CN109708838A - 一种曲柄连杆双缸液压高频高压脉冲冲击试验装置及方法 - Google Patents

一种曲柄连杆双缸液压高频高压脉冲冲击试验装置及方法 Download PDF

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一种曲柄连杆双缸液压高频高压脉冲冲击试验装置及方法，包括变频电机、减速机、曲柄连杆双缸脉冲泵和蓄能器，曲柄连杆双缸脉冲泵中的活塞缸A和活塞缸B呈上下相对运动，活塞缸A的油液容腔经油路管线与被测试件的油液容腔、容积调节器的有杆腔或无杆腔的油液容腔贯通密闭相连，活塞缸B的油液容腔出口与蓄能器相连，实现工率回收。油液容腔贯通密闭相连的油路管线上设有压力表和与计算机相连的传感器；通过曲柄连杆双缸脉冲泵对完全密闭的容腔总体积按冲击频率转速n转动上下往复运动，使液压油容腔总体积的压缩量交替变化，形成密封容腔压力dp的变化，实现高频高压脉冲冲击油压的脉冲冲击试验。其结构简单，操作方便，测试效果好，节能。

Description

一种曲柄连杆双缸液压高频高压脉冲冲击试验装置及方法
技术领域
本发明涉及一种曲柄连杆双缸液压高频高压脉冲冲击试验装置及方法，尤其适用于多种液压元件系统或结构装置进行液压高频、高压脉冲冲击试验，以测试其耐受能力疲劳寿命。
背景技术
液压元件如：油缸及种密封、软管、硬管、及其各种接头等，为保证液压元件使用的可靠性，往往需要对其进行液压高频高压脉冲冲击试验。一些重要的结构件装置等也需要进行振动冲击载荷的耐压疲劳试验，如挖掘机的油缸，其工作用力变化极大，额定工作压力一般最高设定38MPa，但瞬时冲击压力可能达到70-100MPa，其密封及油缸内的零部件组合的可靠性就需要通过液压冲击试验来验证；液压软管、硬管，尤其是工程汽车、高铁、航空、军工等高端产品的油路和气路，包括弯曲管的耐压疲劳冲击、可靠性及寿命考核就显得十份重要。此外对一些重要的机架、平台结构，如飞机、高铁、车辆、汽车的大梁等结构件就需要进行施以振动冲击的抗压及疲劳试验。上述液压高压脉冲试验主要有两种形式，一种是完全在油压系统内实现的高低压切换的冲击试验，另一种需要将交变的压力油流传递液压能，产生活塞的周期振动，并以振动冲击的方式输出施压于被试件。
目前液压脉冲冲击试验装置一般都是利用电磁换向阀或比阀、伺服阀施压于被试件的切换来实现液压油的压力脉冲，但由于目前电磁铁最高换向频率为240次/分左右，压力油在试验压力0-Pmix间切换，受压力或方向阀口的转换响应时间等因素影响，能实现的脉冲冲击频率最多也就是120次/分左右，而此类试验装置多由液压泵、换向阀、流量阀、溢流安全阀等组成，在这种液压系统中，显然限制了脉冲的频率，系统由泵连续供油通过阀实现流动方向变化和高低压的切换压力的建立，压力冲击、脉冲的实现。该液压系统完全遵守液压传动的基本理论原理，即:
1)巴斯卡定律，2)液流变化遵循连续性方程，3)符合动能、压力能、位能(包括阻力损失)的广义佰努力定理，即i为常数，4)液压传动的介质油其体积假定是不可压缩的。
