中機試驗丨材料疲勞試驗機升降與鎖緊技術(shù)

2024-08-14 09:26:53 · 中機試驗

材料疲勞試驗機要滿足不同長度試樣加載要求，需要具備試驗空間可調(diào)功能。橫梁的移動和固定是一項關(guān)鍵技術(shù)，既要保證橫梁能夠在加載時牢固鎖緊，還要在移動時平穩(wěn)順暢。橫梁兩端升降一致性直接影響著產(chǎn)品的受力同軸度

材料疲勞試驗機要滿足不同長度試樣加載要求，需要具備試驗空間可調(diào)功能。橫梁的移動和固定是一項關(guān)鍵技術(shù)，既要保證橫梁能夠在加載時牢固鎖緊，還要在移動時平穩(wěn)順暢。

橫梁兩端升降一致性直接影響著產(chǎn)品的受力同軸度，受力同軸度為主機關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)之一。同軸度不好會導致以下幾點問題：1）試樣承受過大的側(cè)向力，針對夾持方式不同，試樣也會承受一定扭力，因此其值的大小對試驗數(shù)據(jù)準確性起著至關(guān)重要的作用；2）影響主機夾具工裝的使用壽命，造成試驗事故以及財產(chǎn)的損失；3）造成力傳感器的損壞，夾具工裝與傳感器為螺紋連接，在長時間疲勞載荷及較大的側(cè)向力大作用下，螺紋極易產(chǎn)生損壞，導致工裝與傳感器無法拆卸，設備無法繼續(xù)使用。

橫梁的鎖緊是保證穩(wěn)定疲勞加載過程的重要一環(huán)，疲勞測試工況分為拉拉、拉壓、壓壓三種工況，無論哪種工況都需要橫梁在試驗過程中保持穩(wěn)定鎖緊，以此保證加載的穩(wěn)定性、加載精度；尤其對于電磁諧振高頻疲勞試驗機來說，橫梁的鎖緊不可靠會直接影響框架的剛度，對諧振狀態(tài)造成干擾，直接導致試驗數(shù)據(jù)不準確、試驗保護中斷，甚至無法起振的嚴重后果；

自導向框架

液壓升降與鎖緊

該種形式升降和鎖緊功能采用液壓動力實現(xiàn)，通常采用單出桿工程缸帶動承載橫梁或加載橫梁上下移動，當移動到指定位置時，通過鎖緊缸對橫梁施加載荷，實現(xiàn)導向立柱的抱緊。

單出桿缸通常采用摩擦副密封形式，結(jié)構(gòu)簡單、運行平穩(wěn)、工作可靠，常用于實現(xiàn)簡單的往復運動。

采用鎖緊缸對橫梁施加載荷，實現(xiàn)導向立柱的抱緊。將有限元仿真技術(shù)應用到橫梁機構(gòu)的設計中，優(yōu)化橫梁結(jié)構(gòu)和鎖緊缸結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)鎖緊可靠。

承載橫梁組件在理論軸向靜態(tài)載荷、鎖緊載荷工況下的載荷施加位置及等效固定位置，如圖1所示其中紫色箭頭指向區(qū)域為鎖緊載荷施加位置，總計2處，紅色箭頭指向區(qū)域為軸向載荷施加位置，綠色網(wǎng)格區(qū)域為等效固定位置，黃色網(wǎng)格區(qū)域為理論最大變形區(qū)，即等效應力最大區(qū)域。

圖2 橫梁升降與鎖緊結(jié)構(gòu)示意圖

控制閥組是液壓升降與鎖緊的邏輯控制單元，通過不同功能液壓閥的組合實現(xiàn)升降動作、速度控制，鎖緊速度和自鎖功能。

電動升降與絲杠鎖定

外伺服電機通過驅(qū)動滾珠絲杠帶動加載橫梁的上升與下降，通過加載橫梁的實現(xiàn)試驗機垂向試驗空間的調(diào)整，同時可實現(xiàn)靜態(tài)力的預加載以及疲勞加載過程中靜態(tài)力的補償加載；橫梁的鎖緊是通過鎖定絲杠轉(zhuǎn)動實現(xiàn)的橫梁位置不變。

橫梁升降與鎖緊的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 橫梁升降與鎖緊結(jié)構(gòu)示意圖

橫梁的升降速度即調(diào)節(jié)試驗空間的速度取決于電機轉(zhuǎn)速、效率以及傳動過程中的減速比及傳動效率；?

滾珠絲杠以及中間多級傳動環(huán)節(jié)均不具備自鎖功能，加載橫梁與支撐立柱的連接關(guān)系不適合做出切口和變形區(qū)，雖然導向立柱與加載橫梁適合做此結(jié)構(gòu)，但試驗過程中需要存在伺服電機的實時補償功能，因此此處鎖緊與補償加載存在時間差響應，容易出現(xiàn)失控或頻率保護等異常問題；結(jié)合以上諸多問題，故此處使用帶剎車的伺服電機，通過電機軸的鎖止實現(xiàn)一連串的機械鎖止。