CN105865774A - 大型高载荷球铰试验机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大型高载荷球铰试验机。本大型高载荷球铰试验机包括框式承压机架，在框式承压机架上设有水平设置且能够在竖直方向升降的升降工作台，升降工作台与加载升降驱动机构连接，在升降工作台上设有两个对称设置且内部能够安装支撑球铰的支撑球铰座，在框式承压机架的内顶壁设有位于两个支撑球铰座之间且内部能够安装试验球铰的试验球铰座，本试验机还包括能够插于所述支撑球铰和试验球铰中且与所述的支撑球铰和试验球铰周向固定连接的试验主轴，在试验主轴的后端连接有摆臂，摆臂与能够驱动该摆臂在竖直方向摆动从而带动试验主轴沿试验主轴的轴心线方向来回摇摆运动的摆动驱动机构。本发明的优点在于：实用性强。

Description

大型高载荷球铰试验机

技术领域

本发明属于试验机技术领域，涉及核用蒸汽发生器支撑用球铰试验，尤其涉及一种大型高载荷球铰试验机。

背景技术

大型球铰在工程应用范围广、使用环境恶劣、结构重要性强、一般要求无油润滑，其重要性能指标需通过模拟实验来确定。

例如：核用蒸汽发生器支撑用球铰，其承载比压大，使用环境温度高，要求无油润滑，保证60年使用寿命，能够应对地震等地质灾害。作为支撑用的关键部件，更需要专用试验机来测试球铰性能，保证球铰品质。

以往试验设备无法模拟复杂工况，而国外采用基板对磨试验单纯地得出球铰对磨面之间的摩擦系数来映射球铰使用状态。这种做法较片面，球面承载摩擦不同与平面承载摩擦，无法反应球铰保证安全系数下60年内的使用状态。并且，国内尚无专门针对大型高载荷球铰验证试验的设备。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种可以适应多种大型高载荷球铰的工况模拟实验的大型高载荷球铰试验机。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本大型高载荷球铰试验机包括框式承压机架，在框式承压机架上设有水平设置且能够在竖直方向升降的升降工作台，所述的升降工作台与加载升降驱动机构连接，在升降工作台上设有两个同轴心布置且内部能够安装支撑球铰的支撑球铰座，在框式承压机架的内顶壁设有位于两个支撑球铰座之间且内部能够安装试验球铰的试验球铰座，本试验机还包括能够插于所述支撑球铰和试验球铰中且与所述的支撑球铰和试验球铰周向固定连接的试验主轴，在试验主轴的后端连接有摆臂，所述的摆臂与能够驱动该摆臂在垂直平面内摆动从而带动试验主轴沿试验主轴的轴心线方向来回摇摆运动的摆动驱动机构。

在上述的大型高载荷球铰试验机中，所述的摆臂呈长方体状且试验主轴通过周向定位结构固定在摆臂的中部。

在上述的大型高载荷球铰试验机中，所述的摆动驱动机构包括四个并联设置且一端分别铰接在框式承压机架上的摆动油缸，在摆臂的四个角部通过铰接结构连接有一摆动油缸，且设置在摆臂一对角线的两个摆动油缸相向运动，另一对角线的两个摆动油缸相反运动，所述的摆动油缸与摆动液压系统连接。

在上述的大型高载荷球铰试验机中，所述的周向定位结构包括设置在试验主轴后端的十字形键槽，在摆臂上设有能卡于所述的十字形键槽中的十字形平键，所述的摆臂上穿设有若干与所述的试验主轴后端连接的紧固件。

在上述的大型高载荷球铰试验机中，所述的升降工作台上设有配合面板，在配合面板上设有定位槽，用于安装时所述试验球铰座的下端插于所述的定位槽中；所述的框式承压机架的内顶壁设有水平设置的固定板，所述的试验球铰座上端固定在固定板下表面；在试验主轴前端设有编码器。

在上述的大型高载荷球铰试验机中，所述的试验球铰座上设有若干沿着试验球铰周向均匀分布的安装孔和设置在安装孔内的电加热棒。

在上述的大型高载荷球铰试验机中，所述的摆动液压系统包括第一油箱，在第一油箱上连接有第一总油管，在第一总油管上依次连接有第一油泵、第一单向阀和第一液压电磁换向阀，在第一液压电磁换向阀上连接有第一油路和第二油路，四个摆动油缸并联设置且分别与第一油路和第二油路连接，所述的第一总油管上还连接有与第一油箱连接的第一回油管，在第一回油管连接在第一总油管的一端向第一回油管的另一端依次设有两个第一截止阀和一个溢流阀，在任意一个第一截止阀上连接有第一电压力传感器，所述的第一总油管上还连接有液压油冷却机构。

