CN109506920A - 一种挖掘机斗杆载荷谱疲劳试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种挖掘机斗杆载荷谱疲劳试验装置，包括测试基台、安装于测试基台上的承载连接组件、龙门架组件和作动器组件。本发明中斗杆部件是在其局部坐标系下进行载荷谱疲劳试验的，因此，可避免由姿态确定所引起的误差；装置中的铰接杆件与水平方向成一定的几何角度并根据实际疲劳试验的要求，能够实现斗杆油缸和斗杆的铰点与铲斗和斗杆的铰点处的中心连线存在一定角度的载荷谱疲劳试验，使得试验装置中的斗杆更加接近实际的受力状态；本发明装置通还可以适用于不同型号的斗杆疲劳试验，并且通过承载平梁和平衡梁，使整个装置构成为一个自平衡机构，作动器产生的动载荷成为内力，减少疲劳试验时对试验室基地、周围墙壁的作用。

Description

一种挖掘机斗杆载荷谱疲劳试验装置

技术领域

本发明属于机械设备领域，涉及机械疲劳试验，具体涉及一种挖掘机斗杆载荷谱疲劳试验装置。

背景技术

工作装置是挖掘机主要的工作部件，也是主要的受力装置。其结构和疲劳性能好坏，特别是焊接箱体式结构的斗杆性能，直接影响挖掘机使用的可靠性和寿命。而且挖掘机的工作载荷复杂多变，受长期的交变载荷作用，工作装置各关键零部件容易发生疲劳破坏，疲劳断裂是挖掘机工作装置破坏的主要原因。疲劳试验是疲劳研究的有力手段，这对提高挖掘机工作装置疲劳可靠性和保证结构正常服役具有重要意义。因此，挖掘机斗杆疲劳试验加载装置对研究斗杆疲劳寿命非常重要。

由于挖掘机工作装置的实际工作姿态不断发生变化，且所受的外载荷的大小和方向是随机的，所以目前对于挖掘机工作装置的疲劳试验研究还比较少，虽然有固定姿态下疲劳试验方法的发明专利，但该方法一方面由于挖掘机工作装置工作姿态不断发生变化，当量成固定姿态必然引起较大误差，另一方面实行水平、切向交变加载与铲斗实际受力不相符，也无法实现垂向、水平载荷谱联合加载，因为两个载荷谱对应关系无法确定。对于斗杆疲劳试验，虽然有用于检测斗杆疲劳寿命试验装置的发明专利，该方法可通过水平、垂向加载进行恒幅疲劳试验，但该方法无法实现载荷谱疲劳试验，这是由于斗杆各受力点的各分力均为随机载荷，将各载荷当量成垂向、水平载荷谱后，两个载荷谱的加载顺序和相位也无法确定。因此，现有的挖掘机斗杆疲劳载荷谱加载装置并不能准确的模拟挖掘机斗杆实际受力状态。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种挖掘机斗杆载荷谱疲劳试验装置，以解决现有技术中的挖掘机斗杆疲劳载荷谱加载装置并不能准确的模拟挖掘机斗杆实际受力状态的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种挖掘机斗杆载荷谱疲劳试验装置，包括测试基台，还包括安装于测试基台上的承载连接组件、龙门架组件和作动器组件；

所述的承载连接组件用于在所述的测试基台上设置斗杆载荷谱疲劳试验中作动器组件加载到斗杆疲劳试件上的动载荷的水平工作面，斗杆疲劳试件在所述的水平工作面内的安装位置通过承载连接组件的第二连接座进行调整；

所述的龙门架组件用于在所述的测试基台上设置斗杆载荷谱疲劳试验中作动器组件加载到斗杆疲劳试件上的动载荷的竖直工作面；

所述作动器组件安装于所述的龙门架组件的横梁上且安装位置在所述的竖直工作平面内，所述的作动器组件的安装高度通过横梁在所述的龙门架组件上的安装位置进行调整，所述的作动器组件中的作动器用于对斗杆疲劳试件施加斗杆载荷谱疲中给出的动载荷，进行疲劳试验。

在上述技术方案的一种更为具体的实现方式中，本发明的挖掘机斗杆载荷谱疲劳试验装置包括测试基台，还包括安装于测试基台上的承载连接组件、龙门架组件和作动器组件；

所述的承载连接组件包括安装在所述的测试基台上的固定支座，所述的固定支座上安装有承载平梁，所述的承载平梁上安装有第一连接座和第二连接座，所述的第二连接座在所述的承载平梁上的安装位置水平可调，所述的第一连接座上安装有斗杆连接杆，所述的斗杆连接杆与所述的第一连接座铰接；

