CN112703383A - 软管的耐疲劳性评价系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能掌握由重复的内压施加引起的软管的变形状况的经时变化的软管的耐疲劳性评价系统。将评价对象的软管(11)以预先设定的形状设置于固定框架(2)，设为软管(11)的表面附加有应变计(4a)和标记(4b)的状态，在对软管(1)重复施加规定内压(P)的过程中，通过应变计(4a)获取应变数据，并且通过摄像机装置(5)拍摄软管(11)的外形来获取图像数据，并基于获取到的应变数据和图像数据来掌握在相同内压时的多个时间点之间的软管(11)的形状变化。

Description

软管的耐疲劳性评价系统
技术领域
本发明涉及一种软管的耐疲劳性评价系统，更详细而言，涉及一种能掌握由重复的内压施加引起的软管的变形状况的经时变化的软管的耐疲劳性评价系统。
背景技术
由于在使用中对高压橡胶软管等相应地重复作用高的内压，因此要求优异的耐疲劳性。以往，作为软管的耐疲劳性的评价方法，已知有在对软管重复施加指定次数的规定内压的时间点确认软管有无破坏的方法(例如，参照专利文献1的第0050段)。即，在JIS K6330-8中规定的通过冲击压力试验进行的评价方法中，无法掌握软管在疲劳的过程中是如何变形的，该变形是如何进行的。对于提高软管的耐疲劳性，掌握这样的软管的特性是有用的，因此，在评价方法上存在进一步研究的余地。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-206361号公报
发明内容
发明所要解决的问题
本发明的目的在于，提供一种能掌握由重复的内压施加引起的软管的变形状况的经时变化的软管的耐疲劳性评价系统。
技术方案
为了实现上述目的，软管的耐疲劳性评价系统具备：固定框架，设置为将评价对象的软管固定为预先设定的形状；以及加压机构，对所述软管重复施加规定内压，所述软管的耐疲劳性评价系统的特征在于，具备：应变计和标记，附加于所述软管的表面；摄像机装置，拍摄所述软管的外形；以及运算部，输入有由所述应变计获取到的应变数据和由所述摄像机装置获取到的图像数据，所述软管的耐疲劳性评价系统构成为：基于所述应变数据和所述图像数据，通过所述运算部计算出在相同内压时的多个时间点之间的所述软管的形状的变形状况。
发明效果
根据本发明，在对表面附加有应变计和标记的状态的软管重复施加规定内压的过程中，基于由应变计获取到的应变数据和由摄像机装置获取到的软管的外形的图像数据，掌握在相同内压时的多个时间点之间的软管的形状变化。由此，能掌握由重复的内压施加引起的软管的变形状况的经时变化。
附图说明
图1是通过侧视观察举例示出本发明的软管的耐疲劳性评价系统的说明图。
图2是通过俯视观察举例示出图1的评价系统的说明图。
图3是将图1的软管的一部分剖开而举例示出内部构造的说明图。
图4是将另一软管的一部分剖开而举例示出内部构造的说明图。
图5是举例示出规定内压的施加循环的曲线图。
图6是举例示出在施加规定内压时的软管的外径尺寸的经时变化的曲线图。
图7是举例示出在施加规定内压时的软管的长尺寸方向尺寸的经时变化的曲线图。
图8是通过侧视观察举例示出软管的FEM解析模型的说明图。
具体实施方式
以下，基于图中所示的实施方式对本发明的软管的耐疲劳性评价系统进行说明。
图1～图2中举例示出的本发明的软管的耐疲劳性评价系统1(以下称为评价系统1)具备：固定框架2，设置为将液压软管等作为评价对象的软管11固定为预先设定的形状；加压机构3，对软管11重复施加规定内压P；应变计4a和标记4b，安装于软管11的表面；摄像机装置5；以及运算部8。在本实施方式中，评价系统1还具备：热像仪6、温度传感器7以及恒温槽10。
如图3所举例示出的那样，软管11成为从内周侧依次同轴状地层叠有内表面层12、增强层13(13a、13b、13c)、外表面层15的构造。附图的单点划线CL表示软管轴心。内表面层12、外表面层15由橡胶、树脂等形成。增强层13由增强线材14编织而形成。作为增强线材14，使用芳纶纤维、碳纤维、PBO纤维等各种树脂纤维、钢帘线等金属线。
