CN106679957A - 同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置与方法，为克服对重型卧车刀架进行可靠性试验时缺乏同步加载的试验装置及试验方法的问题，装置包括支撑座(3)、2套加载装置(4)、液压加载部分及电气控制部分；支撑座(3)安装在重型卧车的前导轨(2)上，2套加载装置(4)安装在支撑座(3)的顶端面上；液压加载部分的分流集流阀(29)的两出油口采用油管和2套加载装置(4)中的左加载液压缸(27)的无杆腔以及右加载液压缸(28)的无杆腔相连接；电气控制部分和2套加载装置(4)、支撑座(3)与液压加载部分电线连接。本发明还提供了一种利用同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置对被试刀架进行加载可靠性试验的方法。

Description

同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置与方法

技术领域

本发明涉及一种应用于重型卧车刀架的可靠性试验装置与方法，更确切地说，本发明涉及同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置与方法。

背景技术

重型卧车一般指重量在10吨或以上的机床，主要用于国防军工、航空航天、船舶、能源、工程机械等国家重点工程项目及工业支柱产业中的大型、特大型零件加工。作为重型卧车中的关键部件—刀架，由于其可以同时安装两把刀具进行切屑，实现了一次走刀同时完成多个部位的加工，缩短了切削时间，提高了切屑效率。与此同时，还可以避免刀具切屑过程中走刀距离过长带来的装夹问题，因此在重型卧车中得到了广泛的应用。

刀架作为重型卧车的重要零部件，在加工完成后，为了检测其是否达到合格标准，常常需要进行可靠性检验。现行的对刀架可靠性的研究主要采用两种方法，一种是故障模式及影响分析(FMEA)，一种是故障树分析(FTA)。然而，无论FMEA还是FTA均需要大量的故障数据和维修数据。目前，这些数据主要通过机床整机的现场跟踪试验和关键功能部件的实验室可靠性试验两种方法获取。机床整机的现场试验周期过长，且需要消耗大量的人力、物力及财力，而关键功能部件的实验室可靠性试验可在实验室内主动激发故障，快速获得所需数据，且试验环境可控制。

然而，在对重型卧车刀架进行实验室可靠性试验的过程中，由于刀架自身重量过重导致移动不便，难以像普通机床部件一样实施实验室可靠性试验。而且在实际工作过程中，两个刀架中的刀具既可能受到相同的切削力，也可能受到不同的切削力，这就使得利用加载装置的运动模拟刀架加工过程中的各种受力状态变得非常困难。此外，重型卧车实际工作过程中的受力主要为低频、重载的切削力，需要采用合适的加载方法模拟刀架真实的受力情况。

综上，有必要针对重型卧车刀架的故障激发实验设计一种刀架可靠性试验装置，解决上述加载困难的问题，实现主动激发刀架故障，短时间内获得刀架的故障数据，进而通过相应的故障分析技术找到刀架的薄弱环节，并进行改进设计，最终提高刀架的可靠性水平。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的对重型卧车刀架进行可靠性实验时缺乏实现同步加载的试验装置及试验方法的问题，提供了同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置与方法。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置包括支撑座、2套结构相同的加载装置、液压加载部分以及电气控制部分；

所述的支撑座的底端安装在重型卧车的前导轨的两根平行的导轨上，2套结构相同的加载装置并列地安装在支撑座的顶端面上；液压加载部分中的分流集流阀的两出油口分别采用油管和2套结构相同的加载装置中的左加载液压缸的无杆腔以及右加载液压缸的无杆腔相连接；电气控制部分和2套结构相同的加载装置、支撑座与液压加载部分电线连接。

技术方案中所述的电气控制部分和2套结构相同的加载装置、支撑座与液压加载部分电线连接是指：所述的电气控制部分中的一号伺服驱动器信号输出接口和一号伺服电机信号输入接口电线连接，二号伺服驱动器信号输出接口与二号伺服电机信号输入接口电线连接，三号伺服驱动器信号输出接口与三号伺服电机信号输入接口电线连接，下位可编程控制器PLC的第五信号输出接口与液压油泵(33)采用信号线连接；所述的电气控制部分中的温度信号处理模块的数据输入接口与温度检测单元的数据输出接口电线连接，电气控制部分中的振动信号处理模块的数据输入接口与振动检测单元的数据输出接口电线连接，电气控制部分中的压力信号处理模块的数据输入接口与压力检测单元的数据输出接口电线连接。

技术方案中所述的支撑座为箱体式结构件，上部为中空的长方体结构件，下部为中空的板式底座，上部中空的长方体与下部中空的板式底座连成一体成前后对称的箱体式结构件；板式底座的中心处设置有矩形通孔，矩形通孔的大小与上部长方体内腔的前后、左右尺寸相等，板式底座的中心处由左至右设置有贯通的凹槽，板式底座即支撑座的前、后底面为与前导轨相配合的两个导轨面，导轨面外侧设置有用于防护和支撑的短板；所述支撑座的顶端面为平面，顶端面上设置有两组分别用于安装2套结构相同的加载装置中电机座以及支座的螺纹孔。

技术方案中所述的加载装置包括位置传动部件、角度调整部件和液压加载机构；所述的位置传动部件位于最底部，位置传动部件通过其中的支座与电机座采用螺栓和支撑座的顶端固定连接，角度调整部件通过其中的连接板和位置传动部件中的丝杠与位置传动部件相连接；液压加载机构通过液压缸座与角度调整装置中的连接座和角度调整装置固定连接。

