CN103994936B - 一种节约能源的卧式高吨位疲劳实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明一种节约能源的卧式高吨位疲劳实验装置，应用于机械设计和金属材料性能测试领域。其一种节约能源的卧式高吨位疲劳实验装置，该装置包括壳体，作动缸，作动缸活塞杆，作动缸进出油管路，液压伺服流量阀，第一蓄能器，第二蓄能器和电磁加载装置；所述电磁加载装置包括软磁体，电磁体，载荷传感器、电磁加载作用杆和电磁控制器。由于采用上述技术方案，本发明通过电磁加载装置与传统双出杆高吨位疲劳试验机相结合，技术上是一个创新。另外，在高吨位作动缸加载到试验所需平均载荷之后关闭高吨位作动缸，开启电磁加载装置，电磁加载装置利用电能转化成磁能再转化成动能，与持续使用高吨位大型疲劳试验机相比，可以节约能源70%以上。

Description

一种节约能源的卧式高吨位疲劳实验装置

技术领域

本发明涉及一种高吨位大型疲劳实验装置，属金属材料或结构性能测试和分析领域。

背景技术

随着我国经济的快速发展，现代工程向着大型化、高安全性、长寿命方向发展，越来越多的新型工程构件和工程结构需要进行强度和疲劳性能的实验验证。对大尺寸和全尺寸材料或构件进行强度和疲劳测试需要高吨位的实验装备。发达国家在上世纪六、七十年代建设完成了大批的高吨位强度实验装备，我国在近年来在研制开发大型强度实验装备上也有了快速的发展，自行开发或引进了几百吨载荷到三、四千吨载荷能力的试验机。基本满足了对大型材料或构件的强度实验需要。

但随着对工程结构寿命要求的越来越高，工程构件的疲劳性能测试逐渐提上日程，如大型桥梁的钢索，预测其使用寿命的必要手段是对钢索进行疲劳性能测试。其它结构如海洋平台，超高层建筑等，均存在类似的问题。

对大型材料或构件进行疲劳测试一般需要高吨位动态疲劳试验机，试验机由液压系统提供动力产生载荷施加到试件上。传统的疲劳试验机一般是通过液压油源直接将一定压力的液压油注入作动缸，产生载荷和运动。高吨位动态疲劳试验机的作动缸直径较大，为达到一定的运动速度，需要较大的液压油流量，因此消耗很大的能量，即油源消耗功率较高，一般可达到500-1000kw。另外，疲劳试验周期较长，一般需完成上百万周次载荷循环，由于高吨位作动器活塞杆运动速度相对较低，即实验频率较低，完成一次实验约需10-20天甚至更长。因此试验所需的能耗很高，成为实验成本的重要部分。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种在传统疲劳试验机的基础上对作动缸活塞杆的工作方式进行改进，并对其的配置进行补充，使其达到完成相同工作比传统疲劳试验机消耗更少能量的结果，且结构简单，操作方便的节约能源的卧式高吨位疲劳实验装置。

本发明的技术方案是：一种节约能源的卧式高吨位疲劳实验装置，该装置包括壳体，作动缸，作动缸活塞杆，作动缸进出油管路，液压伺服流量阀，第一蓄能器，第二蓄能器和电磁加载装置；

所述电磁加载装置包括软磁体，电磁体，载荷传感器、电磁加载作用杆和电磁控制器；

其中，所述作动缸安装在所述壳体一侧的侧壁上，所述作动缸上设置所述作动缸活塞杆，所述作动缸活塞杆将所述作动缸内部的油腔分成左右两部分，所述作动缸活塞杆的一端伸出所述壳体的壳体外部为加载端，另一端的端部与所述电磁加载作用杆的一端固接，所述电磁加载作用杆的另一端通过所述载荷传感器与所述电磁体连接，所述软磁体设置所述壳体的另一侧的侧壁上，所述软磁体与所述电磁体位于同一水平线上，所述第一蓄能器和第二蓄能器设置所述壳体外侧，所述第一蓄能器通过管路与所述作动缸内部左侧的油腔联通，所述第二蓄能器通过管路与所述作动缸内部右侧的油腔联通，所述作动缸的左右两侧设有液压油管路，所述液压油管路伸出所述壳体的外与液压油源相连接，并向所述作动缸内部左右两侧的油腔供液压油，所述液压油管路上设有液压伺服流量阀，所述载荷传感器与所述电磁控制器连接，所述电磁控制器与所述电磁体控制连接。

