CN103278405A

CN103278405A - 一种疲劳测试系统

Info

Publication number: CN103278405A
Application number: CN2013102176598A
Authority: CN
Inventors: 王明娣; 钟康民; 黄颖; 杭小琳; 周刘蕾
Original assignee: Suzhou University
Current assignee: Suzhou University
Priority date: 2013-06-04
Filing date: 2013-06-04
Publication date: 2013-09-04

Abstract

本发明公开了一种疲劳测试系统，包括基于超磁致伸缩微位移驱动器、内回流面积差动液压行程放大器、位移传感器、夹具和数据线，所述基于超磁致伸缩微位移驱动器包括超磁致伸缩棒（GMM棒）、缠绕在所述GMM棒上的线圈和安装在所述GMM棒内部的输出杆，所述内回流面积差动液压行程放大器包括主动活塞、液体介质、输出活塞杆、安装在所述输出活塞杆端部的回流孔，所述基于超磁致伸缩微位移驱动器和所述位移传感器间依次连接有功放器、A/D转换器和计算机。本发明响应时间短，大大缩短了测试时间，提供了测试效率，内回流面积差动液压行程放大器中不需要配以泵和控制元件，大大减少了制造成本，结构简单，便于维修。

Description

一种疲劳测试系统

技术领域

本发明涉及一种测试系统，具体涉及一种疲劳测试系统。

背景技术

经济的快速发展带动了通信行业的飞速前进，产品的外观、使用寿命、价格等一系列因素决定了商品的竞争力。例如:笔记本电脑和手机的内置数据通信线需要重复的折弯，而一根线材通常由数根细线缠绕而成，外层用绝缘皮包裹，数据线受到高频疲劳破坏导致内部单根或多根细线的断裂将对信号传输的可靠性产生严重影响，因此这类数据线需要使用高频疲劳试验机对其进行高频低振幅的疲劳寿命测试，来确保产品的耐折弯能力。数据线常规的耐折弯性能的考核是采用数据线带重物进行90°的折弯次数试验，这种试验方法和装置不能全面反映在高频低振幅应用条件下的疲劳性能，同时与实际应用条件差异较大，试验数据不能对数据线在高频低振幅条件下的长期可靠性工作进行评估。

目前在市场上占有份额比重比较大的疲劳试验机主要有液压伺服式、电磁式和机械式几种类型。其中液压伺服式疲劳试验机是一种较先进的测试装置，但价格高昂，低频工作状态下功率消耗大成本高。电磁式疲劳试验机频率高，主要用于疲劳性能较好的材质的性能测试。机械式疲劳试验机适用于对频率要求不高的疲劳试验，功率小造价低。但以往机械式疲劳试验机，对于试验结束的判定条件繁杂，对于试验终止命令反应慢，且输出荷载范围较小等不足。

近些年来，力士乐推出的Sytronix混合动力系统在折弯疲劳试验机中也得到了应用，其系统是在原有的机型上，对液压部分的设计稍加改动，将原有的泵改为变量泵，并配以比例控制器和变频电动机。法国生产的耐折弯疲劳试验机主要利用伺服电机及时快速响应的特性，来缩短测试时间。国内对耐折弯疲劳测试机也做了一系列的研究，中国航天科技集团研制的导线高频疲劳测试装置通过调节压紧环和垫圈来配置不同类型的直线电机，从而使试验的频率和振动幅度可以随着输入电压和频率的变化而改变。

江苏省张家港一家公司研制的疲劳试验机，结构包括机座，机座上固定有机架，机架包括两个立柱，两个立柱之间设置有一个横杆，横杆上固定有作动器，作动器的下部设置有活动杆，活动杆的下部与杠杆的一端相连接，杠杆的另一端与试验夹具相配合，杠杆的两端之间设置有一个支点，利用杠杆原理，将测试行程有效放大或缩小，从而使疲劳试验机的测试范围较广。此方法研制的疲劳试验机可以调节测试范围，弥补了传统疲劳试验机测试范围较窄的缺点。

长沙理工大学研制的多参数可调式电缆微动疲劳装置主要是通过安装在电机的偏心轮与固定在悬垂线夹下的流动对接轮的相对运动的激动振动完成试验。该研究可以使待测导线在线夹出口处的振幅控制在微米量级，线夹发生微动时，可以对振幅、频率、载荷、角度等参数进行微动调节，弥补了过去只能对线材进行宏观大幅度振动测试的缺点。