技术方案中所述的位置传动部件包括后限位开关、支座、导轨、前限位开关、电机座、伺服电机与丝杠；所述的电机座与支座固定安装在支撑座的顶端面上，伺服电机安装在电机座上，电机输出轴通过刚性联轴器与丝杠连接，丝杠采用轴承固定安装在支座的前侧箱壁与后侧箱壁上的前轴承通孔与后轴承通孔中；支座的左、右箱壁的顶端采用螺栓安装2个结构相同的导轨，前限位开关及后限位开关安装在支座右箱壁的前、后两端。

技术方案中所述的角度调整部件包括连接板、转动座与连接座；所述的连接板由连接板体与螺母组成。连接板体的中心处设置有三段结构相同的圆弧形通槽，三段结构相同的圆弧形通槽分布在同一圆周上，相邻两段圆弧之间的夹角相等，连接板底面的中心处安装有与丝杠配合的螺母。所述的转动座由底部圆盘与2个结构相同的支撑壁组成；底部圆盘均匀地设置有3个安装螺栓的用于将底部圆盘与连接板连接的螺栓通孔，3个螺栓通孔的回转中心线分布在一个圆周上，该圆周的中心线与底部圆盘的中心线共线，该圆周的半径与连接板体的中心处设置的三段圆弧形通槽分布的圆周的半径相等。所述的2个结构相同的支撑壁为等腰三角形的板式结构件，在等腰三角形形状的支撑壁的上端设置有用于和连接座相配合的通孔；2个结构相同的支撑壁相互平行地通过其底边安装在底部圆盘的中心位置处，2个结构相同的支撑壁垂直于底部圆盘，2个结构相同的支撑壁上端的和连接座相配合的通孔的回转轴线共线，2个结构相同的支撑壁之间距离等于连接座的厚度，2个结构相同的支撑壁与底部圆盘之间采用焊接方式连接；转动座采用螺栓固定连接在连接板的圆弧形通槽上。所述的连接座为等腰三角形的板式结构件，在等腰三角形形状的连接座的下端设置有用于和转动座中的2个结构相同的支撑壁相配合的连接通孔，连接座的下端采用销轴与2个结构相同的支撑壁上端设置的通孔转动连接；连接座上端即等腰三角形的底边与液压加载机构中的液压缸座底面左端的中间位置采用焊接方式连接。

技术方案中所述的液压加载机构包括温度检测单元、液压缸座、加载液压缸、液压连接块、固定板、振动检测单元、压力检测单元与加载棒。所述的加载液压缸安装在液压缸座上，液压连接块通过固定板安装在加载液压缸上，振动检测单元采用型号为A103的无线振动传感器，无线振动传感器采用磁力吸附的方式固定在加载液压缸缸杆的中部；压力检测单元采用型号为NY361T的压力传感器，压力检测单元采用螺栓固定连接在加载液压缸缸杆的端部；加载棒安装于加载液压缸缸杆的末端，加载棒的端部为球头；温度检测单元采用型号为IRTP-100DL的非接触式红外线温度传感器，温度检测单元安装在液压缸座右侧壁外侧的后端。

技术方案中所述的液压加载部分包括分流集流阀、三位四通电磁换向阀、压力表、溢流阀、液压泵、过滤器与油箱。所述的液压泵的进油口与油箱采用油管相连接，液压泵的出油口和溢流阀的进油口及三位四通电磁换向阀的P油口采用油管连接，同时在液压泵的出油管路中安装压力表，溢流阀的出油口与三位四通电磁换向阀的T口以及过滤器的进油口采用油管相连接，过滤器的出油口与油箱采用油管连接，三位四通电磁换向阀的A口与分流集流阀的进油口采用油管连接，三位四通电磁换向阀的B口采用油管和2套结构相同的加载装置中的左加载液压缸的有杆腔及右加载液压缸的有杆腔连接。

技术方案中所述的处理模块电气控制部分包括上位工控机、下位可编程控制器PLC、处理模块与伺服驱动器。所述的处理模块包括温度信号处理模块、温度信号处理模块、压力信号处理模块；所述的伺服驱动器包括一号伺服驱动器、二号伺服驱动器、三号伺服驱动器与四号伺服驱动器。所述的上位工控机中内置的RS-232C端口与下位可编程控制器PLC的内置于控制器的RS-232C端口线连接，下位可编程控制器PLC的信号输出接口分别与一号伺服驱动器、二号伺服驱动器、三号伺服驱动器、四号伺服驱动器的信号输入接口连接；温度信号处理模块数据输出接口与上位工控机的第一数据输入接口线连接，振动信号处理模块数据输出接口与上位工控机的第二数据输入接口线连接，压力信号处理模块数据输出接口与上位工控机的第三数据输入接口线连接。

一种应用所述的同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置对被试刀架进行加载可靠性试验，步骤如下：

1)可靠性试验准备：

(1)采集被试刀架实际工况中的载荷；

(2)调整刀架与同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置的相对位置；

(3)测试同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置的加载力损失；

(4)设置同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置可靠性加载自动控制参数；

2)进行可靠性实验：

(1)启动自动控制程序；

(2)进行加载试验；

3)可靠性试验分析：

(1)进行加载可靠性试验的时间应不少于被测刀架的平均故障间隔工作时间MTBF的5倍，在进行可靠性试验过程中，如果出现温度、压力或振动报警，则应立即停机，分析报警产生的原因，并对刀架可靠性试验装置进行改进处理；

