CN115014989A - 一种索具根部弯曲疲劳性能测试设备及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于弯曲疲劳性能测试领域，尤其是涉及一种索具根部弯曲疲劳性能测试设备及其使用方法。设备主体支架的U型横梁A和U型横梁B之间安装张力驱动支撑臂、钢绳支撑臂A、钢绳支撑臂B、旋转驱动支撑臂，张力驱动支撑臂、旋转驱动支撑臂沿竖向设置于设备主体支架的两端部，张力驱动支撑臂、旋转驱动支撑臂的上下两端分别通过固定销与U型横梁A、U型横梁B固定连接，钢绳支撑臂A、钢绳支撑臂B上下相对设置并位于靠近旋转驱动支撑臂的一侧，钢绳穿设于钢绳支撑臂A与钢绳支撑臂B之间；测试索具一端的旋转端索节固定在旋转端索节固定套中，测试索具另一端的拉伸端索节固定在张力液压缸的一端，实现测试索具弯曲和拉伸载荷独立控制。

Description

一种索具根部弯曲疲劳性能测试设备及其使用方法
技术领域
本发明属于弯曲疲劳性能测试领域，尤其是涉及一种索具根部弯曲疲劳性能测试设备及其使用方法。
背景技术
某特种索具由钢绳和索节组成，通过压制或者浇铸方法连接在一起，其在正常服役过程承受高速冲击载荷。由于冲击惯性作用，索节根部钢绳在服役过程承受高速往复弯曲载荷历史，为索具服役过程危险区域，在一定程度上决定索具的服役力学性能和安全性。现阶段，系统级索具服役考核设备结构复杂，实验成本高，实验周期长，对索具根部压制/浇铸影响区域服役特点难解耦和定量分析。传统的主动式钢绳冲击测试方法，无法满足索具根部区域大载荷和高速弯曲服役工况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种索具根部弯曲疲劳性能测试设备及其使用方法，该方法索节旋转动作和钢绳张力阻尼独立控制，旋转驱动力小，张力阻尼位移小，设备结构简单，易控制。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种索具根部弯曲疲劳性能测试设备，该设备包括：设备主体支架、张力驱动支撑臂、张力液压缸、拉伸端索节、钢绳、钢绳支撑臂A、旋转驱动支撑臂、旋转端索节固定套、旋转端索节、钢绳支撑臂B，具体结构如下：
设备主体支架的U型横梁A和U型横梁B为上下相对平行设置，U型横梁A和U型横梁B之间安装张力驱动支撑臂、钢绳支撑臂A、钢绳支撑臂B、旋转驱动支撑臂，张力驱动支撑臂、旋转驱动支撑臂沿竖向设置于设备主体支架的两端部，张力驱动支撑臂、旋转驱动支撑臂的上下两端分别通过固定销与U型横梁A、U型横梁B固定连接，钢绳支撑臂A、钢绳支撑臂B上下相对设置并位于靠近旋转驱动支撑臂的一侧，钢绳穿设于钢绳支撑臂A与钢绳支撑臂B之间；
由拉伸端索节、旋转端索节和钢绳组成测试索具，钢绳沿水平设置，钢绳的一端安装旋转端索节，钢绳的另一端安装拉伸端索节；测试索具一端的旋转端索节固定在旋转端索节固定套中，测试索具另一端的拉伸端索节固定在张力液压缸的一端。
所述的索具根部弯曲疲劳性能测试设备，测试索具一端的旋转端索节通过锥形紧固板固定在旋转端索节固定套中，旋转端索节固定套为块状结构，所述块状结构的两端开设长凹槽、短凹槽，长凹槽、短凹槽之间为支柱，所述块状结构一端的短凹槽外侧对称设有旋转中心支撑销，旋转端索节固定套通过两个旋转中心支撑销分别穿设于一个旋转驱动支撑臂上；钢绳的一端穿过短凹槽、支柱上的水平贯通孔后伸至长凹槽内，并与旋转端索节相连，在旋转端索节与钢绳连接处与支柱水平贯通孔之间设置锥形紧固板，旋转端索节通过索节固定销穿设固定于长凹槽；气动旋转驱动缸的驱动连杆穿设于长凹槽，所述驱动连杆通过驱动连杆固定销穿设固定于长凹槽。
