CN103542992B - 一种大型疲劳加载多功能液压综合试验台 - Google Patents

Abstract

本发明公开的大型疲劳加载多功能液压综合试验台，主要由两个六自由度电液振动台组成的台阵、六自由度电液加载台、双自由度加载伺服油缸、反力墙、控制系统、动力系统、冷却系统等构成。两个六自由度电液振动台可以根据试件的长度而使用一个电液振动台或并联使用两个电液振动台，位于台阵上方的六自由度电液加载台可以对试件进行六个方向的动态加载，分别位于左、右反力墙上的两个双自由度加载伺服油缸，可对试件进行单向的动态加载试验。本发明综合了六自由度电液振动台台阵、六自由度电液加载台、双自由度加载伺服油缸的功能，解决了目前大型疲劳加载试验台功能相对单一的问题，控制精度高、适用范围广。

Description

一种大型疲劳加载多功能液压综合试验台

技术领域

本发明涉及一种大型疲劳加载多功能液压综合试验台，尤其适用于大型工程机械和矿山机械的疲劳试验、动态加载试验、运动模拟试验，还可用于各种机电设备、家庭用具的人体反应试验，以及桥梁、隧道、高边坡、高压输电塔和空间结构等的抗震试验研究。

背景技术

大型液压综合试验台在工程应用和科学研究中都有着广泛的需求，是疲劳加载试验、振动及抗震研究、大型空间结构开发、复杂运动模拟等领域中不可缺少的重要设备。目前，大型液压综合试验台的研究已经向大型化、高精度的方向发展。由于大型液压综合试验台的成本高昂，所以现存的功能相对单一、适用范围较窄的设计方案已不能很好地满足实际需求。

发明内容

技术问题：本发明的目的是克服已有技术中的不足，提供一种多功能、高精度的大型疲劳加载多功能液压综合试验台。

技术方案：本发明的大型疲劳加载多功能液压综合试验台，包括由左反力墙、上反力墙、前反力墙、右反力墙和下反力墙围成的空间；空间内设有A六自由度电液振动台和B六自由度电液振动台，A六自由度电液振动台的上部设有六自由度电液加载台；所述的下反力墙上对称设有两列支撑A六自由度电液振动台和B六自由度电液振动台的单铰座固定孔；所述左反力墙的下部设有一列固定A六自由度电液振动台和B六自由度电液振动台的双铰座固定孔，双铰座固定孔的上方设有一列加载铰座固定孔；所述的前反力墙上设有固定A六自由度电液振动台的前双铰座固定孔；B六自由度电液振动台的后部设有与其铰接相连的后反力墙；所述上反力墙的顶部设有呈三角形分布的固定六自由度电液加载台顶双铰座固定孔。

所述的A六自由度电液振动台包括A平台、A横向伺服油缸、A横向双铰座、A横向单铰座、A竖直伺服油缸、A下单铰座、A台向双铰座、A纵向伺服油缸、A纵向单铰座和A上单铰座；其中A平台的前侧面连接有两个A横向单铰座，相邻的一个侧面连接有两个A纵向单铰座，A平台的下面连接着四个A上单铰座；两个A横向单铰座通过球铰分别连接两个A横向伺服油缸的缸杆，两个A横向伺服油缸的缸筒通过球铰连接到A横向双铰座上；两个A纵向单铰座通过球铰分别连接两个A纵向伺服油缸的缸杆，两个A纵向伺服油缸的缸筒则通过球铰连接到A台向双铰座上；四个A上单铰座分别通过球铰连接在四个A竖直伺服油缸的缸杆上，四个A竖直伺服油缸的缸筒分别通过球铰连接到四个A下单铰座上。