(2)在可靠性试验完成后，根据可靠性评估标准GB/T 23568.1-2009《机床功能部件可靠性评定》，对实验过程中采集的数据进行统计分析处理，利用FMECA分析及FTA分析方法分析被测刀架的可靠性水平；

4)对改进后的刀架设计继续进行可靠性试验：

不断重复步骤1)～4)，直到被测试刀架的可靠性水平符合要求。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本发明所述的同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置可实现3个方向上的线性调整以及2个方向上的角度调整，包含了重型机床刀架实际工作过程中的各种受力情况。

2.本发明所述的同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置可直接安装于被测重型卧车上，大大简化了可靠性试验的流程及步骤。

3.本发明所述的同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置可通过温度检测单元、压力检测单元和振动检测单元检测试验过程中整个试验台的温度、加载力及振动信号的大小，确保整个加载过程安全有效。

4.本发明所述的同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置可实现对刀架上的两个刀具同时加载，同时也适用于其他同时对两个物体加载的液压系统。

4.本发明所述的同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置的刀架可靠性试验方法严谨完善，适用于针对重型卧车刀架进行的各类可靠性试验。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1为本发明所述的同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置安装在重型卧车上的轴测投影图；

图2为本发明所述的同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置的加载装置结构组成的轴测投影图；

图3为本发明所述的同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置中连接板结构组成的轴测投影图；

图4为本发明所述的同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置结构组成的轴测投影图；

图5为本发明所述的同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置中液压加载部分液压原理图；

图6为本发明所述的同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置中电气控制部分的结构原理框图；

图7为采用本发明所述的同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置进行可靠性试验的试验方法的流程框图；

图中：1.尾座，2.前导轨，3.支撑座，4.加载装置，5.床身，6.床头箱，7.刀架，8.后导轨，9.温度检测单元，10.后限位开关，11.支座，12.连接板，13.转动座，14.导轨，15.前限位开关，16.电机座，17.电机，18.丝杠，19.液压缸座，20.加载液压缸(左加载液压缸27或右加载液压缸28)，21.连接座，22.液压连接块，23.固定板，24.振动检测单元，25.压力检测单元，26.加载棒，27.左加载液压缸，28.右加载液压缸，29.分流集流阀，30.三位四通电磁换向阀，31.压力表，32.溢流阀，33.液压油泵，34.过滤器，35.油箱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

参阅图1，所述的前导轨2包括两根平行的导轨，前导轨2的横截面呈现“凹”字型结构，从左到右安装在床身5的前半部分上，床头箱6及尾座1安装在前导轨2的左右两端相配合，床头箱6与尾座1和前导轨2之间为滑动连接。所述后导轨8与所述前导轨2平行放置，同样后导轨8包括两根相互平行的导轨，后导轨8的横截面呈现“凹”字型结构，从左到右安装在床身5的后半部分上。刀架7的底端安装在后导轨8上，刀架7与后导轨8之间为滑动连接。所述的尾座1、前导轨2、后导轨8、床身5、床头箱6及刀架7都为重型卧车的部件。

参阅图1、图5与图6，所述的同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置包括支撑座3、2套结构相同的加载装置4、液压加载部分以及电气控制部分。

所述支撑座3为箱体式结构件，上部为中空的长方体结构件，下部为中空的板式底座，上部中空的长方体与下部中空的板式底座连成一体成前后对称的箱体式结构件；板式底座的中心处设置有矩形通孔，矩形通孔的大小与上部长方体内腔的前后、左右尺寸相等，板式底座的中心处由左至右设置有贯通的凹槽，板式底座即支撑座3的前、后底面为与前导轨2相配合的两个导轨面，导轨面外侧设置有用于防护和支撑的短板；支撑座3通过其板式底座上的前后导轨面安装在前导轨2的两根平行的导轨上，支撑座3可在前导轨2上滑动，支撑座3的滑动可带动2套结构相同的加载装置4沿着前导轨2运动，即实现2套结构相同的加载装置4在左右方向上的移动，所述支撑座3的顶端面为平面，顶端面上设置有分别用于安装电机座16以及支座11的螺纹孔。

参阅图2，所述的加载装置4包括位置传动部件、角度调整部件和液压加载机构。

所述的位置传动部件位于最底部，位置传动部件与支撑座3顶端采用螺栓连接，即固定在支撑座3的顶端，角度调整部件的底端通过其中的连接板12和位置传动部件中的丝杠18连接，并可与位置传动部件相对移动；液压加载机构通过液压缸座19与角度调整装置中的连接座21固定连接。

所述的位置传动部件包括后限位开关10、支座11、导轨14、前限位开关15、电机座16、伺服电机17和丝杠18；

所述的后限位开关10和前限位开关15结构相同，皆采用型号为Z-15GW22A55-B5V的接触式限位开关。

所述的支座11为上开口式长方体形的箱体类结构件，在支座11的前侧箱壁与后侧箱壁上设置有水平的用于安装滚动轴承的前轴承通孔与后轴承通孔，前轴承通孔与后轴承通孔的回转轴线共线，采用2个滚动轴承将丝杠18安装在支座11两端的前轴承通孔与后轴承通孔中。支座11左、右箱壁的顶端设置有两排相互平行的对称布置的用于安装2根结构相同的导轨14的螺纹孔，支座11左、右箱壁的顶端面处于同一水平面内。