如图4所举例示出的那样，软管11的增强层13(13a、13b、13c、13d)有时也由增强线材14螺旋状地卷绕而形成。在该增强层3的构造中，在半径方向上相邻地层叠的增强层13中，彼此的增强线材14设定于交叉的方向。增强层13的层叠数量根据软管11所需要的性能适当地设定。
如图1、图2所举例示出的那样，在评价系统1中，软管11的两端部安装有软管金属件16。软管金属件16使用在实际使用软管11时安装的软管金属件，以实际的铆接力安装于软管11为好。软管11经由软管金属件16固定于固定框架2。在本实施方式中，通过将安装于软管11的两端部的各个软管金属件16固定于固定框架2，使软管11成为圆弧状(半圆形状)。
该圆弧状的软管11的曲率半径为软管11实际使用的状态的曲率半径，或比该曲率半径小为好。该曲率半径例如设定为软管11的外径的5倍～15倍。软管11也能不以圆弧状而以直线状的状态(即，曲率半径无限大)固定于固定框架2。在本实施方式中，在固定框架2设置有一条软管11，但也能在一个固定框架2设置多条软管11。
设为在一方的软管金属件16连结有加压机构3的配管3a，另一方的软管金属件16闭塞的状态。加压机构3在配管3a具备压力传感器3b。加压机构3使软管11的内部填充工作油等加压流体L，对软管11重复施加规定内压P。规定内压P通过如图5举例示出的压力波形进行施加。在图5中，压力波形为正弦波，但例如也可以设为三角波。
由压力传感器3b感测到的压力数据作为施加于软管11的内压依次输入至运算部8。加压机构3的动作由控制部9进行控制。因此，规定内压P的大小、施加时间、压力施加循环由控制部9进行控制。例如，一台计算机能作为运算部8和控制部9使用。
应变计4a安装于软管11的表面的规定范围。例如，优选的是，在施加规定内压P时的变形量相对大的范围内的多处安装应变计4a。在橡胶制的软管11中，与压缩变形相比，拉伸变形会导致更致命的损伤，因此，以能获取最大的拉伸变形(应变数据)的方式安装应变计4a为好。在本实施方式中，在软管11的长尺寸方向中央部的范围的半径方向外侧的表面和各个软管金属件16的附近范围的半径方向外侧的表面安装有应变计4a。
应变计4a通过导线连接于运算部8。由此，由应变计4a获取到的应变数据依次输入至运算部8。能通过由该应变计4a获取的应变数据高精度地掌握附加有应变计4a的范围(位置)的局部的变形状况(位移量和变形方向)。
在软管11的表面附加有标记4b。作为标记4b，例如使用与周围的表面不同颜色的标识等。优选的是，标记4b也与应变计4a相同，在软管11的变形量相对大的范围内的多处安装。设为在软管11的表面的附加有标记4b的范围附加有应变计4a的状态为好。在本实施方式中，在软管11的长尺寸方向和径向按规定间距分离而配置的网状的标记4b附加于软管11的表面。
标记4b容易在大范围或多处附加，因此，能基于标记4b的变形状况(移动状况)来掌握软管11的更大范围的变形状况(位移量和变形方向)。
摄像机装置5获取软管11的外形的图像数据。例如，作为摄像机装置5，使用能拍摄静止图或运动图的数字照相机。由摄像机装置5获取到的图像数据输入至运算部8。输入至运算部8的图像数据显示在监控器5a。摄像机装置5设置有一台或多台。在本实施方式中，以能获取软管11的侧视观察的图像数据和从软管11的正面上方观察的图像数据的方式设置有两台摄像机装置5。通过至少任一台摄像机装置5获取附加有标记4b的范围的图像数据。也可以将摄像机装置5的设置台数设为一台，使摄像机装置5能相对于软管11移动到期望的位置。摄像机装置5的移动由控制部9进行控制为好。
热像仪6以非接触的方式获取软管11的表面温度数据。由热像仪6获取到的温度数据输入至运算部8。输入至运算部8的温度数据按划分成多个的温度范围以不同的颜色显示在监控器5a。由此，能在视觉上掌握软管11的表面的温度分布。由摄像机装置5获取到的图像数据和由热像仪6获取到的温度数据可以择一显示在监控器5a，也可以两方同时显示在监控器5a。