所述的六自由度电液振动B台包括B平台、B横向伺服油缸、B横向双铰座、B上单铰座、B竖直伺服油缸、B下单铰座、B拉杆单铰座、B反力伺服油缸、B反力单铰座、B三铰座框架、B拉杆和B侧边单铰座；其中B平台的侧面连接有两个B侧边单铰座，后侧面连接有一个B侧边单铰座，B平台的底部连接有四个B上单铰座；两个B侧边单铰座通过球铰分别连接两个B横向伺服油缸的缸杆，两个B横向伺服油缸的缸筒则通过球铰连接到B横向双铰座上；后侧面上的一个B侧边单铰座铰接B拉杆的一端，B拉杆的另一端铰接在B三铰座框架的一个单铰座上，B三铰座框架的第二个单铰座通过球铰连接B反力单铰座，B三铰座框架的第三个单铰座通过球铰连接在B反力伺服油缸的缸杆上，B反力伺服油缸的缸筒通过球铰连接在B拉杆单铰座上。

所述的六自由度电液加载台包括加载盘、加载盘双铰座、加载台伺服油缸和基部双铰座，其中加载盘上均布有三个加载盘双铰座，每个加载盘双铰座上通过球铰连接两个加载台伺服油缸的缸杆，两个加载台伺服油缸的缸筒连接在同一个基部双铰座上。

所述的双自由度加载伺服油缸包括加载头、加载伺服油缸和加载单铰座，其中加载头通过球铰连接加载伺服油缸的缸杆，加载伺服油缸的缸筒通过球铰连接到加载单铰座上。

有益效果：本发明主要由两个六自由度电液振动台构成的台阵、一个六自由度电液加载台、两个双自由度加载伺服油缸、六个方向的反力墙，以及控制系统、动力系统、冷却系统等构成。由于下反力墙上设置有两列单铰座固定孔，安装在单铰座固定孔内的B六自由度电液振动台的B下单铰座就可以在下反力墙的不同位置安装，而由于左反力墙上设置有一列双铰座固定孔，安装在双铰座固定孔内的B六自由度电液振动台的B横向双铰座可以在左反力墙上的不同位置安装。可以灵活选择B六自由度电液振动台的安装位置，以使试件足以放置在A六自由度电液振动台和B六自由度电液振动台组成的台阵上，用台阵做试验，而当试件的长度不长于A六自由度电液振动台的台面长度时，可以单独使用A六自由度电液振动台进行试验，能够适应不同大小、长短的试件。六自由度电液加载台的三个基部双铰座固定在上反力墙上，位于台阵的上方，可以对台阵或A六自由度电液振动台上的试件进行六自由度动态加载。两个双自由度加载伺服油缸的加载单铰座分别安装在左反力墙和右反力墙的加载铰座固定孔内。由于左反力墙和右反力墙上各有一列加载铰座固定孔，安装在加载铰座固定孔内的双自由度加载伺服油缸的安装位置也可调，利于对台阵或A六自由度电液振动台上的试件不同位置进行加载。通过控制系统可完成状态监测、收发指令、逻辑判断、模式检查等任务；伺服控制单元包括总线数字控制器、数据采集板、数字I/O接口板、信号调理器和供电电源等组成，实现三轴向六自由度振动台的伺服控制，可以实现六个方向的自由度（X、Y和Z向平动，以及绕三平动方向的转动），完成六个自由度的疲劳试验；通过六自由度电液加载台，可以对试件进行六个自由度的动态加载，动态模拟被试件所受的力，并可根据被试件的不同位置调节加载盘的位置，从而可以对被试件进行垂直方向的全方位加载，或者实现六自由度的运动模拟；通过水平方向的双自由度加载伺服油缸，可以实现试件水平方向的动态加载，并由于多出的一个自由度而具有可调节功能。该液压综合试验台可以实现六自由度的疲劳试验、垂直方向的六自由度的动态加载试验、水平方向单自由度的动态加载试验中的一个或多个试验功能，可实现单点试验、多点单向试验、多点多向试验。本发明综合了六自由度电液振动台及其台阵、六自由度电液加载台、单自由度加载伺服油缸的功能，可以适应不同长短的试件、不同功能的试验要求，解决了目前大型疲劳加载试验台功能相对单一的问题，控制精度高、载荷大、适用范围广。

