CN109342101B - 一种升降床疲劳试验机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种升降床疲劳试验机，包括底座、上固定板、升降床升降机构、冷却与膨胀补偿装置、信号检测模块及中央处理模块；所述的底座和上固定板之间设有竖直设置的导柱，升降床相对应于导柱设有导向孔，导向孔套装在导柱上；所述的升降床升降机构包括电机、丝杠，电机位于底座下方，电机的输出轴与丝杠连接，丝杠穿过底座与升降床螺接；所述的冷却与膨胀补偿装置设置在上固定板处，能够对丝杠、导柱的轴向预拉伸，且能够对丝杠和导柱进行冷却；信号检测模块能够用于电机、丝杠噪声和振动的检测及升降床的地脚撑的位置检测；信号检测模块与中央处理模块连接。本发明结构简单，通过信号采集模块采集升降床和电机的噪声和振动信号，来判定升降床是否达到疲劳寿命，用时少，操作方便；实现了升降床疲劳寿命的预测，降低了潜在危险的发生。
Description
技术领域
本发明涉及一种升降床疲劳试验机。
背景技术
近些年来，随着国民生活水平的提高，旅游行业得到迅速发展，人们对个性旅游需求也不断提高，出现了很多个性化旅游住宿方式。一方面是用地问题，民宿、田园综合体、特色小镇面临拿地、用地难，限制了行业的发展和升级；另一方面则是环保问题，受制于地理和技术、意识、政策等，相关行业的污水排放、垃圾处理、生态保护等问题难以平衡。这样使得旅游产业链中“住”的环节遭遇发展瓶颈，迫使旅游产业改革。另外，随着我国城镇化程度的提高，城市居民用房越发紧凑；国家二孩政策的顺利实施，家庭人口也由原来的三口之家变成四口之家，使得原本紧凑的住房将更加紧张。因此，具有空间复合功能的升降床运用而生。
升降床系统使得这有限空间的室内卫生间、客厅、书房、卧室一应俱全，白天时只需将床升到天花板上，藏在床下的桌子和沙发就会露出来，卧室就变成了客厅（或者书房），晚上只需将床降下来就可以睡觉。这种具有空间复合利用功能的升降床将使用的越来越多，但是国家并没有相关文件来规范升降床的品质等级。升降床在升降过程中主要是疲劳磨损，使用一段时间后，会磨损、老化，致使其在升降过程中发出很大的噪声，影响客户体验生活，成为日常生活中的一大安全隐患。本发明正是基于传统疲劳试验机能在短时间内检测出金属的疲劳极限的方式而设计出能否在较短时间内而检测出升降床的使用寿命（次数），从而有利于防止潜在的危险，更好地促进旅居、家居装备的蓬勃发展。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单，操作方便，能够检测出升降床的使用寿命，防止潜在危险的升降床疲劳试验机。
本发明采用的技术方案是：一种升降床疲劳试验机，包括底座、升降床升降机构、冷却与膨胀补偿装置、信号检测模块及中央处理模块；所述的底座上竖直设有导柱，升降床相对应于导柱设有导向孔，导向孔套装在导柱上；所述的上固定板安装在冷却与膨胀补偿装置处；所述的升降床升降机构包括电机、丝杠，电机位于底座下方，电机的输出轴与丝杠连接，丝杠穿过底座与升降床螺接；信号检测模块能够用于电机和丝杠噪声和振动的检测及升降床的地脚撑的位置位置的检测；信号检测模块与中央处理模块连接。
上述的升降床疲劳试验机中，所述的底座和上固定板之间设有两个导柱，上固定板与底座平行，底座固定，用于支撑升降床、导柱、丝杠、上固定板重量；丝杠的顶端通过轴承安装在上固定板上，丝杠的下部安装有丝杠支撑板，丝杠支撑板位于底座上方，丝杠支撑板通过滚动体支撑在底座上。