热像仪6设置有一台或多台。在本实施方式中，以能获取软管11的侧视观察的表面温度数据和从软管11的正面上方观察的表面温度数据的方式设置有两台热像仪6。通过至少任一台热像仪6获取附加有标记4b的范围的表面温度数据为好。也可以将热像仪6的设置台数设为一台，使热像仪6能相对于软管11移动到期望的位置。热像仪6的移动由控制部9进行控制为好。
温度传感器7获取软管1的周边环境温度数据。由温度传感器7获取到的周边环境温度数据输入至运算部8。在本实施方式中，软管1配置于恒温槽10的内部。因此，恒温槽10的内部空间的温度作为周边环境温度数据被温度传感器7获取。恒温槽10的内部空间的温度被控制部9控制为期望的温度。
以下，对使用评价系统1评价软管11的耐疲劳性的过程的一个例子进行说明。
如图1、图2所举例示出的那样，软管11以预先设定的形状设置于固定框架2。在软管11连结有加压机构3的配管3a。设为在软管11的表面附加有应变计4a和标记4b的状态。在软管11的设定完成的时间点，分别由应变计4a获取应变数据，由摄像机装置5获取软管11的图像数据，由热像仪6获取表面温度数据，由温度传感器7获取周边环境温度数据。将在该时间点获取到的各个数据作为初始状态的数据存储至运算部8。
接着，通过加压机构3对软管11重复施加规定内压P。规定内压P的大小、施加时间、压力施加循环例如设定为与软管11的实际的使用条件相同的条件或更严苛的条件。规定内压P的施加持续重复直到经过预先设定的时间为止或直到达到预先设定的压力施加循环的次数为止或直到软管11损伤为止。
在重复施加规定内压P的过程中，例如以规定的时间间隔(每经过规定时间或每经过规定数量的压力施加循环)在规定时间期间，分别由应变计4a获取应变数据，由摄像机装置5获取图像数据，由热像仪6获取表面温度数据，由温度传感器7获取周边环境温度数据。即，一边对软管11重复施加规定内压P，一边获取各个数据。
在摄像机装置5、热像仪6的设置台数为一台的情况下，能在获取各个数据时，使摄像机装置5、热像仪6移动，相对于软管11从期望的多个位置获取各个数据。或者，也可以构成为将摄像机装置5、热像仪6设为固定于规定位置的状态，使软管11(软管11、固定框架2以及加压机构3)移动到期望的位置。通过该构成也能相对于软管11从期望的多个位置获取各个数据。
在一次压力施加循环中，在施加作为峰值的最大值的压力时(即施加规定压力P时)，以初始状态为基准，软管11的膨胀状况(外径尺寸的扩大位移)成为最大，长尺寸方向的收缩状况(长度尺寸的缩小位移)成为最大。另一方面，在施加最小值的压力时(即施加压力为零时)，以初始状态为基准，软管11的膨胀状况(外径尺寸的扩大位移)成为最小，长尺寸方向的收缩状况(长度尺寸的缩小位移)成为最小。在施加的压力为最大值与零之间的任意值时，软管11的膨胀状况和长尺寸方向的收缩状况成为施加的压力为最大值时的状态与施加的压力为零时的状态的中间状态。
随着压力施加次数增多，软管11疲劳，因此，即使是在相同内压时，软管11的膨胀状况和长尺寸方向的收缩状况也会变化。因此，即使是在施加相同规定压力P时，与压力施加次数少的时间点相比，压力施加次数多的时间点软管11更加疲劳，所以软管11的膨胀状况和长尺寸方向的收缩状况也会产生经时变化。
因此，基于获取到的应变数据和图像数据来掌握相同内压时(例如，施加规定内压P时、施加的内压为零时等)的多个时间点之间的软管11的形状变化。具体而言，使用相同内压时的多个时间点之间的应变数据，作为软管11的形状变化，计算出软管11的膨胀状况和长尺寸方向的收缩状况作为应变数据的位移量。由此，能高精度地掌握软管11的附加有应变计4a的范围(位置)的表面的局部的变形状况(位移量和变形方向)。
