CN106768973A - 滚动直线导轨副钳制器可靠性试验装置及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机床功能部件可靠性试验领域，涉及一种滚动直线导轨副钳制器可靠性试验装置；该试验台由钳制器工作台主体部分、钳制器控制结构部分、载荷施加部分、钳制器性能测试部分和自动控制部分组成；钳制器控制结构部分控制钳制器的钳制和松开；载荷施加部分模拟钳制器实际工况下的轴向载荷和惯性载荷；钳制器性能检测部分与钳制器控制结构部分、载荷施加部分配合进行钳制器保持力检测、响应时间检测和刹车距离检测；该试验方法包括钳制器空载下基本动作试验、钳制器受载下钳制动作试验、钳制器受载下刹车动作试验和钳制器性能测试试验。本发明能够对不同种类、不同型号、尽可能多数量的钳制器实现动、静态加载并进行可靠性试验。
Description
技术领域
本发明属于机床功能部件可靠性试验领域，涉及一种滚动直线导轨副钳制器可靠性试验装置，更确切地说，本发明涉及一种能够对不同类型的滚动直线导轨副钳制器实现动、静态加载并进行可靠性试验的试验装置及应用该试验装置进行可靠性试验的试验方法。
背景技术
近几年，钳制器的出现弥补了滚动直线导轨副减振性能相对较差、丝杠寿命和精度受刀具切削力和冲击载荷影响、无自锁特性无法避免停电等突发情况造成的工件坠落安全事故等缺陷。钳制器部件以其体积小巧、高保持力、紧急时刻可刹车等优点开始广泛应用于导轨副上。目前钳制器的控制方式可分为手动、气压和液压三大类。其中手动控制为箝制型；气压控制和液压控制又可分为箝制型和带刹车型两类。
作为一种具有钳制和刹车功能的部件，滚动直线导轨副钳制器的主要性能参数包括钳制力、反映时间和刹车距离。目前，行业对钳制器的保持力和响应时间检验提出了行业标准，但是保持力检验方案仅适用于箝制型钳制器加载，没有给出具体的加载装置，且该方案对带刹车型钳制器并不适用。
同时，针对钳制器类的可靠性试验方法，目前实验室试验台的搭建技术尚不完善，已有的试验台所能试验的钳制器种类、数量单一，试验效率低下。目前现有可查询到的关于钳制器方面的专利大多为钳制器产品专利如专利号：201410823241.6，或钳制器性能检测专利，如专利号：201510703893.0，但关于钳制器可靠性试验台搭建方面的专利目前基本空白。本发明根据钳制器实际使用工况，提出了一种能够对不同数量、不同型号的滚动直线导轨副钳制器进行动、静态同步/异步加载并进行可靠性试验的试验台。通过该试验台对钳制器进行可靠性试验，为钳制器的优化设计及可靠性提高提供了依据。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是目前滚动直线导轨副钳制器可靠性试验装置不能同时开展不同种类不同型号多数量的钳制器的可靠性试验，且不能模拟其实际使用工况，即不能进行动、静态加载可靠性试验，本发明提供了一种能够对不同种类、不同型号、尽可能多数量的钳制器实现动、静态加载并进行可靠性试验的滚动直线导轨副钳制器可靠性试验台。
为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的，结合附图说明如下：
一种滚动直线导轨副钳制器可靠性试验装置，由钳制器工作台主体部分、钳制器控制结构部分、载荷施加部分、钳制器性能测试部分和自动控制部分组成；
所述钳制器工作台主体部分包括压力式钳制器工作台主体部分和手动式钳制器工作台主体部分；
所述压力式钳制器工作台主体部分包括钳制器I42、滚动直线导轨副I8和工作台I7；钳制器I42通过间隙配合安装在滚动直线导轨副I8上，并连接于工作台I7下面；
所述手动式钳制器工作台主体部分包括钳制器II12、滚动直线导轨副II57和工作台II51；钳制器II12通过间隙配合安装在滚动直线导轨副II57上，并连接于工作台II51下面；
所述钳制器控制结构部分位于钳制器工作台主体部分外侧，控制钳制器的钳制和松开；
所述钳制器控制结构部分包括压力式钳制器控制装置和手动式钳制器控制装置；
所述的压力式钳制器控制装置由转接座59、压力管46和钳制器I控制输入端43组成；压力管46起始端连接转接座59，结束端连接钳制器I控制输入端43；
所述的手动式钳制器控制装置由减速电机58和钳制器II控制输入端48组成；钳制器II控制输入端48与减速电机58固定连接；所述钳制器I控制输入端43控制钳制器I42，所述的钳制器II控制输入端48控制钳制器II12；
所述载荷施加部分位于钳制器工作台主体部分的左右两侧和上端，模拟钳制器实际工况下的轴向载荷和惯性载荷；
所述的载荷施加部分由加载单元I15、加载单元II10以及模拟惯性负载的配重块I6、配重块II49组成；所述加载单元I15和加载单元II10结构相同，对称设置在工作台I7两侧；配重块I6固定在工作台I7上，配重块II49固定在工作台II51上；
所述钳制器性能检测部分位于钳制器工作台主体部分外侧，与钳制器控制结构部分、载荷施加部分配合进行钳制器保持力检测、响应时间检测和刹车距离检测；
所述自动控制部分实现钳制器控制结构部分、载荷施加部分和钳制器性能测试部分的自动控制。
技术方案中所述压力式钳制器工作台主体部分还包括滚动直线导轨副I支座67、滚动直线导轨副I垫板38、滑块Ia4和滑块Ib64；
所述滚动直线导轨副I支座67固定在地平铁3上；
所述滚动直线导轨副I垫板38固定在滚动直线导轨副I支座67上；
所述滚动直线导轨副I8安装在滚动直线导轨副I垫板38上；
滑块Ia4、钳制器I42、滑块Ib64的依次排列通过间隙配合安装在滚动直线导轨副I8上；
所述手动式钳制器工作台主体部分还包括滚动直线导轨副II支座55、滚动直线导轨副II垫板54、滑块IIa56和滑块IIb65；
所述滚动直线导轨副II支座55固定在地平铁3上；
所述滚动直线导轨副II垫板54固定在滚动直线导轨副II支座55凸台上；
所述滚动直线导轨副II57安装在滚动直线导轨副I垫板54上；
滑块IIa56、钳制器II12、滑块IIb65依次排列通过间隙配合安装在滚动直线导轨副II57上。
技术方案中所述钳制器I42设有两个或两个以上，按滑块Ia4、钳制器I42、与钳制器I42同型号的钳制器、滑块Ib64排列方式组合通过间隙配合安装在滚动直线导轨副I8上；
所述钳制器II12设有两个或两个以上，按滑块IIa56、钳制器II12、与钳制器II12同型号的钳制器、滑块IIb65排列方式组合通过间隙配合安装在滚动直线导轨副II57上。
技术方案中所述的加载单元I15由加载支撑部分、加载本体部分、加载驱动部分和加载保护部分组成；
所述的加载支撑部分包括加载单元支撑底板I14、加载杆支座Ia16、加载杆支座Ib66、加载杆支座IIa18和加载杆支座IIb17；
加载杆支座Ia16、加载杆支座Ib66安装于加载单元支撑底板I14上，加载杆I26穿过加载杆支座Ib66，加载杆支座IIa18、加载杆支座IIb17安装于加载单元支撑底板I14上，加载杆II36穿过加载杆支座IIb17；
所述的加载本体部分包括加载头I22、加载杆I26、加载头II21、加载杆II36、连杆I25、连杆II34、导轨33、滑块Ⅲ30、轴承支座32和轴承31；
