CN109900566A - 一种径向冲击工况下钢丝的微动疲劳试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种径向冲击工况下钢丝的微动疲劳试验装置及方法，包括试验台、轴向钢丝，在所述轴向钢丝的两头分别设有钢丝张紧拉伸装置，轴向钢丝的中部位置处设有径向接触装置、冲击装置和弹簧复位装置；通过轴向钢丝和接触钢丝进行径向接触，模拟冲击工况，对钢丝接触部位进行径向冲击，对受到冲击后的微动接触装置进行复位，实现同一接触位置的反复冲击，通过位移传感器实现对冲击位移的测量。两侧钢丝夹具上的钢丝呈对称平行装配，以满足接触工况；钢丝间的接触由弹簧复位装置弹簧的张力保证。通过调节弹簧与轨道滑块间距离即可控制轴向钢丝两侧接触的弹簧张力；改变冲击装置的位子，可获得不同位子冲击状态下，钢丝的微动疲劳研究。

Description

一种径向冲击工况下钢丝的微动疲劳试验装置及方法

技术领域

本发明涉及一种钢丝的微动疲劳装置，尤其是一种适用于研究钢丝在冲击工况下的径向冲击工况下钢丝的微动疲劳试验装置及方法。

背景技术

钢丝绳具有良好的弯曲柔韧性和承载能力,在航母阻拦系统和海洋系泊中广泛被应用。舰载机降落航母上主要有垂直降落式和阻拦式，由于垂直降落式战机有费油，缩短作战半径等缺点，所以阻拦式系统成为最主要的降落方式。舰载机降落时速度能达到220km/h–280km/h，所以钢丝绳作为阻拦系统主要承载部件，钢丝绳的使用寿命和承载强度，对于舰载机能否安全着舰具有重要意义。在阻拦索阻拦舰载机降落时，钢丝绳受到径向冲击载荷和弯曲载荷的作用，进而导致钢丝绳内部钢丝的冲击载荷、疲劳拉力、疲劳弯曲应力的共同作用，同时引起钢丝绳内部各股之间、钢丝与钢丝之间的接触载荷和相对滑移，即冲击工况下的钢丝微动疲劳现象，导致钢丝裂纹萌生、扩展和最终断裂，严重影响阻拦索的疲劳强度和服役寿命。

微动疲劳方面的试验装置有多种，专利号为200810304928.3公开了一种对试件施加叠加磨损载荷的轴向疲劳实验方法及装置，采用减速器结构的磨损载荷装置，对构件同时施加磨损载荷和疲劳载荷；专利号为200910182122.6公开了一种钢丝微动疲劳试验机及方法，通过水平加载装置对轴向钢丝施加加载载荷，并通过轴向夹紧、拉压装置对钢丝试样作用轴向疲劳应力，实现对钢丝试样的微动磨损和轴向疲劳应力共同作用的微动疲劳试验；专利号为201110195119.5公开了一种监测钢丝微动疲劳状态的实验方法及装置，通过控制液压升降台上下运动对试验钢丝施加轴向交变载荷，通过水平加载装置对轴向钢丝施加加载载荷，试验钢丝发生微动疲劳现象，切向力通过设在加载块上的内螺纹连接杆传递给轮辐式拉压传感器，能够动态记录实验过程中接触钢丝间的切向力和试验钢丝的声发射信号；上述试验装置均针对轴向拉伸作用下试件的微动疲劳实验。专利号为201410728399.5公开了一种用于千米深井缠绕提升钢丝绳冲击摩擦试验系统，模拟千米深井缠绕提升钢丝绳冲击摩擦的工况，研究不同转速、加速度、冲击速度、接触比压情况下钢丝绳摩擦学性能。但上述装置均不能开展高速大载荷冲击工况下钢丝绳内部钢丝的微动疲劳试验。

因此，提供一种径向冲击工况下钢丝的微动疲劳装置，检测在冲击状态下钢丝受到的径向冲击力，径向冲击位移、轴向拉力、钢丝间摩擦力等参数，能够评价径向冲击工况下钢丝疲劳强度衰退和剩余服役寿命演化，对研究钢丝在冲击工况下如何提高钢丝绳的承载能力和使用寿命具有重要的意义。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种结构简单、操作简便、能实时监测高速径向冲击工况下钢丝的微动疲劳试验装置及方法。