所述的龙门架组件包括安装在所述的测试基台上的龙门架立柱，所述的龙门架立柱上安装有横梁，所述的横梁在所述的龙门架立柱上的安装位置竖直可调，所述的龙门架组件上还安装有平衡梁，所述的承载平梁通过螺栓固接安装在所述的平衡梁上；

所述的作动器组件包括作动器，所述的作动器安装于所述的横梁上。

本发明还具有如下技术特征：

具体的，所述的挖掘机斗杆载荷谱疲劳试验装置还包括斗杆疲劳试件，所述的斗杆疲劳试件与所述的第二连接座和斗杆连接杆铰接。

具体的，第二连接座通过第一螺栓组水平位置可调的安装在所述的承载平梁上。

具体的，龙门架立柱为两个且通过螺栓可拆卸的安装于所述的测试基台上；

所述的横梁通过第二螺栓组竖直位置可调的安装在所述的两个龙门架立柱之间，所述的平衡梁通过螺栓安装于两个龙门架立柱之间。

具体的，作动器组件还作动器连接座和夹持器连接座，所述的作动器连接座安装在所述的横梁底面，所述的作动器安装在所述的作动器连接座下端，所述的夹持器连接座安装在所述的作动器底部。

具体的，夹持器连接座末端安装有夹持器，所述的待测斗杆疲劳试件通过销轴安装在所述的夹持器内。

具体的，作动器和作动器连接座之间还安装有球铰。

具体的，作动器、夹持器连接座和夹持器同轴安装。

具体的，作动器为液压伺服作动器。

本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：

(Ⅰ)挖掘机实际工作时，其斗杆的工作姿态和受力角度时刻改变，但是在对挖掘机斗杆进行疲劳试验时，只能在确定姿态下对斗杆疲劳试件进行疲劳试验载荷谱中给出的载荷的加载，其误差是不可避免的。本发明中的装置可以变更载荷的加载角度，使斗杆疲劳试件在疲劳试验载荷谱给出的多个实际工作循环中载荷最大时对应的角度的平均值的下进行载荷谱疲劳试验的。因此，可避免由姿态确定所引起的误差，以保证疲劳试验的结果趋于保守和有效，确保斗杆疲劳试件的寿命界限；

(Ⅱ)本发明装置中的铰接杆件与水平方向成一定的几何角度，并且这个几何角度可以通过实际挖掘作业统计出来的，使得试验装置中的斗杆更加接近实际的受力状态；

(Ⅲ)本发明装置可以根据实际疲劳试验的要求，能够实现斗杆油缸和斗杆的铰点与铲斗和斗杆的铰点处的中心连线存在一定角度的载荷谱疲劳试验；

(Ⅳ)本发明装置通过铰接支架的移动可以对其他不同型号的斗杆进行疲劳载荷谱试验，并且通过承载平梁机构和平衡梁机构，使使整个加载机构成为一个自平衡机构，作动器产生的动载荷成为内力，大大减少了疲劳试验时对试验室基地、周围墙壁等的作用。

附图说明

图1是本发明整体结构轴侧示意图；

图2是本发明的侧视结构示意图；

图中各个标号的含义为：1-测试基台，2-承载连接组件，3-龙门架组件，4-作动器组件，5-斗杆疲劳试件；

21-固定支座，22-承载平梁，23-第一连接座，24-第二连接座，25-斗杆连接杆，26-第一螺栓组；

31-龙门架立柱，32-横梁，33-平衡梁，34-第二螺栓组；

41-作动器，42-动器连接座，43-夹持器连接座，44-夹持器，45-球铰。

以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

本发明的挖掘机斗杆载荷谱疲劳实验装置所加载的挖掘机斗杆疲劳试验谱的获取方法按照申请号为201811007604.3的发明“挖掘机工作装置等效力时间历程获取及疲劳试验谱整理”中的整理方法进行。

本发明的挖掘机斗杆载荷谱疲劳实验装置所加载的挖掘机斗杆疲劳试验谱的获取方法也可以按照现有技术中挖掘机斗杆疲劳试验谱的常规获取方法。

遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1：

本实施例给出一种挖掘机斗杆载荷谱疲劳试验装置，如图1至图2所示，包括测试基台1，还包括安装于测试基台1上的承载连接组件2、龙门架组件3和作动器组件4；

承载连接组件2包括安装在测试基台1上的固定支座21，固定支座21上安装有承载平梁22，承载平梁22上安装有第一连接座23和第二连接座24，第二连接座24在承载平梁22上的安装位置水平可调，第一连接座23上安装有斗杆连接杆25，斗杆连接杆25与第一连接座23铰接；

