CN111693273A - 一种多功能的力学试验设备及力学试验方法 - Google Patents

一种多功能的力学试验设备及力学试验方法 Download PDF

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杨书仪
仝宁可
戴巨川
王丽娟
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Abstract

本发明公开了一种多功能的力学试验设备及力学试验方法，包括由下至上依次设置的底座、液压做动器、转接装置、下板、支撑装置、上板和顶板，底座与顶板间竖直固定设置有导向杆，下板和上板皆套设在导向杆上；上板与下板之间还设置有阻尼器，多功能的力学试验设备还包括能够将上板和下板与导向杆锁定的锁紧组件；液压做动器的活塞杆上设置有第一传感器，下板与上板之间设置有第二传感器，上板与顶板之间设置有第三传感器；上板通过支撑装置与下板柔性或刚性连接；液压做动器的活塞杆通过转接装置与下板柔性连接或通过转接装置与阻尼器刚性连接。其可以用于阻尼器的疲劳考核试验，也可以用于阻尼器时变振动特性的检测试验，适用范围广。

Description

一种多功能的力学试验设备及力学试验方法
技术领域
本发明涉及力学试验技术领域，具体涉及一种多功能的力学试验设备及力学试验方法。
背景技术
目前，在汽车领域，对其零部件或整车的力学性能考核试验通常都是根据QC标准的相关要求进行的相关的考核性能试验。但随着科技的进步和汽车领域的发展，人们逐渐认识到，汽车的设计是一个系统工程，对于单个的零部件考核试验已不是用于工程车辆的设计需要。要想设计一辆性能优良的车辆，在实际的设计过程中，需要考虑每一个相关的设计参数。由于每个设计参数的改变都可能影响到零部件的测试性能和整车性能，如何能更好的在可变参量的影响下进行有关零部件的设计及其力学性能的考核验证试验显得尤为重要。
车辆减振系统性能对改善车内人员乘坐的舒适性、降低车内噪声、提高车身的稳定性和延长车辆服役周期具有重要影响。特别是对于特殊用途的车辆来说，提高车身的稳定性显得尤为重要。
为了获得车辆准确的减振性能特性，国内外都积极开展车辆减振测试方法及测试设备的研究。但对于整车减振性能特性的研究仍然停留在仿真方面，相关配套的试验设备研究滞后，严重影响了车辆的使用要求，且多数设备模拟测试性能单一，稳定性不佳。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种多功能的力学试验设备及力学试验方法，其可以用于阻尼器的疲劳考核试验，也可以用于阻尼器时变振动特性的检测试验，适用范围广。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多功能的力学试验设备及力学试验方法，包括由下至上依次设置的底座、液压做动器、转接装置、下板、支撑装置、上板和顶板，所述底座与所述顶板间竖直固定设置有导向杆，所述下板和上板皆套设在所述导向杆上，所述导向杆具有多根；
所述上板与下板之间还设置有阻尼器，所述多功能的力学试验设备还包括能够将上板和下板与导向杆锁定的锁紧组件；
所述液压做动器的活塞杆上设置有第一传感器，所述下板与上板之间设置有第二传感器，所述上板与顶板之间设置有第三传感器；
所述上板通过支撑装置与下板柔性或刚性连接；
所述液压做动器的活塞杆通过转接装置与下板柔性连接或通过转接装置与阻尼器刚性连接。
作为优选的，所述下板上竖直贯穿开设有通孔，所述转接装置包括转接杆，所述转接杆穿设在所述通孔内，所述转接杆的上端与所述阻尼器连接，所述转接杆的下端与所述液压做动器的活塞杆连接，所述支撑装置为支撑杆，所述锁紧组件将上板和下板与导向杆锁固；所述转接杆与所述阻尼器之间还设置有测力传感器。
作为优选的，所述支撑杆套设在所述导向杆上，所述支撑杆与所述导向杆之间通过第三锁紧件锁固。
作为优选的，所述第三锁紧件为螺钉。
作为优选的，所述锁紧组件包括第一锁紧件和第二锁紧件，所述第一锁紧件位于上板上侧，所述第二锁紧件位于下板下侧。
作为优选的，所述支撑装置包括第一弹簧，所述第一弹簧套设在导向杆上；