所述的索具根部弯曲疲劳性能测试设备，钢绳支撑臂A、钢绳支撑臂B均采用V型结构，钢绳支撑臂A的开口部分通过固定销与U型横梁A固定连接，钢绳支撑臂B的开口部分通过固定销与U型横梁B固定连接，钢绳支撑臂A的尖角部分安装钢绳支撑滑轮A，钢绳支撑臂B的尖角部分安装钢绳支撑滑轮B，钢绳支撑滑轮A与钢绳支撑滑轮B上下相对应，钢绳穿设于钢绳支撑滑轮A与钢绳支撑滑轮B之间。
所述的索具根部弯曲疲劳性能测试设备的使用方法，包括如下步骤：
1)选择测试索具，测试索具的一端固定在旋转端索节固定套内，放置索节固定销，压实锥形紧固板，测试索具的另一端固定在张力液压缸上；
2)驱动张力液压缸，使钢绳预制张力；
3)待张力稳定，通过气动旋转驱动缸驱动旋转端索节固定套，带动旋转端索节旋转，在旋转过程中，基于服役工况设置旋转角度、旋转角速度、张力大小和张力变化速度，完成一次实验，卸载张力液压缸；
4)待实验完成，重复步骤2)-3)，待到钢绳断裂，读取实验次数，或者达到目标循化次数后停止旋转端索节旋转工序，通过张力液压缸，对测试索具进行破断实验，读取破断力值。
所述的索具根部弯曲疲劳性能测试设备的使用方法，测试索具两端固定在设备中，气动旋转驱动缸通过驱动连杆固定销和旋转端索节固定套带动旋转端索节绕旋转中心支撑销旋转，在旋转端索节旋转的同时，张力液压缸同步控制拉伸端索节张力。
本发明的优点及有益效果是：
1)本发明设备采用功能部件、支撑臂、固定销、支架的整体式结构设计，索节相对于钢绳，为刚性结构，采用索节自锁式锥形紧固易于固定，易实现索节往复旋转运动；
2)本发明索节快速旋转的时候，钢绳位移变化小，其易于张力的快速液压控制；同时，通过调整索节旋转中心，可实现索节张力被动式张力调控(索节旋转中心的移动)；
3)本发明采用索节主动式旋转驱动钢绳被动弯曲测试方法，索节在旋转过程中，钢绳张力大部分由旋转中心的轴承承担，旋转所需的推力小，易快速驱动；
4)本发明测试索具弯曲和拉伸载荷独立控制，相互之间干扰少。
附图说明
图1为本发明设备的结构设计图。
图2为图1的A处放大立体图。
图中的附图标记为：
1、设备主体支架，2、固定销，3、张力驱动支撑臂，4、张力液压缸，5、拉伸端索节，6、钢绳，7、钢绳支撑臂A，8、钢绳支撑滑轮A，9、旋转驱动支撑臂，10、旋转中心支撑销，11、旋转端索节固定套，12、索节固定销，13、驱动连杆固定销，14、气动旋转驱动缸，15、旋转端索节，16、锥形紧固板，17、U型横梁A，18、U型横梁B，19、钢绳支撑臂B，20、钢绳支撑滑轮B，21、长凹槽，22短凹槽，23支柱。
具体实施方式
下面，将以设备结构设计图来对本发明设计原理和使用方法进行说明。
如图1-图2所示，本发明索具根部弯曲疲劳性能测试设备，主要包括：设备主体支架1、固定销2、张力驱动支撑臂3、张力液压缸4、拉伸端索节5、钢绳6、钢绳支撑臂A7、钢绳支撑滑轮A8、旋转驱动支撑臂9、旋转中心支撑销10、旋转端索节固定套11、索节固定销12、驱动连杆固定销13、气动旋转驱动缸14、旋转端索节15、锥形紧固板16、钢绳支撑臂B19、钢绳支撑滑轮B20等，具体结构如下：
