一种节约能源的卧式高吨位疲劳实验装置制造方法
【专利摘要】本实用新型一种可节约能源的卧式高吨位疲劳试验装置，该装置由壳体，第一蓄能器、第二蓄能器、第一液压伺服流量阀、第二液压伺服流量阀、第一作动缸、第一作动缸活塞杆、第二作动缸和第二作动缸活塞杆组成。试验时首先通过第二作动缸将试样加载到疲劳实验的平均载荷，并且在蓄能器中储存液压油，然后第二液压伺服阀。之后开启第一作动缸，利用第一作动缸活塞杆推动第二作动缸活塞杆进行往复运动，对试样进行疲劳脉动加载。第二作动缸活塞杆运动时，油腔内的油压由第一和第二蓄能器进行调节。由于试样加载到同样的载荷所需的位移量一定，在相同的运动位移下，液压油流量大大减少，从而大大降低疲劳实验过程的能量消耗。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种高吨位大型疲劳实验装置，属金属材料或结构性能测试和分 析领域。 一种节约能源的卧式高吨位疲劳实验装置
【背景技术】
[0002] 随着我国经济的快速发展，现代工程向着大型化、高安全性、长寿命方向发展，越 来越多的新型工程构件和工程结构需要进行强度和疲劳性能的实验验证。对大尺寸和全尺 寸材料或构件进行强度和疲劳测试需要高吨位的实验装备。发达国家在上世纪六、七十年 代建设完成了大批的高吨位强度实验装备，我国外近年来在研制开发大型强度实验装备上 也有了快速的发展，自行开发或引进了几百吨载荷到三、四千吨载荷能力的试验机。基本满 足了对大型材料或构件的强度实验需要。
[0003] 但随着对工程结构寿命要求的越来越高，工程构件的疲劳性能测试逐渐提上日 程，如大型桥梁的钢索，预测其使用寿命的必要手段是对钢索进行疲劳性能测试。其它结构 如海洋平台，超高层建筑等，均存在类似的问题。
[0004] 对大型材料或构件进行疲劳测试一般需要高吨位动态疲劳试验机，试验机由液压 系统提供动力产生载荷施加到试件上。传统的疲劳试验机一般是通过液压油源直接将一定 压力的液压油注入作动缸，产生载荷和运动。高吨位动态疲劳试验机的作动缸直径较大， 为达到一定的运动速度，需要较大的液压油流量，因此消耗很大的能量，即油源消耗功率较 高，一般可达到500-1000kw。另外，疲劳试验周期较长，一般需完成上百万周次载荷循环，由 于高吨位作动器活塞杆运动速度相对较低，即实验频率较低，完成一次实验约需10-20天 甚至更长。因此试验所需的能耗很高，成为实验成本的重要部分。
【发明内容】
[0005] 为了解决上述问题，本实用新型的目的是提供一种结构简单，操作方便，且使其达 到完成相同工作比传统疲劳试验机消耗更少能量的节约能源的高吨位疲劳实验装置。
[0006] 本实用新型的技术方案是：一种节约能源的卧式高吨位疲劳实验装置，该实验装 置包括壳体，第一蓄能器、第二蓄能器、第一液压伺服流量阀、第二液压伺服流量阀、第一作 动缸、第一作动缸活塞杆、第二作动缸和第二作动缸活塞杆；
[0007] 其中，所述第一作动缸和第二作动缸对称固定安装在所述壳体内部的左右两侧的 侧壁上，所述第一作动缸和第二作动缸上分别设置所述第一作动缸活塞杆和第二作动缸活 塞杆，所述第一作动缸活塞杆的一端与所述第二作动缸活塞杆一端共轴固接，所述第二作 动缸活塞杆的另一端伸出所述壳体外部为加载端，所述第一作动缸的左右两侧设有第一液 压油管路，所述第二作动缸的左右两侧设有第二液压油管路，所述第一液压油管路与第二 液压油管路伸出所述壳体与液压油源相连接，并向所述第一作动缸和第二作动缸的油腔供 液压油，所述第一液压油管路上设有第一液压伺服流量阀，所述第二液压油管路上设有第 二液压伺服流量阀，所述第一蓄能器和第二蓄能器设置所述壳体的外部，所述第一蓄能器 通过管路与所述第二作动缸内部左侧的油腔联通，所述第二蓄能器通过管路与所述第二作 动缸内部右侧的油腔联通。
