一種節約能源的臥式高噸位疲勞實驗裝置製造方法

2023-09-11 07:21:10 1

一種節約能源的臥式高噸位疲勞實驗裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型一種可節約能源的臥式高噸位疲勞試驗裝置，該裝置由殼體，第一蓄能器、第二蓄能器、第一液壓伺服流量閥、第二液壓伺服流量閥、第一作動缸、第一作動缸活塞杆、第二作動缸和第二作動缸活塞杆組成。試驗時首先通過第二作動缸將試樣加載到疲勞實驗的平均載荷，並且在蓄能器中儲存液壓油，然後第二液壓伺服閥。之後開啟第一作動缸，利用第一作動缸活塞杆推動第二作動缸活塞杆進行往復運動，對試樣進行疲勞脈動加載。第二作動缸活塞杆運動時，油腔內的油壓由第一和第二蓄能器進行調節。由於試樣加載到同樣的載荷所需的位移量一定，在相同的運動位移下，液壓油流量大大減少，從而大大降低疲勞實驗過程的能量消耗。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種高噸位大型疲勞實驗裝置，屬金屬材料或結構性能測試和分 析領域。 一種節約能源的臥式高噸位疲勞實驗裝置

【背景技術】
[0002] 隨著我國經濟的快速發展，現代工程向著大型化、高安全性、長壽命方向發展，越 來越多的新型工程構件和工程結構需要進行強度和疲勞性能的實驗驗證。對大尺寸和全尺 寸材料或構件進行強度和疲勞測試需要高噸位的實驗裝備。發達國家在上世紀六、七十年 代建設完成了大批的高噸位強度實驗裝備，我國外近年來在研製開發大型強度實驗裝備上 也有了快速的發展，自行開發或引進了幾百噸載荷到三、四千噸載荷能力的試驗機。基本滿 足了對大型材料或構件的強度實驗需要。
[0003] 但隨著對工程結構壽命要求的越來越高，工程構件的疲勞性能測試逐漸提上日 程，如大型橋梁的鋼索，預測其使用壽命的必要手段是對鋼索進行疲勞性能測試。其它結構 如海洋平臺，超高層建築等，均存在類似的問題。
[0004] 對大型材料或構件進行疲勞測試一般需要高噸位動態疲勞試驗機，試驗機由液壓 系統提供動力產生載荷施加到試件上。傳統的疲勞試驗機一般是通過液壓油源直接將一定 壓力的液壓油注入作動缸，產生載荷和運動。高噸位動態疲勞試驗機的作動缸直徑較大， 為達到一定的運動速度，需要較大的液壓油流量，因此消耗很大的能量，即油源消耗功率較 高，一般可達到500-1000kw。另外，疲勞試驗周期較長，一般需完成上百萬周次載荷循環，由 於高噸位作動器活塞杆運動速度相對較低，即實驗頻率較低，完成一次實驗約需10-20天 甚至更長。因此試驗所需的能耗很高，成為實驗成本的重要部分。


【發明內容】

[0005] 為了解決上述問題，本實用新型的目的是提供一種結構簡單，操作方便，且使其達 到完成相同工作比傳統疲勞試驗機消耗更少能量的節約能源的高噸位疲勞實驗裝置。
[0006] 本實用新型的技術方案是：一種節約能源的臥式高噸位疲勞實驗裝置，該實驗裝 置包括殼體，第一蓄能器、第二蓄能器、第一液壓伺服流量閥、第二液壓伺服流量閥、第一作 動缸、第一作動缸活塞杆、第二作動缸和第二作動缸活塞杆；
[0007] 其中，所述第一作動缸和第二作動缸對稱固定安裝在所述殼體內部的左右兩側的 側壁上，所述第一作動缸和第二作動缸上分別設置所述第一作動缸活塞杆和第二作動缸活 塞杆，所述第一作動缸活塞杆的一端與所述第二作動缸活塞杆一端共軸固接，所述第二作 動缸活塞杆的另一端伸出所述殼體外部為加載端，所述第一作動缸的左右兩側設有第一液 壓油管路，所述第二作動缸的左右兩側設有第二液壓油管路，所述第一液壓油管路與第二 液壓油管路伸出所述殼體與液壓油源相連接，並向所述第一作動缸和第二作動缸的油腔供 液壓油，所述第一液壓油管路上設有第一液壓伺服流量閥，所述第二液壓油管路上設有第 二液壓伺服流量閥，所述第一蓄能器和第二蓄能器設置所述殼體的外部，所述第一蓄能器 通過管路與所述第二作動缸內部左側的油腔聯通，所述第二蓄能器通過管路與所述第二作 動缸內部右側的油腔聯通。
[0008] 本實用新型有益效果是：由於採用上述技術方案，當利用第二作動缸活塞杆對試 樣加載到平均載荷以後，不再開啟第二作動缸，僅開啟第一作動缸，利用第一作動缸活塞杆 對第二作動缸活塞杆的傳遞作用以及第一蓄能器和第二蓄能器中液壓油的補充，即可對試 樣進行正弦脈動載荷加載，大大降低了能耗，節約了成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 圖1為節約能源的高噸位大型疲勞實驗裝置示意圖。
[0010] 圖中
[0011] 1、殼體，2、第二作動缸活塞杆，3、第二液壓油管路，4、第一蓄能器，5、第一作動 缸，6、第一作動缸活塞杆，7、第一液壓油管路，8、第一液壓流量伺服閥，9、第二液壓流量伺 服閥，10、試樣，11、第二蓄能器，12、第一蓄能器管路，13、第二蓄能器管路，14、第二作動缸。