所述的角度调整部件包括连接板12、转动座13和连接座21；

所述的转动座13由底部圆盘与2个结构相同的支撑壁组成。

所述的底部圆盘均匀地设置有3个安装螺栓的螺栓通孔，3个螺栓通孔的回转中心线分布在一个圆周上，该圆周的中心线与底部圆盘的中心线共线，3个螺栓通孔用于借助螺栓将底部圆盘与连接板12相连接。

所述的2个结构相同的支撑壁为等腰三角形的板式结构件，在等腰三角形形状的支撑壁的上端设置有用于和连接座21相配合的通孔；2个结构相同的支撑壁相互平行地通过其底边安装在底部圆盘的中心位置处，2个结构相同的支撑壁与底部圆盘之间采用焊接方式连接，2个结构相同的支撑壁垂直于底部圆盘，2个结构相同的支撑壁上端的和连接座21相配合的通孔的回转轴线共线，2个结构相同的支撑壁之间距离等于连接座21的厚度。

所述的连接座21为等腰三角形的板式结构件，在等腰三角形形状的连接座21的下端设置有用于和转动座13中的2个结构相同的支撑壁相配合的连接通孔；连接座21上端即等腰三角形的底边与液压缸座19底面左端的中间位置采用焊接方式连接。

参阅图3，所述的连接板12由连接板体与螺母组成，连接板体的中心处设置有三段结构相同的圆弧形通槽，三段结构相同的圆弧形通槽分布在同一圆周上，相邻两段圆弧之间的夹角相等，连接板12与转动座13通过螺栓连接固定在此圆弧形通槽中，并可在此圆弧形通槽中移动，从而实现转动座13相对于连接板12的转动。连接板12底面的中心处安装有与丝杠18配合的螺母。

所述的电机座16与所述的支座11固定安装在支撑座3的顶端面上，所述的伺服电机17安装在电机座16上，电机输出轴通过刚性联轴器与丝杠18连接，丝杠18通过轴承固定安装在支座11的前侧箱壁与后侧箱壁上的前轴承通孔与后轴承通孔中。支座11的左、右箱壁的顶端采用螺栓安装2个结构相同的导轨14，连接板12安装在左、右箱壁的顶端的导轨14上，两者之间为滑动连接，安装在连接板12底面上的螺母套装在丝杠18上，当伺服电机17带动丝杠18转动时，连接板12底面上的螺母与丝杠18配合，实现连接板12沿支座11顶端的导轨14滑动，进而实现加载装置4在前后方向的移动。在连接板12滑动过程中，为防止其滑动范围超过导轨14边界而影响整个加载实验的进行，在支座11右箱壁的前、后两端安装有前限位开关15及后限位开关10，对整个加载过程进行行程保护。

所述的转动座13与连接板12连接，并可相对连接板12进行转动，实现了加载装置4绕垂直方向的角度调整。所述连接座21与转动座13通过螺栓固定连接，连接座21可以以连接螺栓为轴相对于转动座13转动，实现了加载装置4的绕左右方向的角度调整。所述液压缸座19与连接座21固定连接，液压缸座19槽内部安装有加载液压缸20，加载液压缸20用于实现刀架切削力的模拟加载。所述液压连接块22通过固定板23连接于加载液压缸20上，液压连接块22左右两端均有与液压油管连接的端口。所述固定板23内部有液压油的通路，使得经液压连接块22右侧端口进入的液压油经过固定板23的内部通路后进入加载液压缸20的有杆腔，经液压连接块22左侧端口进入的液压油经过固定板23内部通路进入液压缸的无杆腔。

所述的液压加载机构包括温度检测单元9、液压缸座19、加载液压缸20(左加载液压缸27或右加载液压缸28)、液压连接块22、固定板23、振动检测单元24、压力检测单元25与加载棒26。

所述的液压缸座19为顶端与右端开口的长方体形的槽形结构件，液压缸20安装在液压缸座19上。

所述的左加载液压缸27与右加载液压缸28为型号功能完全一致的双作用单杆式液压缸。

所述的液压连接块22左右两端均设置有与液压油管连接的端口，所述液压连接块22底部有与固定板23相联通的油口，用于实现油液的流通。此外，液压连接块22前后两侧有拧紧螺栓，当液压连接块22安装于固定板23上后，拧紧拧紧螺栓便可以使液压连接块22与固定板23实现固定。

所述的固定板23内部设置有液压油的通路，使得经液压连接块22右侧端口进入的液压油经过固定板23的内部通路后进入加载液压缸20的有杆腔，经液压连接块22左侧端口进入的液压油经过固定板23内部通路进入液压缸的无杆腔。

所述的振动检测单元24采用必创科技生产的型号为A103的无线振动传感器，其频率响应能力为300Hz，可测振幅为0～2000μm。振动检测单元24安装于加载液压缸20缸杆的中部，所述的振动检测单元24采用无线振动传感器采集信号，所述的无线振动传感器采用磁力吸附的方式固定于振动检测单元24上。