[0008] 本实用新型有益效果是：由于采用上述技术方案，当利用第二作动缸活塞杆对试 样加载到平均载荷以后，不再开启第二作动缸，仅开启第一作动缸，利用第一作动缸活塞杆 对第二作动缸活塞杆的传递作用以及第一蓄能器和第二蓄能器中液压油的补充，即可对试 样进行正弦脉动载荷加载，大大降低了能耗，节约了成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 图1为节约能源的高吨位大型疲劳实验装置示意图。
[0010] 图中
[0011] 1、壳体，2、第二作动缸活塞杆，3、第二液压油管路，4、第一蓄能器，5、第一作动 缸，6、第一作动缸活塞杆，7、第一液压油管路，8、第一液压流量伺服阀，9、第二液压流量伺 服阀，10、试样，11、第二蓄能器，12、第一蓄能器管路，13、第二蓄能器管路，14、第二作动缸。
【具体实施方式】
[0012] 下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案做进一步说明。
[0013] 如图1所示，本实用新型一种节约能源的卧式高吨位疲劳实验装置，该实验装置 包括壳体1，第一蓄能器4、第二蓄能器11、第一液压伺服流量阀8、第二液压伺服流量阀9、 第一作动缸5、第一作动缸活塞杆6、第二作动缸14和第二作动缸活塞杆2 ;
[0014] 其中，所述第一作动缸5和第二作动缸14对称固定安装在所述壳体1内部的左右 两侧的侧壁上，所述第一作动缸5上设有第一作动缸活塞杆6,第一作动缸活塞杆6将所述 第一作动缸5内的油腔分成左右两部分，所述第二作动缸14上设有第二作动缸活塞杆2， 第二作动缸活塞杆2将所述第二作动缸14内的油腔分成左右两部分，所述第一作动缸活塞 杆5的一端与所述第二作动缸活塞杆2 -端固接，所述第二作动缸活塞杆2的另一端伸出 所述壳体1外部为加载端，所述加载端与试样10进行连接，所述第一作动缸5的左右两侧 设有第一液压油管路7,所述第二作动缸14的左右两侧设有第二液压油管路3,所述第一液 压油管路7与第二液压油管路3伸出所述壳体1均与液压油源相连接向所述第一作动缸和 第二作动缸的油腔内供液压油，所述第一液压油管路7上设有第一液压伺服流量阀8,所述 第二液压油管路3上设有第二液压伺服流量阀9,所述第一蓄能器4和第二蓄能器11设置 所述壳体1外部，所述第一蓄能器4通过管路与所述第二作动缸14内部左侧的油腔联通， 所述第二蓄能器11通过管路与所述第二作动缸14内部右侧的油腔联通。
[0015] 工作原理：试验时先将试样10与第二作动缸活塞杆2的加载端连接，通过调节第 二液压油管路3上的第二液压伺服流量阀9控制油源液压油流量，将试样10加载到疲劳实 验所需的平均载荷，关闭第二液压伺服流量阀9和第二作动缸14。然后启动第一作动缸5， 开启第一液压油管路7上的第一液压伺服流量阀8,利用第一作动缸活塞杆6对第二作动 缸活塞杆2施加实验设定的脉动载荷，脉动载荷通过二作动缸活塞杆2将载荷传递到试样 10,进行疲劳加载。由于第二液压伺服流量阀9关闭，当第一作动缸活塞杆6推动第二作动 缸活塞杆2运动时，会对第二作动缸14油腔内的油压产生影响。如图1中，当处于拉伸状 态的第二作动缸活塞杆2向右运动时，左侧油腔内的液压油压力将降低，这时第一蓄能器4 将起到稳定油压的作用，第一蓄能器4内的液压油流入第二作动缸油腔以提供所需油压， 同时右侧油腔的油压升高，右侧油腔液压油流入第二蓄能器11中。当第一作动缸活塞杆6 拉动第二作动缸活塞杆2向左运动时，第二作动缸2左侧油腔内的压力将降低，这时第二蓄 能器11内的液压油会流向作动缸14右侧油腔，提供所需油压，同时第二作动缸左侧油腔压 力升高，液压油顺着管路流到第一蓄能器4中。