据此理论系统密闭容腔中的压力油在高低压转换中将通过节流负载或对外做功负载消耗能量，如一较大的油缸，其密闭容腔较大，在冲击过程中将损耗较大功率，并造成系统严重发热；对于振动试验对外虽有做功损耗能量，但液压系统的切换仍有很大的比例的功率消耗。虽然现代液压振动技术在理论和实践上近代有了很大的发展，如各种类型的液态振动器，液压锤等，但均不适用于高频脉冲试验，因此急需一种即节能又能实现高频高压的脉冲冲击试验装置。
发明内容
技术问题：本发明的目的是针对现有技术中存的问题，提供一种曲柄连杆双缸液压高压高频脉冲冲击试验装置及方法。
技术方案：本发明的曲柄连杆双缸液压高频高压脉冲冲击试验装置，包括动力装置、液压泵站、容积调节器、计算机、传感器和压力表，所述的动力装置包括变频电机、减速机、曲柄连杆双缸脉冲泵和蓄能器，所述变频电机连接减速机，减速机的输出轴连接曲柄连杆双缸脉冲泵，所述的曲柄连杆双缸脉冲泵包括传动轴、连杆、活塞缸A和活塞缸B，所述的传动轴为间隔设置有两个开口方向相反呈凹槽状的曲轴，曲轴的两个凹槽内分别与连杆的一端相连，连杆的另一端分别与活塞缸A和活塞缸B内的活塞相连，传动轴带动活塞缸A和活塞缸B呈180°上下相对运动，活塞杆推动活塞向活塞缸A的油液容腔推送脉冲冲击压力，活塞缸B的油液容腔出口连接有储能和释放能量的蓄能器；所述的活塞缸A的油液容腔V4经油路管线与对被测试件作功的油液容腔、容积调节器的有杆腔或无杆腔的油液容腔V1V2贯通密闭相连，相连的油路管线上设有压力表和与计算机相连的传感器；所述的液压泵站包括比例电磁阀和伺服油缸，比例电磁阀的两个出口与容积调节器有杆腔和无杆腔相连的管路上分别设有截止阀。
所述的被测试件包括被试结构件一种、或被试结构件和被试油缸与密封两种。
所述的被测试件中的一种或两种为一个或多个。
所述的曲柄连杆双缸脉冲泵中的曲柄连杆双缸尺寸按照被测试件参数及所需脉冲的曲线确定。
所述的被测试件的入口处均设有截止阀。
一种使用上述曲柄连杆双缸液压高频高压脉冲冲击试验装置的试验方法，包括如下步骤：
a.将曲柄连杆双缸脉冲泵中的活塞缸A的油液容腔V4通过油路管线分别与所有对被测试件作功的油液容腔和容积调节器的油液容腔V1或V2贯通密闭相连，充油后实现完全密闭的液压油容腔总体积V，构成一个总液压油容腔，通过容积调节器的有杆腔或无杆腔来调节液压油容腔总体积V的大小；
总液压油容腔在压力作用下，密闭容积中的液压油容腔总体积V变化压缩率用β表示，则油液体积的体积弹性模量K就是β倒数，由公式可知：
式中：p为冲击压力(MPa)；
试验所用油介质不同，所得的体积弹性模量K值也各不相同，石油型液压油的体积弹性模量K值平均为(1.2-2)×103MPa，但由于液体混入气泡等原因，使体积弹性模量K的值减小，选用(0.7-1.4)×103MPa；
b.设定实验所需冲击转速n，启动变频电机带动减速机实现无级转速，减速机输出轴带动曲柄连杆双缸脉冲泵的曲柄连杆双缸转动，活塞缸A和活塞缸B呈180°上下相对运动，曲柄连杆推动活塞缸A的活塞向完全密闭的总油液容腔推送脉动冲击压力，并推拉活塞缸B的活塞向蓄能器压缩蓄能和回收能量，通过往复运动的曲柄连杆双缸脉冲泵强制对完全密闭的液压油容腔总体积V推送脉动冲击压力，液压油容腔总体积的压缩量dv所形成的压力P升高，并遵守巴斯卡定律：
由于曲柄连杆双缸脉冲泵对完全密闭的液压油容腔总体积V按设定转速n的脉冲频率转动上下往复运动，使液压油容腔总体积的压缩量dv不断交替变化，产生的密封容腔压力dp随之不断变化，从而实现高频高压脉冲冲击油压的脉冲冲击试验。