附图说明

图1为本发明的三维结构示意图；

图2为本发明用于大型试件试验的俯视结构示意图；

图3为本发明用于大型试件试验的主视结构示意图；

图4为本发明用于小型试件试验的主视结构示意图；

图5为本发明的A六自由度电液振动台的三维结构视图；

图6为本发明的B六自由度电液振动台的三维结构视图；

图7为本发明的六自由度电液加载台的三维结构视图；

图8为本发明的双自由度加载伺服油缸的三维视图。

图中：1—左反力墙，2—B六自由度电液振动台，3—六自由度电液加载台，4—A六自由度电液振动台，5—单自由度加载伺服油缸，6—大型试件，7—后反力墙，8—小型试件，9—单铰座固定孔，10—双铰座固定孔，11—上反力墙，12—前反力墙，13—右反力墙，14—下反力墙，15—加载铰座固定孔，2-1—B平台，2-2—B横向伺服油缸，2-3—B横向双铰座，2-4—B上单铰座，2-5—B竖直伺服油缸，2-6—B下单铰座，2-7—B拉杆单铰座，2-8—B反力伺服油缸，2-9—B反力单铰座，2-10—B三铰座框架，2-11—B拉杆，2-12—B侧边单铰座，3-1—加载盘，3-2—加载盘双铰座，3-3—加载台伺服油缸，3-4—基部双铰座，4-1—A平台，4-2—A横向伺服油缸，4-3—A横向双铰座，4-4—A横向单铰座，4-5—A竖直伺服油缸，4-6—A下单铰座，4-7—A台向双铰座，4-8—A纵向伺服油缸，4-9—A纵向单铰座，4-9—A上单铰座，5-1—加载头，5-2—加载伺服油缸，5-3—加载单铰座。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步的描述：

如图1所示，本发明的大型疲劳加载多功能液压综合试验台，主要由A六自由度电液振动台4和B六自由度电液振动台2组成的电液振动台台阵、一个六自由度电液加载台2、两个双自由度加载伺服油缸5、六个方向的反力墙构成。所述的六个方向的反力墙包括左反力墙1、右反力墙13、上反力墙11、下反力墙14、前反力墙12和后反力墙7，后反力墙7为未封闭的半封闭空间，通过左反力墙1、上反力墙11、前反力墙12、右反力墙13和下反力墙14围成一个空间，空间内设有A六自由度电液振动台4和B六自由度电液振动台2，A六自由度电液振动台4的上部设有六自由度电液加载台3；所述的下反力墙14上对称设有两列支撑A六自由度电液振动台4和B六自由度电液振动台2的单铰座固定孔9，两列单铰座固定孔9之间距离等于A六自由度电液振动台4的两个相邻的A下单铰座4-6之间的距离，同一列单铰座固定孔9中相邻两个的间隔等于六自由度振动台A台4的两个相邻的A下单铰座4-6之间距离的一半；所述左反力墙1的下部设有一列固定A六自由度电液振动台4和B六自由度电液振动台2的双铰座固定孔10，相邻双铰座固定孔10的间隔等于A六自由度电液振动台4的两个相邻的A下单铰座4-6之间距离的一半，在左反力墙1和右反力墙13上、双铰座固定孔10的位置线上方，水平设置有一列加载铰座固定孔15，相邻加载铰座固定孔15的间隔等于A六自由度电液振动台4的A平台4-1长度的四分之一。所述的前反力墙12上设有固定A六自由度电液振动台4的前双铰座固定孔；B六自由度电液振动台2的后部设有与其铰接相连的后反力墙7；所述上反力墙11的顶部设有呈三角形分布的固定六自由度电液加载台3顶双铰座固定孔。

