行高压水射流切割机典型零部件高效疲劳测试。

2.根据权利要求1所述的高压水射流设备零部件高效疲劳的测试方法，其特征在于：所述的步骤（1）中的被测试零部件以串联或并联的方式组成测试零部件组，占据部分或全部的测试位。

3.用于权利要求1所述的高压水射流设备零部件高效疲劳的测试方法的疲劳测试装置，其特征在于，包括疲劳测试系统、高压泵、阀门组、喷嘴组和阀门控制系统，所述的疲劳测试系统包括第一连接块和第二连接块，其特征在于：所述的第一连接块和第二连接块之间设有测试区，所述第二连接块与阀门组连通，

所述的测试区由m行n列的测试位组成，m为≥1的自然数，n为≥1的自然数，测试时，所述的测试位上设置被测零部件，形成测试零部件组，所述的被测零部件之间以串联或并联的方式连通，

所述的阀门组至少包括高压阀门和低压阀门，每个阀门设有相应的喷嘴，形成上述的喷嘴组，所述的高压阀门的喷嘴直径小于低压阀门的喷嘴直径。

4.根据权利要求3所述的疲劳测试装置，其特征在于：第一连接块和第二连接块内设有中通通道，第一连接块的中通通道侧壁上设有若干出水通道，第二连接块的中通通道侧壁上设有若干进水通道，所述的第一连接块的中通通道与高压泵连通，所述第二连接块的中通通道与阀门组连通。

5.根据权利要求3所述的疲劳测试装置，其特征在于：所述的被测零部件包括高压管件、高压接头、高压缸体、三通或四通，所述的被测零部件以串联或并联的方式连通组成测试零件组。

6.根据权利要求4所述的疲劳测试装置，其特征在于：所述的第一连接块的中通通道一端设有进口，所述的高压泵与进口连接，所述的第二连接块的中通通道一端设有出口，第二连接块通过出口与阀门组连接设置。

7.根据权利要求3所述的疲劳测试装置，其特征在于：所述被测零部件以串联或并联的方式连接在一起，并占据部分或全部的所述测试位，位于所述测试零部件组起始位置的被测零部件与第一连接块的出水通道连接，位于测试零部件组终止位置的被测零部件与第二连接块的进水通道连接，未与被测零部件连通的出水通道和进水通道封闭设置。

8.根据权利要求7所述的疲劳测试装置，其特征在于：当被测零部件之间采用串联的方式连接时，测试零部件组起始位置的被测零部件为该测试零部件组的第一个被测零部件，测试零部件组的第一个被测零部件与第一连接块的一个出水通道连通，测试零部件组终止位置的被测零部件指测试零部件组的最后一个被测零部件，测试零部件组的最后一个被测零部件与第二连接块的一个进水通道连通；

当所述的被测零部件之间采用并联的方式连通时，测试零部件组起始位置的被测零部件为测试零部件组的第一行被测试零部件，测试零部件组的第一行被测试零部件与第一连接块对应的出水通道连通，测试零部件组终止位置的被测零部件指测试零部件组的第m行被测零部件，该行被测零部件与第二连接块对应进水通道连通。

9.根据权利要求3所述的疲劳测试装置，其特征在于：所述的阀门控制系统包括计算机、控制器、压缩空气源和电磁换向阀，所述的计算机上设有用于向控制器发出控制指令、实现对电磁换向阀的换向的控制软件。