CN116046372A - 一种旋挖钻机桅杆加载疲劳试验台及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明旨在发明一种旋挖钻机桅杆加载疲劳试验台及实验方法,根据旋挖钻机工作时的主要工况分析桅杆的受载情况,通过试验系统将扭矩、弯矩、拉力施加在桅杆上,考核桅杆的疲劳性能,最终确定桅杆的疲劳极限强度,判断桅杆是否满足可靠性要求。该系统主要包括电机、液压作动器、重力平衡装置、支撑座、扭矩传感器、主动齿轮、被动齿轮、模拟钻杆、气动辅助夹紧装置、力臂、缓冲减震垫、底板、处理器、力传感器。试验过程中的载荷大小可通过有限元分析或理论计算获得。根据实验需求可选择单轴、双轴、三轴疲劳试验。
Description
技术领域
本发明专利涉及工程机械领域,尤其涉及一种旋挖钻机桅杆加载疲劳试验台及试验方法。
背景技术
旋挖钻机是基础建筑工程中的大型桩工机械,广泛应用于高层建筑,城乡道路交通建设,铁路公路桥梁等桩基础工程的建设。与传统桩工机械相比,旋挖钻机具有操作便利、机动灵活、施工范围广、入岩能力强等特点。
桅杆是旋挖钻机的重要支撑和受力部件,是钻杆、气动辅助夹紧装置的安装支撑部件和工作进尺的导向部件,在工程钻机作业的过程中,它承受钻杆、钻头作业时产生的多种载荷。桅杆的强度和稳定性等不仅对钻机的作业性能有着严重影响,甚至会对工人的生命安全造成严重危害。所以桅杆结构设计的优劣、技术性能的好坏和使用寿命的长短对旋挖钻机的本体是至关重要的。而在实际的工程应用中,技术人员很难准确及时发现桅杆发生破坏的位置,所以我们急需了解其强度破坏、使用可靠性和寿命等情况。
目前还没有针对旋挖钻机桅杆的疲劳试验系统,无法评价桅杆的疲劳性能、安全系数、疲劳极限强度等,因此无法准确指导桅杆的结构设计和疲劳评价。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足,提供一种旋挖钻机桅杆加载疲劳试验台及试验方法。
为解决现有技术问题,本发明公开了一种旋挖钻机桅杆加载疲劳试验台,包括:扭矩加载装置、弯矩加载装置、拉压加载装置、扭矩传感器、弯矩传感器、拉压传感器和处理器;
所述扭矩加载装置用于对桅杆加载扭矩,所述处理器通过扭矩传感器设置扭矩加载频率、扭矩加载循环基数和扭矩载荷;
所述弯矩加载装置用于对桅杆加载弯矩,所述处理器通过弯矩传感器设置弯矩加载频率、弯矩加载循环基数和弯矩载荷;
所述拉压加载装置用于对桅杆加载拉压,所述处理器通过拉压传感器设置拉压加载频率、拉压加载循环基数和拉压载荷。
进一步地,所述扭矩加载装置包括电机、传动装置和气动辅助夹紧装置,所述电机通过传动装置连接所述气动辅助夹紧装置,所述电机驱动所述气动辅助夹紧装置对桅杆加载扭矩。
进一步地,所述传动装置包括:主动齿轮、被动齿轮和模拟钻杆;所述气动辅助夹紧装置包括:相连接的钻杆连接部、气动调紧装置和夹臂;所述主动齿轮连接所述电机的输出轴,所述被动齿轮啮合连接所述主动齿轮,所述被动齿轮和模拟钻杆通过花键连接,所述模拟钻杆连接钻杆连接部,所述夹臂通过气动调紧装置调节并夹紧所述桅杆。
进一步地,所述弯矩加载装置包括:弯矩液压作动器和力臂,所述力臂一端固定连接所述桅杆,所述弯矩液压作动器通过力臂对所述桅杆加载弯矩。
进一步地,拉压加载装置包括拉压液压作动器,所述液压作动器连接所述桅杆的端部,所述液压作动器用于拉压所述桅杆。