所述的台阵包括A六自由度电液振动台4和B六自由度电液振动台2，A六自由度电液振动台4和B六自由度电液振动台2沿着位于下反力墙14上的两列单铰座固定孔9从前向后依次排列，A六自由度电液振动台4和B六自由度电液振动台2的A下单铰座4-6和B下单铰座2-6全部安装在两列单铰座固定孔9内，A六自由度电液振动台4的A台向双铰座4-7固定在前反力墙12上，A横向双铰座4-3固定在左反力墙1的双铰座固定孔10内，B六自由度电液振动台2的B横向双铰座2-3也安装在左反力墙1的双铰座固定孔10内，B六自由度电液振动台2的B台油缸单铰座2-7固定在下反力墙14上，B反力单铰座2-9固定在后反力墙7上。

如图5所示，所述的A六自由度电液振动台4包括A平台4-1、A横向伺服油缸4-2、A横向双铰座4-3、A横向单铰座4-4、A竖直伺服油缸4-5、A下单铰座4-6、A台向双铰座4-7、A纵向伺服油缸4-8、A纵向单铰座4-9和A上单铰座4-10；其中A平台4-1的一个侧面连接了两个A横向单铰座4-4，另一个相邻侧面连接了两个A纵向单铰座4-9，A平台4-1的下面连接着四个A上单铰座4-10；两个A横向单铰座4-4通过球铰分别连接着两个A横向伺服油缸4-2的缸杆，两个A横向伺服油缸4-2的缸筒则通过球铰都连接到A横向双铰座4-3上；两个A纵向单铰座4-9通过球铰分别连接着两个A纵向伺服油缸4-8的缸杆，两个A纵向伺服油缸4-8的缸筒则通过球铰都连接到A台向双铰座4-7上；四个A上单铰座4-10分别通过球铰连接到四个A竖直伺服油缸4-5的缸杆上，四个A竖直伺服油缸4-5的缸筒分别通过球铰连接到四个A下单铰座4-6上。

如图6所示，所述的六自由度电液振动B台2包括B平台2-1、B横向伺服油缸2-2、B横向双铰座2-3、B上单铰座2-4、B竖直伺服油缸2-5、B下单铰座2-6、B拉杆单铰座2-7、B反力伺服油缸2-8、B反力单铰座2-9、B三铰座框架2-10、B拉杆2-11和B侧边单铰座2-12；其中B平台2-1的一个侧面连接了两个B侧边单铰座2-12，另一个相邻侧边连接了一个B侧边单铰座2-12，B平台下边连接了四个B上单铰座2-4；两个B侧边单铰座2-12通过球铰分别连接到两个B横向伺服油缸2-2的缸杆，两个B横向伺服油缸2-2的缸筒则通过球铰都连接到B横向双铰座2-3上；另一个侧边上的一个B侧边单铰座2-12铰接到B拉杆2-11的一段，B拉杆2-11的另一端通铰接到B三铰座框架2-10的一个单铰座上；B三铰座框架2-10是一个整体呈三角形的钢结构框架，三个顶点处加工成平面，分别固连有三个单铰座，第二个单铰通过球铰连接到B反力单铰座2-9上，第三个单铰座通过球铰连接到B反力伺服油缸2-8的缸杆上，B反力伺服油缸2-8的缸筒通过球铰连接到B拉杆单铰座2-7上。

如图7所示，所述的六自由度电液加载台3包括加载盘3-1、加载盘双铰座3-2、加载台伺服油缸3-3和基部双铰座3-4，其中加载盘3-1的一个表面上沿着外缘均布三个加载盘双铰座3-2，每个加载盘双铰座3-2上通过球铰连接两个加载台伺服油缸3-3的缸杆，每两个加载盘双铰座3-3上的四个铰座中靠近的两个之上连接的两个加载台伺服油缸3-3的缸筒连接到同一个基部双铰座3-4上；六自由度电液加载台3的三个基部双铰座3-4固定在上反力墙11上，使六自由度电液加载台3位于台阵的上方。

