CN103603842A - 一种用于振动试验的复合作动缸及其加载方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于振动试验的复合作动缸，能够节省能源，减小发热。其包括同轴连接的静力加载缸和动力加载缸，且共用一根活塞杆，活塞杆的两端分别从静力加载缸与动力加载缸的端盖伸出用于连接试件；活塞杆为阶梯轴，粗段上设有静力加载缸活塞，细段上设有动力加载缸活塞，两活塞分别位于静力加载缸和动力加载缸的缸体内；静力加载缸与动力加载缸上分别设置两个用于进出油的油孔；静力加载缸活塞的有效工作面积由对试件加载静力大小和供油压力共同决定，动力加载缸活塞的有效工作面积由对试件加载交变力大小和供油压力共同决定。

Description

一种用于振动试验的复合作动缸及其加载方法

技术领域

本发明涉及材料振动疲劳试验技术领域，具体涉及一种用于振动试验的复合作动缸及其加载方法。

背景技术

在疲劳试验中，经常要求先给被试工件施加一个恒定不变的静力，然后在此基础上再叠加一个交变力。在现有技术中，通常采用一个液压作动缸进行上述试验，静力和交变力由一个作动缸输出。由于进行疲劳试验所需的试验时间较长，因此所消耗的能源非常大，而且作动缸在长时间工作会产生大量的热量，导致密封件损坏，活塞杆磨损。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于振动试验的复合作动缸，能够节省能源，减小发热。

该方案是这样实现的：

一种用于振动试验的复合作动缸，包括同轴连接的静力加载缸和动力加载缸，且共用一根活塞杆，活塞杆的两端分别从静力加载缸与动力加载缸的端盖伸出用于连接试件；活塞杆为阶梯轴，粗段上设有静力加载缸活塞，细段上设有动力加载缸活塞，两活塞分别位于静力加载缸和动力加载缸的缸体内；静力加载缸与动力加载缸上分别设置两个用于进出油的油孔；

静力加载缸活塞的有效工作面积由对试件加载静力大小和供油压力共同决定，动力加载缸活塞的有效工作面积由对试件加载交变力大小和供油压力共同决定。

优选地，静力加载缸通过动静缸连接端盖连接动力加载缸；动静缸连接端盖为具有大小两个活塞孔的缸体，阶梯轴的阶梯部分位于动静缸连接端盖腔内；动静缸连接端盖侧壁上设有排气孔。

优选地，所述活塞杆的粗段进一步设有活塞杆冷却结构；具体来说，活塞杆的粗段为中空结构，该中空结构中装有导流管，导流管的一端连通外部，作为冷却介质的一个进出口，导流管另一端连通中空结构，导流管的管壁与中空结构的侧壁之间留有导流间隙；采用固定连接件将所述导流间隙与外界密封隔离；活塞杆伸出复合作动缸一端的侧壁上开设通孔，作为冷却介质的另一个进出口。

优选地，所述静力加载缸的缸体上进一步设有缸体冷却结构；具体来说，在静力加载缸侧壁内轴向开有多个通油孔，在静力加载缸前后两个端盖朝向缸体内腔的一面分别开设一个通油槽，通油孔将两个通油槽连通，每个通油槽处皆开设一个连通该通油槽和外部的冷却介质出入口。

本发明还提供了一种采用上述复合作动缸的加载方法，通过向静力加载缸通入设定值的压力油从而对试件施加轴向静力，通过交替向动力加载缸的两个油孔通油从而对试件施加轴向交变力，当静力加载缸输出的力达到所设定值时，将静力加载缸的两腔关断。

有益效果：

（1）节能：本发明采用由静力缸和动力缸组成的复合作动缸技术，该作动缸由一个静力加载缸和一个动力加载缸组成，它们共用一根活塞杆。其中静力加载缸完成被试工件的静力加载，动力加载缸对被试工件施加交变负载，当静力加载缸输出的力达到所设定的恒定值时，便将静力加载缸的两腔关断，此时静力加载缸两腔的压力会保持不变，即使不为其提供液压能源，静力加载力也能维持不变，从而达到节省能源，减小发热的目的。

（2）双冷结构：由于采用了在静力加载缸中的内外双冷技术，大大降低了由于密封处高频运动时摩擦产生的热量，降低了作动缸的运行温度，保证高频疲劳试验的可靠性，能够适应长时间的高频试验。

附图说明

图1(a)为本发明一种复合作动缸的结构剖面示意图；

图1(b)为图1(a)中活塞杆、静力加载缸活塞和动力加载缸活塞示意图;