加载杆I26设置于加载杆支座Ia16、加载杆支座Ib66之间，加载头I22、钳制器性能测试部分中的压力传感器I23、加载杆I26与加载驱动部分中的活塞杆27依次连接；
加载杆I26上设有加载杆I转轴24，加载杆I转轴24通过铰链与连杆I25连接；连杆I25通过铰链与转轴68连接；
加载杆II36置于加载杆支座IIa18、加载杆支座IIb17之间，加载头II21、钳制器性能测试部分中的压力传感器II37、加载杆II36依次连接；
加载杆II36上设有加载杆II转轴35，加载杆II转轴35通过铰链与连杆II34连接；连杆II34通过铰链与转轴68连接；转轴68套入轴承31内圈中，轴承31外圈安装于轴承支座32中；
轴承支座32与滑块Ⅲ30连接；导轨33与加载单元支撑底板I14固定连接；滑块Ⅲ30通过间隙配合安装于导轨33上；
所述的加载驱动部分包括活塞杆27、活塞缸I28和电液伺服阀29；
活塞杆27大圆端按圆周方向排列一组通孔，通过螺栓与加载杆I26尾端连接；活塞杆27小圆杆端置于活塞缸I28内部；电液伺服阀29通过螺栓固定在活塞缸I28一端上；活塞缸I28两侧设有通孔，通过T型螺栓固定于加载单元支撑底板I14上；
所述的加载保护部分包括加载头保护座I20和加载头保护座II19；
加载头保护座I20固定在加载单元支撑底板I14上；加载头保护座I20中间设有通孔，通孔直径大于压力传感器I23、加载杆I26的最大直径；
加载头保护座II19固定在加载单元支撑底板I14上；加载头保护座II19中间设有通孔，通孔直径大于压力传感器II37、加载杆II36的最大直径。
技术方案中所述的钳制器性能测试部分包括钳制力性能测试装置、反应时间性能测试装置和刹车距离性能测试装置；
所述的钳制力性能测试装置包括压力传感器I23和压力传感器II37；
所述的反应时间性能测试装置包括压力式压力传感器45和连接板Ib44；
所述压力式压力传感器45固定在连接板Ib44上，连接板Ib44固定在工作台I7侧面；
所述的刹车距离性能测试装置包括球光栅；
所述的球光栅包括球光栅1和球光栅2；
技术方案中所述的球光栅1包括球栅尺I支座a39、球栅尺I支座b62、球栅尺I61和球栅尺读数头I40；球栅尺I支座a39与球栅尺I支座b62设置于球栅尺I61两端，球栅尺I支座a39与球栅尺I支座b62固定在滚动直线导轨副I垫板38上，球栅尺读数头I40安装于球栅尺I61上，连接板Ia41固定在球栅尺读数头I40上端和工作台I7外侧；
所述的球光栅2包括球栅尺II支座a53、球栅尺II支座b63、球栅尺II11和球栅尺读数头II13；球栅尺II支座a53、球栅尺II支座b63设置于球栅尺II11两端，球栅尺I支座a39与球栅尺I支座b62固定在滚动直线导轨副I垫板38上，球栅尺读数头II13安装于球栅尺II11上，连接板IIa52固定在球栅尺读数头II13上端和工作台II51外侧。
技术方案中所述的自动控制部分包括上位工控机、下位可编程控制器PLC、伺服驱动器和电磁换向阀；
所述的下位可编程控制器PLC的上行方向与上位工控机通讯，下行方向分别和伺服驱动器以及电磁换向阀连接，伺服驱动器输出端与减速电机的电源接口和编码器接口连接。
一种滚动直线导轨副钳制器可靠性试验装置的试验方法，包括以下步骤：
1)确定被测试钳制器的型号和件数，确定被测钳制器的模拟加载的工况；
2)将被测试的钳制器安装到滚动直线导轨副上；根据被测钳制器的模拟加载工况，安装配重块；
3)根据不同的试验条件将钳制器可靠性试验分为四大部分：钳制器空载下基本动作试验、钳制器受载下钳制动作试验、钳制器受载下刹车动作试验和钳制器性能测试试验。
技术方案中所述钳制器空载下基本动作试验包括以下步骤：
1.1根据被测钳制器的控制类型，安装钳制器控制结构部分，如果被测钳制器为压力式钳制器，还需安装反应时间检测装置；
1.2设定钳制器钳制和松开动作频率、次数、动作间隔时间和钳制器发生动作的顺序；
1.3待安装检查完毕后，开始试验，通过自动控制部分对被测钳制器按设定方案循环进行钳制和松开动作；
1.4数据采集：实时监测钳制器状态，采集反应时间检测装置的压力式压力传感器压力信号，每次试验完毕后对数据进行分类整理与储存；
1.5数据分析：对于手动式钳制器，分析测试时间与被测钳制器故障信息之间的关系；对于压力式钳制器，分析测试时间、反应时间信号数据和故障信息之间的关系；分析被测钳制器在规定可靠度下的可靠寿命及在实际动作时的性能。
所述钳制器受载下钳制动作试验，包括以下步骤：
2.1计算被测钳制器保持力失效下滑动的安全距离，并根据计算出的安全距离调节加载单元与工作台左右两侧的相对位置；
2.2根据被测钳制器的控制类型，安装钳制器控制结构部分，保持力检测装置，如果被测钳制器为压力式钳制器，还需安装反应时间检测装置；
2.3设定钳制器钳制和松开动作频率、次数、动作间隔时间和钳制器发生动作的顺序；
2.4根据被测钳制器的出厂数据设定动态力加载大小、频率、时间；
2.5待安装检查完毕后，开始试验，在被测钳制器钳制状态下，从0开始以一定速度施加保持力，加载单元I15、加载单元II16对工作台同步或者异步循环交错加载；
2.6当加载力达到试验要求或钳制器失效时，加载单元的所有加载头立即退回加载头保护座内；
2.7数据采集：实时监测钳制器状态，采集加载单元压力传感器压力信号、球光栅的位移信号、反应时间检测装置的压力式压力传感器45压力信号，每次试验完毕后对数据并进行分类整理与储存；
2.8数据分析：通过对数据分析得到在钳制器钳制时动静态力加载试验后钳制器保持力的大小、钳制器的响应时间、被测钳制器在规定可靠度下的可靠寿命、钳制器在实际动作时的性能的变化情况。
技术方案中所述钳制器受载下刹车动作试验，包括以下步骤：
3.1计算被测钳制器在一定初速度下刹车失效的安全距离，并根据计算出的安全距离调节加载单元与工作台I左右两侧的相对位置；
3.2根据被测钳制器的控制类型，安装钳制器控制装置，保持力检测装置，刹车距离测试装置，如果被测钳制器存在压力控制方式，还需安装反应时间检测装置；
3.3设定钳制器钳制和松开动作频率、次数、动作间隔时间和钳制器发生动作的顺序；
3.4根据被测钳制器的出厂数据设定冲击力加载大小、频率、时间；
3.5待安装检查完毕后，开始试验，在被测钳制器松开状态下，施加满足一定初速度要求的冲击力，加载单元I15、加载单元II16对工作台同步或者异步循环交错加载；
3.6当冲击力加载完成后或钳制器失效时，加载单元的所有加载头立即退回加载头保护座内；
3.7数据采集：实时监测钳制器状态，采集加载单元压力传感器压力信号、球光栅的位移信号、反应时间检测装置的压力式压力传感器压力信号，每次试验完毕后对数据进行分类整理与储存；
3.8数据分析：通过对数据分析得到在外加载荷作用下刹车试验后钳制器保持力的大小、钳制器的响应时间、被测钳制器在规定可靠度下的可靠寿命、钳制器在实际动作时的性能的变化情况。
所述钳制器性能测试，包括以下步骤：
4.1最大保持力检测：加载单元从零开始以一定的速度匀速施加作用力直到钳制器的位移发生突变为止；在加载的过程中同步采集压力传感器和球光栅的力和位移的测量值，位移测量值发生突变时对应的力传感器测量值为钳制器最大保持力；