所述的压力检测单元25采用能宇生产的型号为NY361T的压力传感器，压力检测单元25与加载液压缸20缸杆的端部采用螺栓固定连接，所述的压力检测单元25直接将压力传感器固定连接于加载液压缸20缸杆上，用于检测加载过程中的加载力。所述的加载棒26安装于加载液压缸20缸杆的末端，其端部为球头，方便对被试刀架进行切削力载荷加载。

所述的温度检测单元9采用型号为IRTP-100DL的非接触式红外线温度传感器，其测温范围为0-1000℃，响应时间为100ms，测温精度可达±1％，所述的温度检测单元通过螺栓固定于一根细长支架的端部，所述的细长支架末端有用于螺栓连接的方形底座，所述的细长支架由该方形底座通过螺栓连接固定于液压缸座19右侧壁外侧的后端，进而实现对温度检测单元的固定。

参阅图4，所述的加载装置4的支座11底部设置有与支撑座3连接的螺纹孔，通过螺栓将支座11与支撑座3固定连接。所述加载装置4的电机座16通过螺栓与支撑座3固定连接，这样整个加载装置4便固定在支撑座3上。由于重型卧车刀架有两个刀夹，所以本发明所述的同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置中的支撑座3上配置有两个结构相同的加载装置4，用以分别对两个刀架中的刀具进行载荷加载。由于两个结构相同的加载装置4都固定在支撑座3上，两个结构相同的加载装置4之间的距离与刀架上两刀具之间的距离一致，保证加载不会出现偏差。在实际加载过程中，通过电气控制系统控制伺服电机17的转动，实现两个结构相同的加载装置4在前后方向上的移动；通过手动调节转动座13及连接座21的相对转动量，实现绕垂直方向和绕左右方向的角度调整，从而最终实现两个结构相同的加载装置4对刀架不同工况下的加载。整个加载方案满足刀架实际工作状态。

参阅图5，所述的液压加载部分用于同时对同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置中的两个液压加载机构进行加载，液压加载部分包括分流集流阀29、三位四通电磁换向阀30、压力表31、溢流阀32、液压泵33、过滤器34与油箱35。

所述的分流集流阀29为等量式型号为3FJL-K的分流集流阀，以此保证两液压缸的同步动作。

所述的过滤器34为液压系统专用的型号为WU-F*J的磁性液压过滤器，用于过滤整个液压系统中的各种杂质。

所述液压泵33的进油口与油箱35通过油管相连，所述液压泵33的出油口与溢流阀32的进油口以及三位四通电磁换向阀30的P油口采用油管相连接，同时在液压泵33的出油管路中安装压力表31用以检测出油管路压力。所述的溢流阀32的出油口与三位四通电磁换向阀30的T口以及过滤器34的进油口采用油管相连接，所述的过滤器34的出油口与油箱35采用油管相连接。实现对液压油的循环利用。所述的三位四通电磁换向阀30的A口与分流集流阀29的进油口采用油管相连，所述的分流集流阀29的两出油口分别与左加载液压缸27的无杆腔以及右加载液压缸28的无杆腔采用油管相连，实现对左加载液压缸27和右加载液压缸28的同步控制。所述的左加载液压缸27的有杆腔以及右加载液压缸28的有杆腔与三位四通电磁换向阀30的B口采用油管相连接。这样就构成了该刀架双加载可靠性试验台的液压加载结构。

当所述的同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置中的液压加载部分进行加载时，首先接通电源，按下操纵面板上的启动按钮，调节溢流阀32至试验工作压力，液压泵33将液压油从油箱35中泵出，流向三位四通电磁换向阀30，此时三位四通电磁换向阀30右端电磁铁接通，三位四通电磁换向阀处于右端工作位置。液压泵33输出的油液通过三位四通电磁换向阀30进入分流集流阀29中，分流集流阀29输出流量相同的液压油分别至左加载液压缸27的无杆腔以及右加载液压缸28的无杆腔，实现了两个加载液压缸液压杆的同步加载动作。左加载液压缸27的有杆腔以及右加载液压缸28的有杆腔的液压油通过三位四通电磁换向阀30经过滤器34过滤后流回油箱35。

参阅图6，所述的电气控制部分包括上位工控机、下位可编程控制器PLC、处理模块(温度信号处理模块、温度信号处理模块、压力信号处理模块)与伺服驱动器(一号伺服驱动器、二号伺服驱动器、三号伺服驱动器、四号伺服驱动器)。

所述的下位可编程控制器PLC采用型号为CP1E-N40DR-A的欧姆龙可编程控制器，由220V的交流电供电，有24个直流输入点，16个直流输出点。

在实际连接时，下位可编程控制器PLC通过内置于控制器中的RS-232C端口与上位工控机中内置的RS-232C端口线连接进行串口通信，用以接收上位工控机的命令，并将相关信息及时反馈给上位工控机。下位可编程控制器PLC的信号输出接口分别与一号伺服驱动器、二号伺服驱动器、三号伺服驱动器、四号伺服驱动器的信号输入接口连接，用以给各个伺服驱动器发送相关命令并接收来自各伺服驱动器的信息。各个伺服驱动器信号输出接口的连接方法为：一号伺服驱动器信号输出接口与一号伺服电机信号输入接口电线连接，二号伺服驱动器信号输出接口与二号伺服电机信号输入接口电线连接，三号伺服驱动器信号输出接口与三号伺服电机信号输入接口电线连接，四号伺服驱动器信号输出接口与四号伺服电机信号输入接口电线连接。其中：一号伺服电机为驱动左侧的加载装置4沿前后方向移动的电机；二号伺服电机为驱动右侧的加载装置4沿前后方向移动的电机；三号伺服电机为驱动支撑座3在前导轨2上沿左右方向移动的电机；四号伺服电机为驱动刀架7在后导轨8上沿左右方向移动的电机。

