CN109211560A - 一种适用于断路器内轴类零件疲劳寿命测试的试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于断路器内轴类零件疲劳寿命测试的试验系统，所述试验系统包括载荷源、测试冲头、零件夹具、力传感器、独立导柱、储能压簧、测试结构框架、控制电气盒，其中：载荷源用于提供恒定位移；力传感器用于检测被测试的轴类零件受到的载荷值；控制电气盒用于控制载荷源的动作；测试冲头夹持在载荷源上，被测试的轴类零件固定在零件夹具上，轴类零件的上方设置有测试冲头，轴类零件的下端通过力传感器与独立导柱连接，储能压簧位于独立导柱内，零件夹具、力传感器、独立导柱和储能压簧被限制于测试结构框架内。该系统可以对断路器内某一单独的轴类零件进行疲劳寿命测试，能够在一定周期内对目标零件提供恒定、接近真实工况的载荷。

Description

一种适用于断路器内轴类零件疲劳寿命测试的试验系统

技术领域

本发明涉及一种测试断路器内轴类零件疲劳寿命的试验系统。

背景技术

断路器在工业控制系统中有着广泛的应用，为了保证控制电路的长期、可靠运行，研究断路器的机械可靠性十分重要。为了提高断路器的机械可靠性，需要在设计过程中对断路器内部关键轴类零件的疲劳寿命拥有充分认识。目前，在断路器的研发过程中，主要通过以下两种方法对断路器内轴类零件的疲劳寿命进行测试：（1）通过试制样机进行整机机械寿命试验，得到目标轴类零件的疲劳寿命；（2）使用万能式材料试验机对单独零件进行疲劳寿命试验，得到目标轴类零件的疲劳寿命。其中，方法（1）的成本较为昂贵，且试验准备周期较长；方法（2）的载荷加载方式与断路器中轴类零件的真实工况差距过大，仅适用于结构较为简单的轴类零件，万能式材料试验机的价格及维护成本较高。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种适用于断路器内轴类零件疲劳寿命测试的试验系统。该系统可以对断路器内某一单独的轴类零件进行疲劳寿命测试，能够在一定周期内对目标零件提供恒定、接近真实工况的载荷。相较于目前在断路器研发过程中的疲劳寿命测试方法，能够降低试验成本与试验周期，便于断路器设计人员及时评价相关设计方案的优劣，进而提高研发效率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种适用于断路器内轴类零件疲劳寿命测试的试验系统，包括载荷源、测试冲头、测试结构本体、控制电气盒，其中：

所述载荷源用于提供恒定位移；

所述力传感器用于检测被测试的轴类零件受到的载荷值；

所述控制电气盒用于控制载荷源的动作；

所述测试冲头夹持在载荷源上；

所述测试结构本体包括零件夹具、力传感器、独立导柱、储能压簧和测试结构框架，被测试的轴类零件固定在零件夹具上，轴类零件的上方设置有测试冲头，轴类零件的下端通过力传感器与独立导柱连接，储能压簧位于独立导柱内，零件夹具、力传感器、独立导柱和储能压簧被限制于测试结构框架内。

一种利用上述试验系统进行零件疲劳寿命测试的方法，包括如下步骤：

第一步：依照被测试的轴类零件选择对应的测试冲头，并将测试冲头固定在载荷源上；

第二步：将被测试的轴类零件安装在零件夹具上，安装完成后检查被测试的轴类零件是否安装牢固；

第三步：接通控制电气盒的电源，通过控制电气盒将载荷源调整至载荷施加位置，即测试冲头下移时的最大行程位置，使其对储能压簧进行压缩；

第四步：根据力传感器的示数，通过调整此时测试冲头的高度对储能压簧的压缩量改变试验中的载荷数值，在确定测试冲头的高度后，将载荷源调整至初始位置；

第五步：通过控制电气盒设定试验周期和试验频率，开始进行零件疲劳寿命测试试验；

第六步：当试验数量达到设定试验周期或零件失效后，载荷源在控制电气盒的指令下自动断电停止试验，试验的相关数据被记录在控制电气盒内。

相比于现有技术，本发明具有如下优点：

1、本发明采用弹簧为断路器内轴类零件的疲劳寿命提供载荷，通过恒定位移的载荷源推动被测试零件压缩储能压簧，得到近似于断路器内部真实工况的载荷，更贴近零件的真实工况。