4.2响应时间检测：钳制器在钳制过程中压力会从一个初始值增加到工作压力值，在松开过程中压力会从工作压力值降为初始值，通过压力式压力传感器45检测该压力的变化，压力变化的时间即为钳制器响应时间；
4.3刹车距离性能检测：在进行钳制器受载下刹车动作试验的过程中，工作台的移动，带动球栅尺读数头在球栅尺上滑动，球栅尺读数头从一定初速度到停止时所滑动的距离即为刹车距离；
如果在可靠性试验时，发生钳制器失效现象，立即停止试验，并记录故障。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
1.本发明所述的滚动直线导轨副钳制器可靠性试验装置，能同时对两种尺寸型号、不同控制方式、同一制动类型(箝制型/带刹车型)的多个钳制器进行保持力方向的动、静态力模拟加载。
2.本发明所述的滚动直线导轨副钳制器可靠性试验装置，采用两套电液伺服加载单元对两种尺寸型号钳制器上的工作台进行对称地动、静态交错循环加载，从而模拟钳制器在实际工作过程中所承受的载荷。
3.本发明所述的滚动直线导轨副钳制器可靠性试验装置，对于手动式钳制器，在钳制器控制部分装有可拆卸式减速电机，对于气压和压力式钳制器，在钳制器控制部分装有储能器和电磁换向阀，实现对不同控制类型钳制器的自动控制。
4.本发明所述的滚动直线导轨副钳制器可靠性试验装置，能实时检测模拟载荷的大小、钳制器控制输入端气压/液压大小和钳制器的位移情况，实现钳制器保持力大小检测、响应时间检测和刹车距离检测。
5.本发明所述的滚动直线导轨副钳制器可靠性试验装置，可以通过在工作台上安装不同质量的配重块进行模拟滚动直线导轨副工作时的惯性载荷。
6.可根据导轨实际工作方式进行水平安装或垂直安装，并分别进行可靠性试验。
7.本发明设有加载单元的保护装置，当钳制器失效时，对加载单元本体和周围人员进行保护。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
图1为本发明所述的滚动直线导轨副钳制器可靠性试验装置加载状态的轴测投影图；
图2为本发明所述的滚动直线导轨副钳制器可靠性试验装置上两组待测钳制器本体部分俯视图；
图3为本发明所述的滚动直线导轨副钳制器可靠性试验装置上两组待测钳制器本体部分左视图；
图4为本发明所述的滚动直线导轨副钳制器可靠性试验装置上左侧待测钳制器本体部分轴视图；
图5为本发明所述的滚动直线导轨副钳制器可靠性试验装置上右侧待测钳制器本体部分轴视图；
图6为本发明所述的滚动直线导轨副钳制器可靠性试验装置加载单元轴视图；
图7为本发明所述的滚动直线导轨副钳制器可靠性试验装置加载单元局部轴视图；
图8为本发明所述的滚动直线导轨副钳制器可靠性试验装置控制原理框图；
图9为本发明所述的滚动直线导轨副钳制器可靠性试验装置可靠性试验流程图。
其中1-Y方向滑轨支撑台，2-Y方向滑轨，3-地平铁，4-滑块Ia，5-液压控制部分，6-配重块I，7-工作台I，8-滚动直线导轨副I，9-加载单元支撑底板II，10-加载单元II，11-球栅尺II，12-钳制器II，13-球栅尺读数头II，14-加载单元支撑底板I，15-加载单元I，16-加载杆支座Ia，17-加载杆支座IIb，18-加载杆支座IIa，19-加载头保护座II，20-加载头保护座I，21-加载头II，22-加载头I，23-压力传感器I，24-加载杆I转轴，25-连杆I，26-加载杆I，27-活塞杆，28-活塞缸I，29-电液伺服阀，30-滑块Ⅲ，31-轴承，32-轴承支座，33-导轨，34-连杆II，35-加载杆II转轴，36-加载杆II，37-压力传感器II，38-滚动直线导轨副I垫板,39-球栅尺I支座a，40-球栅尺读数头I，41-连接板Ia，42-钳制器I，43-钳制器I控制输入端，44-连接板Ib，45-压力式压力传感器，46-压力管，47-连接板IIb，48-钳制器II控制输入端，49-配重块II，50-工作台II半球形凹槽，51-工作台II，52-连接板IIa，53-球栅尺II支座a，54-滚动直线导轨副II垫板，55-滚动直线导轨副II支座，56-滑块IIa，57-滚动直线导轨副II，58-减速电机，59-转接座，60-工作台I半球形凹槽，61-球栅尺I，62-球栅尺I支座b，63-球栅尺II支座b，64-滑块Ib，65-滑块IIb，66-加载杆支座Ib，67-滚动直线导轨副I支座，68-转轴。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细的描述：
一、滚动直线导轨副钳制器可靠性试验台装置
参阅图1，本发明所述的滚动直线导轨副钳制器可靠性试验台由钳制器工作台主体部分，钳制器控制结构部分，载荷施加部分，钳制器性能测试部分，自动控制部分组成。其中，气压型钳制器的可靠性试验台与压力式钳制器的可靠性试验台原理结构基本一致，本专利以压力式为例细描述。
1、钳制器工作台主体部分
参阅图4，图5，所述钳制器工作台主体部分由压力式钳制器工作台主体部分和手动式钳制器工作台主体部分组成。
其中，所述的压力式钳制器工作台主体部分包括滚动直线导轨副I支座67、滚动直线导轨副I垫板38、滚动直线导轨副I8、滑块Ia4、滑块Ib64、钳制器I42、工作台I7；
所述的手动式钳制器工作台主体部分包括滚动直线导轨副II支座55、滚动直线导轨副II垫板54、滚动直线导轨副II57、滑块IIa56、滑块IIb65、钳制器II12、工作台II51。
参阅图4，压力式钳制器工作台主体部分：滚动直线导轨副I支座67断面呈“凸”型，两侧设有通孔，通过T型螺栓穿过通孔固定在地平铁3上，凸面长方向两侧设有螺纹孔；
滚动直线导轨副I垫板38和滚动直线导轨副I支座67螺纹孔相对应位置设有通孔，通过螺栓穿过通孔固定在滚动直线导轨副I支座67凸台上；
滚动直线导轨副I垫板38上设有与滚动直线导轨副I8安装孔配合的螺纹孔，通过沉头螺栓将滚动直线导轨副I8安装在滚动直线导轨副I垫板38上；
按照滑块Ia4、钳制器I42、滑块Ib64的排列方式将其组合通过间隙配合安装在滚动直线导轨副I8上；
工作台I7上设有通孔，通过螺栓穿过通孔将滑块Ia4、钳制器I42、滑块Ib64与工作台I7连接在一起；
可根据实际情况，在钳制器I42上端与工作台I7连接处通过同一螺栓连接方式增加垫片，保证滑块Ia4、钳制器I42、滑块Ib64上表面同高。其中本发明不限制钳制器I42的个数，即为提高受试钳制器数量，可安装与钳制器I42同型号的钳制器，按滑块Ia4、钳制器I42、与钳制器I42同型号的钳制器、滑块Ib64排列方式组合通过间隙配合安装在滚动直线导轨副I8上。
参阅图5，手动式钳制器工作台主体部分：滚动直线导轨副II支座55断面呈“凸”型，两侧设有通孔，通过T型螺栓穿过通孔固定在地平铁3上，凸面长方向两侧设有螺纹孔；
滚动直线导轨副II垫板54和滚动直线导轨副II支座55螺纹孔相对应位置设有通孔，通过螺栓穿过通孔固定在滚动直线导轨副II支座55凸台上；滚动直线导轨副II垫板54上设有与滚动直线导轨副II57安装孔配合的螺纹孔，通过沉头螺栓将滚动直线导轨副II57安装在滚动直线导轨副I垫板54上；
按照滑块IIa56、钳制器II12、滑块IIb65的排列方式将其组合通过间隙配合安装在滚动直线导轨副II57上；