设备主体支架1的U型横梁A17和U型横梁B18为上下相对平行设置，U型横梁A17和U型横梁B18之间安装张力驱动支撑臂3、钢绳支撑臂A7、钢绳支撑臂B19、旋转驱动支撑臂9，张力驱动支撑臂3、旋转驱动支撑臂9沿竖向设置于设备主体支架1的两端部，张力驱动支撑臂3、旋转驱动支撑臂9的上下两端分别通过固定销2与U型横梁A17、U型横梁B18固定连接；钢绳支撑臂A7、钢绳支撑臂B19上下相对设置并位于靠近旋转驱动支撑臂9的一侧，钢绳6穿设于钢绳支撑臂A7与钢绳支撑臂B19之间；钢绳支撑臂7、钢绳支撑臂B19均采用V型结构，钢绳支撑臂A7的开口部分通过固定销与U型横梁A17固定连接，钢绳支撑臂B19的开口部分通过固定销与U型横梁B18固定连接，钢绳支撑臂A7的尖角部分安装钢绳支撑滑轮A8，钢绳支撑臂B19的尖角部分安装钢绳支撑滑轮B20，钢绳支撑滑轮A8与钢绳支撑滑轮B20上下相对应。
测试索具为拉伸端索节5、旋转端索节15和钢绳6组成，钢绳6沿水平设置，钢绳6的一端安装旋转端索节15，钢绳6的另一端安装拉伸端索节5。测试索具一端的旋转端索节15通过锥形紧固板16固定在旋转端索节固定套11中，测试索具另一端的拉伸端索节5固定在张力液压缸4的一端；钢绳6穿设于钢绳支撑滑轮A8与钢绳支撑滑轮B20之间，在实验过程中，钢绳支撑滑轮A8与钢绳支撑滑轮B20作为钢绳6的保护和支撑结构。
旋转端索节固定套11为块状结构，所述块状结构的两端开设长凹槽21、短凹槽22，长凹槽21、短凹槽22之间为支柱23，所述块状结构一端的短凹槽22外侧对称设有旋转中心支撑销10，旋转端索节固定套11通过两个旋转中心支撑销10分别穿设于一个旋转驱动支撑臂9上；钢绳6的一端穿过短凹槽22、支柱23上的水平贯通孔后伸至长凹槽21内，并与旋转端索节15相连，在旋转端索节15与钢绳6连接处与支柱23水平贯通孔之间设置锥形紧固板16，旋转端索节15通过索节固定销12穿设固定于长凹槽21；气动旋转驱动缸14的驱动连杆穿设于长凹槽21，所述驱动连杆通过驱动连杆固定销13穿设固定于长凹槽21。
如图1-图2所示，本发明工作原理是：
测试索具两端固定在设备中，气动旋转驱动缸14通过驱动连杆固定销13和旋转端索节固定套11带动旋转端索节15绕旋转中心支撑销10旋转，在旋转端索节15旋转的同时，张力液压缸4同步控制拉伸端索节5张力。通过上述动作，达到旋转端索节15相对钢绳在大载荷条件下高速旋转的目的。
如图1-图2所示，本发明设备的使用方法是：
1)选择测试索具(3m)，测试索具的一端固定在旋转端索节固定套11内，放置索节固定销12，压实锥形紧固板16，测试索具的另一端固定在张力液压缸4上；
2)驱动张力液压缸4，使钢绳6预制一定的张力，待张力稳定；
3)通过气动旋转驱动缸14驱动旋转端索节固定套11，带动旋转端索节15旋转，在旋转过程中，基于服役工况设置旋转角度、旋转角速度、张力大小和张力变化速度，完成一次实验，卸载张力液压缸4；
4)待实验完成，重复步骤3)-4)，待到钢绳6断裂，读取实验次数，或者达到目标循化次数后停止索节旋转工序，通过张力液压缸4，对测试索具进行破断实验，读取破断力值。
结果表明，为了满足索节根部大载荷-快速弯曲服役工况，本发明采用主动式旋转加载方式，从原索节固定钢绳弯曲方式改变为钢绳固定索节旋转的方式，旋转和支撑相关结构分别由张力驱动支撑臂3、旋转驱动支撑臂9和钢绳支撑臂A7通过固定销2固定在设备主体支架1。索节旋转动作和钢绳张力阻尼独立控制，旋转驱动力小，张力阻尼位移小，设备结构简单，易控制。