上述的升降床疲劳试验机中，所述底座下方的电机应为变频电机，电机转速根据载荷大小和升降速度设置；所述的升降床疲劳试验机丝杠的疲劳磨损量通过公式计算，式中：I h 为磨损率，W J 为丝杠和螺母的螺纹结合改性系数，W R 为润滑系数，W F 为载荷系数，/>偏载系数，n为电机转速，t为工作时间，Z s 为丝杠和螺母拟合的副数，S为螺母每移动一个螺纹的滑动摩擦距离。
上述的升降床疲劳试验机中，所述冷却与膨胀补偿装置包括导向槽、预紧螺钉、多个油雾喷嘴及油雾回收挡板；所述的油雾回收挡板平行于导柱设置，导向槽垂直于上固定板设置；所述的上固定板置于导向槽内，导向槽的顶部与上固定板之间设有多个预紧弹簧Ⅰ；导向槽底部设有多个预紧螺钉，预紧螺钉位于上固定板下方与上固定板底部连接；所述的多个油雾喷嘴分别对应于导柱和丝杠设置；多个预紧螺钉拧紧时，应保证上下固定板平行，丝杠、导柱的变形量及预紧螺钉预紧力根据以下公式确定：
式中：为丝杠、导柱的温升；/>为丝杠、导柱的线性膨胀系数；/>为丝杠、导柱杨氏模量；/> i 为丝杠、导柱截面积，i为丝杠、导柱的编号，i=1,2,3；/>为预紧力；/>为丝杠、导柱弹性变形量；/>为丝杠、导柱初始长度；/>为预紧螺钉个数。
上述的升降床疲劳试验机中，所述的信号检测模块包括呐传感器、振动传感器、振动传感器Ⅱ、声呐传感器Ⅱ、两个行程开关及两个接近开关，声呐传感器安装在上固定板上，振动传感器设置在升降床上；振动传感器Ⅱ和声呐传感器Ⅱ安装在变频电机上；一行程开关靠近上固定板设置，另一行程开关靠近丝杠支撑板设置；两个接近开关安装在底座上，分别靠近升降床的两个地脚撑设置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1) 本发明通过加速试验，利用冗余平台多参量监控实现了升降床疲劳寿命的预测，提早判定升降床寿命，节约时间，试验成本低，降低了潜在危险的发生几率。
(2) 本发明结构简单，通过变频电机带动丝杠旋转，进而带动与丝杠螺接的升降床升降；通过信号采集模块采集升降床的噪声和振动信号，在升降过程中，以升降床或变频电机的噪声、振动及地脚撑的位置中的任意一项指标连续10次未达到要求来判定升降床已达到疲劳寿命，操作方便。
(3) 本发明通过冷却与膨胀补偿装置，消除由于加速试验引起丝杠、导柱的轴向热膨胀对试验机构的影响；通过油雾喷嘴对丝杠、导柱降温；通过预紧螺钉使得丝杠、导柱有一定的预拉伸，可补偿一定的热膨胀，保证丝杠、导柱所处温度场一致，热膨胀量基本相等，保证了实验结果的准确性。
附图说明
图1是本发明的结构图。
图2是本发明的试验流程图。
图中：1-上固定板，2-导柱，3-丝杠，4-升降床，5-丝杠支撑板，6-底座，7-滚动体，8-联轴器，9-电机，10-电机基座，11-行程开关，12-声呐传感器，13-振动传感器，14-中央处理模块，15-行程开关，16-轴承，17-振动传感器Ⅱ，18-声呐传感器Ⅱ，19-接近开关，20-接近开关，21-地脚撑1，22-地脚撑2，23-导向槽，24-预紧弹簧，25-预紧螺钉，26-油雾喷嘴，27-油雾回收挡板；D-地脚撑放下位置与既定位置的距离；N-地脚撑位置连续未达到要求的次数。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
如图1所示，本发明包括底座6、升降床升降机构、冷却与膨胀补偿装置、信号检测模块及中央处理模块14；所述的底座6上竖直设有两个导柱2，升降床4上对应于两个导柱2设有两个导向孔，两个导向孔分别套装在两个导柱2上，导柱2的顶端安装有上固定板1，上固定板1与底座6平行。所述的升降床升降机构包括电机9、丝杠3，电机9位于底座6下方，安装在变频电机基座10上。电机9的输出轴与丝杠3连接，丝杠3穿过底座6与升降床4螺接。电机应为变频电机，电机转速根据载荷大小和升降速度设置。丝杠3的上端通过轴承16安装在上固定板1上。丝杠3的下部安装有丝杠支撑板5，丝杠支撑板5位于底座6上方，通过滚动体7支撑在底座6上，滚动体7可以降低摩擦阻力。