所述转接装置包括第二弹簧和垫块，所述第二弹簧的下端与所述液压做动器的活塞杆连接，所述第二弹簧的上端与所述垫块连接，所述垫块的上端与所述下板连接，所述垫块与下板之间设置有测力传感器。
作为优选的，所述支撑装置包括第一弹簧，所述第一弹簧套设在导向杆上；
所述转接装置包括垫块，所述垫块的下端与所述液压做动器的活塞杆连接，所述垫块的上端与所述下板连接，所述垫块与下板之间设置有测力传感器。
作为优选的，所述下板上竖直贯穿开设有通孔，所述通孔处设置有转接板，所述转接板与下板可拆卸连接。
作为优选的，所述第一传感器、第二传感器和第三传感器为位移传感器。
作为优选的，所述顶板上设置有拖动上板上下运动的拖动系统。
本发明公开了一种力学试验方法，基于上述的多功能的力学试验设备，包括阻尼器疲劳测试、二阶柔性支撑模拟测试和一阶柔性支撑模拟测试；
当做所述阻尼器疲劳测试时，所述转接装置为刚性，所述支撑装置为刚性，所述锁紧组件将上板和下板与导向杆锁定，所述液压做动器通过转接装置与所述阻尼器连接，所述液压做动器经所述转接装置对阻尼器施加动力以对阻尼器做疲劳测试；
当做所述二阶柔性支撑模拟测试时，所述转接装置为柔性，所述支撑装置为柔性，所述上板与下板能够沿所述导向杆运动，所述液压做动器通过转接装置与下板连接，所述阻尼器的下端与所述下板固定，通过第一传感器、第二传感器和第三传感器来采集二阶柔性支撑模拟测试数据；
当做所述一阶柔性支撑模拟测试时，所述转接装置为刚性，所述支撑装置为柔性，所述上板与下板能够沿所述导向杆运动，所述液压做动器通过转接装置与下板连接，所述阻尼器的下端与所述下板固定，通过第一传感器、第二传感器和第三传感器来采集二阶柔性支撑模拟测试数据。
本发明的有益效果：
1、本发明可以用于阻尼器的疲劳考核试验，也可以用于阻尼器时变振动特性的检测试验，适用范围广。
2、本发明可以根据需求，对转接装置选择柔性或刚性，对支撑装置选择柔性或刚性，如此，可以匹配各种模拟测试需求，稳定性好。
3、本发明可以模拟一阶柔性支撑情况的阻尼器时变振动特性和二阶柔性支撑情况的阻尼器时变振动特性，从而为优化和提高车辆时变减振性能特性提供技术保障，满足国内车辆悬挂系统中的时变阻尼器工程设计力学性能筛选试验。
附图说明
图1为本发明的主视图；
图2为本发明的左视图；
图3为阻尼器疲劳测试结构示意图；
图4为二阶柔性支撑情况的阻尼器时变振动特性模拟测试装置图；
图5为一阶柔性支撑情况的阻尼器时变振动特性模拟测试装置图；
图6为图1在A区域的局部放大图；
图7为阻尼器疲劳测试系统图；
图8为二阶柔性支撑情况的阻尼器时变振动特性模拟系统图。
图中标号说明：10、底座；11、导向杆；12、支撑柱；20、液压做动器；30、下板；31、阻尼器；32、转接板；40、上板；41、第一锁紧件；42、第二锁紧件；43、配重块；50、顶板；51、电机；52、绕卷盘；53、第一定滑轮；54、第二定滑轮；60、转接装置；61、转接杆；62、垫块；63、第二弹簧；70、支撑装置；71、支撑杆；711、第三锁紧件；72、第一弹簧；80、测力传感器；81、第一传感器；82、第二传感器；83、第三传感器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
参照图1-图8所示，本发明的公开了一种多功能的力学试验设备，包括由下至上依次设置的底座10、液压做动器20、转接装置60、下板30、支撑装置70、上板40和顶板50，底座10与顶板50间竖直固定设置有导向杆11，下板30和上板40皆套设在导向杆11上。导向杆11具有多根。
在上板40与下板30之间还设置有阻尼器31，本发明还包括能够将上板40和下板30与导向杆11锁定的锁紧组件。
液压做动器20的活塞杆上设置有第一传感器81，下板30与上板40之间设置有第二传感器82，上板40与顶板50之间设置有第三传感器83。第一传感器81、第二传感器82和第三传感器83可以为位移传感器，也可为加速度传感器。
上板40通过支撑装置70与下板30柔性或刚性连接。
液压做动器20的活塞杆通过转接装置60与下板30柔性连接或通过转接装置60与阻尼器31刚性连接。
本发明的工作原理是：