技术方案：本发明的径向冲击工况下钢丝的微动疲劳试验装置，包括试验台、轴向钢丝，在所述轴向钢丝的两头分别设有钢丝张紧拉伸装置，轴向钢丝的中部位置处设有径向接触装置、冲击装置和弹簧复位装置；

所述的钢丝张紧拉伸装置包括依次连接的电动缸、拉力传感器和钢丝夹具，所述的拉力传感器一端连接在电动缸的活塞螺纹杆上，另一端与钢丝夹具相连；所述轴向钢丝的端头嵌装在钢丝夹具上，钢丝夹具经盖板通过螺钉夹紧，保证轴向钢丝在受到轴向拉力时不发生滑移；

所述的径向接触装置包括支座轨道、对称布置在支座轨道上的钢丝固定夹具、夹具支座和轨道滑块；钢丝固定夹具和轨道滑块通过夹具支座的定位孔装配在一起；钢丝固定夹具中部对称嵌装有与轴向钢丝相接触的接触钢丝，上下两端通过螺钉进行夹紧固定；

所述的冲击装置包括提供冲击力的冲击电动缸、连接在冲击电动缸活塞螺纹杆上的拉压传感器，拉压传感器的另一端以螺纹连接的方式连接冲头，冲头中心位子正对钢丝接触位置；冲击装置前侧设有固定在实验台上的位移传感器，测量位置正对夹具支座中心位置；

所述的弹簧复位装置包括弹簧固定块和弹簧，弹簧固定块用螺丝固定在支座导轨上，弹簧配合在导轨滑块和弹簧固定块之间；调节导轨滑块与弹簧固定块之间的距离，能控制轴向钢丝两侧受的接触力。

所述的钢丝固定夹具为类梯形结构块和正方形板通过螺钉连接而成，类梯形上平面开有便于钢丝嵌入固定的圆形凹槽，凹槽末端设有连接固定板上的通孔。

所述弹簧固定块处的支座导轨上表面刻有等间距刻度，有利于装配时控制支座导轨两侧轨道滑块和弹簧固定块之间的距离。

实施上述径向冲击工况下钢丝的微动疲劳装置的试验方法，具体步骤如下：

a.试验时，将轴向钢丝装配在钢丝张紧拉伸装置上，通过控制器控制电动缸，对轴向钢丝施加预定的初始拉力；

b.将接触钢丝固定在钢丝固定夹具上，调整导轨滑块和弹簧固定块之间的距离；

c.对拉力传感器、拉压传感器和位移传感器进行调零；

d.通过计算机控制冲击电动缸，对轴向钢丝进行冲击；改变冲击电动缸的冲击速度，采集不同传感器的输出信号，并记录于计算机上，获取不同冲击速度下，轴向钢丝受到的径向冲击力，径向冲击位移和轴向拉力；

e.改变冲击电动缸的位置，调整径向接触装置的位置，使得冲击装置的冲头中心位置正对轴向钢丝和接触钢丝的接触位置；

f.重复步骤a至e，采集不同传感器的输出信号，并记录于计算机上；

g.将获得的所有数据进行对比、分析、计算，对轴向钢丝在同一冲击位置受到不同冲击速度和不同冲击位置的同一冲击速度下，为轴向钢丝的疲劳强度和疲劳寿命提供依据。

有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明的结构简单、操作简便、能实时监测高速径向冲击工况下钢丝的微动疲劳试验。通过轴向钢丝和接触钢丝进行径向接触，模拟冲击工况，对钢丝接触部位进行径向冲击，对受到冲击后的微动接触装置进行复位，实现同一接触位置的反复冲击，通过位移传感器实现对冲击位移的测量。两侧钢丝夹具上的钢丝呈对称平行装配，以满足接触工况；钢丝间的接触由弹簧复位装置弹簧的张力保证。通过调节弹簧与轨道滑块间距离即可控制轴向钢丝两侧接触的弹簧张力；改变冲击装置的位子，可获得不同位子冲击状态下，钢丝的微动疲劳研究。通过检测在冲击状态下钢丝受到的径向冲击力，径向冲击位移、轴向拉力、钢丝间摩擦力等参数，能够评价径向冲击工况下钢丝疲劳强度衰退和剩余服役寿命演化，对研究钢丝在冲击工况下如何提高钢丝绳的承载能力和使用寿命具有重要的意义。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的A向接触装置的结构示意图；