工作台II51上设有通孔，通过螺栓穿过通孔将滑块IIa56、钳制器II12、滑块IIb65连接在一起；可根据实际情况，在钳制器II12上端与工作台II51连接处通过同一螺栓连接方式增加垫片，保证滑块IIa56、钳制器II12、滑块IIb65上表面同高。
其中本发明不限制钳制器II12的个数，即为提高受试钳制器数量，可安装与钳制器II12同型号的钳制器，按滑块IIa56、钳制器II12、与钳制器II12同型号的钳制器、滑块IIb65排列方式组合通过间隙配合安装在滚动直线导轨副II57上。
参阅图2，图3，本发明不限制滚动直线导轨副I垫板38和滚动直线导轨副II垫板54的厚度，即通过调节滚动直线导轨副I垫板38和滚动直线导轨副I垫板54的厚度保证工作台I7和工作台II51同高；
本发明不限制钳制器I42和钳制器II12的型号，即对两组钳制器的控制方式、尺寸大小无限制，可灵活更换安装过渡件滚动直线导轨副I垫板38和滚动直线导轨副II垫板54，最终保证工作台I7和工作台II51同高。本发明限制工作台I7和工作台II51各自左端面A1、A2和各自右端面B1、B2的相对位置，两者需平齐，即通过滑块调节两工作台的相对位置保证两工作台各自的左端面A1、A2和各自的右端面B1、B2都在同一平面内。
2、钳制器控制结构部分
参阅图3，图4，图5，所述的钳制器控制结构部分包括压力式钳制器控制装置和手动式钳制器控制装置。
其中，所述的压力式钳制器控制装置由转接座59、压力管46、钳制器I控制输入端43组成；所述的手动式钳制器控制装置由减速电机58、连接板IIb47、钳制器II控制输入端48组成。
参阅图3，图4，压力式钳制器控制装置：将用于储能器管道转接的转接座59放置于地平铁3上，所述储能器为空压站或液压站；压力管46起始端通过管接头连接转接座59，结束端通过管接头连接钳制器I控制输入端43，其中压力管46长度上留有一定余量供钳制器I42在滚动直线导轨副I8滑动；通过电磁阀控制压力的大小，从而控制钳制器的钳制和松开动作。
参阅图3，图5，手动式钳制器控制装置：连接板IIb47上端和中心都设有通孔，通过螺栓将减速电机58固定于连接板IIb47上，通过螺栓将连接板IIb47安装于工作台II51侧面；通过紧定螺钉将减速电机58与钳制器II控制输入端48固联；通过减速电机正反转控制钳制器的钳制和松开动作。把减速电机58和钳制器II12固定在同一工作台II51上，保证减速电机58不干涉钳制器II12的滑动。
3、载荷施加部分
参阅图1，图6，图7，所述的载荷施加部分由加载单元I15、加载单元II10以及模拟惯性负载的配重块I6、配重块II49组成。
其中，加载单元I15和加载单元II10仅安放位置不同，结构完全一致；
以加载单元I15为例，所述的加载单元I15由加载支撑部分、加载本体部分、加载驱动部分、加载保护部分组成。
所述的加载支撑部分包括加载单元支撑底板I14、加载杆支座Ia16、加载杆支座Ib66、加载杆支座IIa18、加载杆支座IIb17；
所述的加载本体部分包括加载头I22、加载杆I26、加载头II21、加载杆II36、连杆I25、连杆II34、导轨33、滑块Ⅲ30、轴承支座32、轴承31等；
所述的加载驱动部分包括活塞杆27、活塞缸I28和电液伺服阀29；所述的加载保护部分包括加载头保护座I20和加载头保护座II19。
参阅图6，图7，加载支撑部分：加载杆支座Ia16、加载杆支座Ib66两侧设有通孔，按略小于加载杆I26长度的间距，通过螺栓安装于加载单元支撑底板I14上，加载杆I26穿过加载杆支座Ib66，加载杆支座IIa18、加载杆支座IIb17两侧设有通孔，按略小于加载杆II36长度的间距，通过螺栓安装于加载单元支撑底板I14上，加载杆II36穿过加载杆支座IIb17；加载杆支座Ia16、加载杆支座Ib66和加载杆支座IIa18、加载杆支座IIb17留有一定的纵向间距，即加载杆支座IIb17不与加载杆支座Ib66保持平齐，参阅图6，加载杆支座IIb17比加载杆支座Ib66靠后一点，加载杆支座Ia16、加载杆支座Ib66和加载杆支座IIa18、加载杆支座IIb17横向间距取决于加载杆所需行程与连杆I25、连杆II34的长度。
参阅图6、图7，加载本体部分：加载杆支座Ia16、加载杆支座Ib66中间设有与加载杆I26外径相同大小的通孔，加载杆I26置于加载杆支座Ia16、加载杆支座Ib66之间，加载杆I26靠近加载杆支座Ib66端外伸出一段攻有螺纹的螺纹杆，通过螺纹连接压力传感器I23，所述的压力传感器I23为轮辐式压力传感器，前后面都设有螺纹孔；
加载头I22前端为半球，后端为攻有螺纹的螺纹杆，通过螺纹连接压力传感器I23；
加载杆I26靠近加载杆支座Ia16底部按圆周方向排列一组螺纹孔，可通过螺栓连接活塞杆27；
加载杆I26中间处车有一段凹槽，凹槽上设有加载杆I转轴24，连杆I25靠近加载杆I转轴24处设有通孔，加载杆I转轴24通过铰链与连杆I25连接；连杆I25设有通孔，通过铰链与转轴68连接。
加载杆支座IIa18、加载杆支座IIb17中间设有与加载杆II36外径相同大小的通孔，加载杆II36置于加载杆支座IIa18、加载杆支座IIb17之间，加载杆II36靠近加载杆支座IIb17端外伸出一段攻有螺纹的螺纹杆，通过螺纹连接压力传感器II37，所述的压力传感器II37为轮辐式压力传感器，前后面都设有螺纹孔；
加载头II21前端为半球，后端为攻有螺纹的螺纹杆，通过螺纹连接压力传感器II37；
加载杆II36靠近加载杆支座IIa18底部按圆周方向排列一组螺纹孔；加载杆II36中间处车有一段凹槽，凹槽上设有加载杆II转轴35，连杆II34靠近加载杆II转轴35处设有通孔，加载杆II转轴35通过铰链与连杆II34连接；连杆II34设有通孔，通过铰链与转轴68连接；转轴68套入轴承31内圈中，轴承支座32中心处设有轴承安装孔，轴承31外圈安装于轴承支座32中；
轴承支座32两侧设有通孔，通过螺栓与滑块Ⅲ30连接；导轨33通过沉头螺栓与加载单元支撑底板I14固联；滑块Ⅲ30通过间隙配合安装于导轨33上。
起始状态，按上述机械连接约束方式，加载头I22与加载头II21错开一定距离，加载头I22在前，加载头II21在后。
加载驱动部分：活塞杆27大圆端按圆周方向排列一组通孔，通过螺栓与加载杆I26尾端连接；活塞杆27小圆杆端置于活塞缸I28内部；电液伺服阀29通过螺栓固定在活塞缸I28一端上；活塞缸I28两侧设有通孔，通过T型螺栓固定于加载单元支撑底板I14上。
加载单元的运动方式举例，电液伺服阀29控制活塞杆27向前运动，活塞杆27的向前移动推动加载杆I26向前移动，从而控制加载头I22向前移动；加载杆I26向前移动带动连杆I25俯视角方向逆时针转动，连杆I25逆时针转动带动滑块Ⅲ30在导轨33上向靠近加载杆I26方向滑动，滑块Ⅲ30在导轨33向上滑动带动连杆II34俯视角方向逆时针转动，连杆II34逆时针转动带动加载杆II36向后移动，从而控制加载头II21向后移动；通过上述方式实现以一个活塞为动力源，加载杆I26与加载杆II36的平行逆向运动。其优点在于，在进行钳制器的可靠性试验时，仅通过两个活塞动力用，使加载单元I和加载单元II对工作台I7和工作台II51进行同步交错加载或者异步交错加载，降低设备成本，提高加载效率。