进一步地,还包括若干个重力平衡装置,所述桅杆放置在若干个重力平衡装置上,所述平衡装置用于平衡所述桅杆的重力。
进一步地,还包括支撑座,所述桅杆放置在所述支撑座上。
进一步地,所述重力平衡装置与桅杆之间设置有缓冲减震垫。
进一步地,还包括底板,所述重力平衡装置和支撑座均设于所述底板上。
相应地,一种旋挖钻机桅杆加载疲劳试验台的试验方法:
根据旋挖钻机作业过程中在钻孔、提钻、倒立桅三个工况下桅杆的受载情况,确定扭矩加载频率、扭矩加载循环基数、扭矩载荷波形;弯矩加载频率、弯矩加载循环基数、弯矩载荷波形;拉压加载频率、拉压加载循环基数、拉压载荷波形;以及试验桅杆型号;
根据扭矩加载频率、扭矩加载循环基数和扭矩载荷波形对桅杆加载扭矩;
根据弯矩加载频率、弯矩加载循环基数和弯矩载荷波形对桅杆加载弯矩;
根据拉压加载频率、拉压加载循环基数和拉压载荷波形对桅杆加载拉压;
所有样品试验完成后进行实验数据统计分析,获得桅杆的安全系数、疲劳极限强度、疲劳危险位置。
本发明具有的有益效果:
1.采用本发明试验台的试验方法简单。根据桅杆系统总成分析各个工况下桅杆的载荷类型,载荷类型包括弯矩、扭矩、拉力,在该系统中仅需控制液压作动器和电机即可对桅杆产生弯矩、拉力、扭矩三种载荷,该试验系统控制变量较少,试验方法简单。
2.采用本发明试验台的试验结果准确。弯矩加载、扭矩加载、拉力加载为三个独立的系统,可根据桅杆1实际工况中所受载荷情况,实时调整载荷加载大小,加载顺序,可以灵活切换单轴、双轴、三轴疲劳试验。
附图说明
图1为本发明结构示意图;
图2为本发明结构示意图;
图3为本发明中气动辅助夹紧装置结构示意图。
附图标记:
1、桅杆;2、电机;3、拉压液压作动器;4、重力平衡装置;5、支撑座;6、扭矩传感器;7、主动齿轮;8、被动齿轮;9、模拟钻杆;10、气动辅助夹紧装置;10-1、钻杆连接部;10-2、气动调紧装置;10-3、夹臂;11、力臂; 13、底板;14、处理器;15、弯矩力传感器;16、拉压力传感器;17、弯矩液压作动器。
实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1-2所示,本发明的一种旋挖钻机桅杆加载疲劳试验台,包括:扭矩加载装置、弯矩加载装置、拉压加载装置、扭矩传感器6、弯矩传感器15、拉压传感器16和处理器14;
所述扭矩加载装置用于对桅杆1加载扭矩,所述处理器14通过扭矩传感器6设置扭矩加载频率、扭矩加载循环基数和扭矩载荷;
所述弯矩加载装置用于对桅杆1加载弯矩,所述处理器14通过弯矩传感器15设置弯矩加载频率、弯矩加载循环基数和弯矩载荷;
所述拉压加载装置用于对桅杆1加载拉压,所述处理器14通过拉压传感器16设置拉压加载频率、拉压加载循环基数和拉压载荷。
所述扭矩加载装置包括电机2、传动装置和气动辅助夹紧装置10,所述电机2通过传动装置连接所述气动辅助夹紧装置10,所述电机2驱动所述气动辅助夹紧装置10对桅杆1加载扭矩。所述传动装置包括:主动齿轮7、被动齿轮8和模拟钻杆9,所述主动齿轮7连接所述电机2的输出轴,所述被动齿轮8啮合连接所述主动齿轮7,所述被动齿轮8和模拟钻杆9通过花键连接,所述模拟钻杆9连接气动辅助夹紧装置10;如图3所示,所述气动辅助夹紧装置10包括:相连接的钻杆连接部10-1、气动调紧装置10-2和夹臂10-3;所述模拟钻杆9连接钻杆连接部10-1,所述夹臂10-3通过气动调紧装置10-2调节并夹紧所述桅杆1;加载扭矩时,将所述桅杆1的两端固定,启动电机2,使所述桅杆1围绕所述模拟钻杆9旋转,对所述桅杆1形成拧动,完成扭矩加载。