龙门架组件3包括安装在测试基台1上的龙门架立柱31，龙门架立柱31上安装有横梁32，横梁32在龙门架立柱31上的安装位置竖直可调，龙门架组件3上还安装有平衡梁33，承载平梁22通过螺栓固接安装在平衡梁33上；

作动器组件4包括作动器41，作动器41安装于横梁32上。

作为本实施例的一种具体方案，本实施例的挖掘机斗杆载荷谱疲劳试验装置还包括斗杆疲劳试件5，斗杆疲劳试件5与第二连接座24和斗杆连接杆25铰接。

本实施例的斗杆疲劳试件5直接取自需要进行斗杆疲劳实验的各型挖掘机，作为整个装置中加载疲劳试验谱的被测试件，保证挖掘机斗杆疲劳试验的准确性。

作为本实施例的一种具体方案，本实施例的第二连接座24通过第一螺栓组26水平位置可调的安装在承载平梁22上。

本实施例的承载连接组件2为整个疲劳试验谱加载装置提供安装基础，并使斗杆疲劳试件5可以进行疲劳试验谱要求的一定角度的动载荷加载。

作为本实施例的一种具体方案，本实施例的龙门架立柱31为两个且通过螺栓可拆卸的安装于测试基台1上；

横梁32通过第二螺栓组34竖直位置可调的安装在两个龙门架立柱31之间，平衡梁33通过螺栓安装于两个龙门架立柱31之间。

本实施例的龙门架组件3采用高低可调的横梁32对作动器组件4进行固接安装和稳定保护，保证作动器组件4对不同型号和尺寸的斗杆疲劳试件5的疲劳试验谱的加载安全和准确，同时保证加载疲劳试验谱时斗杆疲劳试件5的受力均匀。

作为本实施例的一种具体方案，本实施例的作动器组件4还作动器连接座42和夹持器连接座43，作动器连接座42安装在横梁32底面，作动器41安装在作动器连接座42下端，夹持器连接座43安装在作动器41底部。

作为本实施例的一种具体方案，本实施例的夹持器连接座43末端安装有夹持器44，斗杆疲劳试件5通过销轴安装在夹持器44内。

作为本实施例的一种具体方案，本实施例的作动器41和作动器连接座42之间还安装有球铰45。

作为本实施例的一种具体方案，本实施例的作动器41、夹持器连接座42和夹持器44同轴安装。

作为本实施例的一种具体方案，本实施例的作动器41为液压伺服作动器。

本实施例的作动器组件4的作动器41采用液压伺服作动器，对斗杆疲劳试件5进行疲劳试验谱的加载，保证作动器41向斗杆疲劳试件5施加疲劳试验程序谱时所有组件的稳定，并对挖掘机工作过程中斗杆疲劳试件5受力情况进行准确模拟。

以下对本实施例的挖掘机斗杆载荷谱疲劳试验装置的安装和使用过程进行更进一步的说明：

较上述所有具体方案更进一步，如图1和2所示，为了使本实施例的挖掘机斗杆载荷谱疲劳试验装置中的斗杆更加接近实际的受力状态，斗杆连接杆25要与水平方向成一定的几何角度，获取角度的具体方法如下：作动器41与铰点E与铰点K处的中心连线之间存在一定几何角度，并且在实际作业中，这个几何角度是是随着斗杆作业而时刻发生变化。通过疲劳载荷谱测试试验可以得到该几何角度-时间历程和等效载荷-时间历程，将几何角度-时间历程和等效载荷-时间历程放到横坐标相同的坐标系下进行对比，统计出挖掘机每个工作循环中等效力最大的时刻所对应的几何角度，并运用数理统计的方法求得几何角度均值，该角度作为斗杆连接杆25与铰点E与铰点K处的中心连线之间的几何角度。斗杆连接杆25，第一连接座23通过销轴固定斗杆时，调节第二连接座24在承载平梁22上的安装位置，并且使得使铰点E与铰点K处的中心连线水平，即斗杆连接杆25与水平方向成一定的几何角度。