此外，在图像数据中包括标记4b的图像数据，因此，能通过对相同内压时的多个时间点的图像数据进行比较来计算出该多个时间点之间的标记4b的位移量(移动量)。因此，作为软管11的形状变化计算出软管11的膨胀状况和长尺寸方向的收缩状况作为该标记4b的位移量。由此，能掌握软管11的附加有标记4b的范围的表面的变形状况(位移量和变形方向)。通过使用标记4b，与应变计4a相比更易于掌握软管11的更大范围的变形状况。
图6举例示出在施加规定内压P时的软管外径尺寸的经时变化。实线为软管金属件16的附近范围的数据，×记号表示软管11破损。虚线表示软管11的长尺寸方向中央部的范围的数据。
图7举例示出在施加规定内压P时的软管长尺寸方向尺寸的经时变化。实线为软管金属件16的附近范围的数据，×记号表示软管11破损。虚线表示软管11的长尺寸方向中央部的范围的数据。
软管金属件16的附近范围对软管11作用铆接力，并且由于软管金属件16的影响而与周边的刚性差变大。因此，由于重复的压力施加是软管11中容易产生损伤的范围。因此，如果设为在软管11的至少一方端部安装有软管金属件16的状态下进行上述的评价，则能在与软管11的实际的使用状态近似的状态下评价软管11的耐疲劳性。
根据本发明，如上所述，能通过基于应变数据、图像数据计算出的软管11的形状变化来掌握由重复的内压施加引起的软管11的变形状况的经时变化。因此，能确定软管11的经时变形相对大的范围，此外，能确定在何种程度的变形状况下软管11会损伤。如此，能掌握软管11在疲劳的过程中是如何变形的，该变形是如何进行的，作为软管11的耐疲劳性。通过进一步分析、研究已掌握的结果，采取提高软管11的耐疲劳性的有效的对策变得容易。
只要基于应变数据来掌握软管11的表面的局部的变形状况的经时变化，并基于图像数据来掌握软管11的表面的更大范围的变形状况的经时变化即可。如本实施方式所示，如果设为在软管11的表面附加有标记4b的范围附加有应变计4a的状态，则能高精度地掌握标记4b的位移量与应变数据的位移量的相关关系。如果能掌握该相关关系，例如在重复进行相同耐疲劳性的评价的情况下，也能省略附加于软管11的表面的应变计4a和标记4b中任一方。
在本实施方式中，在重复施加规定内压P的过程中，由热像仪6获取软管11的表面温度数据。基于由该热像仪6获取到的表面温度数据，由运算部8计算出相同内压时的多个时间点之间的表面温度的变化。然后，由运算部8计算出相同内压时的多个时间点之间的软管11的表面形状的变化与表面温度的变化的关系。
例如，计算出在施加规定内压P时的多个时间点之间，软管11的表面形状的变化率与表面温度的变化率的关系。由此，能掌握比较出的两者的相关关系。例如，软管11的即将破损的范围有与周边相比过度发热而表面温度升高的倾向。因此，能通过掌握该相关关系来确定软管11的容易破损的范围，此外，能推定软管11破损的时期。
而且，在本实施方式中，在重复施加规定内压P的过程中，由温度传感器7获取软管11的周边环境温度数据。基于由该温度传感器7获到的周边环境温度数据，由运算部8计算出相同内压时的多个时间点之间的周边环境温度数据的变化。然后，由运算部8计算出相同内压时的多个时间点之间的软管11的表面温度的变化与周边环境温度的变化的关系。由此，能掌握软管11的周边环境温度对软管11的表面温度的变化的影响。一般而言，能掌握表示有随着周边环境温升变高，软管11的表面温度升高的倾向的相关关系。因此，能使用该相关关系来排除周边环境温度的变化对软管11的表面温度的变化的影响。即，通过基于周边环境温度数据校正表面温度数据，变得易于掌握由软管11本身的发热引起的表面温度的变化。
理想的是，附加有应变计4a和标记4b的范围是在软管11的实际的使用时，产生更大的应变(最大应变)的范围。因此，如图8所举例示出的那样，使用软管11的FEM解析模型S，由运算部8预先计算出对软管11施加规定内压P时的软管11的应变数据。然后，设为在软管11的相当于计算出的应变数据成为最大值的范围的表面的范围附加有应变计4a和标记4b的状态为好。