所述弯矩加载装置包括:弯矩液压作动器17和力臂11,所述力臂11一端固定连接所述桅杆1,所述弯矩液压作动器17通过力臂11对所述桅杆1加载弯矩。力臂11末端通过卡钳固定于桅杆1上,可通过改变卡钳安装位置改变弯矩加载点,弯矩液压作动器17载荷施加方向垂直于力臂11。
所述拉压加载装置包括拉压液压作动器3,所述液压作动器3连接所述桅杆1的端部,所述液压作动器3用于拉压所述桅杆1。
本发明的一种旋挖钻机桅杆加载疲劳试验台,还包括若干个重力平衡装置4,所述桅杆1放置在若干个重力平衡装置4上,所述平衡装置4用于平衡所述桅杆1的重力,同时也起支撑作用。还包括支撑座5,所述桅杆1放置在所述支撑座5上。所述重力平衡装置4与桅杆1之间设置有缓冲减震垫。还包括底板13,所述重力平衡装置4和支撑座5均设于所述底板13上。
本发明旋挖钻机桅杆疲劳试验台的工作原理和作用:
当需要测试桅杆的疲劳极限强度,获得其安全系数并检测疲劳危险位置时,我们首先需要对旋挖钻机实际作业过程中在钻孔、提钻、倒立桅三个主要工况下桅杆的受载情况进行分析,桅杆1在实际作业过程中会受到拉压力、扭矩、弯矩的作用。
电机2的作用是输出扭矩,并通过主动齿轮7、被动齿轮8、模拟钻杆9、气动辅助夹紧装置10,将扭矩施加在桅杆上,主动齿轮7、被动齿轮8可起到减速增扭的作用,齿轮的尺寸与电机输出特性进行匹配,电机的输出端安装有扭矩传感器,处理器14通过数据线与扭矩传感器6连接收集扭矩信号并控制电机2扭矩输出大小。
弯矩液压作动器17的作用是在垂直于力臂11的方向施加一个力,该力通过力臂11对桅杆1产生弯矩,可同时或单独调整该力的作用点到桅杆1的距离以及该力的大小来改变弯矩的大小。弯矩液压作动器17连接有弯矩力传感器15,弯矩力传感器15通过数据线与处理器14连接,可通过弯矩力传感器15设置施加给弯矩液压作动器17的力的大小。
拉压液压作动器3与桅杆1末端连接,拉压液压作动器3连接有拉压力传感器16,通过对桅杆1施加水平力实现对桅杆的拉压疲劳试验。
本发明一种旋挖钻机桅杆疲劳试验系统的试验方法,包括如下步骤:
1)分析旋挖钻机实际作业过程中在钻孔、提钻、倒立桅三个主要工况下桅杆1的受载情况;
2)确定试验频率、循环基数、试验器材型号、载荷波形等试验参数;
3)试验前对试验过程中所需的试验器材和样品进行性能检验,确保实验产品为合格品;
4)试验台架和试验样品安装调试;
5)设置试验参数,调试试验程序;
6)进行桅杆三轴疲劳试验;
7)所有样品试验完成后进行实验数据统计分析,获得安全系数、疲劳极限强度、疲劳危险位置等结果。
需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。同时在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。且在本发明的附图中,填充图案只是为了区别图层,不做其他任何限定。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种旋挖钻机桅杆加载疲劳试验台,其特征在于,包括:扭矩加载装置、弯矩加载装置、拉压加载装置、扭矩传感器(6)、弯矩传感器(15)、拉压传感器(16)和处理器(14);
所述扭矩加载装置用于对桅杆(1)加载扭矩,所述处理器(14)通过扭矩传感器(6)设置扭矩加载频率、扭矩加载循环基数和扭矩载荷;