本发明的有益效果是： 由于采用上述技术方案，本发明通过电磁加载装置与传统双出杆高吨位疲劳试验机相结合，技术上是一个创新。另外，在高吨位作动缸加载到试验所需平均载荷之后关闭高吨位作动缸，开启电磁加载装置，电磁加载装置利用电能转化成磁能再转化成动能，与持续使用高吨位大型疲劳试验机相比，可以节约能源70%以上。

附图说明

图1为节约能源的高吨位大型疲劳实验装置示意图。

图中：

1.壳体、2.作动缸活塞杆、3.液压伺服流量阀、 4.第二蓄能器、 5.软磁体、6.电磁体、7.载荷传感器、8.电磁加载作用杆、9.液压油管路、10.作动缸、11.第1蓄能器、12.试样和13.电磁控制器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。

如图1所示，本发明一种节约能源的卧式高吨位疲劳实验装置，该装置包括壳体1，作动缸10，作动缸活塞杆2，作动缸进出油管路9，液压伺服流量阀3，第一蓄能器11，第二蓄能器4和电磁加载装置，

所述电磁加载装置包括软磁体5，电磁体6，载荷传感器7、电磁加载作用杆8和电磁控制器13；

其中，所述作动缸10安装在所述壳体1的一侧的侧壁上，所述作动缸10上设置所述作动缸活塞杆2，所述作动缸活塞杆2将所述作动缸10内部的油腔分成左右两部分，所述作动缸活塞杆2的一端伸出所述壳体1为加载端，另一端的端部与所述电磁加载作用杆8的一端固接，所述电磁加载作用杆的另一端通过所述载荷传感器7与所述电磁体6连接，所述软磁体5设置所述壳体1的另一侧的侧壁上，所述软磁体5与所述电磁体6位于同一水平线上，所述第一蓄能器4和第二蓄能器11设置所述壳体1外侧，所述第一蓄能器11通过管路与所述作动缸10内部左侧的油腔联通，所述第二蓄能器4通过管路与所述作动缸10内部右侧的油腔联通，所述作动缸10的左右两侧设有液压油管路9，所述液压油管路9伸出所述壳体1与液压油源相连接，并向作动缸10内部左右两侧的油腔供液压油，所述液压油管路9上设有液压伺服流量阀3，所述载荷传感器7与所述电磁控制器13连接，所述电磁控制器13与所述电磁体6控制连接。

工作原理：试验时先将试样12与作动缸活塞杆2的加载端连接，通过调节液压油管路9上的液压伺服流量阀3控制油源液压油流量，将试样12加载到疲劳实验所需的平均载荷，关闭液压伺服流量阀3和作动缸10。然后通过电磁控制器13启动电磁体6，根据载荷传感器7的读数来调节电流大小，通过电磁加载作用杆8对作动缸活塞杆2施加实验设定的脉动载荷，脉动载荷通过作动缸活塞杆2将载荷传递到试样12，进行疲劳加载。由于液压伺服流量阀3关闭，当电磁加载作用杆8推动作动缸活塞杆2运动时，会对作动缸10油腔内的油压产生影响。如图1中，当处于拉伸状态的作动缸活塞杆2向右运动时，左侧油腔内的液压油压力将降低，这时第一蓄能器11将起到稳定油压的作用，第一蓄能器11内的液压油流入作动缸10油腔以提供所需油压，同时右侧油腔的油压升高，右侧油腔液压油流入第二蓄能器4中。当电磁加载作用杆8拉动作动缸活塞杆2向左运动时，作动缸10左侧油腔内的压力将降低，这时第二蓄能器4内的液压油会流向作动缸10右侧油腔，提供所需油压，同时作动缸左侧油腔压力升高，液压油顺着管路流到第一蓄能器11中。