图3为本发明结构的局部放大图。

图中：1-液压缸，2-拉力传感器，3-钢丝夹具，4-钢丝固定夹具，5-夹具支座，6-支座导轨，7-弹簧固定块，8-弹簧，9-导轨滑块，10-定位孔，11-拉压传感器，12-冲击电动缸，13-冲头，14-轴向钢丝，15-位移传感器，16-试验台，17-接触钢丝。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述；

如图1所示，本发明的径向冲击工况下钢丝的微动疲劳试验装置，主要由试验台16、轴向钢丝14、钢丝张紧拉伸装置、径向接触装置、冲击装置和弹簧复位装置构成；所述的钢丝张紧拉伸装置为两个，相向对称设置，轴向钢丝14的两头分别固定于钢丝张紧拉伸装置上，径向接触装置、冲击装置和弹簧复位装置位于轴向钢丝14的中部位置处。

所述的钢丝张紧拉伸装置包括依次连接的电动缸1、拉力传感器2和钢丝夹具3，所述的拉力传感器2一端连接在电动缸1的活塞螺纹杆上，另一端与钢丝夹具3相连；所述轴向钢丝14的端头嵌装在钢丝夹具3上，钢丝夹具3经盖板通过螺钉夹紧，保证轴向钢丝14在受到轴向拉力时不发生滑移。

所述的冲击装置包括提供冲击力的冲击电动缸12、连接在冲击电动缸12活塞螺纹杆上的拉压传感器11，拉压传感器11的另一端以螺纹连接的方式连接冲头13，冲头13中心位子正对钢丝接触位置；冲击装置前侧设有固定在实验台16上的位移传感器15，测量位置正对夹具支座5中心位置。

如图2所示，所述的径向接触装置包括支座轨道6、对称布置在支座轨道6上的钢丝固定夹具4、夹具支座5和轨道滑块9；钢丝固定夹具4和轨道滑块9通过夹具支座5的定位孔装配在一起；钢丝固定夹具4中部对称嵌装有与轴向钢丝14相接触的接触钢丝17，上下两端通过螺钉进行夹紧固定，如图3所示。

所述的弹簧复位装置包括弹簧固定块7和弹簧8，弹簧固定块7用螺丝固定在支座导轨6上，弹簧8配合在导轨滑块9和弹簧固定块7之间；调节导轨滑块9与弹簧固定块7之间的距离，能控制轴向钢丝14两侧受的接触力。

所述的钢丝固定夹具4为类梯形结构块和正方形板通过螺钉连接而成，类梯形上平面开有便于钢丝嵌入固定的圆形凹槽，凹槽末端设有连接固定板上的通孔。

所述弹簧固定块7处的支座导轨6上表面刻有等间距刻度，有利于装配时控制支座导轨6两侧轨道滑块9和弹簧固定块7之间的距离。

所述的定位孔10用于固定冲击电动缸12，当冲击电动缸12装配在不同位置时，同时调整径向接触装置的位置，使得冲击装置的冲头13中心位子正对钢丝接触位置，可实现对轴向钢丝14不同位置的冲击试验。

实施权利要求1所述的一种径向冲击工况下钢丝的微动疲劳装置的试验方法，包括以下步骤：

a.试验时，将轴向钢丝14装配在钢丝张紧拉伸装置上，通过控制器控制电动缸1，对轴向钢丝14施加预定的初始拉力；

b.将接触钢丝17固定在钢丝固定夹具4上，调整导轨滑块9和弹簧固定块7之间的距离；

c.对拉力传感器2、拉压传感器11和位移传感器15进行调零；

d.通过计算机控制冲击电动缸12，对轴向钢丝14进行冲击；改变冲击电动缸12的冲击速度，采集不同传感器的输出信号，并记录于计算机上，获取不同冲击速度下，轴向钢丝14受到的径向冲击力，径向冲击位移和轴向拉力；

e.改变冲击电动缸12的位置，调整径向接触装置的位置，使得冲击装置的冲头中心位置正对轴向钢丝14和接触钢丝17的接触位置；

f.重复步骤a至e，采集不同传感器的输出信号，并记录于计算机上；

g.将获得的所有数据进行对比、分析、计算，对轴向钢丝14在同一冲击位置受到不同冲击速度和不同冲击位置的同一冲击速度下，为轴向钢丝14的疲劳强度和疲劳寿命提供依据。