进一步地，在进行斗杆载荷谱疲劳试验时，通过调节横梁32在龙门架立柱31上的安装位置来实现不同尺寸斗杆在高度方向的调节和适应。

进一步地，为了使本实施例的挖掘机斗杆载荷谱疲劳试验装置达到动载对实验室地基和周围墙壁影响较小的目的，将作动器41、夹持器连接座43和夹持器44三者在固定连接时，保证三者的中心线同轴，这样可以保证作动器41施加动载荷时，斗杆疲劳试件5与挖掘机斗杆载荷谱疲劳试验装置整体不承受附加的弯矩作用，承载平梁22左端测试基台1固定处不受试验动载荷的影响，而作动器41施加的动载荷则由承载平梁22右端的平衡梁33传导到龙门架立柱31上，与作动器41通过横梁32传导到龙门架立柱31上的载荷平衡，从而形成一个自平衡机构，这样就大大减小了疲劳载荷对实验室地基和周围房屋结构的影响。

本实施例的挖掘机斗杆载荷谱疲劳试验装置的工作原理如下：

根据需要进行疲劳试验的斗杆疲劳试件5的尺寸调整固定支座21和龙门架立柱31在测试基台1上的安装位置并用螺栓紧固安装。选用合适长度的斗杆连接杆25并调整第二连接座24的安装位置，保证铰点E和铰点K的连线水平，即使承载连接组件2为斗杆疲劳试件5提供一个水平工作面，此水平工作面即为斗杆载荷谱疲劳试验中作动器组件4加载到斗杆疲劳试件5上的动载荷的水平工作面。

根据需要进行疲劳试验的斗杆疲劳试件5的尺寸调整龙门架组件3在测试基台1上的安装位置，为作动器组件4提供一个树脂工作面，此竖直工作面即为斗杆载荷谱疲劳试验中作动器组件4加载到斗杆疲劳试件5上的动载荷的竖直工作面。进而保证将作动器组件4中的作动器41、夹持器连接座43和夹持器44三者在固定连接时，保证三者的中心线同轴，这样可以保证作动器41施加动载荷时，斗杆疲劳试件5与挖掘机斗杆载荷谱疲劳试验装置整体不承受附加的弯矩作用。

本实施例的约束铰点E、铰点D和加载铰点K所在竖直平面与前述竖直工作面的交线即为作动器组件4的作动器41、夹持器连接座43和夹持器44安装时的同轴中心线。

本实施例的约束铰点E、铰点D和加载铰点K所在竖直平面与前述水平工作面的交线即为约束铰点E和加载铰点K的连线。

本实施例的装置约束铰点选为斗杆疲劳试件5与动臂的连接铰点D、斗杆疲劳试件5与斗杆油缸的连接铰点E，加载铰点为斗杆疲劳试件5与铲斗的连接铰点K，铰点D、铰点E和铰点K在疲劳试验谱加载过程中不活动，仅通过作动器41在铰点K处加载的由疲劳试验谱确定的动载荷。根据实际载荷谱疲劳试验要求，作动器41通过夹持器连接座43和夹持器44在斗杆疲劳试件5顶部施加与铰点E与铰点K处的中心连线存在一成垂直角度的动载荷。将编制好的疲劳试验载荷谱通过作动器41施加于斗杆疲劳试件5顶部，就可以进行斗杆疲劳试件5的载荷谱疲劳试验。

实施例2：

本实施例给出一种挖掘机斗杆载荷谱疲劳试验装置，包括测试基台1，还包括安装于测试基台1上的承载连接组件2、龙门架组件3和作动器组件4；

承载连接组件2用于在测试基台1上设置斗杆载荷谱疲劳试验中作动器组件4加载到斗杆疲劳试件5上的动载荷的水平工作面，斗杆疲劳试件5在水平工作面内的安装位置通过承载连接组件2的第二连接座24进行调整；

龙门架组件3用于在测试基台1上设置斗杆载荷谱疲劳试验中作动器组件4加载到斗杆疲劳试件5上的动载荷的竖直工作面；

作动器组件4安装于龙门架组件3的横梁32上且安装位置在竖直工作平面内，作动器组件4的安装高度通过横梁32在龙门架组件3上的安装位置进行调整；

作动器组件4中的作动器41用于对斗杆疲劳试件5施加斗杆载荷谱疲中给出的动载荷，进行疲劳试验。

本实施例的挖掘机斗杆载荷谱疲劳试验装置的具体结构与实施例1中的挖掘机斗杆载荷谱疲劳试验装置的具体结构相同。

Claims (10)

