CN106168535B - 一种汽车板簧的疲劳载荷试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车板簧的疲劳载荷试验装置，包括底部支架，所述底部支架的横向从左往右设置有固定运动支架、支撑架和固定静止支架；所述固定运动支架的顶部设置有液压作动器，所述液压作动器与力传感器相连接，所述力传感器与加载运动支杆固定连接；所述支撑架的顶部设置有静止导轨，所述静止导轨的左侧前后两端分别设置有运动导轮，所述两个运动导轮与板簧前后两端相铰接；所述加载运动支杆与所述板簧固定连接；所述固定静止支架的左侧壁固定连接有加载静止支杆，加载静止支杆左端贯穿所述静止导轨后与所述板簧固定连接。本发明可让试验操作人员方便、可靠地对汽车板簧进行温度应力和疲劳载荷试验，操作方便、快捷，显著降低试验成本。

Description

一种汽车板簧的疲劳载荷试验装置

技术领域

本发明涉及疲劳试验技术领域，特别是涉及一种汽车板簧的疲劳载荷试验装置。

背景技术

目前，疲劳试验装置是使试样或构件承受周期或随机变化的应力或应变，以测定疲劳极限和疲劳寿命等指标的装置。在产品投入使用前，在实验室中需要进行充分的疲劳性能试验考核，测得产品的疲劳极限和疲劳寿命，从而保证产品在实际使用过程中不会出现疲劳损伤故障。

对于汽车，其在行驶过程中遇到路面对轮子的冲击力时，汽车的板簧将产生变形，从而起到缓冲、减震的作用。此外，汽车的板簧在纵向布置时还具有导向传力的作用。由于路况的不同，汽车的板簧在实际过程中不但会受到机械冲击、交变疲劳载荷，还会受到温度、湿度的影响。目前，有些板簧不再使用钢板，而是采用新型的复合材料，对于复合材料的疲劳特性需要进行实验考核，所以需要对板簧进行在环境应力下的疲劳载荷试验。

但是，目前的装置，只是能够单独对汽车板簧进行温度应力进行检测，或者单独地进行疲劳载荷试验，因此需要配置多台装置，不仅占用了大量的试验空间，而且需要试验操作人员熟悉掌握多台装置，给试验操作人员的日常使用带来很大的不便。

因此，目前迫切需要开发出一种疲劳试验装置，其可以让试验操作人员方便、可靠地对汽车板簧的温度应力进行检测，并同时对汽车板簧进行疲劳载荷试验，试验操作方便、快捷，显著降低试验成本，节约宝贵的试验空间。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种汽车板簧的疲劳载荷试验装置，其可以让试验操作人员方便、可靠地对汽车板簧的温度应力进行检测，并同时对汽车板簧进行疲劳载荷试验，试验操作方便、快捷，显著降低试验成本，节约宝贵的试验空间，有利于广泛的生产应用，具有重大的生产实践意义。

为此，本发明提供了一种汽车板簧的疲劳载荷试验装置，包括底部支架，所述底部支架的顶部左右两端分别垂直设置有固定运动支架和固定静止支架；

所述固定运动支架和固定静止支架之间设置有一个支撑架；

所述固定运动支架的顶部设置有一个液压作动器，所述液压作动器右端的输出轴与一个力传感器相连接，所述力传感器与一个加载运动支杆的左端固定连接；

所述支撑架的顶部纵向设置有一个静止导轨，所述静止导轨的左侧前后两端分别设置有一个运动导轮，所述两个运动导轮与需要进行疲劳试验的板簧的前后两端相铰接；

所述加载运动支杆的右端部与所述板簧的左侧壁固定连接；

所述固定静止支架的左侧壁固定连接有一个加载静止支杆，所述加载静止支杆的左端贯穿所述静止导轨后与所述板簧的右侧壁固定连接。

其中，所述板簧、静止导轨、运动导轮位于一个中空的温箱里面。

其中，所述加载静止支杆的左端贯穿所述温箱的右侧壁、所述静止导轨后与所述板簧的右侧壁固定连接；

所述加载运动支杆的右端部贯穿所述温箱的左侧壁后与所述板簧的左侧壁固定连接。

其中，所述温箱的左右两侧壁分别在与所述加载运动支杆、加载静止支杆相对应的位置上开有通孔；

所述加载运动支杆和加载静止支杆分别在与所述通孔之间的间隙中设置有硅胶隔热布。

其中，所述液压作动器与一个动力模块相连接，所述动力模块用于为所述液压作动器提供稳定的动能。

其中，所述动力模块包括液压源和比例阀控制器，所述比例阀控制器与所述液压源相连接，所述液压源与所述液压作动器相连接，所述比例阀控制器用于控制所述液压源向所述液压作动器输出的液压大小，从而控制所述液压作动器输出的载荷大小。