当需要对阻尼器31做疲劳测试时，转接装置60为刚性，支撑装置70为刚性，锁紧组件将上板40和下板30与导向杆11锁定，如此，液压做动器20即经刚性的转接装置60对阻尼器31施加动力，如此，即可对阻尼器31做疲劳测试，从而考核阻尼器31的使用寿命。
当需要模拟二阶柔性支撑情况的阻尼器31的时变振动特性时，转接装置60为柔性，支撑装置70为柔性，液压做动器20即对下板30施力，与此同时，通过第一传感器81、第二传感器82和第三传感器83来检测位移量或者加速度，如此，即可模拟轮式车辆的阻尼器31模拟测试。
当需要模拟一阶柔性支撑情况的阻尼器31时变振动特性时，转接装置60为刚性，支撑装置70为柔性，如此，即可模拟履带式车辆的阻尼器31模拟测试。
本发明中，在上板40上放置配重块43，如此可以模拟车辆的自重。而顶板50与底座10之间还设置有支撑柱12，从而加强设备的稳定性。
本发明中，在下板30上竖直贯穿开设有通孔，通孔处设置有转接板32，转接板32与下板30可拆卸连接。如此，拆卸掉转接板32时，转接装置60可经通孔与阻尼器31连接，装上转接板32时，转接装置60可与下板30固定，下板30可再与阻尼器31连接。
如图3所示，可对阻尼器31做疲劳测试，转接装置60为刚性，支撑装置70为刚性。
转接装置60包括转接杆61，转接杆61穿设在通孔内，转接杆61的上端与阻尼器31连接，转接杆61的下端与液压做动器20的活塞杆连接，支撑装置70为支撑杆71，锁紧组件将上板40和下板30与导向杆11锁固。转接杆61与阻尼器31之间还设置有测力传感器80。支撑杆71套设在导向杆11上，支撑杆71与导向杆11之间通过第三锁紧件711锁固。第三锁紧件711为螺钉。锁紧组件包括第一锁紧件41和第二锁紧件42，第一锁紧件41位于上板40上侧，第二锁紧件42位于下板30下侧。第一锁紧件41和第二锁紧件42可以为卡箍。测力传感器80可以实时检测液压做动器20的动力输出大小。设备就可以根据试验要求和控制反馈需求对阻尼器31进行疲劳考核试验。此时设备的工作框图如图7所示，根据试验的闭环反馈控制要求，可以适当选择反馈传感器的类型。如加速度传感器、位移传感器和力传感器。通过控制系统分析阻尼器31的S-N曲线，判断试件在不同力、位移、加速度、频率等变量情况下使用寿命。
当车辆为轮式车辆时，将轮胎和悬挂系统都为柔性支撑装置70，此时使用拖动系统，将支撑装置70的支撑杆71换为第一弹簧72。如图4所示，支撑装置70包括第一弹簧72，第一弹簧72套设在导向杆11上。转接装置60包括第二弹簧63和垫块62，第二弹簧63的下端与液压做动器20的活塞杆连接，第二弹簧63的上端与垫块62连接，垫块62的上端与下板30连接，垫块62与下板30之间设置有测力传感器80。通过液压激振器模拟真实的路况，阻尼器31的时变振动特性的模拟测试，此时设备的工作框图如图8所示。
当车辆为履带式车辆时，悬挂系统为柔性支撑装置70，而履带则可以视为刚性材料。如图5所示，转接装置60为刚性，支撑装置70为柔性。支撑装置70包括第一弹簧72，第一弹簧72套设在导向杆11上。转接装置60包括垫块62，垫块62的下端与液压做动器20的活塞杆连接，垫块62的上端与下板30连接，垫块62与下板30之间设置有测力传感器80。
在顶板50上设置有拖动上板40上下运动的拖动系统，拖动系统包括电机51、绕卷盘52、第一定滑轮53、第二定滑轮54和绳索，电机51驱动绕卷盘52转动，而绳索绕设在绕卷盘52上，并经第一定滑轮53和第二定滑轮54导向，绳索两端与上板40连接，如此，在进行模拟测试时，通过拖动系统，即可将上板40往上拉，如此，方便转接装置60和支撑装置70的更换。
本发明还公开了一种力学试验方法，基于上述的多功能的力学试验设备，包括阻尼器31疲劳测试、二阶柔性支撑模拟测试和一阶柔性支撑模拟测试。
当做所述阻尼器31疲劳测试时，所述转接装置60为刚性，所述支撑装置70为刚性，所述锁紧组件将上板40和下板30与导向杆11锁定，所述液压做动器20通过转接装置60与所述阻尼器31连接，所述液压做动器20经所述转接装置60对阻尼器31施加动力以对阻尼器31做疲劳测试。