【具體實施方式】
[0012] 下面結合附圖和具體實施例對本實用新型的技術方案做進一步說明。
[0013] 如圖1所示，本實用新型一種節約能源的臥式高噸位疲勞實驗裝置，該實驗裝置 包括殼體1，第一蓄能器4、第二蓄能器11、第一液壓伺服流量閥8、第二液壓伺服流量閥9、 第一作動缸5、第一作動缸活塞杆6、第二作動缸14和第二作動缸活塞杆2 ;
[0014] 其中，所述第一作動缸5和第二作動缸14對稱固定安裝在所述殼體1內部的左右 兩側的側壁上，所述第一作動缸5上設有第一作動缸活塞杆6,第一作動缸活塞杆6將所述 第一作動缸5內的油腔分成左右兩部分，所述第二作動缸14上設有第二作動缸活塞杆2， 第二作動缸活塞杆2將所述第二作動缸14內的油腔分成左右兩部分，所述第一作動缸活塞 杆5的一端與所述第二作動缸活塞杆2 -端固接，所述第二作動缸活塞杆2的另一端伸出 所述殼體1外部為加載端，所述加載端與試樣10進行連接，所述第一作動缸5的左右兩側 設有第一液壓油管路7,所述第二作動缸14的左右兩側設有第二液壓油管路3,所述第一液 壓油管路7與第二液壓油管路3伸出所述殼體1均與液壓油源相連接向所述第一作動缸和 第二作動缸的油腔內供液壓油，所述第一液壓油管路7上設有第一液壓伺服流量閥8,所述 第二液壓油管路3上設有第二液壓伺服流量閥9,所述第一蓄能器4和第二蓄能器11設置 所述殼體1外部，所述第一蓄能器4通過管路與所述第二作動缸14內部左側的油腔聯通， 所述第二蓄能器11通過管路與所述第二作動缸14內部右側的油腔聯通。
[0015] 工作原理：試驗時先將試樣10與第二作動缸活塞杆2的加載端連接，通過調節第 二液壓油管路3上的第二液壓伺服流量閥9控制油源液壓油流量，將試樣10加載到疲勞實 驗所需的平均載荷，關閉第二液壓伺服流量閥9和第二作動缸14。然後啟動第一作動缸5， 開啟第一液壓油管路7上的第一液壓伺服流量閥8,利用第一作動缸活塞杆6對第二作動 缸活塞杆2施加實驗設定的脈動載荷，脈動載荷通過二作動缸活塞杆2將載荷傳遞到試樣 10,進行疲勞加載。由於第二液壓伺服流量閥9關閉，當第一作動缸活塞杆6推動第二作動 缸活塞杆2運動時，會對第二作動缸14油腔內的油壓產生影響。如圖1中，當處於拉伸狀 態的第二作動缸活塞杆2向右運動時，左側油腔內的液壓油壓力將降低，這時第一蓄能器4 將起到穩定油壓的作用，第一蓄能器4內的液壓油流入第二作動缸油腔以提供所需油壓， 同時右側油腔的油壓升高，右側油腔液壓油流入第二蓄能器11中。當第一作動缸活塞杆6 拉動第二作動缸活塞杆2向左運動時，第二作動缸2左側油腔內的壓力將降低，這時第二蓄 能器11內的液壓油會流向作動缸14右側油腔，提供所需油壓，同時第二作動缸左側油腔壓 力升高，液壓油順著管路流到第一蓄能器4中。
[0016] 實施例：
[0017] 以3000t疲勞試驗機為例，進行2000 ± 500t疲勞實驗，S卩2000t平均載荷，500t正 弦脈動載荷的疲勞實驗。
[0018] 如使用傳統的動態疲勞試驗機，假設由1500t加載到2500t作動缸所需位移為Λ 3000t試驗機作動缸的截面積為兒則每個加載循環所需的液壓油流量為Q=A4。