在上述的大型高载荷球铰试验机中，所述的液压油冷却机构包括连接在第一总油管的冷却管，在冷却管上连接有背压阀和液压油冷却风扇，所述的冷却管输出端与第三油箱连接。

在上述的大型高载荷球铰试验机中，所述的加载升降驱动机构包括固定在框式承压机架上的大型加载油缸，所述的大型加载油缸活塞杆与升降工作台连接，在升降工作台和大型加载油缸之间设有导向结构；所述的大型加载油缸与液压加载系统连接。

在上述的大型高载荷球铰试验机中，所述的液压加载系统包括第二油箱，在第二油箱上连接有第二总油管，在第二总油管上依次设有第二泵体、第二单向阀和第二液压电磁换向阀，在第二总油管上连接有与第二油箱连接的回油机构，在第二液压电磁换向阀上连接有进油管和回油管，所述的进油管和回油管分别与大型加载油缸连接，在进油管上连接有液控单向阀和单向节流阀，在进油管上还连接有位于液控单向阀和单向节流阀之间的支油路，在支油路上连接有四个第二截止阀，在任意一个第二截止阀上连接有第二电压力传感器，在剩余三个第二截止阀中的任意一个第二截止阀上连接有油压表，在剩余两个第二截止阀中的任意一个第二截止阀上连接有蓄能器，所述的回油管上还连接有溢流结构。

与现有的技术相比，本大型高载荷球铰试验机的优点在于：

1、设计更合理，按照该方案试制的试验机样机，可以适应多种大型高载荷球铰的工况模拟实验。

2、由于试验球铰受力结构，以及摆动油缸的布置，解决了高载摇摆等难题；由于试验球铰座安装了电加热棒，以及测温热电偶，可观察记录球铰试验温度以及进行特定的高温试验。

3、由于液压系统安装了电压力传感器，可实时测得加载油压，以及摆动油压，从而换算得出实时的摩擦系数。

4、由于升降工作台及试验主轴可以较快速地更换，可以满足多种球铰的试验。

5、由于配置了电脑软件监控控制系统，能够对实验过程全程曲线式记录，保存重要试验数据。

6、结构简单且易于制造，实用性强。

附图说明

图1是本发明提供的结构示意图。

图2是本发明提供的另一视角结构示意图。

图3是本发明提供的摆动液压系统的结构示意图。

图4是本发明提供的试验主轴结构示意图。

图5是本发明提供的摆臂结构示意图。

图6是本发明提供的液压加载系统结构示意图。

图中，框式承压机架1、升降工作台11、支撑球铰座12、试验球铰座13、配合面板14、固定板15、电加热棒16、加载升降驱动机构2、大型加载油缸21、液压加载系统22、第二油箱22a、第二总油管22b、第二泵体22c、第二单向阀22d、第二液压电磁换向阀22e、回油机构22f、进油管22g、回油管22h、液控单向阀22j、单向节流阀22k、支油路22q、第二截止阀22w、第二电压力传感器22r、油压表22t、蓄能器22y、溢流结构22u、第二液面计22p、第二加油口22z、第二滤油器22x、试验主轴3、十字形键槽31、摆臂4、十字形平键41、摆动驱动机构5、摆动油缸51、摆动液压系统52、第一油箱52a、第一总油管52b、第一油泵52c、第一单向阀52d、第一液压电磁换向阀52e、第一油路52f、第二油路52g、第一回油管52h、第一截止阀52j、溢流阀52k、第一电压力传感器52v、冷却管52w、背压阀52r、液压油冷却风扇52t、第三油箱52y、第一液面计52p、第一加油口52s、第二滤油器52z、支撑球铰a、试验球铰b。