当做所述二阶柔性支撑模拟测试时，所述转接装置60为柔性，所述支撑装置70为柔性，所述上板40与下板30能够沿所述导向杆11运动，所述液压做动器20通过转接装置60与下板30连接，所述阻尼器31的下端与所述下板30固定，通过第一传感器81、第二传感器82和第三传感器83来采集二阶柔性支撑模拟测试数据。
当做所述一阶柔性支撑模拟测试时，所述转接装置60为刚性，所述支撑装置70为柔性，所述上板40与下板30能够沿所述导向杆11运动，所述液压做动器20通过转接装置60与下板30连接，所述阻尼器31的下端与所述下板30固定，通过第一传感器81、第二传感器82和第三传感器83来采集二阶柔性支撑模拟测试数据。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种多功能的力学试验设备，其特征在于，包括由下至上依次设置的底座、液压做动器、转接装置、下板、支撑装置、上板和顶板，所述底座与所述顶板间竖直固定设置有导向杆，所述下板和上板皆套设在所述导向杆上，所述导向杆具有多根；
所述上板与下板之间还设置有阻尼器，所述多功能的力学试验设备还包括能够将上板和下板与导向杆锁定的锁紧组件；
所述液压做动器的活塞杆上设置有第一传感器，所述下板与上板之间设置有第二传感器，所述上板与顶板之间设置有第三传感器；
所述上板通过支撑装置与下板柔性或刚性连接；
所述液压做动器的活塞杆通过转接装置与下板柔性连接或通过转接装置与阻尼器刚性连接。
2.如权利要求1所述的多功能的力学试验设备，其特征在于，所述下板上竖直贯穿开设有通孔，所述转接装置包括转接杆，所述转接杆穿设在所述通孔内，所述转接杆的上端与所述阻尼器连接，所述转接杆的下端与所述液压做动器的活塞杆连接，所述支撑装置为支撑杆，所述锁紧组件将上板和下板与导向杆锁固；所述转接杆与所述阻尼器之间还设置有测力传感器。
3.如权利要求2所述的多功能的力学试验设备，其特征在于，所述支撑杆套设在所述导向杆上，所述支撑杆与所述导向杆之间通过第三锁紧件锁固。
4.如权利要求3所述的多功能的力学试验设备，其特征在于，所述第三锁紧件为螺钉。
5.如权利要求1所述的多功能的力学试验设备，其特征在于，所述锁紧组件包括第一锁紧件和第二锁紧件，所述第一锁紧件位于上板上侧，所述第二锁紧件位于下板下侧。
6.如权利要求1所述的多功能的力学试验设备，其特征在于，所述支撑装置包括第一弹簧，所述第一弹簧套设在导向杆上；
所述转接装置包括第二弹簧和垫块，所述第二弹簧的下端与所述液压做动器的活塞杆连接，所述第二弹簧的上端与所述垫块连接，所述垫块的上端与所述下板连接，所述垫块与下板之间设置有测力传感器。
7.如权利要求1所述的多功能的力学试验设备，其特征在于，所述支撑装置包括第一弹簧，所述第一弹簧套设在导向杆上；
所述转接装置包括垫块，所述垫块的下端与所述液压做动器的活塞杆连接，所述垫块的上端与所述下板连接，所述垫块与下板之间设置有测力传感器。
8.如权利要求1所述的多功能的力学试验设备，其特征在于，所述下板上竖直贯穿开设有通孔，所述通孔处设置有转接板，所述转接板与下板可拆卸连接。
9.如权利要求1所述的多功能的力学试验设备，其特征在于，所述第一传感器、第二传感器和第三传感器为位移传感器。
10.一种力学试验方法，基于权利要求1-9任一项所述的多功能的力学试验设备，其特征在于，包括阻尼器疲劳测试、二阶柔性支撑模拟测试和一阶柔性支撑模拟测试；
当做所述阻尼器疲劳测试时，所述转接装置为刚性，所述支撑装置为刚性，所述锁紧组件将上板和下板与导向杆锁定，所述液压做动器通过转接装置与所述阻尼器连接，所述液压做动器经所述转接装置对阻尼器施加动力以对阻尼器做疲劳测试；
当做所述二阶柔性支撑模拟测试时，所述转接装置为柔性，所述支撑装置为柔性，所述上板与下板能够沿所述导向杆运动，所述液压做动器通过转接装置与下板连接，所述阻尼器的下端与所述下板固定，通过第一传感器、第二传感器和第三传感器来采集二阶柔性支撑模拟测试数据；
当做所述一阶柔性支撑模拟测试时，所述转接装置为刚性，所述支撑装置为柔性，所述上板与下板能够沿所述导向杆运动，所述液压做动器通过转接装置与下板连接，所述阻尼器的下端与所述下板固定，通过第一传感器、第二传感器和第三传感器来采集二阶柔性支撑模拟测试数据。
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