所述完全密闭的液压油容腔总体积V的冲击频率的转速为10-500转/分，n≦500次/分钟。
所述的液压油容腔总体积V推送脉动冲击压力p≦60MPa。
有益效果：本发明的液压泵站为试验系统闭锁和完成试验后油的回收；系统设置容积调节器用以调节冲击闭锁容积的总体积，用以和柱塞直径和行程所决定ΔV的值，从而可以起到调整最高压力的作用。本试验装置与被测试件是组成密闭试验系统不可分的一部份，通过脉冲器柱塞对完全密闭的容腔总体积按冲击频率转速n转动上下往复运动，形成液压油容腔总体积的压缩量dv交替变化，产生密封容腔压力dp的变化，从而实现高频高压脉冲冲击油压的脉冲冲击试验。通过曲柄连杆双缸脉冲泵分别作功和储能实现工率回收，冲击压力可达60MPa。其结构简单，操作方便，测试效果好，节能，系统发热量小。在本技术领域内具有广泛的实用性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1-液压振动器；2-被试结构件；3-被试油缸与密封；4-蓄能器；5-曲柄连杆双缸脉冲泵；6-液压泵站；7-截止阀Z1、Z2、Z3-1、Z3-2、Z4、Z5、Z6、Z7；8-变频电机；9-减速机；10-容积调节器。
具体实施方式
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述：
本发明的一种曲柄连杆双缸液压高频高压脉冲冲击试验装置，主要由动力装置、液压泵站6、容积调节器10、计算机、传感器和压力表构成，所述的动力装置包括变频电机、减速机、曲柄连杆双缸脉冲泵5和蓄能器4，所述变频电机8连接减速机9，减速机9的输出轴经传动连接曲柄连杆双缸脉冲泵5，所述的曲柄连杆双缸脉冲泵5包括传动轴、连杆、活塞缸A和活塞缸B，所述的传动轴为间隔设置有两个开口方向相反呈凹槽状的曲轴，曲轴的两个凹槽内分别与连杆的一端相连，连杆的另一端分别与活塞缸A和活塞缸B内的活塞相连，传动轴带动活塞缸A和活塞缸B呈180°上下相对运动，活塞杆推动活塞向活塞缸A的油液容腔推送脉冲冲击压力，活塞缸B的油液容腔出口连接蓄能器4，通过蓄能器4的压缩储能和释放能量提供动力；所述的曲柄连杆双缸脉冲泵5中的曲柄连杆双缸尺寸按照被测试件参数及所需脉冲的曲线确定。所述的活塞缸A的油液容腔经油路管线与被测试件的油液容腔、容积调节器10的有杆腔或无杆腔的油液容腔贯通密闭相连，相连的油路管线上设有压力表和与计算机相连的传感器；所述的被测试件包括液压振动器1、或液压振动器1和被试油缸与密封3。所述的液压泵站6包括比例电磁阀和伺服油缸，比例电磁阀的两个出口与容积调节器10有杆腔和无杆腔相连的管路上分别设有截止阀Z1、Z2，容积调节器10有杆腔和无杆腔相连的两个出口和相连的管路上分别设有截止阀Z6、Z7、Z5。
如图1所示，对于功率大小相近的不同被测试件，能同时进行高频高压脉冲冲击试验，如被试结构件2、或被试结构件2和被试油缸与密封3。只需将对各被测试件作功的油液容腔通过油路管线与活塞缸A的油液容腔V4和容积调节器10的油液容腔V1或V2贯通密闭相连，容积调节器10为伺服油缸。工作时，打开被测试件的入口处的截止阀，使所有容腔构成一个总的液压油容腔。所述的被测试件包括被试结构件2一种、或被试结构件2和被试油缸与密封3两种。被测试件中的一种或两种为一个或多个。如图1中所示，可同时对3个被试结构件2进行测试，设在3个被试结构件2上的液压振动器1的油液容腔分别为：V3-1、V3-2、V3-3，3个液压振动器1的油液容腔的入口处分别设有截止阀Z3-1、Z3-2、Z3-3，根据实验需要，可增加或减少被测试件的数量。被试油缸与密封3的油液容腔为V5，油液容腔入口处设有截止阀Z4。
