CN109799089A - 一种液压疲劳试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于试验装置技术领域，具体涉及一种液压疲劳试验装置及方法，包括转阀和油缸，转阀包括阀体以及设置在阀体内可转动的阀芯，阀体上设有回油口、高压油口和输出油口，通过阀芯转动使输出油口与回油口或高压油口联通，阀芯上设有相应的配流油槽，油缸与输出油口联通。通过转阀阀芯的转动，使得输出油口交替与高压油口和回油口联通，从而对柱塞缸的内腔进行充液放液，产生脉动液压油，脉动液压油输入至油缸内，脉动压力作用在柱塞上，即可对被测件进行压力的加载。该实验装置的加载力的大小、频率可调，一个脉动周期内加载力的作用时间可调。同时，该实验装置既可以用来做轴承的疲劳试验，又可以用于零件的静载试验，实现了功能多样化。

Description

一种液压疲劳试验装置及方法

技术领域

本发明属于试验装置技术领域，具体涉及一种液压疲劳试验装置及方法。

背景技术

滚动轴承是旋转机械的重要元件之一，其运行状态直接关系到整个机械系统是否能够良好运转。对于表面清洁、安装正确、润滑良好、无轴线偏斜、无尘埃、水分和腐蚀介质侵入的滚动轴承，其故障主要源于滚动接触交变应力导致的疲劳损伤。滚动接触疲劳是机械设备失效的重要原因，广泛存在于机械系统运行当中。

目前，研究轴承接触疲劳寿命的手段一种是概率的疲劳寿命研究，此方法需要大量试验做统计分析；另一种是基于数值建模方法的研究，此方法需要做试验确定数值模拟的边界条件和验证模拟结果。试验测试是两种研究方法的基础，因此需要一种用于轴承寿命的液压疲劳试验系统。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种液压疲劳试验装置及方法，通过高频次液压加载方式实现对工件的加载实验。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种液压疲劳试验装置，包括转阀和油缸，所述转阀包括阀体以及设置在阀体内可转动的阀芯，所述阀体上设有回油口、高压油口和输出油口，阀芯上设有相应的配流油槽，通过阀芯转动使输出油口依次与回油口或高压油口联通，所述油缸与输出油口联通。

所述油缸为柱塞式液压缸，包括缸体和柱塞，所述柱塞设置缸体内，缸体上设有油液口，所述缸体与阀体联接，联接后油液口与输出油口联通。

所述柱塞为中空结构。

所述配流油槽包括第一配流油槽和第二配流油槽，随着阀芯的转动，高压油口通过第一配流油槽与输出油口联通，输出油口通过第二配流油槽与回油口联通，依次交替。

所述阀芯上设有配流窗口；所述配流窗口为方形、圆形或三角形。

一种液压疲劳试验方法，液压油经过转阀后，不断对柱塞缸的内腔进行充放液加压释压，从而形成脉冲压力，对试件进行试验。

转阀阀芯上设有配流窗口，并通过调节转阀阀芯的配流窗口形状，从而调节压力上升时间与压力下降时间。

通过调节转阀阀芯上设有的配流油槽宽度，从而调节一个脉动周期中高压油的作用时间长短。

通过调节转阀阀芯的转速，从而调节脉动压力油的频率。

本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：

通过转阀阀芯的转动，使得输出油口交替与高压油口和回油口联通，从而对脉冲加载缸的腔体进行充放液，产生脉动液压油，脉动液压油输入至油缸内，作用在柱塞上，即可对被测件进行压力的加载。

该实验装置的加载力的大小、频率、一个脉动周期内加载力的作用时间可调。同时，该实验装置既可以用来做轴承的疲劳试验，又可以用于零件的静载试验，实现了功能多样化。并且，该试验装置也可以用于其他材料、构件的疲劳性能测试应用中去。

附图说明

图1是本发明的原理图；

图2是本发明液压系统的结构示意图；

图3是本发明的整体结构示意图；

图4是本发明的整体结构剖视图；

图5是本发明转阀的剖视图一；

图6是本发明转阀的剖视图二；

图7是本发明转阀的爆炸图；

图8是本发明的一个实施例的使用状态图；

图9是本发明的另一个实施例的使用状态图；

图10是本发明实验用轴承轨道结构示意图；

其中：1为液压泵站，2为转阀，3为挡盖，4为轴承轨道，5为滚动体，6为压力传感器，7为油缸，8为转阀电机，9为电机驱动器，10为联轴器，11为油压传感器，12为液压油箱，13为液压泵，14为溢流阀，15为蓄能器，16为过滤器，17为单向阀，18为电动机，19为阀体，20为阀芯，21为回油口，22为高压油口，23为输出油口，24为缸体，25为柱塞。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种液压疲劳试验方法，转阀联接有相应的液压油源，提供稳定的恒压油源，液压油经过转阀后对脉冲加载缸（柱塞缸）的内腔不断地进行充放液，从而形成脉动压力油。脉动液压油输入油缸内，对柱塞施加脉冲压力。在柱塞的下方放置待测件。通过柱塞对待测件进行加载试验。