具体实施方式

以下是发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1-2所示，本大型高载荷球铰试验机包括框式承压机架1，在框式承压机架1上设有水平设置且能够在竖直方向升降的升降工作台11，升降工作台11通过可拆卸连接结构固定在框式承压机架1上，所述的升降工作台11与加载升降驱动机构2连接。具体地，该加载升降驱动机构2包括固定在框式承压机架1上的大型加载油缸21，框式承压机架1结合大型加载油缸21，保证加载能力可达到1000T。所述的大型加载油缸21活塞杆与升降工作台11连接，在升降工作台11和大型加载油缸21之间设有导向结构，导向结构包括若干连接在升降工作台11上的导向柱，在大型加载油缸21外壁设有若干与所述的导向柱一一对应的悬臂部，在每个悬臂部上分别设有供所述的导向柱插于的导向孔；所述的大型加载油缸21与液压加载系统22连接。

其次，如图3所示，液压加载系统22包括第二油箱22a，在第二油箱22a上连接有第二总油管22b，在第二油箱22a上还连接有第二液面计22p和第二加油口22z。在第二总油管22b上依次设有第二泵体22c、第二单向阀22d和第二液压电磁换向阀22e，在第二总油管22b上还连接有第二滤油器22x，油被第一滤油器22x过滤后进入第二泵体22c，在第二总油管22b上连接有与第二油箱22a连接的回油机构22f，该回油机构22f包括回流管，在回流管上设有截止阀门和溢流阀门。

在第二液压电磁换向阀22e上连接有进油管22g和回油管22h，所述的进油管22g和回油管22h分别与大型加载油缸21连接，在进油管22g上连接有液控单向阀22j和单向节流阀22k，在进油管22g上还连接有位于液控单向阀22j和单向节流阀22k之间的支油路22q，在支油路22q上连接有四个第二截止阀22w，在任意一个第二截止阀22w上连接有第二电压力传感器22r，第二电压力传感器22r能够测得摆动油缸的油压，从而换算出实时的摩擦因素值，在剩余三个第二截止阀22w中的任意一个第二截止阀22w上连接有油压表22t，在剩余两个第二截止阀22w中的任意一个第二截止阀22w上连接有蓄能器22y，支油路22q输出端与油箱体连接，所述的回油管22h上还连接有溢流结构22u。溢流结构22u包括溢流管体和连接在溢流管体上的溢流阀体，溢流管体输出端连接有收集油箱。电压力传感器，可实时测得加载油压。

在上述的液压加载系统22中，第二泵体22c工作，并打开第二液压电磁换向阀22e使大型加载油缸21上升，到达设定压力后，关闭第二液压电磁换向阀22e，第二泵体22c停止工作，液控单向阀22j为不通状态，蓄能器22y能保持压力缓慢下降油路及阀之间有少量的泄露会导致压力下降。第二电压力传感器22r检测油压，当压力下降到设定值时，启动第二泵体22c，并再打开第二液压电磁换向阀22e使加载油缸上升。并不断重复，实现保压。

如图1-2所示，在升降工作台11上设有两个同轴心布置且内部能够安装支撑球铰a的支撑球铰座12，在框式承压机架1的内顶壁设有位于两个支撑球铰座12之间且内部能够安装试验球铰b的试验球铰座13，支撑球铰a的结构与试验球铰b的结构相同且都包括球铰外圈和设置在球铰外圈内的球铰内圈，保证摩擦系数一致性，从而较准确推算试验球铰摩擦系数。本试验机还包括能够插于所述支撑球铰a和试验球铰b中且与所述的支撑球铰a和试验球铰b周向固定连接的试验主轴3，在试验主轴3的后端连接有摆臂4，在试验主轴3前端设有编码器32，用于测量摆动角度及速度，对摆动进行控制。所述的摆臂4与能够驱动该摆臂4在垂直平面内摆动从而带动试验主轴3沿试验主轴3的轴心线方向来回摇摆运动的摆动驱动机构5。模拟球铰使用过程中由于蒸汽发生器热胀冷缩发生位移变化使球铰缓慢的，小角度的摆动。

其次，在升降工作台11上设有配合面板14，在配合面板14上设有定位槽，用于安装时所述试验球铰座13的下端插于所述的定位槽中；框式承压机架1的内顶壁设有水平设置的固定板15，所述的试验球铰座13上端固定在固定板15下表面；另外，在试验球铰座13上设有若干沿着试验球铰b周向均匀分布的安装孔和设置在安装孔内的电加热棒16。电加热棒16可观察记录球铰试验温度以及进行特定的高温试验。