本发明限制连杆I25、连杆II34的长度，在满足加载杆I26和加载杆II36的加载行程距离下，连杆I25、连杆II34不能转动到死点，即连杆I25、连杆II34应适当长。
加载保护部分：加载头保护座I20两侧设有通孔，通过螺栓固定在加载单元支撑底板I14上，保证加载头保护座I20前面与加载单元支撑底板I14前面间距为0；加载头保护座I20中间设有圆孔通孔，且通孔直径大于压力传感器I23、加载杆I26的最大直径；加载时，加载头I22穿过加载头保护座I20，加载结束后，加载头I22退回加载头保护座I20内。同样，加载头保护座II19两侧设有通孔，通过螺栓固定在加载单元支撑底板I14上，保证加载头保护座II19前面与加载单元支撑底板I14前面间距为0；加载头保护座II19中间设有圆孔通孔，且通孔直径大于压力传感器II37、加载杆II36的最大直径；加载时，加载头II21穿过加载头保护座II19，加载结束后，加载头II21退回加载头保护座II19内。
参阅图1，加载单元I15按上述方式布置在加载单元支撑底板I14上，并置于工作台I7和工作台II51右侧，加载单元II10按上述方式布置在加载单元支撑底板II9上，并置于工作台I7和工作台II51左侧；具体安装方式如下：加载单元支撑底板I14和加载单元支撑底板II9上四角处设有螺纹孔，Y方向滑轨2有两条，对称地布置在工作台I7和工作台II51的前后两端，Y方向滑轨2设有T型槽，凸出的两侧按一定间距设有安装Y方向滑轨2的螺纹通孔，加载单元支撑底板I14和加载单元支撑底板II9调节完与工作台的相对位置后，通过T型螺栓固定在Y方向滑轨2；Y方向滑轨支撑台1断面为“凸”字型，凹下的两侧设有通孔，通过T型螺栓与地平铁固定，中间凸面的两侧按Y方向滑轨2螺纹通孔间距设置螺纹孔，通过沉头螺栓将Y方向滑轨2固定在Y方向滑轨支撑台1上。
参阅图4，工作台I7左右两端面上端中间处设有工作台I半球形凹槽60，参阅图3，工作台II51左右两端面上端中间处设有工作台II半球形凹槽50，半球形凹槽60与半球形凹槽50大小相同，且距地平铁3相同高度；通过调节滚动直线导轨副I垫板38和滚动直线导轨副II垫板54的高度与加载杆支座Ia16、加载杆支座Ib66和加载杆支座IIa18、加载杆支座IIb17横向间距，保证加载头I22与工作台I半球形凹槽60同轴，加载头II21与工作台II半球形凹槽50同轴，在加载过程中，使加载头与半球形凹槽配合，保证加载的稳定性。
参阅图1，配重块I6通过螺栓固定在工作台I7上，配重块II49通过螺栓固定在工作台II51上，可以根据试验需要，在工作平台上放置不同重量的配重块，来模拟惯性负载。
4、钳制器性能测试部分
所述的钳制器性能测试部分由钳制力性能测试装置、反应时间性能测试装置和刹车距离性能测试装置组成。
所述的钳制力性能测试装置包括压力传感器；
所述的反应时间性能测试装置包括压力式压力传感器45和连接板Ib44；
所述的刹车距离性能测试装置包括球光栅。
参阅图7，钳制力性能测试装置：所述的压力传感器包括压力传感器I23和压力传感器II37；所述压力传感器I23为轮辐式压力传感器，前后面都设有螺纹孔，压力传感器I23前端通过螺纹连接加载头I22，后端通过螺纹连接加载杆I26；所述的压力传感器II37为轮辐式压力传感器，前后面都设有螺纹孔，压力传感器II37前端通过螺纹连接加载头II21，后端通过螺纹连接加载杆II36；压力传感器I23和压力传感器II37用来记录加载头与工作台之间的相互作用力。
参阅图2、图3、图4，反应时间性能测试装置：压力式压力传感器45安装于工作台I7内侧。
所述的压力式压力传感器45周围设有安装孔，通过螺栓固定在连接板Ib44上，连接板Ib44上端设有螺纹孔，通过螺栓固定在工作台I7侧面；压力式压力传感器45一端通过压力管46连接钳制器I控制输入端43，另一端通过压力管46连接转接座59。通过压力式钳制器控制装置控制钳制器的钳制和松开。钳制器在钳制过程中压力会从一个初始值增加到工作压力值，在松开过程中压力会从工作压力值降为初始值，通过压力式压力传感器45检测该压力的变化，压力变化的时间即为钳制器响应时间。
参阅图2，刹车距离性能测试装置：所述的球光栅包括球光栅1和球光栅2。
所述的球光栅1包括球栅尺I支座a39、球栅尺I支座b62、球栅尺I61和球栅尺读数头I40，球栅尺I支座a39与球栅尺I支座b62中间设有通孔，与球栅尺I61配合置于球栅尺I61两端，球栅尺I支座a39与球栅尺I支座b62两端设有通孔，通过螺栓固定在滚动直线导轨副I垫板38上，球栅尺读数头I40安装于球栅尺I61上，连接板Ia41断面为“L”型，“L”型上下端两角处设有通孔，通过螺栓固定在球栅尺读数头I40上端和工作台I7外侧；
所述的球光栅2包括球栅尺II支座a53、球栅尺II支座b63、球栅尺II11和球栅尺读数头II13，球栅尺II支座a53、球栅尺II支座b63中间设有通孔，与球栅尺II11配合置于球栅尺II11两端，球栅尺I支座a39与球栅尺I支座b62两端设有通孔，通过螺栓固定在滚动直线导轨副I垫板38上，球栅尺读数头II13安装于球栅尺II11上，连接板IIa52断面为“L”型，“L”型上下端两角处设有通孔，通过螺栓固定在球栅尺读数头II13上端和工作台II51外侧；工作台的移动，带动球栅尺读数头在球栅尺上滑动，输出位移脉冲。
刹车距离是指工作台I7、工作台II51从指定速度起开始刹车减速到速度为零时所行走过的距离。工作台I7、工作台II51的移动，分别带动球光栅1和球光栅2滑动，可通过球光栅1和球光栅2输出的位移脉冲，计算得到刹车距离。
5、自动控制部分
参阅图8，所述的自动控制部分包括上位工控机、下位可编程控制器PLC、伺服驱动器、A/D卡、电磁换向阀和信号放大器。
所述的下位可编程控制器PLC的上行方向与上位工控机通讯，下行方向分别和伺服驱动器以及电磁换向阀连接，伺服驱动器输出端与减速电机的电源接口和编码器接口连接。A/D卡与信号放大器之间通过数据线连接。
上位工控机控制界面由VB编制，在控制界面上选定工作模式和试验参数，与下位可编程控制器PLC通过RS232C进行串口通讯，下位可编程控制器PLC一方面通过伺服驱动器控制减速电机的启、停、正转、反转和转动角度，来控制手动式钳制器的松开/钳制动作，另一方面控制电磁换向阀动作，一来控制压力式钳制器的松开/钳制动作，二来控制加载单元对工作台施加载荷力，左右两套加载单元由一个控制器的两个通道控制，可实现左右两套加载单元同步加载或异步加载，加载力的大小，动态力频率，加载波形、加载时间或者振幅等参数可以在上位工控机VB界面上进行设置，加载过程中有球光栅1和球光栅2和压力传感器I23和压力传感器II37通过信号放大器放大、A/D数模转换后反馈给上位工控机，实现双闭环控制，同时，上位工控机读取球光栅1和球光栅2、压力传感器I23和压力传感器II37和压力式压力传感器45读数，实时保存并显示钳制器性能参数数据。
二、滚动直线导轨副钳制器可靠性试验台工作原理