[0019] 如使用本實用新型所設計的動態疲勞試驗機，
[0020] 首先將試樣10裝載在支架上，第二作動缸活塞杆2的加載端與試樣10的一端連 接，通過控制第二液壓伺服流量閥9,使其加載到2000t平均載荷，在第二作動缸活塞杆2左 右移動時，當第二作動缸內壓力較試驗設定所需壓力高時，液壓油進入通過管道進入第一 蓄能器4和第二蓄能器11而不流回液壓油源；當油腔內壓力較試驗設定所需壓力低時，液 壓油由第一蓄能器4、第二蓄能器11進入第二作動缸油腔。然後關閉第二作動缸14和第二 液壓伺服流量閥9,開啟第一作動缸6和第一液壓伺服流量閥8,利用第一作動缸活塞杆6 推動第二作動缸活塞杆2對試樣10進行±500t加載，此時第二作動缸不需進行液壓油源 供油，只利用第一蓄能器4、第二蓄能器11中的液壓油進行壓力平衡調節。
[0021] 採用相同壓強的油源時，第一作動缸的截面積為J/4,疲勞試驗時，第一作動缸加 載位移同樣為Λ則每個加載循環所需的液壓油流量為Q=M/4。
[0022] 由於液壓油流量僅為傳統試驗機的1/4,因此，理論上，改進型的疲勞試驗機能耗 也為傳統試驗機的1/4,因此節能75%。實際工作狀態下，第一蓄能器和第二蓄能器內的液 壓油由於不斷循環壓縮，會產生熱量，消耗一部分能量。同時第一作動器也會由於摩擦力等 因素消耗一部分能量，但總體上仍可以節能60%以上。
[0023] 該新型疲勞試驗機節能效果隨高噸位作動缸最大載荷與低噸位作動缸最大載荷 的比值不同而不同，比值越大，節能效果越好。
【權利要求】
1. 一種節約能源的臥式高噸位疲勞實驗裝置，該實驗裝置包括殼體，第一蓄能器、第二 蓄能器、第一液壓伺服流量閥、第二液壓伺服流量閥、第一作動缸、第一作動缸活塞杆、第二 作動缸和第二作動缸活塞杆； 其中，所述第一作動缸和第二作動缸對稱固定安裝在所述殼體內部的左右兩側的側 壁上，所述第一作動缸和第二作動缸上分別設置所述第一作動缸活塞杆和第二作動缸活塞 杆，所述第一作動缸活塞杆的一端與所述第二作動缸活塞杆一端共軸固接，所述第二作動 缸活塞杆的另一端伸出所述殼體外部為加載端，所述第一作動缸的左右兩側設有第一液壓 油管路，所述第二作動缸的左右兩側設有第二液壓油管路，所述第一液壓油管路與第二液 壓油管路伸出所述殼體的外部與液壓油源相連接，並向所述第一作動缸和第二作動缸的油 腔供液壓油，所述第一液壓油管路上設有第一液壓伺服流量閥，所述第二液壓油管路上設 有第二液壓伺服流量閥，所述第一蓄能器和第二蓄能器設置所述殼體的外部，所述第一蓄 能器通過管路與所述第二作動缸內部左側的油腔聯通，所述第二蓄能器通過管路與所述第 二作動缸內部右側的油腔聯通。
【文檔編號】G01N3/36GK203881633SQ201420289508
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年6月3日 優先權日:2014年6月3日
【發明者】任學衝, 孫冬柏, 孫鳳豔, 蘭成明 申請人:北京科技大學