上述油缸的加载力大小、频率、一个脉动周期内加载力的作用时间均可调，具体调整方法如下：

调节液压油源输出的油压大小，即可调节加载力的大小。

通过调节转阀阀芯的转速，从而调节脉动压力油的频率。

通过在转阀阀芯上设置配流窗口，并通过调节转阀阀芯的配流窗口形状，从而调节压力上升时间与压力下降时间。

通过调节转阀阀芯上设有的配流油槽宽度，从而调节一个脉动周期中高压油的作用时间长短。

如图1至7所示，一种液压疲劳试验装置，包括转阀2和油缸7，转阀2包括阀体19以及设置在阀体19内可转动的阀芯20，阀体19内设有与阀芯20配合的腔体；阀体19上设有回油口21、高压油口22和输出油口23，通过阀芯20转动使输出油口23与回油口21或高压油口22联通，阀芯20上设有相应的配流油槽，油缸7与输出油口23联通。进一步，输出油口23可设有多个，从而连接多个油缸7，可提高工作效率。

阀芯20通过转阀电机8驱动转动，转阀电机8的输出轴可通过联轴器10与阀芯20联接，转阀电机8的壳体与阀体19固定联接。联轴器10可采用现有技术中的结构，阀体19上设有挡盖3（螺栓联接），通过挡盖3可以防止阀芯20脱离。阀芯20和联轴器10均可设置在阀体19的内腔中，转阀电机8的输出轴可以穿过挡盖3与联轴器10联接，挡盖3上设有相应的通孔。转阀电机8连接有相应的电机驱动器9。

上述阀体19、阀芯20、联轴器10、挡盖3等结构可以参考附图中的结构设置，当然，也可根据实际情况进行相适应的调整和设计。

转阀2的高压油口22联接有相应的液压油源，具体可通过液压泵站1提供，液压泵站1采用现有技术中的结构即可，其包括电动机18、液压泵13、溢流阀14、单向阀17、蓄能器15和过滤器16组成，用来给测试系统提供稳定的压力油。液压泵13将液压油箱12内的油液抽出，并通过管道依次流经单向阀17、过滤器16，进入转阀2内，管路上还设有油压传感器11。

当液压油源通过高压油口22输入转阀2内，通过阀芯20的转动及其上设置的配流油槽使得输出油口23交替与回油口21和高压油口22联通；阀芯20的转动使得输出油口23通过配流油槽与高压油口22联通，从而向油缸7输入液压油，对油缸的内腔进行充液放液，油缸7的柱塞25作用在被测件上，对被测件加载压力；随着阀芯20的转动，输出油口23通过配流油槽与回油口21联通，对油缸的内腔进行泄压。输出油口23处可设置外接口，在该外接口处设置油压传感器，可以采集到柱塞缸腔体内的压力。

油缸7可以采用现有技术中的常见的柱塞缸即可，其包括缸体24和柱塞25，柱塞25设置缸体24内，缸体24上设有油液口，该油液口可通过管路与输出油口23联通，即油缸7和转阀2采用分体结构设置。当然，油缸7和转阀2也可采用一体式结构设置，如：缸体24与阀体19联接，且缸体24的油液口与输出油口23相对，联接后油液口与输出油口23联通。

进一步，可在液压油缸7与被测件之间设有压力传感器6，用来测量压力大小，压力传感器6固定在柱塞25端面上。柱塞25采用中空结构，可以减少柱塞25的质量，从而提高响应频率和脉冲加载性能。

配流油槽主要是起到联通作用，因此其具体结构可以根据实际情况调整，具体的：配流油槽包括第一配流油槽和第二配流油槽，高压油口22通过第一配流油槽与输出油口23联通，输出油口23通过第二配流油槽与回油口21联通。阀芯20上设有配流窗口，配流窗口为方形、圆形或三角形。