1.一种挖掘机斗杆载荷谱疲劳试验装置，包括测试基台(1)，其特征在于，还包括安装于测试基台(1)上的承载连接组件(2)、龙门架组件(3)和作动器组件(4)；

所述的承载连接组件(2)用于在所述的测试基台(1)上设置斗杆载荷谱疲劳试验中作动器组件(4)加载到斗杆疲劳试件(5)上的动载荷的水平工作面，斗杆疲劳试件(5)在所述的水平工作面内的安装位置通过承载连接组件(2)的第二连接座(24)进行调整；

所述的龙门架组件(3)用于在所述的测试基台(1)上设置斗杆载荷谱疲劳试验中作动器组件(4)加载到斗杆疲劳试件(5)上的动载荷的竖直工作面；

所述的作动器组件(4)安装于所述的龙门架组件(3)的横梁(32)上且安装位置在所述的竖直工作平面内，所述的作动器组件(4)的安装高度通过横梁(32)在所述的龙门架组件(3)上的安装位置进行调整，所述的作动器组件(4)中的作动器(41)用于对斗杆疲劳试件(5)施加斗杆载荷谱疲中给出的动载荷，进行疲劳试验。

2.如权利要求1所述的挖掘机斗杆载荷谱疲劳试验装置，其特征在于，所述的承载连接组件(2)包括安装在所述的测试基台(1)上的固定支座(21)，所述的固定支座(21)上安装有承载平梁(22)，所述的承载平梁(22)上安装有第一连接座(23)和第二连接座(24)，所述的第二连接座(24)在所述的承载平梁(22)上的安装位置水平可调，所述的第一连接座(23)上安装有斗杆连接杆(25)，所述的斗杆连接杆(25)与所述的第一连接座(23)铰接；

所述的龙门架组件(3)包括安装在所述的测试基台(1)上的龙门架立柱(31)，所述的龙门架立柱(31)上安装有横梁(32)，所述的横梁(32)在所述的龙门架立柱(31)上的安装位置竖直可调，所述的龙门架组件(3)上还安装有平衡梁(33)，所述的承载平梁(22)通过螺栓固接安装在所述的平衡梁(33)上；

所述的作动器组件(4)包括作动器(41)，所述的作动器(41)安装于所述的横梁(32)上。

3.如权利要求2所述的挖掘机斗杆载荷谱疲劳试验装置，其特征在于，还包括斗杆疲劳试件(5)，所述的斗杆疲劳试件(5)与所述的第二连接座(24)和斗杆连接杆(25)铰接。

4.如权利要求3所述的挖掘机斗杆载荷谱疲劳试验装置，其特征在于，所述的第二连接座(24)通过第一螺栓组(26)水平位置可调的安装在所述的承载平梁(22)上。

5.如权利要求3所述的挖掘机斗杆载荷谱疲劳试验装置，其特征在于，所述的龙门架立柱(31)为两个且通过螺栓可拆卸的安装于所述的测试基台(1)上；

所述的横梁(32)通过第二螺栓组(34)竖直位置可调地安装在所述的两个龙门架立柱(31)之间，所述的平衡梁(33)通过螺栓安装于两个龙门架立柱(31)之间。

6.如权利要求3所述的挖掘机斗杆载荷谱疲劳试验装置，其特征在于，所述的作动器组件(4)还包括作动器连接座(42)和夹持器连接座(43)，所述的作动器连接座(42)安装在所述的横梁(32)底面，所述的作动器(41)安装在所述的作动器连接座(42)下端，所述的夹持器连接座(43)安装在所述的作动器(41)底部。

7.如权利要求6所述的挖掘机斗杆载荷谱疲劳试验装置，其特征在于，所述的夹持器连接座(43)末端安装有夹持器(44)，所述的斗杆疲劳试件(5)通过销轴安装在所述的夹持器(44)内。

8.如权利要求6所述的挖掘机斗杆载荷谱疲劳试验装置，其特征在于，所述的作动器(41)和作动器连接座(42)之间还安装有球铰(45)。

9.如权利要求7或8所述的挖掘机斗杆载荷谱疲劳试验装置，其特征在于，所述的作动器(41)、夹持器连接座(42)和夹持器(44)同轴安装。

10.如权利要求2～8任一项权利要求所述的挖掘机斗杆载荷谱疲劳试验装置，其特征在于，所述的作动器(41)为液压伺服作动器。