参阅图1，图中给出了通过两套电液伺服加载单元和不同质量的配重块同时对两套工作台即两套钳制器图中示意为压力式钳制器和手动式钳制器进行加载可靠性试验的示意图。首先根据试验要求、模拟钳制器的工况决定左右两套加载单元与两工作台之间的相对位置关系，以及两工作台上放置多少质量的配重块。然后在上位工控机VB控制界面上设置相关参数通过RS232C端口与下位可编程控制器PLC通讯，通过减速电机控制手动式钳制器动作，通过泵站控制压力式钳制器动作，启动两套电液伺服加载单元同步或异步工作，加载单元I15通过加载头I22对工作台I7进行正向加载时，加载单元II10通过加载头II21对工作台II51进行反向加载，试验过程中，压力传感器I23和压力传感器II37、球光栅1和球光栅2、压力式压力传感器45检测到的信号通过信号放大器和A/D转换后反馈给上位工控机，进行闭环控制和实时监控。
三、滚动直线导轨副钳制器可靠性试验方法
本发明是针对滚动直线导轨副钳制器可靠性提出的试验方法，能够有效地对钳制器进行空载基本动作、受载钳制动作、受载刹车动作下钳制器的性能可靠度评估分析，并检验其性能参数保持性。
参阅图9，具体试验步骤如下：
4)确定被测试钳制器钳制器I42和钳制器II12的型号和件数，确定被测钳制器的模拟加载的工况。
5)参照图1，将被测试的钳制器安装到滚动直线导轨副滚动直线导轨副I8和滚动直线导轨副II57上，按所述的钳制器工作台主体部分方法进行安装；根据被测钳制器的模拟加载工况，安装配重块配重块I6和配重块II49；
6)根据不同的试验条件将钳制器可靠性试验分为四大部分：钳制器空载下基本动作试验、钳制器受载下钳制动作试验、钳制器受载下刹车动作试验和钳制器性能测试试验；
7)首先介绍钳制器空载下基本动作试验
4.1根据被测钳制器的控制类型，安装钳制器控制装置，如果被测钳制器为压力式钳制器，还需安装反应时间检测装置；
4.2设定钳制器钳制和松开动作频率、次数及动作间隔时间即钳制器一次钳制松开动作内，钳制和松开的间隔时间，如果在一条滚动直线导轨副存在大于等于2个被测钳制器，还需设定钳制器发生动作的顺序即测试钳制器I42和钳制器II12的顺序；
4.3待安装检查完毕后，开始试验，通过自动控制部分对被测钳制器按设定方案循环进行钳制和松开动作；
4.4数据采集：实时监测钳制器状态，是否存在弹簧卡死、工作异响、摩擦片脱落或其他不可修复故障现象，采集反应时间检测装置的压力式压力传感器压力信号，每次试验完毕后对测试时间即从钳制器开始试验到钳制器发生故障的时间、反应时间压力信号、故障信息进行分类整理与储存；
4.5数据分析：对于手动式钳制器，分析测试时间与被测钳制器故障信息之间的关系；对于压力式钳制器，分析测试时间、反应时间信号数据和故障信息之间的关系；分析被测钳制器在规定可靠度下的可靠寿命；反应时间反映出钳制器在实际动作时的性能。
5钳制器受载下钳制动作试验
5.1计算被测钳制器保持力失效下滑动的安全距离，按图1安装加载单元I15、加载单元II10与Y方向滑轨上，并根据计算出的安全距离调节加载单元I15、加载单元II10与工作台I7、工作台II57左右两侧的相对位置；
5.2根据被测钳制器的控制类型，安装钳制器控制装置，保持力检测装置，如果被测钳制器为压力式钳制器，还需安装反应时间检测装置；
5.3设定钳制器钳制和松开动作频率、次数及动作间隔时间，如果在一条滚动直线导轨副存在大于等于2个被测钳制器，还需设定钳制器发生动作的顺序；
5.4根据被测钳制器的出厂数据如保持力大小、响应时间等设定动态力加载大小、频率、时间；
5.5待安装检查完毕后，开始试验，在被测钳制器钳制状态下，从0开始以一定速度施加保持力，加载单元I15、加载单元II16对工作台同步或者异步循环交错加载；
5.6当加载力达到试验要求或钳制器失效时，加载单元的所有加载头立即退回加载头保护座内；
5.7数据采集：实时监测钳制器状态，是否存在弹簧卡死、工作异响、摩擦片脱落或其他不可修复故障现象，采集加载单元压力传感器压力传感器I23和压力传感器II37压力信号、球光栅球光栅1和球光栅2的位移信号、反应时间检测装置的压力式压力传感器45压力信号，每次试验完毕后对测试时间、保持力压力信号、位移信号、反应时间压力信号、故障信息进行分类整理与储存；
5.8数据分析：分析加载单元压力传感器的压力信号与球光栅的位移信号得出钳制器保持力的大小，分析反应时间检测装置的压力式压力传感器压力信号得出被测钳制器的响应时间；分析测试时间保持力压力信号、位移信号、反应时间压力信号、故障信息得到被测钳制器在规定可靠度下的可靠寿命；保持力和反应时间反映出钳制器在实际动作时的性能。最终得到在钳制器钳制时动静态力加载试验后钳制器保持力的大小、钳制器的响应时间、被测钳制器在规定可靠度下的可靠寿命、钳制器在实际动作时的性能的变化情况。
6钳制器受载下刹车动作试验
6.1计算被测钳制器在一定初速度下刹车失效的安全距离，按图1安装加载单元I15、加载单元II16与Y方向滑轨上，并根据计算出的安全距离调节加载单元与工作台I7、工作台II57左右两侧的相对位置；
6.2根据被测钳制器的控制类型，安装钳制器控制装置，保持力检测装置，刹车距离测试装置，如果被测钳制器存在压力液压/气压控制方式，还需安装反应时间检测装置；
6.3设定钳制器钳制和松开动作频率、次数及动作间隔时间，如果在一条滚动直线导轨副存在大于等于2个被测钳制器，还需设定钳制器发生动作的顺序；
6.4根据被测钳制器的出厂数据如保持力大小、响应时间等设定冲击力加载大小、频率、时间；
6.5待安装检查完毕后，开始试验，在被测钳制器松开状态下，施加满足一定初速度要求的冲击力，加载单元I15、加载单元II16对工作台同步或者异步循环交错加载；
6.6当冲击力加载完成后或钳制器失效时，加载单元的所有加载头立即退回加载头保护座内；
6.7数据采集：实时监测钳制器状态，是否存在弹簧卡死、工作异响、摩擦片脱落或其他不可修复故障现象，采集加载单元压力传感器压力信号、球光栅的位移信号、反应时间检测装置的压力式压力传感器压力信号，每次试验完毕后对测试时间、保持力压力信号、位移信号、反应时间压力信号、故障信息进行分类整理与储存；
6.8数据分析：分析加载单元压力传感器的压力信号得到被测钳制器受冲击载荷的大小，分析球光栅的位移信号得到被测钳制器刹车前的初速度和刹车距离，分析反应时间检测装置的压力式压力传感器压力信号得出被测钳制器的响应时间；分析测试时间保持力压力信号、位移信号、反应时间压力信号、故障信息得到被测钳制器在规定可靠度下的可靠寿命；保持力、反应时间、刹车距离反映出钳制器在实际动作时的性能。最终得到在外加载荷作用下刹车试验后钳制器保持力的大小、钳制器的响应时间、被测钳制器在规定可靠度下的可靠寿命、钳制器在实际动作时的性能的变化情况。
7钳制器性能测试
一方面为了研究钳制器性能保持性及性能衰退规律，需要对钳制器出厂时分别进行上述三部分试验钳制器空载下基本动作试验、钳制器受载下钳制动作试验和钳制器受载下刹车动作试验后对钳制器的最大保持力、响应时间、刹车距离性能进行检测，另一方面，在进行可靠性试验时，也需对这些参数进行实时监测，参数的异常也将作为钳制器故障判断的依据。
7.1最大保持力检测：加载单元从零开始以一定的速度匀速施加作用力直到钳制器的位移发生突变为止。在加载的过程中同步采集压力传感器和球光栅的力和位移的测量值，位移测量值发生突变时对应的力传感器测量值为钳制器最大保持力。