其中，所述液压作动器为小缸径的低摩擦的双出杆型液压作动器。

其中，所述力传感器与一个数据采集模块通过信号线相连接，所述数据采集模块用于获取所述力传感器所输出的所述液压作动器施加的载荷值以及板簧的形变量。

其中，还包括试验控制模块，所述试验控制模块与所述动力模块相连接，用于向所述动力模块发出控制信号，控制所述动力模块输出预设大小的交变载荷给液压作动器。

其中，所述试验控制模块与所述动力模块中的比例阀控制器相连接；

所述试验控制模块为波形发生器。

由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提出了一种汽车板簧的疲劳载荷试验装置，其可以让试验操作人员方便、可靠地对汽车板簧的温度应力进行检测，并同时对汽车板簧进行疲劳载荷试验，试验操作方便、快捷，显著降低试验成本，节约宝贵的试验空间，有利于广泛的生产应用，具有重大的生产实践意义。

附图说明

图1为本发明提供的一种汽车板簧的疲劳载荷试验装置在不画出温箱时的立体结构示意图；

图2为本发明提供的一种汽车板簧的疲劳载荷试验装置的主视图；

图3为本发明提供的一种汽车板簧的疲劳载荷试验装置的俯视图；

图中，1为底部支架，2为固定静止支架，3为加载静止支杆，5为温箱，6为支撑架，7为加载运动支杆，8为力传感器，9为液压作动器，10为固定运动支架，11为静止导轨，12为运动导轮，13为板簧。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

参见图1至图3，本发明提供的一种汽车板簧的疲劳载荷试验装置，用于方便、可靠地对汽车板簧的温度应力进行检测，并同时对汽车板簧进行疲劳载荷试验。

本发明的汽车板簧的疲劳载荷试验装置具体包括底部支架1，所述底部支架1的顶部左右两端分别垂直设置有固定运动支架10和固定静止支架2，所述固定运动支架10和固定静止支架2之间设置有一个支撑架6，也就是说，所述底部支架1的横向从左往右设置有固定运动支架10、支撑架6和固定静止支架2；

所述固定运动支架10的顶部设置有一个液压作动器9，所述液压作动器9右端的输出轴与一个力传感器8相连接，所述力传感器8与一个加载运动支杆7的左端固定连接；

所述支撑架6的顶部纵向设置有一个静止导轨11，所述静止导轨11的左侧前后两端分别设置有一个运动导轮12，所述两个运动导轮12与需要进行疲劳试验的板簧13的前后两端相铰接；

所述加载运动支杆7的右端部与所述板簧13的左侧壁固定连接(例如螺纹连接)；

所述固定静止支架2的左侧壁固定连接有一个加载静止支杆3，所述加载静止支杆3的左端贯穿所述静止导轨11后与所述板簧13的右侧壁固定连接(例如螺纹连接)。

在本发明中，为了对汽车板簧的温度应力进行检测，参见图2，具体实现上，所述板簧13、静止导轨、运动导轮12位于一个矩形、中空的温箱5里面；

所述加载静止支杆3的左端贯穿所述温箱5的右侧壁、所述静止导轨11后与所述板簧13的右侧壁固定连接(例如螺纹连接)；

所述加载运动支杆7的右端部贯穿所述温箱5的左侧壁后与所述板簧13的左侧壁固定连接(例如螺纹连接)。

对于本发明，具体实现上，所述温箱5的左右两侧壁分别在与所述加载运动支杆7、加载静止支杆3相对应的位置上开有通孔，并且所述加载运动支杆7和加载静止支杆3分别在与所述通孔之间的间隙中设置有硅胶隔热布，用于减少温箱和外界的热交换。

需要说明的是，所述温箱5可以调节其内部的温度和湿度，用于提供稳定的温度和湿度的环境应力。所述底部支架1、固定运动支架10、固定静止支架2和右固定板11具有较高的刚度。