所述的升降床疲劳试验机的丝杠3的疲劳磨损量通过公式计算，式中：I h 为磨损率，W J 为丝杠3和螺母的螺纹结合改性系数，W R 为润滑系数，W F 为载荷系数，/>偏载系数，n为电机9的转速，t为工作时间，Z s 为丝杠3和螺母拟合的副数，S为螺母每移动一个螺纹的滑动摩擦距离。在相同的磨损量情况下，丝杠所受载荷越大，速度越快，则工作时间越短。可根据丝杠磨损量公式选取不同的载荷和变频电机转速来加速疲劳试验，节约试验时间。
所述冷却与膨胀补偿装置包括导向槽23、预紧螺钉25、多个油雾喷嘴26及油雾回收挡板27；所述的油雾回收挡板27平行于导柱2设置，导向槽23垂直于上固定板1设置。所述的上固定板1置于导向槽23内，导向槽23的顶部与上固定板1之间设有多个预紧弹簧Ⅰ24；导向槽23底部设有多个预紧螺钉25，预紧螺钉25位于上固定板1下方与上固定板1的底部连接。所述的多个油雾喷嘴分别对应于导柱2和丝杠3设置，油雾冷却后经油雾回收挡板27回收。通过拧预紧螺钉25，给上固定板1施加预紧力，使得丝杠3有一定的预拉伸。油雾喷嘴26给丝杠3和导柱2喷油雾，用于润滑和降温。多个预紧螺钉拧紧时，应保证上下固定板平行，丝杠的变形量及预紧螺钉预紧力根据以下公式确定：
式中：为丝杠、导柱的温升；/>为丝杠、导柱的线性膨胀系数；/>为丝杠、导柱杨氏模量；/> i 为丝杠、导柱截面积，i为丝杠、导柱的编号，i=1,2,3；/>为预紧力；/>为丝杠、导柱弹性变形量；/>为丝杠、导柱初始长度；/>为预紧螺钉个数。
信号检测模块包括声呐传感器12、振动传感器13、振动传感器Ⅱ17、声呐传感器Ⅱ18、行程开关15、行程开关11、接近开关19和接近开关20，声呐传感器12安装在上固定板1上，用于检测丝杠3的噪声信号。振动传感器13设置在升降床4的顶面上，用于检测升降床4的振动。振动传感器Ⅱ17和声呐传感器Ⅱ18安装在变频电机9上，测量变频电机9的振动信号和噪声信号。靠近上固定板1处设有行程开关15，靠近丝杠支撑板5设有行程开关11，底座上安装有接近开关19和接近开关20，接近开关19和接近开关20靠近升降床的两个地脚撑设置。信号检测模块与中央处理模块14连接。
如图2所示，本发明用于检测升降床时，检测升降床的三个失效点：丝杠3，电机9及地脚撑。启动电机9正转，升降床4开始先上升，当升降床4触碰到行程开关2时，电机9锁定，之后立即反转，带动升降床4下降，直到触碰到行程开关1，两个地脚撑打开，升降床4完成一次升降，通过中央处理模块14进行计数，并控制变频电机停止2s。在升降床4的一次完整的升降过程中，信号采集模块实时采集三个失效点的输出信号，具体为：(1)采用信号检测模块中的声呐传感器12（安装在上固定板1上）采集丝杠3旋转过程中的噪声，采用信号检测模块中的振动传感器13（安装在升降床4上）采集升降床4升降过程中的振动信号。(2)采用信号检测模块中的接近开关19、接近开关20（安装在底座6上）判断升降床地脚撑是否到达既定位置；(3) 采用信号检测模块中的声呐传感器Ⅱ18采集变频电机9在过程中的噪声，采用信号检测模块中的振动传感器Ⅱ17采集升降床4升降过程中的变频电机9的振动信号。最后通过中央处理模块14对采集到的信号进行处理，只要有一处失效，系统立即给出报警，变频电机9不再启动，停止升降床4，并记录升降床升降次数。