图2为本发明另一种复合作动缸的结构剖面示意图；

图3为本发明复合作动缸中静力加载缸的双冷机构；

1-静力加载缸，11、12-静力加载缸上的油孔，13-静力加载缸缸体，14-静力加载缸端盖，2-动力加载缸，21、22-动力加载缸上的油孔，23-动力加载缸缸体，24-动力加载缸端盖，3-活塞杆，31-导流管，32-固定连接件，33-导流管支撑件，34-通油孔，35、36-通油槽，37、38-冷却介质出入口，39-密封件，4-静力加载缸活塞，5动力加载缸活塞，6动静缸连接端盖，61-排气孔，7进油管，8回油管。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明所提供的复合作动缸是静力加载缸和动力加载缸集合成一体的结构。图1(a)是本发明复合作动缸的结构剖面示意图，如图1(a)所示，其包括同轴连接的静力加载缸1和动力加载缸2。静力加载缸1与动力加载缸2的内腔通过活塞孔连通，且两个油缸共用一根活塞杆3。

活塞杆3的两端分别从静力加载缸1与动力加载缸2的端盖14、24伸出到外部用于连接试件；活塞杆3为阶梯轴，如图1(b)，其粗段上设有静力加载缸活塞4，细段上设有动力加载缸活塞5，两活塞分别位于两油缸的缸体内。在实际应用中，一般在静力加载缸侧连接试件，因为其较粗的一段具有较高的强度，能够承载较大的力。为了方便安装，静力加载缸活塞4与阶梯轴一体加工而成，动力加载缸活塞5后镶嵌于活塞杆上，形成双活塞。

静力加载缸1上设置两个用于进出油的油孔11、12，加载时，通过向静力加载缸1通入设定值的压力油从而对试件施加轴向静拉力或静压力；其中，当对试件进行压力测试时，油孔11为进油口，油孔12为泄油口，当对试件进行拉力测试时，反向通油。动力加载缸2上也设置两个用于进出油的油孔21、22，加载时，通过交替向动力加载缸2的两个油孔通油从而对试件施加轴向交变力叠加于静力上，从而对试件进行高频疲劳试验。当静力加载缸输出的力达到所设定的恒定值时，还可以便将静力加载缸的两腔关断，此时静力加载缸两腔的压力会保持不变，即使不为其提供液压能源，静力加载力也能维持不变，从而达到节省能源，减小发热的目的。

静力加载缸活塞4的有效工作面积由对试件加载静力大小和供油压力共同决定，动力加载缸活塞5的有效工作面积由对试件加载交变力大小和供油压力共同决定。由于通常静力+交变力的疲劳试验中，静力通常大于交变力的幅值，例如，静力加载缸对试件施加轴向100KN的静拉力，动力加载缸对试件施加轴向10KN高频交变力，因此静力加载缸活塞4的有效工作面积通常大于动力加载缸活塞5的有效工作面积，形成大缸+小缸的复合作动缸结构。

图1(a)中，静力加载缸1和动力加载缸2的连接部位采用一个常规的端盖结构，只是设计为双面结构，当然也可以采用一侧开口的静力加载缸1，其底面开孔作为活塞孔，底面上同轴连接动力加载缸2，从而不利于端盖连接两个油缸。图2示出了一种较佳的实施方式，该实施例中静力加载缸1通过动静缸连接端盖6连接动力加载缸2。

如图2所示，动静缸连接端盖6为具有大小两个活塞孔的缸体，两个活塞孔分别与阶梯轴的粗段和细段的直径相适应，阶梯轴的阶梯部分位于动静缸连接端盖6腔内，这种设计方式便于连接和各部件的加工。由于阶梯部分在动静缸连接端盖中运动会造成气压变化，因此进一步在动静缸连接端盖6侧壁上设置排气孔61。静力加载缸的其中一个油孔可以设置于动静缸连接端盖6内。

动静连接端盖6、静力加载缸和动力加载缸端盖上的活塞孔处均设有密封件39。由于静力缸中油液基本不流动，活塞杆在高频高速运动下在密封件处产生高温，易损坏活塞杆和密封件，从而减小设备寿命。为此，本发明进一步在静力加载缸部分设计了两路冷却结构，包括活塞杆冷却结构和缸体冷却结构。图3示出了两路冷却结构的示意图，图中只绘出了静力加载缸部分。

如图3所示，活塞杆冷却结构设置于活塞杆的粗段，活塞杆3的粗段为中空结构，该中空结构中装有导流管31，该导流管可以采用不锈钢管；导流管31的一端连通外部，作为冷却介质的一个进出口A，导流管31另一端连通中空结构的空腔，从图中可以看出，导流管31并没有伸到活塞杆中空结构的底部，从而将导流管31的管内空间与活塞杆的中空结构连通。导流管31的管壁与中空结构的侧壁之间留有导流间隙；采用固定连接件32将所述导流间隙与外界密封隔离，同时固定连接件32还起到将导流管固定在活塞轴上的作用。活塞杆3伸出复合作动缸一端的侧壁上开设通孔，作为冷却介质的另一个进出口B。该进出口B连接外部的回油管8，前述的进出口A连接外部的进油管7，冷却介质从进出口A进入活塞杆后依次通过导流管内部、所述导流间隙和进出口B进行活塞轴冷却。冷却介质可以采用冷却油。