南京航空航天大学研发的微型疲劳试验机主要用来模拟导线一端固定一端周期性往复摆动的情况，用于测试导线的摆动疲劳性能。试验机的机械传动装置将电机的转动转变成摆盘绕定轴的往复摆动，使摆盘装置上的定盘和动盘之间的距离在一定范围内可以实现连续调节。同时该装置安装了光电计数器用来记录导线摆动次数，数据采集系统实时监测试验导线的损伤状况。该发明实验装置，结构较简单，加工方便，能同时进行多组试验，实现对试验频率的连续控制。

杭州一家公司研制的疲劳试验机将原本需要人力拉动，人为判断，人为计算的检测模式改变为通过计数控制装置操控并分析位置行程，从而判断装置的测试性能。此研究不仅提高了检测效率，而且测试结果更明确可靠。

北京橡胶工业研究设计院开发的CF-20型线弯曲疲劳试验机,驱动系统采用日本松下公司交流伺服电机, 并采用同步传动带传动,转速控制精度高,运行稳定,噪声小。曲绕导辊转动和上下往复移动部位采用了滚动轴承和直线导轨副,在适宜的润滑条件下运转灵活。同时，每根线砝码下边均有一个接近开关，试验中某根线断裂时,相应接近开关即自动感应，计算机记录每根线疲劳周期,自动保存并计算出这组试验线疲劳周期的平均值。

基于单片机的自动控制系统在疲劳试验机中也得到了应用，长春一家公司研制的疲劳试验机主要分为机械和测控两大部分，测控部分主要是在弯曲部分安装电阻应变传感器将弯矩信号转变为电信号,然后经放大器放大后送入A/D转换器,转换为数字信号后提供给单片机。单片机则将测得数据与已输入的数据进行比较,根据比较结果通过D/A转换器,控制变频器调节电机的转速,改变相应的参数。以单片机为控制核心构成了一个典型的带反馈的闭环测控系统,使整个调节过程实现了自动控制,满足了对弯折疲劳测试的要求。

根据目前的研究现状，结构简单、测试时间短、位移控制精确成为衡量数据线耐折弯疲劳试验机的重要指标。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种疲劳测试系统，用超磁致伸缩材料制作，具有高的能量利用率、低泄漏和无噪声，在疲劳测试装置的计算机系统中能随时感知并控制系统的输出位移，同时采用内回流行程放大器来满足大位移的测试需求。

样处理厂的告知系统为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种疲劳测试系统，包括基于超磁致伸缩微位移驱动器、内回流面积差动液压行程放大器、位移传感器、夹具和数据线，所述基于超磁致伸缩微位移驱动器包括GMM棒、缠绕在所述GMM棒上的线圈和安装在所述GMM棒内部的输出杆，所述内回流面积差动液压行程放大器包括主动活塞、液体介质、输出活塞杆、安装在所述输出活塞的回流孔，所述内回流面积差动液压行程放大器内壁安装有复位弹簧，所述输出杆与所述主动活塞连接，所述输出活塞杆末端安装有所述位移传感器，所述数据线通过所述夹具与所述输出活塞杆连接，所述基于超磁致伸缩微位移驱动器和所述位移传感器间依次连接有功放器、A/D转换器和计算机。

进一步的，所述输出活塞杆的大端与所述内回流面积差动液压行程放大器的缸体内壁间无密封要求。

进一步的，所述输出活塞杆末端还安装有计数器。

对于本发明，通过分析GMM工作特性,若选用一定规格的GMM棒，如选取GMM棒直径为11.8mm，长度为50mm，则当给基于超磁致伸缩微位移驱动器加载150N的预压力, 线圈通以1.6A的电流时, 基于超磁致伸缩微位移驱动器具有最理想的线性位移输出, 且输出位移范围可达40 um 以上。此时取输出位移为200um，则基于超磁致伸缩微位移驱动器的输出杆的速度可根据公式（1）计算，内回流面积差动液压行程放大器的输出活塞速度计算如公式（2-4）：

(1)

(2)

，

(3)

(4)

则

，若取D ₂=400mm,D ₁=50mm，则

,

，147.2m/s。本设计的计算方法是在理想状态下进行的，由于疲劳试验机的静压传动环节是一个液压柔性系统，输出活塞杆的速度在实际测试中会比理论计算值小。因此依据本设计测试数据线一次折弯的理论时间约为0.16ms，实际所需要的时间也在毫秒的数量级上。假定一次折弯时间为1ms，如果疲劳试验10⁷次，总共需要大约2.8小时可完成一次疲劳试验，而传统的机械疲劳试验机频率在100-200次/分钟，完成一次疲劳试验一般需要80多小时，大约3.5天。由此可见，与传统的耐折弯疲劳试验机相比，测试时间大大减少，测试效率在很大程度上也得到了很大提高。