其中，所述底部支架1，用于支撑整个疲劳载荷试验装置的重量，是整个装置的主框架；所述固定静止支架2，用于间接平衡所述板簧13受到的载荷，并将力传递至所述底部支架1；所述固定运动支架10，用于直接平衡液压作动器9受到的载荷，并将力传递到底部支架1；

所述加载静止支杆3用于直接平衡板簧13受到的载荷，并将力传递给固定静止支架2；

所述液压作动器9，用于向力传感器8方向输出直线往复运动的作用力(即载荷)；

所述力传感器8，用于监测所述液压作动器9施加的载荷值以及板簧13的形变量；

所述加载运动支杆7，用于将液压作动器9输出的直线往复运动的作用力传递到板簧13上，并将液压作动器9和温箱5隔离；

所述支撑架6用于增加本发明装置的整体刚度；

所述静止导轨11，用于约束所述板簧13的运动轨迹，使得板簧13在受到直线施加的交变载荷下，能够沿着规定的自由度进行伸展滑动，模拟实际汽车状态下的往复运动；

所述运动导轮12，用于实现板簧13与所述加载运动支杆7、加载静止支杆3(即加载机构)之间的相对运动。

在本发明中，需要说明的是，所述静止导轨11和运动导轮12，可以通过运动导轮12自身的转动，以及静止导轨11对板簧13的自由度的约束，消除了所述板簧13左右两端的加载机构中心轴(即所述加载运动支杆7和加载静止支杆3)在安装时的不同心问题，同时有效地避免了在往复动作中出现卡死的问题，保证试验可以长时间正常运行。

在本发明中，所述固定运动支架10的右侧壁上还可以设置一个位移传感器，用于实时监测所述液压作动器9右端的输出轴在直线方向进行反复运动时的位移值。

在本发明中，具体实现上，所述温箱5可以任意一种可以调节其内部的温度的温箱，例如可以为天津航天瑞莱科技有限公司生产的型号为WT1110-10DEHVB的温箱，温箱体积为10m3，可以调节的温度区间为-70～120℃。

在本发明中，需要说明的是，所述底部支架1为组装式通用工装，支架的横梁上采用均布的腰型孔，可以根据不同的安装位置自由调整装配。所述固定运动支架10、固定静止支架2和底部支架1形成一个整体，加强自身稳定性的同时，也提高本发明装置的整体刚度。

在本发明中，所述液压作动器9与一个动力模块相连接，所述动力模块用于为所述液压作动器9提供稳定的动能。具体实现上，所述动力模块可以为任意一种能够提供动力的动力模块，优选为包括能够提供稳定压力与流量的液压源，采用液压油作为介质，其中压力和流量均可通过电信号进行无极调控，并配有蓄能装置，以减小运动中的冲击。

具体实现上，所述动力模块包括液压源和比例阀控制器，所述比例阀控制器与所述液压源相连接，所述液压源与所述液压作动器9相连接，所述比例阀控制器用于控制所述液压源向所述液压作动器9输出的液压大小，从而控制所述液压作动器9输出的载荷大小。

具体实现上，所述液压作动器9优选采用小缸径的低摩擦的双出杆型液压作动器，更有利于本发明进行控制。

对于本发明，所述动力模块采用液压伸缩驱动机构，也就是包括固定设置的液压作动器2以及相应的比例阀控制器。

需要说明的是，所述动力模块并不是垂直放置于温箱5的下方，而是通过温箱5的侧壁进行水平加载。所述加载运动支杆7、加载静止支杆3(作为加载机构)以及动力模块可以形成一个自平衡的内力结构。

在本发明中，所述加载运动支杆7、加载静止支杆3、静止导轨11和运动导轮12等(作为加载机构)在一起能将动力模块施加的载荷传稳定的传递到板簧13上，并将动力模13和温箱5形成的温度环境隔离，相互没有干扰。

在本发明中，所述加载运动支杆7、加载静止支杆3、静止导轨11和运动导轮12等(作为加载机构)在一起能够模拟板簧实车的运动方式，使得板簧13在受直线的交变载荷下，能够自由的伸展滑动。