如图8所示，所述的双自由度加载伺服油缸5包括加载头5-1、加载伺服油缸5-2和加载单铰座5-3，其中加载头5-1上通过球铰连接加载伺服油缸5-2的缸杆，加载伺服油缸5-2的缸筒通过球铰连接到加载单铰座5-3上。两个双自由度加载伺服油缸5的加载单铰座5-3分别安装在左反力墙1和右反力墙13的加载铰座固定孔10内。

实施例一：

如图2和图3所示，当所测试件为长度大于A六自由度电液振动台4的台面长度的大型试件6时，由A六自由度电液振动台4和B六自由度电液振动台2组成台阵进行试验。首先根据大型试件6的长度，确定B六自由度电液振动台2的大致位置，结合单铰座固定孔9的分布，将B六自由度电液振动台2的四个B下单铰座2-6安装到对应的单铰座固定孔9内，将B横向双铰座2-3安装到相应的双铰座固定孔10内，选择适当长度的B拉杆2-11连接到B三铰座框架2-10和B侧边单铰座2-12中间。

台阵组装好后，将大型试件6固定在台阵上面；通过控制六自由度电液加载台3的加载台伺服油缸3-3的伸缩，调整加载盘3-1的位置和姿态，使加载盘3-1接触大型试件6需要加载的位置；两个双自由度加载伺服油缸5的加载单铰座5-3根据大型试件6需要加载的位置，安装在相应的加载铰座固定孔15内，加载头5-1调整到大型试件6需要加载的位置。

根据试验的实际需要，通过控制系统对六自由度电液振动台台阵、六自由度电液加载台3、双自由度加载伺服油缸5中的一个或多个进行控制，以完成六自由度疲劳试验、垂直方向六自由度动态加载试验、水平方向单自由度动态加载试验中的一个或多个试验功能。

实施例二：

如图4所示，当所测试件为长度小于A六自由度电液振动台4的台面长度的小型试件8时，只需要A六自由度电液振动台4进行试验。

首先将小型试件8固定在大于A六自由度电液振动台4的A平台4-1上面；通过控制六自由度电液加载台3的加载台伺服油缸3-3的伸缩，调整加载盘3-1的位置和姿态，使加载盘3-1接触小型试件8需要加载的位置；两个双自由度加载伺服油缸5的加载单铰座5-3根据小型试件8需要加载的位置，安装在相应的加载铰座固定孔15内，加载头5-1调整到小型试件8需要加载的地方。

根据试验的实际需要，通过控制系统对A六自由度电液振动台4、六自由度电液加载台3、双自由度加载伺服油缸5中的一个或多个进行控制，以完成六自由度疲劳试验、垂直方向六自由度动态加载试验、水平方向单自由度动态加载试验中的一个或多个试验功能。

Claims (4)

1.一种大型疲劳加载多功能液压综合试验台，包括由左反力墙（1）、上反力墙（11）、前反力墙（12）、右反力墙（13）和下反力墙（14）围成的空间；其特征在于：所述的空间内设有由A六自由度电液振动台（4）和B六自由度电液振动台（2）组成的放置大型试件（6）的电液振动台台阵，所述的A六自由度电液振动台（4）的上部设有给大型试件（6）加载的六自由度电液加载台（3），所述左反力墙（1）和右反力墙（13）上对称设有与大型试件（6）两侧相连的双自由度加载伺服油缸（5）；所述的下反力墙（14）上对称设有两列支撑A六自由度电液振动台（4）和B六自由度电液振动台（2）的单铰座固定孔（9）；所述左反力墙（1）的下部设有一列固定A六自由度电液振动台（4）和B六自由度电液振动台（2）的双铰座固定孔（10），双铰座固定孔（10）的上方设有一列加载铰座固定孔（15）；所述的前反力墙（12）上设有固定A六自由度电液振动台（4）的前双铰座固定孔；B六自由度电液振动台（2）的后部设有与其铰接相连的后反力墙（7）；所述上反力墙（11）的顶部设有呈三角形分布的固定六自由度电液加载台（3）顶双铰座固定孔；