[0016] 实施例：
[0017] 以3000t疲劳试验机为例，进行2000 ± 500t疲劳实验，S卩2000t平均载荷，500t正 弦脉动载荷的疲劳实验。
[0018] 如使用传统的动态疲劳试验机，假设由1500t加载到2500t作动缸所需位移为Λ 3000t试验机作动缸的截面积为儿则每个加载循环所需的液压油流量为Q=A4。
[0019] 如使用本实用新型所设计的动态疲劳试验机，
[0020] 首先将试样10装载在支架上，第二作动缸活塞杆2的加载端与试样10的一端连 接，通过控制第二液压伺服流量阀9,使其加载到2000t平均载荷，在第二作动缸活塞杆2左 右移动时，当第二作动缸内压力较试验设定所需压力高时，液压油进入通过管道进入第一 蓄能器4和第二蓄能器11而不流回液压油源；当油腔内压力较试验设定所需压力低时，液 压油由第一蓄能器4、第二蓄能器11进入第二作动缸油腔。然后关闭第二作动缸14和第二 液压伺服流量阀9,开启第一作动缸6和第一液压伺服流量阀8,利用第一作动缸活塞杆6 推动第二作动缸活塞杆2对试样10进行±500t加载，此时第二作动缸不需进行液压油源 供油，只利用第一蓄能器4、第二蓄能器11中的液压油进行压力平衡调节。
[0021] 采用相同压强的油源时，第一作动缸的截面积为J/4,疲劳试验时，第一作动缸加 载位移同样为Λ则每个加载循环所需的液压油流量为Q=M/4。
[0022] 由于液压油流量仅为传统试验机的1/4,因此，理论上，改进型的疲劳试验机能耗 也为传统试验机的1/4,因此节能75%。实际工作状态下，第一蓄能器和第二蓄能器内的液 压油由于不断循环压缩，会产生热量，消耗一部分能量。同时第一作动器也会由于摩擦力等 因素消耗一部分能量，但总体上仍可以节能60%以上。
[0023] 该新型疲劳试验机节能效果随高吨位作动缸最大载荷与低吨位作动缸最大载荷 的比值不同而不同，比值越大，节能效果越好。
【权利要求】
1. 一种节约能源的卧式高吨位疲劳实验装置，该实验装置包括壳体，第一蓄能器、第二 蓄能器、第一液压伺服流量阀、第二液压伺服流量阀、第一作动缸、第一作动缸活塞杆、第二 作动缸和第二作动缸活塞杆； 其中，所述第一作动缸和第二作动缸对称固定安装在所述壳体内部的左右两侧的侧 壁上，所述第一作动缸和第二作动缸上分别设置所述第一作动缸活塞杆和第二作动缸活塞 杆，所述第一作动缸活塞杆的一端与所述第二作动缸活塞杆一端共轴固接，所述第二作动 缸活塞杆的另一端伸出所述壳体外部为加载端，所述第一作动缸的左右两侧设有第一液压 油管路，所述第二作动缸的左右两侧设有第二液压油管路，所述第一液压油管路与第二液 压油管路伸出所述壳体的外部与液压油源相连接，并向所述第一作动缸和第二作动缸的油 腔供液压油，所述第一液压油管路上设有第一液压伺服流量阀，所述第二液压油管路上设 有第二液压伺服流量阀，所述第一蓄能器和第二蓄能器设置所述壳体的外部，所述第一蓄 能器通过管路与所述第二作动缸内部左侧的油腔联通，所述第二蓄能器通过管路与所述第 二作动缸内部右侧的油腔联通。
【文档编号】G01N3/36GK203881633SQ201420289508
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年6月3日 优先权日:2014年6月3日
【发明者】任学冲, 孙冬柏, 孙凤艳, 兰成明 申请人:北京科技大学