此外，下位可编程控制器PLC的第五信号输出接口还与液压油泵33通过信号线连接，通过控制油泵工作实现对液压加载部分的控制。其中，下位可编程控制器PLC控制液压油泵33的输出油量，经过压力表31检测后，流入三位四通电磁换向阀30中，当液压油流到三位四通电磁换向阀30时，下位可编程控制器PLC发送相关命令至三位四通电磁换向阀30，通过控制三位四通电磁换向阀30，进而分别控制流入加载液压缸20(左加载液压缸27与右加载液压缸28)有杆腔及无杆腔中的液压油的流量及压力，最终实现对加载液压缸20加载动作的控制。

各个检测单元的连接方式为：温度检测单元的数据输出接口与温度信号处理模块数据输入接口线连接，温度信号处理模块数据输出接口与上位工控机的第一数据输入接口线连接；振动检测单元的数据输出接口与振动信号处理模块数据输入接口线连接，振动信号处理模块数据输出接口与上位工控机的第二数据输入接口线连接；压力检测单元的数据输出接口与压力信号处理模块数据输入接口线连接，压力信号处理模块数据输出接口与上位工控机的第三数据输入接口线连接。这样，各个检测单元将加载过程中所测的物理量及时反馈给上位工控机，供上位工控机进行分析处理。

在刀架故障激发试验时，首先根据被测刀架的受力状态，通过上位工控机与下位可编程控制器PLC控制一号伺服驱动器、二号伺服驱动器、三号伺服驱动器、四号伺服驱动器及其对应的伺服电机驱动加载装置4移动到合适工作位置，调节转动座13相对于连接板12及连接座21相对于转动座13的旋转角度到合适工作位置，使故障激发试验的加载状态与刀架7实际工作过程中的切削状态相符合。之后通过上位工控机控制界面设置加载力大小、加载方式、加载频率、加载时间，设置完成之后便可进行刀架故障激发试验，试验进行过程中的振动、温度和加载力大小通过各自相应的检测单元及时显示在上位工控机界面上，并将相应的数值记录在数据库内。

所述电气控制部分中上位工控机、下位可编程控制器PLC、信号处理模块与伺服驱动器都放置于试验装置旁边的电气柜中，通过数据线与伺服电机、温度检测单元、振动监测单元和压力检测单元等连接。

所述液压加载部分中分流集流阀29、三位四通电磁换向阀30、压力表31、溢流阀32、液压泵33、过滤器34、油箱35都放置于试验装置旁边的液压装置箱中，通过液压油管与液压连接块22连接并对试验装置系统的压力进行控制。

参阅图7，应用所述的同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置对被试刀架7进行加载可靠性试验，步骤如下：

1.可靠性试验准备

1)采集被试刀架实际工况中的载荷

可靠性试验的基本原则就是要满足实际工况，因此在对刀架7进行可靠性试验之前，需要采集刀架7在实际工作状态下的受载荷情况。由于实际工作状态中，刀架7所受载荷大部分为静载荷，如受动载荷的话也通常是由其所受静载荷乘以转换系数得到，因此主要采集刀架7实际工况下的静载荷数据。包括不同工况下的加载力F₁、···、F_i、···、F_n；对应的加载时间t₁、···、t_i、···t_n以及相对应的载荷方向，采集静载荷数据时应考虑刀架7两个刀夹中的刀具的受载情况，如受载情况不同，则应分别采集两个刀夹的受载情况。在此情况下建立刀架的载荷谱；

2)调整刀架与同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置的相对位置

调整同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置转动座13相对于连接板12及连接座21相对于转动座13的相对位置关系，使之与刀架7的实际受载荷方向一致，并锁紧；

3)测试同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置的加载力损失

同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置的加载力损失主要是指加载液压缸在加载过程中前端加载部分的弹性变形可能会造成加载力的部分损失，为了测试该加载力损失，在刀架7被加载部位前端临时安装型号为BX-120的应变片式压力传感器，刀架加载动作后对比工控机设定压力与刀架前端应变片式压力传感器采集到的压力大小，两者之差即为刀架可靠性试验装置的加载力损失；

4)设置同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置可靠性加载自动控制参数

依据采集得到的所有静态载荷的信息，在上位工控机中设置可靠性加载自动控制参数，包括设置加载过程的加载力大小，加载时间、加载方向；采集加载过程中的温度、压力和振动信号以及相应的报警值大小设置；

2.进行可靠性实验

1)启动自动控制程序

2)进行加载试验

在自动控制程序的控制下，同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置分别按设定的参数对被测刀架7的两个刀夹进行加载试验，加载压力分别为F₁、···，F_i、···、F_n；加载时间为T×t₁/Σ(t_i)、T×t₂/Σ(t_i)、T×t_i/Σ(t_i)、T×t_n/Σ(t_i),其中T为每日工作时间。