2、本发明采用力传感器检测试验中每一次载荷数值，使得载荷情况并不受试验系统自身零件磨损、性能退化等因素的影响，能够极大地提高试验精度。

3、本发明可以通过更换测试冲头、零件夹具、储能压簧对其他类型零件的疲劳寿命进行测试。

4、本发明选用储能压簧作为载荷媒介，相较于万能式材料试验机中电缸/油缸所提供的载荷更接近与断路器内的真实工况。

5、本发明可以对寿命试验中每个周期的载荷进行记录，排除因系统自身原因导致的载荷下降。

6、本发明可以依照与被测零件相接触的零件设计形制不同的测试冲头，使被测零件的磨损及应力分布情况更贴近真实工况。

7、本发明可以通过调节恒位移载荷源与被测零件间的距离，弥补因测试冲头和被测零件间的磨损导致的载荷改变。

8、本发明具有目标试验周期设定、试验频率设定、已进行试验周期显示、达到目标试验周期时自动断电、异常故障自动断电的功能。

9、相较于试制样机进行整机寿命试验，本发明可以极大的降低试验成本、缩短试验周期；相较于使用万能式材料试验机进行的疲劳寿命试验，本发明的造价较低，同时载荷形式更贴近于零件在断路器内部的真实工况。

附图说明

图1为本发明试验系统的总体布局示意图；

图2为测试结构本体的结构示意图；

图3为系统控制流程图；

图4为载荷路径传递示意图；

图5为被测零件的载荷曲线图；

图中：1为载荷源，2为测试冲头，3为测试结构本体，4为底座，5为控制电气盒，6为零件夹具，7为力传感器，8为独立导柱，9为储能压簧，10为测试结构框架。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

本发明提供了一种适用于断路器内轴类零件疲劳寿命测试的试验系统，如图1和2所示，所述试验系统包括载荷源1、测试冲头2、测试结构本体3、底座4和控制电气盒5，其中：

所述底座4上固定有载荷源1和控制电气盒5；

所述测试结构本体3包括零件夹具6、力传感器7、独立导柱8、储能压簧9和测试结构框架10；

所述储能压簧9为矩形压缩弹簧；

所述测试冲头2夹持在载荷源1上，被测试的轴类零件固定在零件夹具6上，轴类零件的上方设置有测试冲头2，轴类零件的下端通过力传感器7与独立导柱8连接，储能压簧9位于独立导柱8内；零件夹具6、力传感器7、独立导柱8和储能压簧9被限制于测试结构框架10内；测试结构框架10固定在载荷源1的下部。

在测试系统的工作过程中，载荷源1可以提供一次恒定位移，力传感器7负责检测被测试的轴类零件受到的载荷值，控制电气盒5通过检测力传感器7的波形确定整套系统的工作状态，通过检测已试验次数与两次动作间的时间确定试验进程，并控制载荷源1的动作。

如图4和5所示，载荷源1与测试结构本体3内各部分的运动关系为：

试验系统对被测试的轴类零件施加载荷时：载荷源1带动测试冲头2推动被测试的轴类零件向下运动，进而推动零件夹具6、力传感器7、独立导柱8，使得储能压簧9被压缩，并获得一个与储能压簧9压缩量相等的载荷，其载荷传递路径为：载荷源1→测试冲头2→零件夹具6→力传感器7→独立导柱8→储能压簧9；

试验系统在对被测试的轴类零件施加载荷结束时：载荷源1带动测试冲头2向上运动，零件夹具6、力传感器7、独立导柱8在储能压簧9的推动下回到初始位置，其载荷传递路径为：储能压簧9→独立导柱8→力传感器7→零件夹具6。

如图3所示，本发明试验系统的工作原理如下：

本发明通过控制电气盒5上的时间继电器设定目标试验次数、试验频率及未试验保护时间，控制电气盒5将会根据这些参数驱动载荷源进行试验；当控制电气驱动载荷源1运动时，测试冲头2推动被测试的轴类零件压缩储能压簧9，使被测试的轴类零件获得一个载荷波形。