所述弯矩加载装置用于对桅杆(1)加载弯矩,所述处理器(14)通过弯矩传感器(15)设置弯矩加载频率、弯矩加载循环基数和弯矩载荷;
所述拉压加载装置用于对桅杆(1)加载拉压,所述处理器(14)通过拉压传感器(16)设置拉压加载频率、拉压加载循环基数和拉压载荷。
2.根据权利要求1所述的一种旋挖钻机桅杆加载疲劳试验台,其特征在于,所述扭矩加载装置包括电机(2)、传动装置和气动辅助夹紧装置(10),所述电机(2)通过传动装置连接所述气动辅助夹紧装置(10),所述电机(2)驱动所述气动辅助夹紧装置(10)对桅杆(1)加载扭矩。
3.根据权利要求2所述的一种旋挖钻机桅杆加载疲劳试验台,其特征在于,所述传动装置包括:主动齿轮(7)、被动齿轮(8)和模拟钻杆(9);所述气动辅助夹紧装置(10)包括:相连接的钻杆连接部(10-1)、气动调紧装置(10-2)和夹臂(10-3);所述主动齿轮(7)连接所述电机(2)的输出轴,所述被动齿轮(8)啮合连接所述主动齿轮(7),所述被动齿轮(8)和模拟钻杆(9)通过花键连接,所述模拟钻杆(9)连接钻杆连接部(10-1),所述夹臂(10-3)通过气动调紧装置(10-2)调节并夹紧所述桅杆(1)。
4.根据权利要求1所述的一种旋挖钻机桅杆加载疲劳试验台,其特征在于,所述弯矩加载装置包括:弯矩液压作动器(17)和力臂(11),所述力臂(11)一端固定连接所述桅杆(1),所述弯矩液压作动器(17)通过力臂(11)对所述桅杆(1)加载弯矩。
5.根据权利要求1所述的一种旋挖钻机桅杆加载疲劳试验台,其特征在于,拉压加载装置包括拉压液压作动器(3),所述液压作动器(3)连接所述桅杆(1)的端部,所述液压作动器(3)用于拉压所述桅杆(1)。
6.根据权利要求1所述的一种旋挖钻机桅杆加载疲劳试验台,其特征在于,还包括若干个重力平衡装置(4),所述桅杆(1)放置在若干个重力平衡装置(4)上,所述平衡装置(4)用于平衡所述桅杆(1)的重力。
7.根据权利要求6所述的一种旋挖钻机桅杆加载疲劳试验台,其特征在于,还包括支撑座(5),所述桅杆(1)放置在所述支撑座(5)上。
8.根据权利要求6所述的一种旋挖钻机桅杆加载疲劳试验台,其特征在于,所述重力平衡装置(4)与桅杆(1)之间设置有缓冲减震垫。
9.根据权利要求7所述的一种旋挖钻机桅杆加载疲劳试验台,其特征在于,还包括底板(13),所述重力平衡装置(4)和支撑座(5)均设于所述底板(13)上。
10.一种旋挖钻机桅杆加载疲劳试验台的试验方法,其特征在于:
根据旋挖钻机作业过程中在钻孔、提钻、倒立桅三个工况下桅杆的受载情况,确定扭矩加载频率、扭矩加载循环基数、扭矩载荷波形;弯矩加载频率、弯矩加载循环基数、弯矩载荷波形;拉压加载频率、拉压加载循环基数、拉压载荷波形;以及试验桅杆型号;
根据扭矩加载频率、扭矩加载循环基数和扭矩载荷波形对桅杆加载扭矩;
根据弯矩加载频率、弯矩加载循环基数和弯矩载荷波形对桅杆加载弯矩;
根据拉压加载频率、拉压加载循环基数和拉压载荷波形对桅杆加载拉压;
所有样品试验完成后进行实验数据统计分析,获得桅杆的安全系数、疲劳极限强度、疲劳危险位置。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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