所述的A六自由度电液振动台（4）包括A平台（4-1）、A横向伺服油缸（4-2）、A横向双铰座（4-3）、A横向单铰座（4-4）、A竖直伺服油缸（4-5）、A下单铰座（4-6）、A台向双铰座（4-7）、A纵向伺服油缸（4-8）、A纵向单铰座（4-9）和A上单铰座（4-10）；其中A平台（4-1）的前侧面连接有两个A横向单铰座（4-4），相邻的一个侧面连接有两个A纵向单铰座（4-9），A平台（4-1）的下面连接着四个A上单铰座（4-10）；两个A横向单铰座（4-4）通过球铰分别连接两个A横向伺服油缸（4-2）的缸杆，两个A横向伺服油缸（4-2）的缸筒通过球铰连接到A横向双铰座（4-3）上；两个A纵向单铰座（4-9）通过球铰分别连接两个A纵向伺服油缸（4-8）的缸杆，两个A纵向伺服油缸（4-8）的缸筒则通过球铰连接到A台向双铰座（4-7）上；四个A上单铰座（4-10）分别通过球铰连接在四个A竖直伺服油缸（4-5）的缸杆上，四个A竖直伺服油缸（4-5）的缸筒分别通过球铰连接到四个A下单铰座（4-6）上。

2.根据权利要求1所述的大型疲劳加载多功能液压综合试验台，其特征在于：所述的六自由度电液振动B台（2）包括B平台（2-1）、B横向伺服油缸（2-2）、B横向双铰座（2-3）、B上单铰座（2-4）、B竖直伺服油缸（2-5）、B下单铰座（2-6）、B拉杆单铰座（2-7）、B反力伺服油缸（2-8）、B反力单铰座（2-9）、B三铰座框架（2-10）、B拉杆（2-11）和B侧边单铰座（2-12）；其中B平台（2-1）的侧面连接有两个B侧边单铰座（2-12），后侧面连接有一个B侧边单铰座（2-12），B平台（2-1）的底部连接有四个B上单铰座（2-4）；两个B侧边单铰座（2-12）通过球铰分别连接两个B横向伺服油缸（2-2）的缸杆，两个B横向伺服油缸（2-2）的缸筒则通过球铰连接到B横向双铰座（2-3）上；后侧面上的一个B侧边单铰座（2-12）铰接B拉杆（2-11）的一端，B拉杆（2-11）的另一端铰接在B三铰座框架（2-10）的一个单铰座上，B三铰座框架（2-10）的第二个单铰座通过球铰连接B反力单铰座（2-9），B三铰座框架（2-10）的第三个单铰座通过球铰连接在B反力伺服油缸（2-8）的缸杆上，B反力伺服油缸（2-8）的缸筒通过球铰连接在B拉杆单铰座（2-7）上。

3.根据权利要求1所述的大型疲劳加载多功能液压综合试验台，其特征在于：所述的六自由度电液加载台（3）包括加载盘（3-1）、加载盘双铰座（3-2）、加载台伺服油缸（3-3）和基部双铰座（3-4），其中加载盘（3-1）上均布有三个加载盘双铰座（3-2），每个加载盘双铰座（3-2）上通过球铰连接两个加载台伺服油缸（3-3）的缸杆，两个加载台伺服油缸（3-3）的缸筒连接在同一个基部双铰座（3-4）上。

4.根据权利要求1所述的大型疲劳加载多功能液压综合试验台，其特征在于：所述的双自由度加载伺服油缸（5）包括加载头（5-1）、加载伺服油缸（5-2）和加载单铰座（5-3），其中加载头（5-1）通过球铰连接加载伺服油缸（5-2）的缸杆，加载伺服油缸（5-2）的缸筒通过球铰连接到加载单铰座（5-3）上。