如果导流管31较长，为了保证其稳固性，还可以在导流间隙中设置一个或一个以上的导流管支撑件33，该导流管支撑件33上设有导流通道，保证冷却介质的流动。多个导流管支撑件33均布于所述导流间隙中。

缸体冷却结构设置于静力加载缸的缸体上。具体来说，在静力加载缸1侧壁内轴向开有多个通油孔34，通油孔的轴心可以与静力加载缸体轴心平行，从而便于加工，且多个通油孔34周向均布于静力加载缸1侧壁内。在静力加载缸前后两个端盖朝向缸体内腔的一面分别开设一个环形凹槽作为通油槽35、36，通油孔34将两个通油槽35、36连通，每个通油槽处皆开设一个连通该通油槽和外部的冷却介质出入口37、38，这两个冷却介质出入口分别连接进油管7和回油管8，冷却介质从静力加载缸一侧的通油槽进入后，经由通油孔流入另一侧的通油槽排出，从而实现静力加载缸的冷却。

可见，本发明通过用油液的双冷却机构，把密封件处产生的热量散去，保证了设备长期运行的可靠性。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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 (10)

1.一种用于振动试验的复合作动缸，其特征在于，包括同轴连接的静力加载缸（1）和动力加载缸（2），两加载缸共用一根活塞杆（3），活塞杆（3）的两端分别从静力加载缸（1）与动力加载缸（2）的端盖伸出用于连接试件；活塞杆（3）为阶梯轴，粗段上设有静力加载缸活塞（4），细段上设有动力加载缸活塞（5），两活塞分别位于静力加载缸和动力加载缸的缸体内；静力加载缸（1）与动力加载缸（2）上分别设置两个用于进出油的油孔；

静力加载缸活塞（4）的有效工作面积由对试件加载静力大小和供油压力共同决定，动力加载缸活塞（5）的有效工作面积由对试件加载交变力大小和供油压力共同决定。

2.如权利要求1所述的复合作动缸，其特征在于，静力加载缸（1）通过动静缸连接端盖（6）连接动力加载缸（2）；动静缸连接端盖（6）为具有大小两个活塞孔的缸体，阶梯轴的阶梯部分位于动静缸连接端盖（6）腔内；动静缸连接端盖（6）侧壁上设有排气孔。

3.如权利要求1所述的复合作动缸，其特征在于，所述活塞杆（3）的粗段进一步设有活塞杆冷却结构；具体来说，活塞杆（3）的粗段为中空结构，该中空结构中装有导流管（31），导流管（31）的一端连通外部，作为冷却介质的一个进出口，导流管（31）另一端连通中空结构，导流管（31）的管壁与中空结构的侧壁之间留有导流间隙；采用固定连接件（32）将所述导流间隙与外界密封隔离；活塞杆（3）伸出复合作动缸一端的侧壁上开设通孔，作为冷却介质的另一个进出口。

4.如权利要求3所述的复合作动缸，其特征在于，所述导流间隙中设有导流管支撑件（33），该导流管支撑件（33）上设有导流通道。

5.如权利要求4所述的复合作动缸，其特征在于，多个导流管支撑件（33）均布于所述导流间隙中。

6.如权利要求3所述的复合作动缸，其特征在于，所述导流管（31）由不锈钢管制成。

7.如权利要求3所述的复合作动缸，其特征在于，所述静力加载缸（1）的缸体上进一步设有缸体冷却结构；具体来说，在静力加载缸（1）侧壁内轴向开有多个通油孔（34），在静力加载缸前后两个端盖朝向缸体内腔的一面分别开设一个通油槽（35、36），通油孔（34）将两个通油槽（35、36）连通，每个通油槽处皆开设一个连通该通油槽和外部的冷却介质出入口。

8.如权利要求7所述的复合作动缸，其特征在于，所述通油孔（34）的轴心与静力加载缸体轴心平行，且多个通油孔（34）周向均布于静力加载缸（1）侧壁内。

9.如权利要求7所述的复合作动缸，其特征在于，所述通油槽为环形凹槽。

10.一种采用如权利要求1至9任意一项所述的复合作动缸的加载方法，其特征在于，通过向静力加载缸（1）通入设定值的压力油从而对试件施加轴向静力，通过交替向动力加载缸（2）的两个油孔通油从而对试件施加轴向交变力，当静力加载缸输出的力达到所设定值时，将静力加载缸的两腔关断。

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