在本发明中，所述力传感器8与一个数据采集模块通过信号线相连接，所述数据采集模块用于在试验过程中，获取所述力传感器8所输出的载荷数据(包括所述液压作动器9施加的载荷值以及板簧13的形变量)。因此，所述数据采集模块通过实时记录所述力传感器8所输出的载荷试验数据，能够显示力曲线的统计参数。

在本发明中，具体实现上，所述数据采集模块可以任意一种可以有效采集所述力传感器8所输出的载荷数据的数据采集装置，例如可以为泰斯特电子有限公司生产的型号为TST-5912的动态信号测试分析系统，采样频率为100k，通道数为16通道。

在本发明中，本发明提供的汽车板簧的疲劳载荷试验装置还包括试验控制模块，所述试验控制模块与所述动力模块相连接，用于向所述动力模块发出控制信号，控制所述动力模块输出预设大小的交变载荷(载荷的数值会动态变化)给液压作动器9。因此，所述试验控制模块能够根据试验操作人员设定的载荷或者压缩量，控制所述液压源和比例阀控制器形成的液压伸缩驱动机构，可以满足不同交变载荷或压缩量的试验条件。

具体实现上，所述试验控制模块与所述动力模块中的比例阀控制器相连接，用于发出控制信号给所述动力模块中的比例阀控制器，从而控制所述动力模块中的液压源向所述液压作动器9输出的液压大小。

具体实现上，所述试验控制模块中包括有一个信号发生器，用于形成控制信号(如电压信号)。因此，可以通过本发明的试验控制模块，向所述动力模块中的比例阀控制器输入给定的频率、力、位移信号(即控制信号)，即可通过电压信号驱动比例阀控制器，从而控制液压源输出的液压大小，控制液压缸的动作，不断进行闭环控制。

在本发明中，具体实现上，所述试验控制模块可以为中央处理器CPU、数字信号处理器DSP或者单片机MCU，优选为波形发生器(即可数字调频调幅的数字信号发生器)。

为了对本发明提供的汽车板簧的疲劳载荷试验装置有更加直观的了解，下面简要说明本发明的疲劳试验装置的具体安装调试步骤，包括以下步骤：

1、将固定静止支架2和固定运动支架10安装到底部支架1上，并将力传感器8、液压作动器9安装到固定运行支架10上；

2、将温箱5调整到适当位置，将加载运动支杆7安装到力传感器8上，在温箱的侧壁通孔内涂润滑油，保证液压作动器9在通孔内自由滑动；

3、安装支撑架6、静止导轨11、运动导轮12和板簧13；

4、安装加载静止支杆3到固定静止支架2上；

5、调节支架的位置，使液压作动器9与加载静止支杆3的中心基本在同一轴线上；微调整个系统的位置，并固定锁死；

6、连接力传感器8、位移传感器，接通数据采集模块，检测信号是否正常；

7、开启动力模块，调节其中液压源的泵压压力；

8、开启试验控制模块，给定一定调试信号，检测力传感器及装置状态是否正常；

9、开始小量级试验，观察试件状态；

10、逐步提升量级，至正式试验。

需要说明的是，对于试验的推力较大时，可增大液压作动器9的内径，对于试验的频率较快时，可减小液压作动器9的内径。

基于以上技术方案可知，与现有技术相比较，本发明提供的一种汽车板簧的疲劳载荷试验装置，其具有以下的技术效果：

1、结构简单、控制方便、易于安装维护，整个疲劳试验装置采用比例开环控制，通过两个开环系统的组合，可以完成闭环系统的基本功能，不但满足了试验要求，而且大幅度降低的试验成本；

2、利用液压系统使作动器往复运动，再利用加载系统，将液压系统和温箱系统隔离，使两者不互相干扰，能够保证较高的直线输出，同时加载机构还能够模拟板簧实车的运动方式，使得板簧在受直线交变载荷下能够自由的伸展滑动；

3、采用闭环控制方式，装置流量在120L/min左右，额定压力在21Mpa左右，并采用双出杆式的液压作动器，其中作动器的行程和切换频率可以由波形发生器进行控制，例如，在波形发生器中输入设定的数值(位移或者力)，即可通过电压信号驱比例阀控制器，从而控制液压作动器的动作，同时，本发明采用电子比例式调压，可以根据设定程序自由改变作动器的推力大小，并采用蓄能器吸收加载过程中的冲击；