3.可靠性试验分析

1)进行加载可靠性试验的时间应不少于被测刀架7的平均故障间隔工作时间MTBF的5倍，在进行可靠性试验过程中，如果出现温度、压力或振动报警，则应立即停机，分析报警产生的原因，并对刀架可靠性试验装置进行改进处理；

2)在可靠性试验完成后，根据可靠性评估标准GB/T 23568.1-2009《机床功能部件可靠性评定》，对实验过程中采集的数据进行统计分析处理，利用FMECA分析及FTA分析方法分析被测刀架7的可靠性水平；

4.对改进后的刀架设计继续进行可靠性试验。

不断重复步骤1～4，直到被测试刀架7的可靠性水平符合要求。

本发明所述的设计方案是为了本技术领域的技术人员能够理解和应用本发明，是一种优化的设计方案，但本发明仅不限于本设计方案中这一具体的描述。总之，如果相关技术人员在坚持本发明基本设计方案的情况下做出不需要经过创造性劳动的等效结构变化或各种修改都在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置，其特征在于，所述的同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置包括支撑座(3)、2套结构相同的加载装置(4)、液压加载部分以及电气控制部分；

所述的支撑座(3)的底端安装在重型卧车的前导轨(2)的两根平行的导轨上，2套结构相同的加载装置(4)并列地安装在支撑座(3)的顶端面上；液压加载部分中的分流集流阀(29)的两出油口分别采用油管和2套结构相同的加载装置(4)中的左加载液压缸(27)的无杆腔以及右加载液压缸(28)的无杆腔相连接；电气控制部分和2套结构相同的加载装置(4)、支撑座(3)与液压加载部分电线连接。

2.按照权利要求1所述的同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置，其特征在于，所述的电气控制部分和2套结构相同的加载装置(4)、支撑座(3)与液压加载部分电线连接是指：

所述的电气控制部分中的一号伺服驱动器信号输出接口和一号伺服电机信号输入接口电线连接，二号伺服驱动器信号输出接口与二号伺服电机信号输入接口电线连接，三号伺服驱动器信号输出接口与三号伺服电机信号输入接口电线连接，下位可编程控制器PLC的第五信号输出接口与液压油泵(33)采用信号线连接；

所述的电气控制部分中的温度信号处理模块的数据输入接口与温度检测单元的数据输出接口电线连接，电气控制部分中的振动信号处理模块的数据输入接口与振动检测单元的数据输出接口电线连接，电气控制部分中的压力信号处理模块的数据输入接口与压力检测单元的数据输出接口电线连接。

3.按照权利要求1所述的同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置，其特征在于，所述的支撑座(3)为箱体式结构件，上部为中空的长方体结构件，下部为中空的板式底座，上部中空的长方体与下部中空的板式底座连成一体成前后对称的箱体式结构件；板式底座的中心处设置有矩形通孔，矩形通孔的大小与上部长方体内腔的前后、左右尺寸相等，板式底座的中心处由左至右设置有贯通的凹槽，板式底座即支撑座(3)的前、后底面为与前导轨(2)相配合的两个导轨面，导轨面外侧设置有用于防护和支撑的短板；所述支撑座(3)的顶端面为平面，顶端面上设置有两组分别用于安装2套结构相同的加载装置(4)中电机座(16)以及支座(11)的螺纹孔。

4.按照权利要求1所述的同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置，其特征在于，所述的加载装置(4)包括位置传动部件、角度调整部件和液压加载机构；

所述的位置传动部件位于最底部，位置传动部件通过其中的支座(11)与电机座(16)采用螺栓和支撑座(3)的顶端固定连接，角度调整部件通过其中的连接板(12)和位置传动部件中的丝杠(18)与位置传动部件相连接；液压加载机构通过液压缸座(19)与角度调整装置中的连接座(21)和角度调整装置固定连接。

5.按照权利要求4所述的同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置，其特征在于，所述的位置传动部件包括后限位开关(10)、支座(11)、导轨(14)、前限位开关(15)、电机座(16)、伺服电机(17)与丝杠(18)；

所述的电机座(16)与支座(11)固定安装在支撑座(3)的顶端面上，伺服电机(17)安装在电机座(16)上，电机输出轴通过刚性联轴器与丝杠(18)连接，丝杠(18)采用轴承固定安装在支座(11)的前侧箱壁与后侧箱壁上的前轴承通孔与后轴承通孔中；支座(11)的左、右箱壁的顶端采用螺栓安装2个结构相同的导轨(14)，前限位开关(15)及后限位开关(10)安装在支座(11)右箱壁的前、后两端。

6.按照权利要求4所述的同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置，其特征在于，所述的角度调整部件包括连接板(12)、转动座(13)与连接座(21)；

所述的连接板(12)由连接板体与螺母组成；连接板体的中心处设置有三段结构相同的圆弧形通槽，三段结构相同的圆弧形通槽分布在同一圆周上，相邻两段圆弧之间的夹角相等，连接板(12)底面的中心处安装有与丝杠(18)配合的螺母；

所述的转动座(13)由底部圆盘与2个结构相同的支撑壁组成；底部圆盘均匀地设置有3个安装螺栓的用于将底部圆盘与连接板(12)连接的螺栓通孔，3个螺栓通孔的回转中心线分布在一个圆周上，该圆周的中心线与底部圆盘的中心线共线，该圆周的半径与连接板体的中心处设置的三段圆弧形通槽分布的圆周的半径相等；