7.2响应时间检测：钳制器在钳制过程中压力会从一个初始值增加到工作压力值，在松开过程中压力会从工作压力值降为初始值，通过压力式压力传感器45检测该压力的变化，压力变化的时间即为钳制器响应时间。
7.3刹车距离性能检测：在进行钳制器受载下刹车动作试验的过程中，工作台的移动，带动球栅尺读数头在球栅尺上滑动，球栅尺读数头从一定初速度到停止时所滑动的距离即为刹车距离。
如果在可靠性试验时，发生钳制器失效现象，立即停止试验，并记录故障。
实际工况下，钳制器的刹车动作会发生在水平或者垂直导轨上，根据刹车距离的计算公式，水平刹车和垂直刹车的载荷区分在于钳制器工作台的整个自重，可在水平导轨上再增加配重块模拟钳制器工作台的自重，来模拟垂直刹车工况。同时，本发明不限制整个可靠性试验台的安装方式，可安装在水平或者垂直的地平铁上。
Claims (10)
1.一种滚动直线导轨副钳制器可靠性试验装置，由钳制器工作台主体部分、钳制器控制结构部分、载荷施加部分、钳制器性能测试部分和自动控制部分组成，其特征在于：
所述钳制器工作台主体部分包括压力式钳制器工作台主体部分和手动式钳制器工作台主体部分；
所述压力式钳制器工作台主体部分包括钳制器I(42)、滚动直线导轨副I(8)和工作台I(7)；钳制器I(42)通过间隙配合安装在滚动直线导轨副I(8)上，并连接于工作台I(7)下面；
所述手动式钳制器工作台主体部分包括钳制器II(12)、滚动直线导轨副II(57)和工作台II(51)；钳制器II(12)通过间隙配合安装在滚动直线导轨副II(57)上，并连接于工作台II(51)下面；
所述钳制器控制结构部分位于钳制器工作台主体部分外侧，控制钳制器的钳制和松开；
所述钳制器控制结构部分包括压力式钳制器控制装置和手动式钳制器控制装置；
所述的压力式钳制器控制装置由转接座(59)、压力管(46)和钳制器I控制输入端(43)组成；压力管(46)起始端连接转接座(59)，结束端连接钳制器I控制输入端(43)；
所述的手动式钳制器控制装置由减速电机(58)和钳制器II控制输入端(48)组成；钳制器II控制输入端(48)与减速电机(58)固定连接；所述钳制器I控制输入端(43)控制钳制器I(42)，所述的钳制器II控制输入端(48)控制钳制器II(12)；
所述载荷施加部分位于钳制器工作台主体部分的左右两侧和上端，模拟钳制器实际工况下的轴向载荷和惯性载荷；
所述的载荷施加部分由加载单元I(15)、加载单元II(10)以及模拟惯性负载的配重块I(6)、配重块II(49)组成；所述加载单元I(15)和加载单元II(10)结构相同，对称设置在工作台I(7)两侧；配重块I(6)固定在工作台I(7)上，配重块II(49)固定在工作台II(51)上；
所述钳制器性能检测部分位于钳制器工作台主体部分外侧，与钳制器控制结构部分、载荷施加部分配合进行钳制器保持力检测、响应时间检测和刹车距离检测；
所述自动控制部分实现钳制器控制结构部分、载荷施加部分和钳制器性能测试部分的自动控制。
2.根据权利要求1所述的一种滚动直线导轨副钳制器可靠性试验装置，其特征在于：
所述压力式钳制器工作台主体部分还包括滚动直线导轨副I支座(67)、滚动直线导轨副I垫板(38)、滑块Ia(4)和滑块Ib(64)；
所述滚动直线导轨副I支座(67)固定在地平铁(3)上；
所述滚动直线导轨副I垫板(38)固定在滚动直线导轨副I支座(67)上；
所述滚动直线导轨副I(8)安装在滚动直线导轨副I垫板(38)上；
滑块Ia(4)、钳制器I(42)、滑块Ib(64)的依次排列通过间隙配合安装在滚动直线导轨副I(8)上；
所述手动式钳制器工作台主体部分还包括滚动直线导轨副II支座(55)、滚动直线导轨副II垫板(54)、滑块IIa(56)和滑块IIb(65)；
所述滚动直线导轨副II支座(55)固定在地平铁(3)上；
所述滚动直线导轨副II垫板(54)固定在滚动直线导轨副II支座(55)凸台上；
所述滚动直线导轨副II(57)安装在滚动直线导轨副I垫板(54)上；
滑块IIa(56)、钳制器II(12)、滑块IIb(65)依次排列通过间隙配合安装在滚动直线导轨副II(57)上。
3.根据权利要求2所述的一种滚动直线导轨副钳制器可靠性试验装置，其特征在于：
所述钳制器I(42)设有两个或两个以上，按滑块Ia(4)、钳制器I(42)、与钳制器I(42)同型号的钳制器、滑块Ib(64)排列方式组合通过间隙配合安装在滚动直线导轨副I(8)上；
所述钳制器II(12)设有两个或两个以上，按滑块IIa(56)、钳制器II(12)、与钳制器II(12)同型号的钳制器、滑块IIb(65)排列方式组合通过间隙配合安装在滚动直线导轨副II(57)上。
4.根据权利要求1所述的一种滚动直线导轨副钳制器可靠性试验装置，其特征在于：
所述的加载单元I(15)由加载支撑部分、加载本体部分、加载驱动部分和加载保护部分组成；
所述的加载支撑部分包括加载单元支撑底板I(14)、加载杆支座Ia(16)、加载杆支座Ib(66)、加载杆支座IIa(18)和加载杆支座IIb(17)；
加载杆支座Ia(16)、加载杆支座Ib(66)安装于加载单元支撑底板I(14)上，加载杆I(26)穿过加载杆支座Ib(66)，加载杆支座IIa(18)、加载杆支座IIb(17)安装于加载单元支撑底板I(14)上，加载杆II(36)穿过加载杆支座IIb(17)；
所述的加载本体部分包括加载头I(22)、加载杆I(26)、加载头II(21)、加载杆II(36)、连杆I(25)、连杆II(34)、导轨(33)、滑块Ⅲ(30)、轴承支座(32)和轴承(31)；
加载杆I(26)设置于加载杆支座Ia(16)、加载杆支座Ib(66)之间，加载头I(22)、钳制器性能测试部分中的压力传感器I(23)、加载杆I(26)与加载驱动部分中的活塞杆(27) 依次连接；
加载杆I(26)上设有加载杆I转轴(24)，加载杆I转轴(24)通过铰链与连杆I(25)连接；连杆I(25)通过铰链与转轴(68)连接；
加载杆II(36)置于加载杆支座IIa(18)、加载杆支座IIb(17)之间，加载头II(21)、钳制器性能测试部分中的压力传感器II(37)、加载杆II(36)依次连接；
加载杆II(36)上设有加载杆II转轴(35)，加载杆II转轴(35)通过铰链与连杆II(34)连接；连杆II(34)通过铰链与转轴(68)连接；转轴(68)套入轴承(31)内圈中，轴承(31)外圈安装于轴承支座(32)中；
轴承支座(32)与滑块Ⅲ(30)连接；导轨(33)与加载单元支撑底板I(14)固定连接；滑块Ⅲ(30)通过间隙配合安装于导轨(33)上；
所述的加载驱动部分包括活塞杆(27)、活塞缸I(28)和电液伺服阀(29)；
活塞杆(27)大圆端按圆周方向排列一组通孔，通过螺栓与加载杆I(26)尾端连接；活塞杆(27)小圆杆端置于活塞缸I(28)内部；电液伺服阀(29)通过螺栓固定在活塞缸I(28)一端上；活塞缸I(28)两侧设有通孔，通过T型螺栓固定于加载单元支撑底板I(14)上；
所述的加载保护部分包括加载头保护座I(20)和加载头保护座II(19)；
加载头保护座I(20)固定在加载单元支撑底板I(14)上；加载头保护座I(20)中间设有通孔，通孔直径大于压力传感器I(23)、加载杆I(26)的最大直径；