本发明主要是从对单独轴类零件施加贴近断路器内部真实载荷的角度出发，使被测试的轴类零件在一个试验周期中受到近似于储能压簧“储能-释能”的过程。试验中被测试的轴类零件受到的载荷F可用下式表示：

F=kx；

其中，F为被测试的轴类零件受到的载荷，k为储能压簧刚度系数，x为储能压簧压缩量。

由上式可知，可以通过更换不同刚度系数的储能压簧和调整储能压簧压缩量对被测试的轴类零件受到的载荷进行调整，因此，本发明中的被测试的轴类零件的载荷来源于压缩储能压簧。

利用上述试验系统进行零件疲劳寿命测试的具体实施步骤如下：

第一步：依照被测试的轴类零件选择对应的测试冲头2，并将测试冲头2固定在载荷源1上。

第二步：将被测试的轴类零件安装在零件夹具6上，安装完成后注意对被测试的轴类零件是否安装牢固进行检查。在研究公差对零件疲劳寿命的影响时，可通过调整零件夹具6对此种公差进行体现。

第三步：接通控制电气盒5的电源，通过控制电气盒5将载荷源1调整至载荷施加位置，即测试冲头2下移时的最大行程位置，使其对储能压簧9进行压缩。

第四步：根据力传感器7的示数，通过调整此时测试冲头2的高度对储能压簧9的压缩量可以改变试验中的载荷数值。在确定测试冲头2的高度后，将载荷源1调整至初始位置。

第五步：通过控制电气盒5设定试验周期和试验频率，按下控制盒上的“开始试验”按钮进行试验；

第六步：当试验数量达到设定试验周期或零件失效后，载荷源1会在控制电气盒5的指令下自动断电停止试验。试验的相关数据已被记录在控制电气盒5内的PLC中。若在试验正常进行过程中停止试验，可按下控制电气盒上的“急停”按钮。

由此可见，本发明通过恒定位移的载荷源推动被测试的轴类零件压缩储能压簧，得到近似于断路器内部真实工况的载荷。相较于试制样机进行整机寿命试验，本发明可以极大的降低试验成本、缩短试验周期；相较于使用万能式材料试验机进行的疲劳寿命试验，本发明的造价较低，同时载荷形式更贴近于零件在断路器内部的真实工况。

Claims (3)

1.一种适用于断路器内轴类零件疲劳寿命测试的试验系统，其特征在于所述试验系统包括载荷源、测试冲头、测试结构本体、控制电气盒，其中：

所述载荷源用于提供恒定位移；

所述力传感器用于检测被测试的轴类零件受到的载荷值；

所述控制电气盒用于控制载荷源的动作；

所述测试冲头夹持在载荷源上；

所述测试结构本体包括零件夹具、力传感器、独立导柱、储能压簧和测试结构框架，被测试的轴类零件固定在零件夹具上，轴类零件的上方设置有测试冲头，轴类零件的下端通过力传感器与独立导柱连接，储能压簧位于独立导柱内，零件夹具、力传感器、独立导柱和储能压簧被限制于测试结构框架内。

2.根据权利要求1所述的适用于断路器内轴类零件疲劳寿命测试的试验系统，其特征在于所述储能压簧为矩形压缩弹簧。

3.一种利用权利要求1或2所述试验系统进行零件疲劳寿命测试的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

第一步：依照被测试的轴类零件选择对应的测试冲头，并将测试冲头固定在载荷源上；

第二步：将被测试的轴类零件安装在零件夹具上，安装完成后检查被测试的轴类零件是否安装牢固；

第三步：接通控制电气盒的电源，通过控制电气盒将载荷源调整至载荷施加位置，即测试冲头下移时的最大行程位置，使其对储能压簧进行压缩；

第四步：根据力传感器的示数，通过调整此时测试冲头的高度对储能压簧的压缩量改变试验中的载荷数值，在确定测试冲头的高度后，将载荷源调整至初始位置；

第五步：通过控制电气盒设定试验周期和试验频率，开始进行零件疲劳寿命测试试验；

第六步：当试验数量达到设定试验周期或零件失效后，载荷源在控制电气盒的指令下自动断电停止试验，试验的相关数据被记录在控制电气盒内。