在图8的FEM解析模型S中，设定为软管S1的表面划分为许多网格，软管金属件S2为不变形的刚体并固定于规定位置。在运算部8，将构成软管11的橡胶构件(内表面层12、外表面层15)和增强线材14的(增强层13)的各个杨氏模量、泊松比、形状数据等输入至运算部8，用于FEM解析。
此外，使用该FEM解析模型S，预先计算出对软管11施加规定内压P时的附加有应变计4a的范围的应变数据。然后，将该预先计算出的应变数据与对软管11施加规定内压P时由应变计4a获取到的应变数据进行比较，掌握比较出的两者的差异。根据这两者的差异的大小明确FEM解析的解析精度的程度，因此以使该差异变小的方式改良FEM解析模型S的设定为好。
附图标记说明
1软管的耐疲劳性评价系统
2固定框架
3加压机构
3a配管
3b压力传感器
4a应变计
4b标记
5摄像机装置
5a监控器
6热像仪
7温度传感器
8运算部
9控制部
10恒温槽
11软管
12内表面层
13(13a、13b、13c、13d)增强层
14增强线材
15外表面层
16软管金属件
CL软管轴心
L加压流体
S仿真模型
S1软管
S2软管金属件

Claims (7)

1.一种软管的耐疲劳性评价系统，所述耐疲劳性评价系统具备：固定框架，所述固定框架设置为将评价对象的软管固定为预先设定的形状；以及加压机构，所述加压机构对所述软管重复施加规定内压，所述软管的耐疲劳性评价系统的特征在于，
具备：应变计和标记，所述应变计和标记附加于所述软管的表面；摄像机装置，所述摄像机装置拍摄所述软管的外形；以及运算部，所述运算部输入有由所述应变计获取到的应变数据和由所述摄像机装置获取到的图像数据，
所述软管的耐疲劳性评价系统构成为：基于所述应变数据和所述图像数据，通过所述运算部计算出在相同内压时的多个时间点之间的所述软管的形状的变形状况。
2.根据权利要求1所述的软管的耐疲劳性评价系统，所述耐疲劳性评价系统具有：
热像仪，所述热像仪获取所述软管的表面温度数据，
其中，所述的软管的耐疲劳性评价系统构成为：基于所述表面温度数据，通过所述运算部计算出在相同内压时的所述多个时间点之间的所述表面温度的变化状况，并计算出在相同内压时的所述多个时间点之间的所述形状的变化状况与所述表面温度的变化状况的关系。
3.根据权利要求2所述的软管的耐疲劳性评价系统，所述耐疲劳性评价系统具有：
温度传感器，所述温度传感器获取所述软管的周边环境温度数据，
其中，所述的软管的耐疲劳性评价系统构成为：通过所述运算部计算出所述周边环境温度数据与所述表面温度数据的关系。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的软管的耐疲劳性评价系统，其中，
在所述表面的附加有所述标记的范围内设定有附加有所述应变计的范围。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的软管的耐疲劳性评价系统，所述耐疲劳性评价系统具有：
软管金属件，所述软管金属件安装于所述软管的至少一方端部，
其中，所述软管成为通过该软管金属件设置于所述固定框架的状态。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的软管的耐疲劳性评价系统，其中，
所述表面的附加有所述应变计和所述标记的范围设定于所述软管的所述软管金属件的周边范围和所述软管的长尺寸方向中央部的范围。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的软管的耐疲劳性评价系统，所述耐疲劳性评价系统构成为：
使用所述软管的FEM解析模型，预先计算出在对所述软管施加所述规定内压的过程中所述软管的表面产生的应变数据并输入至所述运算部，基于该计算出的通过FEM解析得到的应变数据和由所述应变计获取到的应变数据，通过所述运算部计算出在相同内压时的所述软管的表面附加有所述应变计的范围的通过所述FEM解析得到的应变数据与由所述应变计获取到的应变数据的差异。
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