一种使用上述曲柄连杆双缸液压高频高压脉冲冲击试验装置的试验方法，具体步骤如下：
a.将曲柄连杆双缸脉冲泵5中的活塞缸A的油液容腔V4通过油路管线分别与所有对被测试件作功的油液容腔和容积调节器10的油液容腔V1或V2贯通密闭相连，充油后实现完全密闭的液压油容腔总体积V，构成一个总液压油容腔，通过容积调节器10的有杆腔或无杆腔来调节液压油容腔总体积V的大小；
总液压油容腔在压力作用下，密闭容积中的液压油容腔总体积V变化压缩率用β表示，则油液体积的体积弹性模量K就是β倒数，由公式可知：
式中：p为冲击压力(MPa)；
试验所用油介质不同，所得的体积弹性模量K值也各不相同，石油型液压油的体积弹性模量K值平均为(1.2-2)×103MPa，但由于液体混入气泡等原因，使体积弹性模量K的值减小，选用(0.7-1.4)×103MPa；
b.设定实验所需冲击转速n，启动变频电机8带动减速机9实现无级转速，减速机9输出轴带动曲柄连杆双缸脉冲泵5的曲柄连杆双缸转动，活塞缸A和活塞缸B呈180°上下相对运动，曲柄连杆推动活塞缸A的活塞向完全密闭的总油液容腔推送脉动冲击压力，并推拉活塞缸B的活塞向蓄能器4压缩蓄能和回收能量，通过往复运动的曲柄连杆双缸脉冲泵5强制对完全密闭的液压油容腔总体积V推送脉动冲击压力，液压油容腔总体积的压缩量dv所形成的压力P升高，并遵守巴斯卡定律：
由于曲柄连杆双缸脉冲泵5对完全密闭的液压油容腔总体积V按设定转速n的脉冲频率转动上下往复运动，使液压油容腔总体积的压缩量dv不断交替变化，产生的密封容腔压力dp随之不断变化，从而实现高频高压脉冲冲击油压的脉冲冲击试验。所述完全密闭的液压油容腔总体积V的冲击频率的转速为10-500转/分，n≦500次/分钟；液压油容腔总体积V推送脉动冲击压力p≦60MPa。
设在油路管线上的压力表实时显示压力大小，与计算机相连的传感器实时将压力信息传输给计算机，并通过计算机实时显示脉冲曲线。

Claims (8)

1.一种曲柄连杆双缸液压高频高压脉冲冲击试验装置，包括动力装置、液压泵站(6)、容积调节器(10)、计算机、传感器和压力表，其特征在于：所述的动力装置包括变频电机(8)、减速机(9)、曲柄连杆双缸脉冲泵(5)和蓄能器(4)，所述变频电机(9)连接减速机(9)，减速机(9)的输出轴连接曲柄连杆双缸脉冲泵(5)，所述的曲柄连杆双缸脉冲泵(5)包括传动轴、连杆、活塞缸A和活塞缸B，所述的传动轴为间隔设置有两个开口方向相反呈凹槽状的曲轴，曲轴的两个凹槽内分别与连杆的一端相连，连杆的另一端分别与活塞缸A和活塞缸B内的活塞相连，传动轴带动活塞缸A和活塞缸B呈180°上下相对运动，活塞杆推动活塞向活塞缸A的油液容腔推送脉冲冲击压力，活塞缸B的油液容腔出口连接有储能和释放能量的蓄能器(4)；所述的活塞缸A的油液容腔V4经油路管线与对被测试件作功的油液容腔、容积调节器(10)的有杆腔或无杆腔的油液容腔V1V2贯通密闭相连，相连的油路管线上设有压力表和与计算机相连的传感器；所述的液压泵站(6)包括比例电磁阀、液压泵和溢流阀，比例电磁阀的两个出口与容积调节器(10)有杆腔和无杆腔相连的管路上分别设有截止阀(Z1、Z2)。