加载头保护座II(19)固定在加载单元支撑底板I(14)上；加载头保护座II(19)中间设有通孔，通孔直径大于压力传感器II(37)、加载杆II(36)的最大直径。
5.根据权利要求1所述的一种滚动直线导轨副钳制器可靠性试验装置，其特征在于：
所述的钳制器性能测试部分包括钳制力性能测试装置、反应时间性能测试装置和刹车距离性能测试装置；
所述的钳制力性能测试装置包括压力传感器I(23)和压力传感器II(37)；
所述的反应时间性能测试装置包括压力式压力传感器(45)和连接板Ib(44)；
所述压力式压力传感器(45)固定在连接板Ib(44)上，连接板Ib(44)固定在工作台I(7)侧面；
所述的刹车距离性能测试装置包括球光栅；
所述的球光栅包括球光栅1和球光栅2。
6.根据权利要求5所述的一种滚动直线导轨副钳制器可靠性试验装置，其特征在于：
所述的球光栅1包括球栅尺I支座a(39)、球栅尺I支座b(62)、球栅尺I(61)和球栅尺读数头I(40)；球栅尺I支座a(39)与球栅尺I支座b(62)设置于球栅尺I(61)两端，球栅尺I支座a(39)与球栅尺I支座b(62)固定在滚动直线导轨副I垫板(38)上，球栅尺读数头I(40)安装于球栅尺I(61)上，连接板Ia(41)固定在球栅尺读数头I(40)上端和工作台I(7)外侧；
所述的球光栅2包括球栅尺II支座a(53)、球栅尺II支座b(63)、球栅尺II(11)和球栅尺读数头II(13)；球栅尺II支座a(53)、球栅尺II支座b(63)设置于球栅尺II(11)两端，球栅尺I支座a(39)与球栅尺I支座b(62)固定在滚动直线导轨副I垫板(38)上，球栅尺读数头II(13)安装于球栅尺II(11)上，连接板IIa(52)固定在球栅尺读数头II(13)上端和工作台II(51)外侧。
7.根据权利要求1所述的一种滚动直线导轨副钳制器可靠性试验装置，其特征在于：
所述的自动控制部分包括上位工控机、下位可编程控制器PLC、伺服驱动器和电磁换向阀；
所述的下位可编程控制器PLC的上行方向与上位工控机通讯，下行方向分别和伺服驱动器以及电磁换向阀连接，伺服驱动器输出端与减速电机的电源接口和编码器接口连接。
8.根据权利要求1所述的一种滚动直线导轨副钳制器可靠性试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)确定被测试钳制器的型号和件数，确定被测钳制器的模拟加载的工况；
2)将被测试的钳制器安装到滚动直线导轨副上；根据被测钳制器的模拟加载工况，安装配重块；
3)根据不同的试验条件将钳制器可靠性试验分为四大部分：钳制器空载下基本动作试验、钳制器受载下钳制动作试验、钳制器受载下刹车动作试验和钳制器性能测试试验。
9.根据权利要求8所述的一种滚动直线导轨副钳制器可靠性试验装置的试验方法，其特征在于：
所述钳制器空载下基本动作试验包括以下步骤：
1.1根据被测钳制器的控制类型，安装钳制器控制结构部分，如果被测钳制器为压力式钳制器，还需安装反应时间检测装置；
1.2设定钳制器钳制和松开动作频率、次数、动作间隔时间和钳制器发生动作的顺序；
1.3待安装检查完毕后，开始试验，通过自动控制部分对被测钳制器按设定方案循环进行钳制和松开动作；
1.4数据采集：实时监测钳制器状态，采集反应时间检测装置的压力式压力传感器压力信号，每次试验完毕后对数据进行分类整理与储存；
1.5数据分析：对于手动式钳制器，分析测试时间与被测钳制器故障信息之间的关系；对于压力式钳制器，分析测试时间、反应时间信号数据和故障信息之间的关系；分析被测钳制器在规定可靠度下的可靠寿命及在实际动作时的性能。
所述钳制器受载下钳制动作试验，包括以下步骤：
2.1计算被测钳制器保持力失效下滑动的安全距离，并根据计算出的安全距离调节加载单元与工作台左右两侧的相对位置；
2.2根据被测钳制器的控制类型，安装钳制器控制结构部分，保持力检测装置，如果被测钳制器为压力式钳制器，还需安装反应时间检测装置；
2.3设定钳制器钳制和松开动作频率、次数、动作间隔时间和钳制器发生动作的顺序；
2.4根据被测钳制器的出厂数据设定动态力加载大小、频率、时间；
2.5待安装检查完毕后，开始试验，在被测钳制器钳制状态下，从0开始以一定速度施加保持力，加载单元I(15)、加载单元II(16)对工作台同步或者异步循环交错加载；
2.6当加载力达到试验要求或钳制器失效时，加载单元的所有加载头立即退回加载头保护座内；
2.7数据采集：实时监测钳制器状态，采集加载单元压力传感器压力信号、球光栅的位移信号、反应时间检测装置的压力式压力传感器(45)压力信号，每次试验完毕后对数据并进行分类整理与储存；
2.8数据分析：通过对数据分析得到在钳制器钳制时动静态力加载试验后钳制器保持力的大小、钳制器的响应时间、被测钳制器在规定可靠度下的可靠寿命、钳制器在实际动作时的性能的变化情况。
10.根据权利要求8所述的一种滚动直线导轨副钳制器可靠性试验装置的试验方法，其特征在于：
所述钳制器受载下刹车动作试验，包括以下步骤：
3.1计算被测钳制器在一定初速度下刹车失效的安全距离，并根据计算出的安全距离调节加载单元与工作台I左右两侧的相对位置；
3.2根据被测钳制器的控制类型，安装钳制器控制装置，保持力检测装置，刹车距离测试装置，如果被测钳制器存在压力控制方式，还需安装反应时间检测装置；
3.3设定钳制器钳制和松开动作频率、次数、动作间隔时间和钳制器发生动作的顺序；
3.4根据被测钳制器的出厂数据设定冲击力加载大小、频率、时间；
3.5待安装检查完毕后，开始试验，在被测钳制器松开状态下，施加满足一定初速度要求的冲击力，加载单元I(15)、加载单元II(16)对工作台同步或者异步循环交错加载；
3.6当冲击力加载完成后或钳制器失效时，加载单元的所有加载头立即退回加载头保护座内；
3.7数据采集：实时监测钳制器状态，采集加载单元压力传感器压力信号、球光栅的位移信号、反应时间检测装置的压力式压力传感器压力信号，每次试验完毕后对数据进行分类整理与储存；
3.8数据分析：通过对数据分析得到在外加载荷作用下刹车试验后钳制器保持力的大小、钳制器的响应时间、被测钳制器在规定可靠度下的可靠寿命、钳制器在实际动作时的性能的变化情况。
所述钳制器性能测试，包括以下步骤：
4.1最大保持力检测：加载单元从零开始以一定的速度匀速施加作用力直到钳制器的位移发生突变为止；在加载的过程中同步采集压力传感器和球光栅的力和位移的测量值，位移测量值发生突变时对应的力传感器测量值为钳制器最大保持力；
4.2响应时间检测：钳制器在钳制过程中压力会从一个初始值增加到工作压力值，在松开过程中压力会从工作压力值降为初始值，通过压力式压力传感器(45)检测该压力的变化，压力变化的时间即为钳制器响应时间；
4.3刹车距离性能检测：在进行钳制器受载下刹车动作试验的过程中，工作台的移动，带动球栅尺读数头在球栅尺上滑动，球栅尺读数头从一定初速度到停止时所滑动的距离即为刹车距离；
如果在可靠性试验时，发生钳制器失效现象，立即停止试验，并记录故障。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20180810 |
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