由于上述技术方案的应用，本发明的有益效果是：

1、本发明基于GMM驱动的测试系统，响应时间短，同时内回流面积差动液压行程放大器也起到增速作用，因此大大缩短了测试时间，提供了测试效率；

2、本发明中的内回流面积差动液压行程放大器不需要配以泵和控制元件，大大减少了制造成本，结构简单，便于维修；

3、电磁场转换因其无机械部分、无噪声、无污染、体积小、控制灵活等独特优越性，是一种真正绿色的技术。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的基于超磁致伸缩微位移驱动器的静态输出特性图。

图中标号说明：

1、基于超磁致伸缩微位移驱动器，2、内回流面积差动液压行程放大器，3、位移传感器，4、夹具，5、数据线，6、功放器，7、A/D转换器，8、计算机，9、线圈，10、GMM棒，11、输出杆，12、主动活塞，13、液体介质，14、回流孔，15、复位弹簧，16、输出活塞杆。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

参见图1所示，一种疲劳测试系统，包括基于超磁致伸缩微位移驱动器1、内回流面积差动液压行程放大器2、位移传感器3、夹具4和数据线5，所述基于超磁致伸缩微位移驱动器1包括GMM棒10、缠绕在所述GMM棒10上的线圈9和安装在所述GMM棒10内部的输出杆11，所述内回流面积差动液压行程放大器2包括主动活塞12、液体介质13、输出活塞杆16、安装在所述输出活塞杆16的回流孔14，所述内回流面积差动液压行程放大器2内壁安装有复位弹簧15，所述输出杆11与所述主动活塞12连接，所述输出活塞杆16末端安装有所述位移传感器3，所述数据线5通过所述夹具4与所述输出活塞杆16连接，所述基于超磁致伸缩微位移驱动器1和所述位移传感器3间依次连接有功放器6、A/D转换器7和计算机8。

进一步的，所述输出活塞杆16的大端与所述内回流面积差动液压行程放大器2的缸体内壁间无密封要求。

进一步的，所述输出活塞杆16末端还安装有计数器。

所述基于超磁致伸缩微位移驱动器1的工作原理为：

所述GMM棒10被所述线圈9缠绕，当线圈中电流升高时，所述GMM棒10的长度会发生变化，然后转化为所述输出杆11的直线运动；当线圈中电流降低，所述GMM棒10的长度变短，所述输出杆11再反向运动。

参见图2所示，可以看出，在相同的输入电流作用下，不同的预压力可以产生不同的位移。但实验结果表明所述基于超磁致伸缩微位移驱动器1电流－位移曲线都有线性较好的区域，在实际应用时加上合适的偏置磁场可以使所述基于超磁致伸缩微位移驱动器1在此线性区域工作。

本发明的工作原理为：

当给所述线圈9通有电流时, 由电磁感应原理将产生驱动磁场,从而驱动所述GMM棒10至伸长,通过所述输出杆11连接所述主动活塞12产生正向位移，此时液体在液压缸内流动，由内回流面积差动原理，使所述输出活塞杆16的输出位移增大，从而将所述基于超磁致伸缩微位移驱动器1产生的小位移放大，使所述数据线5产生折弯；反之，所述复位弹簧15将推动所述输出活塞杆16反向运动，从而使所述数据线5恢复至最初状态。

以上所述仅为发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1. 一种疲劳测试系统，其特征在于：包括基于超磁致伸缩微位移驱动器（1）、内回流面积差动液压行程放大器（2）、位移传感器（3）、夹具（4）和数据线（5），所述基于超磁致伸缩微位移驱动器（1）包括GMM棒（10）、缠绕在所述GMM棒（10）上的线圈（9）和安装在所述GMM棒（10）内部的输出杆（11），所述内回流面积差动液压行程放大器（2）包括主动活塞（12）、液体介质（13）、输出活塞杆（16）、安装在所述输出活塞杆（16）的回流孔（14），所述内回流面积差动液压行程放大器（2）内壁安装有复位弹簧（15），所述输出杆（11）与所述主动活塞（12）连接，所述输出活塞杆（16）末端安装有所述位移传感器（3），所述数据线（5）通过所述夹具（4）与所述输出活塞杆（16）连接，所述基于超磁致伸缩微位移驱动器（1）和所述位移传感器（3）间依次连接有功放器（6）、A/D转换器（7）和计算机（8）。

2.根据权利要求1所述的疲劳测试系统，其特征在于：所述输出活塞（16）大端与所述内回流面积差动液压行程放大器（2）的缸体内壁之间无密封要求。

3.根据权利要求1所述的疲劳测试系统，其特征在于：所述输出活塞杆（16）末端还安装有计数器。