在升降床4升降过程中，升降床4或变频电机9的噪声、振动及地脚撑的位置中的任意一项指标连续10次未达到要求即可判定升降床4已达到疲劳寿命。所述的噪声为升降床4实现一次完整升降过程时的平均噪声：
其中，为平均噪声，n为升降床实现一次完整升降过程时声呐传感器所采集的信号长度，/>为声呐传感器在每一个时刻所采集的噪声信号值。
振动为升降床4实现一次完整升降过程时振动信号的有效值：
其中，为平均噪声，n为升降床实现一次完整升降过程时振动传感器所采集的信号长度，/>为振动传感器在每一个时刻所采集的振动信号值。升降床4下降至底端时，地脚撑放下位置与既定位置的距离应小于10mm。
Claims (4)
1.一种升降床疲劳试验机，其特征是：包括底座、上固定板、升降床升降机构、冷却与膨胀补偿装置、信号检测模块及中央处理模块；所述的底座和上固定板之间设有竖直设置的导柱，升降床相对应于导柱设有导向孔，导向孔套装在导柱上；所述的升降床升降机构包括电机、丝杠，电机位于底座下方，电机的输出轴与丝杠连接，丝杠穿过底座与升降床螺接；所述的冷却与膨胀补偿装置设置在上固定板处，能够对丝杠、导柱的轴向预拉伸，且能够对丝杠和导柱进行冷却；信号检测模块能够用于电机、丝杠噪声和振动的检测及升降床的地脚撑的位置检测；信号检测模块与中央处理模块连接；
所述底座下方电机应为变频电机，电机转速根据载荷大小和升降速度设置；所述的升降床疲劳试验机丝杠的疲劳磨损量通过公式h＝IhntSZsWJWRWFWP计算，式中：Ih为磨损率，WJ为丝杠和螺母的螺纹结合改性系数，WR为润滑系数，WF为载荷系数，WP偏载系数，n为电机转速，t为工作时间，Zs为丝杠和螺母拟合的副数，S为螺母每移动一个螺纹的滑动摩擦距离。
2.根据权利要求1所述的升降床疲劳试验机，其特征是：所述的底座和上固定板之间设有两个导柱，上固定板与底座平行，底座固定，用于支撑升降床、导柱、丝杠、上固定板重量；丝杠的顶端通过轴承安装在上固定板上，丝杠的下部安装有丝杠支撑板，丝杠支撑板位于底座上方，丝杠支撑板通过滚动体支撑在底座上。
3.根据权利要求1或2所述的升降床疲劳试验机，其特征是：所述冷却与膨胀补偿装置包括导向槽、预紧螺钉、多个油雾喷嘴及油雾回收挡板；所述的油雾回收挡板平行于导柱设置，导向槽垂直于上固定板设置；所述的上固定板置于导向槽内，导向槽的顶部与上固定板之间设有多个预紧弹簧Ⅰ；导向槽底部设有多个预紧螺钉，预紧螺钉位于上固定板下方与上固定板底部连接；所述的多个油雾喷嘴分别对应于导柱和丝杠设置；多个预紧螺钉拧紧时，应保证上下固定板平行，丝杠、导柱的变形量及预紧螺钉预紧力根据以下公式确定：
ΔL＝LαΔT
式中：ΔT为丝杠、导柱的温升；α为丝杠、导柱的线性膨胀系数；E为丝杠、导柱杨氏模量；Si为丝杠、导柱截面积，i＝1,2,3；F为预紧力；ΔL为丝杠、导柱弹性变形量；L为丝杠、导柱初始长度；n'为预紧螺钉个数。
4.根据权利要求2所述的升降床疲劳试验机，其特征是：所述的信号检测模块包括声呐传感器、振动传感器、振动传感器Ⅱ、声呐传感器Ⅱ、两个行程开关及两个接近开关，声呐传感器安装在上固定板上，振动传感器设置在升降床上；振动传感器Ⅱ和声呐传感器Ⅱ安装在变频电机上；一行程开关靠近上固定板设置，另一行程开关靠近丝杠支撑板设置；两个接近开关安装在底座上，分别靠近升降床的两个地脚撑设置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 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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