Claims (4)

1.一种径向冲击工况下钢丝的微动疲劳试验装置，包括试验台(16)、轴向钢丝(14)，其特征在于：在所述轴向钢丝(14)的两头分别设有钢丝张紧拉伸装置，轴向钢丝(14)的中部位置处设有径向接触装置、冲击装置和弹簧复位装置；

所述的钢丝张紧拉伸装置包括依次连接的电动缸(1)、拉力传感器(2)和钢丝夹具(3)，所述的拉力传感器(2)一端连接在电动缸(1)的活塞螺纹杆上，另一端与钢丝夹具(3)相连；所述轴向钢丝(14)的端头嵌装在钢丝夹具(3)上，钢丝夹具(3)经盖板通过螺钉夹紧，保证轴向钢丝(14)在受到轴向拉力时不发生滑移；

所述的径向接触装置包括支座轨道(6)、对称布置在支座轨道(6)上的钢丝固定夹具(4)、夹具支座(5)和轨道滑块(9)；钢丝固定夹具(4)和轨道滑块(9)通过夹具支座(5)的定位孔装配在一起；钢丝固定夹具(4)中部对称嵌装有与轴向钢丝(14)相接触的接触钢丝(17)，上下两端通过螺钉进行夹紧固定；

所述的冲击装置包括提供冲击力的电动缸(12)、连接在电动缸(12)活塞螺纹杆上的拉压传感器(11)，拉压传感器(11)的另一端以螺纹连接的方式连接冲头(13)，冲头(13)中心位子正对钢丝接触位置；冲击装置前侧设有固定在实验台(16)上的位移传感器(15)，测量位置正对夹具支座(5)中心位置；

所述的弹簧复位装置包括弹簧固定块(7)和弹簧(8)，弹簧固定块(7)用螺丝固定在支座导轨(6)上，弹簧(8)配合在导轨滑块(9)和弹簧固定块(7)之间；调节导轨滑块(9)与弹簧固定块(7)之间的距离，能控制轴向钢丝(14)两侧受的接触力。

2.根据权利要求1所述的一种径向冲击工况下钢丝的微动疲劳试验装置，其特征在于：所述的钢丝固定夹具(4)为类梯形结构块和正方形板通过螺钉连接而成，类梯形上平面开有便于钢丝嵌入固定的圆形凹槽，凹槽末端设有连接固定板上的通孔。

3.根据权利要求1所述的一种径向冲击工况下钢丝的微动疲劳试验装置，其特征在于：所述弹簧固定块(7)处的支座导轨(6)上表面刻有等间距刻度，有利于装配时控制支座导轨(6)两侧轨道滑块(9)和弹簧固定块(7)之间的距离。

4.实施权利要求1所述的一种径向冲击工况下钢丝的微动疲劳装置的试验方法，其特征在于：包括以下步骤：

a.试验时，将轴向钢丝(14)装配在钢丝张紧拉伸装置上，通过控制器控制电动缸(1)，对轴向钢丝(14)施加预定的初始拉力；

b.将接触钢丝(17)固定在钢丝固定夹具(4)上，调整导轨滑块(9)和弹簧固定块(7)之间的距离；

c.对拉力传感器(2)、拉压传感器(11)和位移传感器(15)进行调零；

d.通过计算机控制冲击电动缸(12)，对轴向钢丝(14)进行冲击；改变冲击电动缸(12)的冲击速度，采集不同传感器的输出信号，并记录于计算机上，获取不同冲击速度下，轴向钢丝(14)受到的径向冲击力，径向冲击位移和轴向拉力；

e.改变冲击电动缸(12)的位置，调整径向接触装置的位置，使得冲击装置的冲头中心位置正对轴向钢丝(14)和接触钢丝(17)的接触位置；

f.重复步骤a至e，采集不同传感器的输出信号，并记录于计算机上；

g.将获得的所有数据进行对比、分析、计算，对轴向钢丝(14)在同一冲击位置受到不同冲击速度和不同冲击位置的同一冲击速度下，为轴向钢丝(14)的疲劳强度和疲劳寿命提供依据。