2.根据权利要求1所述的一种曲柄连杆双缸液压高频高压脉冲冲击试验装置，其特征在于：所述的被测试件包括被试结构件(2)一种、或被试结构件(2)和被试油缸与密封(3)两种。
3.根据权利要求2所述的一种曲柄连杆双缸液压高频高压脉冲冲击试验装置，其特征在于：所述的被测试件中的一种或两种为一个或多个。
4.根据权利要求1所述的一种曲柄连杆双缸液压高频高压脉冲冲击试验装置，其特征在于：所述的曲柄连杆双缸脉冲泵(5)中的曲柄连杆双缸尺寸按照被测试件参数及所需脉冲的曲线确定。
5.根据权利要求1或2所述的一种曲柄连杆双缸液压高频高压脉冲冲击试验装置，其特征在于：所述的被测试件的入口处均设有截止阀。
6.一种使用权利要求1所述曲柄连杆双缸液压高频高压脉冲冲击试验装置的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.将曲柄连杆双缸脉冲泵(5)中的活塞缸A的油液容腔V4通过油路管线分别与所有对被测试件作功的油液容腔和容积调节器(10)的油液容腔V1或V2贯通密闭相连，充油后实现完全密闭的液压油容腔总体积V，构成一个总液压油容腔，通过容积调节器(10)的有杆腔或无杆腔来调节液压油容腔总体积V的大小；
总液压油容腔在压力作用下，密闭容积中的液压油容腔总体积V变化压缩率用β表示，则油液体积的体积弹性模量K就是β倒数，由公式可知：
式中：p为冲击压力(MPa)；
试验所用油介质不同，所得的体积弹性模量K值也各不相同，石油型液压油的体积弹性模量K值平均为(1.2-2)×103MPa，但由于液体混入气泡等原因，使体积弹性模量K的值减小，选用(0.7-1.4)×103MPa；
b.设定实验所需冲击转速n，启动变频电机(8)带动减速机(9)实现无级转速，减速机(9)输出轴带动曲柄连杆双缸脉冲泵(5)的曲柄连杆双缸转动，活塞缸A和活塞缸B呈180°上下相对运动，曲柄连杆推动活塞缸A的活塞向完全密闭的总油液容腔推送脉动冲击压力，并推拉活塞缸B的活塞向蓄能器(4)压缩蓄能和回收能量，通过往复运动的曲柄连杆双缸脉冲泵(5)强制对完全密闭的液压油容腔总体积V推送脉动冲击压力，液压油容腔总体积的压缩量dv所形成的压力P升高，并遵守巴斯卡定律：
由于曲柄连杆双缸脉冲泵(5)对完全密闭的液压油容腔总体积V按设定转速n的脉冲频率转动上下往复运动，使液压油容腔总体积的压缩量dv不断交替变化，产生的密封容腔压力dp随之不断变化，从而实现高频高压脉冲冲击油压的脉冲冲击试验。
7.根据权利要求6所述的曲柄连杆双缸液压高频高压脉冲冲击试验方法，其特征在于：所述完全密闭的液压油容腔总体积V的冲击频率的转速为10-500转/分，n≦500次/分钟。
8.根据权利要求6所述的曲柄连杆双缸液压高频高压脉冲冲击试验方法，其特征在于：所述的液压油容腔总体积V推送脉动冲击压力p≦60MPa。
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