Claims (5)

1.一种索具根部弯曲疲劳性能测试设备，其特征在于，该设备包括：设备主体支架、张力驱动支撑臂、张力液压缸、拉伸端索节、钢绳、钢绳支撑臂A、旋转驱动支撑臂、旋转端索节固定套、旋转端索节、钢绳支撑臂B，具体结构如下：
设备主体支架的U型横梁A和U型横梁B为上下相对平行设置，U型横梁A和U型横梁B之间安装张力驱动支撑臂、钢绳支撑臂A、钢绳支撑臂B、旋转驱动支撑臂，张力驱动支撑臂、旋转驱动支撑臂沿竖向设置于设备主体支架的两端部，张力驱动支撑臂、旋转驱动支撑臂的上下两端分别通过固定销与U型横梁A、U型横梁B固定连接，钢绳支撑臂A、钢绳支撑臂B上下相对设置并位于靠近旋转驱动支撑臂的一侧，钢绳穿设于钢绳支撑臂A与钢绳支撑臂B之间；
由拉伸端索节、旋转端索节和钢绳组成测试索具，钢绳沿水平设置，钢绳的一端安装旋转端索节，钢绳的另一端安装拉伸端索节；测试索具一端的旋转端索节固定在旋转端索节固定套中，测试索具另一端的拉伸端索节固定在张力液压缸的一端。
2.按照权利要求1所述的索具根部弯曲疲劳性能测试设备，其特征在于，测试索具一端的旋转端索节通过锥形紧固板固定在旋转端索节固定套中，旋转端索节固定套为块状结构，所述块状结构的两端开设长凹槽、短凹槽，长凹槽、短凹槽之间为支柱，所述块状结构一端的短凹槽外侧对称设有旋转中心支撑销，旋转端索节固定套通过两个旋转中心支撑销分别穿设于一个旋转驱动支撑臂上；钢绳的一端穿过短凹槽、支柱上的水平贯通孔后伸至长凹槽内，并与旋转端索节相连，在旋转端索节与钢绳连接处与支柱水平贯通孔之间设置锥形紧固板，旋转端索节通过索节固定销穿设固定于长凹槽；气动旋转驱动缸的驱动连杆穿设于长凹槽，所述驱动连杆通过驱动连杆固定销穿设固定于长凹槽。
3.按照权利要求1所述的索具根部弯曲疲劳性能测试设备，其特征在于，钢绳支撑臂A、钢绳支撑臂B均采用V型结构，钢绳支撑臂A的开口部分通过固定销与U型横梁A固定连接，钢绳支撑臂B的开口部分通过固定销与U型横梁B固定连接，钢绳支撑臂A的尖角部分安装钢绳支撑滑轮A，钢绳支撑臂B的尖角部分安装钢绳支撑滑轮B，钢绳支撑滑轮A与钢绳支撑滑轮B上下相对应，钢绳穿设于钢绳支撑滑轮A与钢绳支撑滑轮B之间。
4.一种权利要求1至3之一所述的索具根部弯曲疲劳性能测试设备的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)选择测试索具，测试索具的一端固定在旋转端索节固定套内，放置索节固定销，压实锥形紧固板，测试索具的另一端固定在张力液压缸上；
2)驱动张力液压缸，使钢绳预制张力；
3)待张力稳定，通过气动旋转驱动缸驱动旋转端索节固定套，带动旋转端索节旋转，在旋转过程中，基于服役工况设置旋转角度、旋转角速度、张力大小和张力变化速度，完成一次实验，卸载张力液压缸；
4)待实验完成，重复步骤2)-3)，待到钢绳断裂，读取实验次数，或者达到目标循化次数后停止旋转端索节旋转工序，通过张力液压缸，对测试索具进行破断实验，读取破断力值。
5.按照权利要求4所述的索具根部弯曲疲劳性能测试设备的使用方法，其特征在于，测试索具两端固定在设备中，气动旋转驱动缸通过驱动连杆固定销和旋转端索节固定套带动旋转端索节绕旋转中心支撑销旋转，在旋转端索节旋转的同时，张力液压缸同步控制拉伸端索节张力。
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