4、本发明提供的疲劳载荷试验装置不需要依赖坚固的地基，整套装置形成一个自平衡的内力结构，完全依靠自身的刚度，地基不承受载荷力，并且整套装置可以自由的移动，大幅度节约了试验前期投入成本；

5、本发明提供的疲劳载荷试验装置对温箱的要求不高，并且采用了水平加载的方式，加载运动支杆7和加载静止支杆3这两个加载杆通过温箱侧壁的开孔连接到板簧上，这样大幅度减小的温箱内腔与外界的热交换，使得温箱内部温湿度更均匀。

基于上述技术方案可知，本发明针对现有技术的不足和高试验成本，提供一种简单、快捷、高效的应用于汽车板簧在环境应力下的疲劳载荷试验装置，其在满足不同试验条件的同时，使得整个试验在实施的过程中更加便捷，创新性的将温箱和液压疲劳加载系统结合在一起。本发明可以很好地运用于汽车板簧在环境应力下的疲劳载荷试验中，用以完成考核产品的在不同温湿度下的机械疲劳性能，其加温度范围在100℃至-60℃之间，湿度范围在99％RH以内，加载力在5T以内，加载频率在10Hz以内，幅值在200mm以内。

综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种汽车板簧的疲劳载荷试验装置，其可以让试验操作人员方便、可靠地对汽车板簧的温度应力进行检测，并同时对汽车板簧进行疲劳载荷试验，试验操作方便、快捷，显著降低试验成本，节约宝贵的试验空间，有利于广泛的生产应用，具有重大的生产实践意义。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种汽车板簧的疲劳载荷试验装置，其特征在于，包括底部支架(1)，所述底部支架(1)的横向从左往右设置有固定运动支架(10)、支撑架(6)和固定静止支架(2)；

所述固定运动支架(10)的顶部设置有一个液压作动器(9)，所述液压作动器(9)右端的输出轴与一个力传感器(8)相连接，所述力传感器(8)与一个加载运动支杆(7)的左端固定连接；

所述支撑架(6)的顶部纵向设置有一个静止导轨(11)，所述静止导轨(11)的左侧前后两端分别设置有一个运动导轮(12)，所述两个运动导轮(12)与需要进行疲劳试验的板簧(13)的前后两端相铰接；

所述加载运动支杆(7)的右端部与所述板簧(13)的左侧壁固定连接；

所述固定静止支架(2)的左侧壁固定连接有一个加载静止支杆(3)，所述加载静止支杆(3)的左端贯穿所述静止导轨(11)后与所述板簧(13)的右侧壁固定连接；

所述板簧(13)、静止导轨(11)、运动导轮(12)位于一个中空的温箱(5)里面；

所述力传感器(8)与一个数据采集模块通过信号线相连接，所述数据采集模块用于获取所述力传感器(8)所输出的所述液压作动器(9)施加的载荷值以及板簧(13)的形变量。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加载静止支杆(3)的左端贯穿所述温箱(5)的右侧壁、所述静止导轨(11)后与所述板簧(13)的右侧壁固定连接；

所述加载运动支杆(7)的右端部贯穿所述温箱(5)的左侧壁后与所述板簧(13)的左侧壁固定连接。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述温箱(5)的左右两侧壁分别在与所述加载运动支杆(7)、加载静止支杆(3)相对应的位置上开有通孔；

所述加载运动支杆(7)和加载静止支杆(3)分别在与所述通孔之间的间隙中设置有硅胶隔热布。

4.如权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述液压作动器(9)与一个动力模块相连接，所述动力模块用于为所述液压作动器(9)提供稳定的动能。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述动力模块包括液压源和比例阀控制器，所述比例阀控制器与所述液压源相连接，所述液压源与所述液压作动器(9)相连接，所述比例阀控制器用于控制所述液压源向所述液压作动器(9)输出的液压大小，从而控制所述液压作动器(9)输出的载荷大小。

6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述液压作动器(9)为小缸径的低摩擦的双出杆型液压作动器。

7.如权利要求4所述的装置，其特征在于，还包括试验控制模块，所述试验控制模块与所述动力模块相连接，用于向所述动力模块发出控制信号，控制所述动力模块输出预设大小的交变载荷给液压作动器(9)。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述试验控制模块与所述动力模块中的比例阀控制器相连接；

所述试验控制模块为波形发生器。