实施例：

以1000t疲劳试验机为例，进行800±100t疲劳实验，即800t平均载荷，100t正弦脉动载荷的疲劳实验。

如使用传统的动态疲劳试验机，假设由700t加载到900t作动缸所需位移为l，1000t试验机作动缸的截面积为A，则每个加载循环所需的液压油流量为Q=lA。按设计频率1Hz，位移1mm计算，所需液压源电机功率约500kw。

如使用本发明所设计的动态疲劳试验机，吨位作电磁加载装置100t，疲劳试验时，在800t平均载荷基础上，进行±100t加载。

首先将试样12装载在支架上，作动缸活塞杆2的加载端与试样12的一端连接，通过控制液压伺服流量阀3，使其加载到800t平均载荷，在作动缸活塞杆2左右移动时，当作动缸10内压力较试验设定所需压力高时，液压油进入通过管道进入第一蓄能器11和第二蓄能器4而不流回液压油源；当油腔内压力较试验设定所需压力低时，液压油由第一蓄能器11、第二蓄能器4进入作动缸10油腔。然后关闭作动缸10和液压伺服流量阀3，然后通过电磁控制器13启动电磁体6，根据载荷传感器7的读数来调节电流大小，通过电磁加载作用杆8对作动缸活塞杆2施加实验设定的脉动载荷，脉动载荷通过作动缸活塞杆2将载荷传递到试样12，进行±100t疲劳加载。此时作动缸14不需进行液压油源供油，只利用第一蓄能器11、第二蓄能器4中的液压油进行压力平衡调节。

疲劳试验时，由于蓄能器起到平衡高吨位作动缸油腔内液压油的压强与温度的作用，可以使作动缸活塞杆提供的载荷保持不变，使得疲劳试样的平均载荷保持稳定，而不需要液压油源提供动力。这样，试样的疲劳脉动载荷只需电磁加载装置通过往复运动对活塞杆施加载荷就可以实现。

产生100t电磁力所需功率约50kw，如磁极采用超导材料，功率将会进一步大大降低。

实际工作状态下，蓄能器内的液压油由于不断循环压缩，会产生热量，消耗一部本能量。同时小吨位电磁加载装置也会由于电磁损耗等因素消耗一部分能量，但总体上仍可以节能70%以上。

Claims (1)

1.一种节约能源的卧式高吨位疲劳实验装置，该装置包括壳体，作动缸，作动缸活塞杆，液压油管路，液压伺服流量阀，第一蓄能器，第二蓄能器和电磁加载装置；

所述电磁加载装置包括软磁体，电磁体，载荷传感器、电磁加载作用杆和电磁控制器；

其中，所述作动缸安装在所述壳体一侧的侧壁上，所述作动缸上设置所述作动缸活塞杆，所述作动缸活塞杆将所述作动缸的油腔分成左右两部分，所述作动缸活塞杆的一端伸出所述壳体的壳体外部为加载端，另一端的端部与所述电磁加载作用杆的一端固接，所述电磁加载作用杆的另一端通过所述载荷传感器与所述电磁体连接，所述软磁体设置所述壳体的另一侧的侧壁上，所述软磁体与所述电磁体位于同一水平线上，所述第一蓄能器和第二蓄能器设置所述壳体外侧，所述第一蓄能器通过管路与所述作动缸内部左侧的油腔联通，所述第二蓄能器通过管路与所述作动缸内部右侧的油腔联通，所述作动缸的左右两侧设有液压油管路，所述液压油管路伸出所述壳体的外部与液压油源相连接，并向所述作动缸内部左右两侧的油腔供液压油，所述液压油管路上设有液压伺服流量阀，所述载荷传感器与所述电磁控制器连接，所述电磁控制器与所述电磁体控制连接。