优化方案，本实施例的摆臂4呈长方体状且试验主轴3通过周向定位结构固定在摆臂4的中部。如图2和图4-5所示，该周向定位结构包括设置在试验主轴3后端的十字形键槽31，在摆臂4上设有能卡于所述的十字形键槽31中的十字形平键41，所述的摆臂4上穿设有若干与所述的试验主轴3后端连接的紧固件。

其次，如图2所示，摆动驱动机构5包括四个并联设置且一端分别铰接在框式承压机架1上的摆动油缸51，在摆臂4的四个角部通过铰接结构连接有一摆动油缸51，且设置在摆臂4一对角线的两个摆动油缸51相向运动，另一对角线的两个摆动油缸51相反运动，四个摆动油缸沿摆臂的切线方向布置，驱动摆臂带动试验轴做沿轴线的往复转动，驱动力大，运动平稳。所述的摆动油缸51与摆动液压系统52连接。如图6所示，这里的摆动液压系统52包括第一油箱52a，在第一油箱52a上连接有第一总油管52b，在第一总油管52b上依次连接有第一油泵52c、第一单向阀52d和第一液压电磁换向阀52e，在第一液压电磁换向阀52e上连接有第一油路52f和第二油路52g，四个摆动油缸51并联设置且分别与第一油路52f和第二油路52g连接，所述的第一总油管52b上还连接有与第一油箱52a连接的第一回油管52h，在第一回油管52h连接在第一总油管52b的一端向第一回油管52h的另一端依次设有两个第一截止阀52j和一个溢流阀52k，在任意一个第一截止阀52j上连接有第一电压力传感器52v，所述的第一总油管52b上还连接有液压油冷却机构。

液压油冷却机构包括连接在第一总油管52b的冷却管52w，在冷却管52w上连接有背压阀52r和液压油冷却风扇52t，所述的冷却管52w输出端与第三油箱52y连接。其次，在第一油箱52a上还连接有第一液面计52p和第一加油口52s，在第一总油管52b上还连接有第二滤油器52z，第二滤油器52z将油过滤后进入第一油泵52c。

第一油泵52c始终工作，使第一液压电磁换向阀52e间断性换向，使摆动油缸51有规律的推出缩回，带动摆臂做摇摆运动。第一电压力传感器52v检测油压并得到油压值，最后换算成扭矩。

本实施例的液压加载系统22和摆动液压系统52与电脑软件监控控制系统连接。其次，按照该方案试制的试验机样机，可以适应多种大型高载荷球铰的工况模拟实验。

本实施例的工作原理如下：

首先在支撑球铰座12内安装支撑球铰a，在试验球铰座13内安装试验球铰b，并将支撑球铰座12固定在升降工作台11上，试验球铰座13固定在框式承压机架1内顶部，然后将试验主轴3插于支撑球铰a和试验球铰b中，然后进行摇摆试验和加载试验。

加载升降驱动机构2实现加载的试验测试，摆动驱动机构5实现完成规定次数的摇摆试验。

由于试验球铰受力结构，以及摆动油缸的布置，解决了高载摇摆等难题。其次，可比较真实的反应球铰的摩擦系数，变形量，温升影响，高温性能，使用寿命等。可求证大型高载荷球铰在使用周期中应对各类复杂工况的工作状态。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种大型高载荷球铰试验机，其特征在于，包括框式承压机架(1)，在框式承压机架(1)上设有水平设置且能够在竖直方向升降的升降工作台(11)，所述的升降工作台(11)与加载升降驱动机构(2)连接，在升降工作台(11)上设有两个同轴心布置且内部能够安装支撑球铰(a)的支撑球铰座(12)，在框式承压机架(1)的内顶壁设有位于两个支撑球铰座(12)之间且内部能够安装试验球铰(b)的试验球铰座(13)，本试验机还包括能够插于所述支撑球铰(a)和试验球铰(b)中且与所述的支撑球铰(a)和试验球铰(b)周向固定连接的试验主轴(3)，在试验主轴(3)的后端连接有摆臂(4)，所述的摆臂(4)与能够驱动该摆臂(4)在垂直平面内摆动从而带动试验主轴(3)沿试验主轴(3)的轴心线方向来回摇摆运动的摆动驱动机构(5)。