该实验装置可以用于对轴承轨道4、滚动体5进行性能实验；当油缸7与转阀2采用分体结构时，油缸7的缸体24应固定在被测件的上；当采用一体式结构时，则整体固定。对于该固定的具体结构可以根据实际情况进行调整，并且是本领域技术人员所熟知的，如：可以设有相应的机架等结构。

柱塞缸属于一种属于通过外力回程的液压缸，在不考虑泄漏的情况下，当液压缸柱塞顶在被测滚动体上时，因为轨道与滚动体之间的变形很小，所以该柱塞式液压缸的缸体内腔相当于是一个密闭容腔，根据液压系统的特性，当不断向一个密闭容腔充液，在压力允许范围之内，密闭容腔内的压力会不断增大，这样就可以达到对滚动体进行加载的目的了。

当通过转动阀芯20，高压油口22与液压缸内腔联通时，这时相当于对一个密闭容腔充液，这个时候密闭容腔的压力会升高，相当于脉冲加载阶段；当回油口21与液压缸内腔联通时，相当于对这个密闭容腔泄压，如此循环。

回油口的作用只是用来将液压缸腔体的压力卸掉，做泄压用，柱塞缸的柱塞在实验过程中一直顶在被测滚动体上，其行程只有轴承轨道变形量的大小。高压油口22也就是进油口，阀芯转动，当配流油槽将进油口22与输出油口23联通时，向液压缸充液，产生脉冲压力；当配流油槽将回油口21与输出油口23联通时，液压缸内腔与回油接通，将液压缸内的压力泄压，回油口21可联通相应的油箱。

如图8至10所示，实验中不需要拿整个轴承轨道以及整圈滚动体来进行实验。在实际工况中，轴承也是常常处于受径向偏载，因此，轴承轨道4只取半圈或者一整个轨道圈的一小段，将实验所用的轨道加工成如图10“实验用轴承轨道”的形式，或者将轴承的半圈轨道卡入类似于这样形式的工装中，来实现轴承轨道4的固定。

轴承轨道4固定之后，如果对于单个滚动体5进行实验，那么直接将这单个滚动体5放入实验所用的轨道上，在重力的作用下，静止状态的滚动体5应该是处于这段轨道的最底部，通过另一个加载工装（一个平面块）与加载装置的柱塞25缸相联接，实现对单个滚动体5的脉冲力加载实验。对于多个滚动体5，所使用的加载工装可为一根轴，来实现加载实验。

加载工装可以通过螺纹或者其它方式与油缸7的柱塞25联接。

上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种液压疲劳试验装置，其特征在于：包括转阀（2）和油缸（7），所述转阀（2）包括阀体（19）以及设置在阀体（19）内可转动的阀芯（20），所述阀体（19）上设有回油口（21）、高压油口（22）和输出油口（23），阀芯（20）上设有相应的配流油槽，通过阀芯（20）转动使输出油口（23）与回油口（21）或高压油口（22）联通，所述油缸（7）与输出油口（23）联通。

2.根据权利要求1所述的一种液压疲劳试验装置，其特征在于：所述油缸（7）包括缸体（24）和柱塞（25），所述柱塞（25）设置缸体（24）内，缸体（24）上设有油液口，所述缸体（24）与阀体（19）联接，联接后油液口与输出油口（23）联通。

3.根据权利要求2所述的一种液压疲劳试验装置，其特征在于：所述柱塞（25）为中空结构。

4.根据权利要求1所述的一种液压疲劳试验装置，其特征在于：所述配流油槽包括第一配流油槽和第二配流油槽，高压油口（22）通过第一配流油槽与输出油口（23）联通，输出油口（23）通过第二配流油槽与回油口（21）联通。

5.根据权利要求1所述的一种液压疲劳试验装置，其特征在于：所述阀芯（20）上设有配流窗口；所述配流窗口为方形、圆形或三角形。

6.一种液压疲劳试验方法，其特征在于：液压油经过转阀后，不断对柱塞缸的内腔进行充放液，从而形成脉冲压力，对试件进行试验。

7.根据权利要求6所述的一种液压疲劳试验方法，其特征在于：转阀阀芯上设有配流窗口，并通过调节转阀阀芯配流窗口形状，从而调节压力上升时间与压力下降时间。

8.根据权利要求6所述的一种液压疲劳试验方法，其特征在于：通过调节转阀阀芯上设有的配流油槽宽度，从而调节一个脉动周期中高压油的作用时间长短。

9.根据权利要求6所述的一种液压疲劳试验方法，其特征在于：通过调节转阀阀芯的转速，从而调节脉动压力油的频率。