所述的2个结构相同的支撑壁为等腰三角形的板式结构件，在等腰三角形形状的支撑壁的上端设置有用于和连接座(21)相配合的通孔；2个结构相同的支撑壁相互平行地通过其底边安装在底部圆盘的中心位置处，2个结构相同的支撑壁垂直于底部圆盘，2个结构相同的支撑壁上端的和连接座(21)相配合的通孔的回转轴线共线，2个结构相同的支撑壁之间距离等于连接座(21)的厚度，2个结构相同的支撑壁与底部圆盘之间采用焊接方式连接；转动座(13)采用螺栓固定连接在连接板(12)的圆弧形通槽上；

所述的连接座(21)为等腰三角形的板式结构件，在等腰三角形形状的连接座(21)的下端设置有用于和转动座(13)中的2个结构相同的支撑壁相配合的连接通孔，连接座(21)的下端采用销轴与2个结构相同的支撑壁上端设置的通孔转动连接；连接座(21)上端即等腰三角形的底边与液压加载机构中的液压缸座(19)底面左端的中间位置采用焊接方式连接。

7.按照权利要求4所述的同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置，其特征在于，所述的液压加载机构包括温度检测单元(9)、液压缸座(19)、加载液压缸(20)、液压连接块(22)、固定板(23)、振动检测单元(24)、压力检测单元(25)与加载棒(26)；

所述的加载液压缸(20)安装在液压缸座(19)上，液压连接块(22)通过固定板(23)安装在加载液压缸(20)上，振动检测单元(24)采用型号为A103的无线振动传感器，无线振动传感器采用磁力吸附的方式固定在加载液压缸(20)缸杆的中部；压力检测单元(25)采用型号为NY361T的压力传感器，压力检测单元(25)采用螺栓固定连接在加载液压缸(20)缸杆的端部；加载棒(26)安装于加载液压缸(20)缸杆的末端，加载棒(26)的端部为球头；温度检测单元(9)采用型号为IRTP-100DL的非接触式红外线温度传感器，温度检测单元(9)安装在液压缸座(19)右侧壁外侧的后端。

8.按照权利要求1所述的同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置，其特征在于，所述的液压加载部分包括分流集流阀(29)、三位四通电磁换向阀(30)、压力表(31)、溢流阀(32)、液压泵(33)、过滤器(34)与油箱(35)；

所述的液压泵(33)的进油口与油箱(35)采用油管相连接，液压泵(33)的出油口和溢流阀(32)的进油口及三位四通电磁换向阀(30)的P油口采用油管连接，同时在液压泵(33)的出油管路中安装压力表(31)，溢流阀(32)的出油口与三位四通电磁换向阀(30)的T口以及过滤器(34)的进油口采用油管相连接，过滤器(34)的出油口与油箱(35)采用油管连接，三位四通电磁换向阀(30)的A口与分流集流阀(29)的进油口采用油管连接，三位四通电磁换向阀(30)的B口采用油管和2套结构相同的加载装置(4)中的左加载液压缸(27)的有杆腔及右加载液压缸(28)的有杆腔连接。

9.按照权利要求1所述的同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置，其特征在于，所述的电气控制部分包括上位工控机、下位可编程控制器PLC、处理模块与伺服驱动器；

所述的处理模块包括温度信号处理模块、温度信号处理模块、压力信号处理模块；

所述的伺服驱动器包括一号伺服驱动器、二号伺服驱动器、三号伺服驱动器与四号伺服驱动器；

所述的上位工控机中内置的RS-232C端口与下位可编程控制器PLC的内置于控制器的RS-232C端口线连接，下位可编程控制器PLC的信号输出接口分别与一号伺服驱动器、二号伺服驱动器、三号伺服驱动器、四号伺服驱动器的信号输入接口连接；温度信号处理模块数据输出接口与上位工控机的第一数据输入接口线连接，振动信号处理模块数据输出接口与上位工控机的第二数据输入接口线连接，压力信号处理模块数据输出接口与上位工控机的第三数据输入接口线连接。

10.应用所述的同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置对被试刀架进行加载可靠性试验，步骤如下：

1)可靠性试验准备：

(1)采集被试刀架实际工况中的载荷；

(2)调整刀架与同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置的相对位置；

(3)测试同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置的加载力损失；

(4)设置同步加载的重型卧车刀架可靠性试验装置可靠性加载自动控制参数；

2)进行可靠性实验：

(1)启动自动控制程序；

(2)进行加载试验；

3)可靠性试验分析：

(1)进行加载可靠性试验的时间应不少于被测刀架(7)的平均故障间隔工作时间MTBF的5倍，在进行可靠性试验过程中，如果出现温度、压力或振动报警，则应立即停机，分析报警产生的原因，并对刀架可靠性试验装置进行改进处理；

(2)在可靠性试验完成后，根据可靠性评估标准GB/T 23568.1-2009《机床功能部件可靠性评定》，对实验过程中采集的数据进行统计分析处理，利用FMECA分析及FTA分析方法分析被测刀架(7)的可靠性水平；

4)对改进后的刀架设计继续进行可靠性试验：

不断重复步骤1)～4)，直到被测试刀架(7)的可靠性水平符合要求。