2.根据权利要求1所述的大型高载荷球铰试验机，其特征在于，所述的摆臂(4)呈长方体状且试验主轴(3)通过周向定位结构固定在摆臂(4)的中部。

3.根据权利要求2所述的大型高载荷球铰试验机，其特征在于，所述的摆动驱动机构(5)包括四个并联设置且一端分别铰接在框式承压机架(1)上的摆动油缸(51)，在摆臂(4)的四个部通过铰接结构连接有一摆动油缸(51)，且设置在摆臂(4)一对角线的两个摆动油缸(51)相向运动，另一对角线的两个摆动油缸(51)相反运动，所述的摆动油缸(51)与摆动液压系统(52)连接。

4.根据权利要求2所述的大型高载荷球铰试验机，其特征在于，所述的周向定位结构包括设置在试验主轴(3)后端的十字形键槽(31)，在摆臂(4)上设有能卡于所述的十字形键槽(31)中的十字形平键(41)，所述的摆臂(4)上穿设有若干与所述的试验主轴(3)后端连接的紧固件。

5.根据权利要求1所述的大型高载荷球铰试验机，其特征在于，所述的升降工作台(11)上设有配合面板(14)，在配合面板(14)上设有定位槽，用于安装时所述试验球铰座(13)的下端插于所述的定位槽中；所述的框式承压机架(1)的内顶壁设有水平设置的固定板(15)，所述的试验球铰座(13)上端固定在固定板(15)下表面；在试验主轴(3)前端设有编码器(32)。

6.根据权利要求1所述的大型高载荷球铰试验机，其特征在于，所述的试验球铰座(13)上设有若干沿着试验球铰(b)周向均匀分布的安装孔和设置在安装孔内的电加热棒(16)。

7.根据权利要求3所述的大型高载荷球铰试验机，其特征在于，所述的摆动液压系统(52)包括第一油箱(52a)，在第一油箱(52a)上连接有第一总油管(52b)，在第一总油管(52b)上依次连接有第一油泵(52c)、第一单向阀(52d)和第一液压电磁换向阀(52e)，在第一液压电磁换向阀(52e)上连接有第一油路(52f)和第二油路(52g)，四个摆动油缸(51)并联设置且分别与第一油路(52f)和第二油路(52g)连接，所述的第一总油管(52b)上还连接有与第一油箱(52a)连接的第一回油管(52h)，在第一回油管(52h)连接在第一总油管(52b)的一端向第一回油管(52h)的另一端依次设有两个第一截止阀(52j)和一个溢流阀(52k)，在任意一个第一截止阀(52j)上连接有第一电压力传感器(52v)，所述的第一总油管(52b)上还连接有液压油冷却机构。

8.根据权利要求7所述的大型高载荷球铰试验机，其特征在于，所述的液压油冷却机构包括连接在第一总油管(52b)的冷却管(52w)，在冷却管(52w)上连接有背压阀(52r)和液压油冷却风扇(52t)，所述的冷却管(52w)输出端与第三油箱(52y)连接。

9.根据权利要求1所述的大型高载荷球铰试验机，其特征在于，所述的加载升降驱动机构(2)包括固定在框式承压机架(1)上的大型加载油缸(21)，所述的大型加载油缸(21)活塞杆与升降工作台(11)连接，在升降工作台(11)和大型加载油缸(21)之间设有导向结构；所述的大型加载油缸(21)与液压加载系统(22)连接。

10.根据权利要求9所述的大型高载荷球铰试验机，其特征在于，所述的液压加载系统(22)包括第二油箱(22a)，在第二油箱(22a)上连接有第二总油管(22b)，在第二总油管(22b)上依次设有第二泵体(22c)、第二单向阀(22d)和第二液压电磁换向阀(22e)，在第二总油管(22b)上连接有与第二油箱(22a)连接的回油机构(22f)，在第二液压电磁换向阀(22e)上连接有进油管(22g)和回油管(22h)，所述的进油管(22g)和回油管(22h)分别与大型加载油缸(21)连接，在进油管(22g)上连接有液控单向阀(22j)和单向节流阀(22k)，在进油管(22g)上还连接有位于液控单向阀(22j)和单向节流阀(22k)之间的支油路(22q)，在支油路(22q)上连接有四个第二截止阀(22w)，在任意一个第二截止阀(22w)上连接有第二电压力传感器(22r)，在剩余三个第二截止阀(22w)中的任意一个第二截止阀(22w)上连接有油压表(22t)，在剩余两个第二截止阀(22w)中的任意一个第二截止阀(22w)上连接有蓄能器(22y)，所述的回油管(22h)上还连接有溢流结构(22u)。