一种电液式高频疲劳试验机及其设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种疲劳试验机，特别涉及一种电液式高频疲劳试验机及其设计方 法。
【背景技术】
[0002] 普通液压疲劳试验机通常是将一定压力和一定流量的液压油通过伺服阀控制作 动器往复运动，对试件交变拉、压加载，而实现疲劳试验。作动器是一个高精度双杆双伸全 对称的油缸，作动器的前端安装了负荷传感器，检测加载负荷力值，作动器的尾端安装了磁 滞位移传感器（或外置LVDT位移传感器），检测运动的位移（或振幅）；通过测控系统，可 选择负荷力或位移（振幅）值控制向试件往复加载。由于作动器的往复运动由伺服阀控制， 而伺服阀实现换向则是依靠阀芯左右移动来改变液压油的流向，但是阀芯有一定质量，运 动时有一定的惯性，此外，液压油有一定的粘滞力，因为这些原因的限制，阀芯左右移动的 频率不可能太高，因此限制了这种加载技术，仅能适应低周疲劳。低周疲劳试验频率〇. 1~ 50Hz之间，而高频疲劳的试验频率在50~300Hz范围之内。
[0003] 为了缩短试验时间，必须提高试验的振荡频率，也就是所谓高频疲劳。专利申请号 为：201310424170.8的发明专利记载了一种高频脉冲发生器及其加载系统，其中的高频脉 冲发生器包括静盘、动盘、主传动轴、外壳等部件，在所述静盘和动盘的接触面上，对应地等 距切制有4个弧长与间隔完全相等的弧形槽，所述弧形槽通过本体内部的通道相互连通， 且所述动盘和静盘的外圆柱面上设有与弧形槽相连通的槽口，所述动盘和静盘外圆柱面上 开设的槽口分别与外壳矩形环槽相连通。该结构通过外壳上的压力油入口和回油出口与 动盘和静盘上的弧形槽连通，打入压力油后，当动盘旋转一圈时，作动器实现2个周期的振 荡。
[0004] 然而该装置动盘和静盘上弧形槽的油孔设计，槽形不易加工，工艺复杂，且会限制 在动静盘端面的开槽数量，不利于实现该高频发生器高频振荡的需求。另外，动盘和静盘结 合面的密封力不可控，密封压力过大会增加伺服电机的驱动功率和能耗，过小又起不到好 的密封的效果。
[0005] 另一方面，对于电液式疲劳试验机的动静盘上的油孔大小，以及油孔位置的布置， 伺服电机的转速和作动器的选型等目前还没有系统的设计计算方法，要达到较优的试验效 果和试验效率，有必要对电液式疲劳试验机的部件设计方法进行研宄。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服现有技术中所存在的动盘和静盘上弧形槽的油孔设计，槽 形不易加工、工艺复杂且会限制在动静盘端面的开槽数量，不利于实现该高频发生器高频 振荡的需求，以及动盘和静盘结合面的密封力不可控的不足，提供一种电液式高频疲劳试 验机，该试验机的高频发生器的结构设计更合理，利于加工和实现高频需求，还能对高频发 生器内的动、静盘的密封压力进行调节，减少对伺服电机的驱动功率和能耗的损耗。
[0007]为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
[0008] 一种高频发生器，包括端面相互接触的动盘和静盘，所述动盘和静盘外设置有壳 体将其密封包住，所述动盘的接触端面上钻铰有多个圆形的动盘压力油孔和动盘回油孔， 与动盘接触的静盘端面上设置有静盘压力油孔和静盘回油孔，所述静盘压力油孔与动盘压 力油孔对应布置，所述静盘回油油孔与动盘回油孔对应布置，使动盘旋转时，动盘压力油孔 和动盘回油孔能分别与静盘压力油孔和静盘回油孔连通，在远离动盘的静盘端部设置有向 该端面打压力油的通道、且设置有控制该通道压力油压的装置。
[0009] 该高频发生器的动静盘接触端面上的压力油通道采用钻铰加工，即先钻制后铰 肖IJ，满足油孔精度要求，工艺简单且易于加工；由动盘和静盘上对应设置的压力油孔和回油 孔，使动盘旋转时动盘上的油孔能分别与静盘上的压力油孔和回油孔连通，再通过壳体上 的对应通道与作动器的腔室和油箱连通，由油箱通入压力油后，随着动盘的旋转，压力油通 过动盘、静盘到作动器的循环，实现作动器的腔室之间的加载，动盘上的压力油孔与静盘上 的压力油孔和回油孔循环一次，即可完成一次振荡，动盘连续旋转振荡周而复始，实现高频 振荡的需求；而圆孔形的油孔有利于在动静盘端面布置更多数量的孔，有利于实现疲劳试 验机的高频需求；在静盘的另一端设置有向该端面打压力油的通道、且设置有控制该通道 压力油压的装置，可以压紧动静盘的结合面，保证动、静盘端面密封的必要压力，且通过设 置的控制压力油压的装置，可调节作用于静盘端面上的压力油压力，减少对伺服电机的驱 动功率和能耗的损耗。
[0010] 作为优选，在远离静盘的动盘端面上设置有与动盘圆柱面同轴的凸台，在该凸台 上安装有推力轴承，所述壳体上留有安装推力轴承的空间。通过推力轴承的设置，能将静盘 端面上受到的压力油产生的轴向力消除，增加高频发生器运行的稳定性。
[0011] 作为优选，所述动盘压力油孔数量为5-10个，所述动盘压力油孔和静盘压力油孔 的大小相同、数量相等，所述动盘回油孔与动盘压力油孔的大小相同，所述静盘回油孔与静 盘压力油孔的大小相同，且将两种油孔间隔均布于盘端面的同一中心圆环线上。动盘和静 盘端面上分别设置的压力油孔和回油孔，大小相同、数量相等，在动盘旋转时，保证两个盘 上的油孔相通，形成油循环系统；间隔设置的压力油孔和回油孔，当动盘上的一个油孔旋转 时，分别与静盘上的相邻两个油孔相通后，完成疲劳试验机的一个周期振荡，根据试验和经 验数据，将压力油孔和回油孔的数量均设置为5-10个，有利于降低驱动电机的转速，同时 满足轴承的极限转速的要求，更利于提高疲劳试验机高频的频率。
[0012] 作为优选，所述壳体包括前端盖、壳体和后端盖，所述后端盖上设置有与壳体上的 压力油入孔连通的压力油通道，并在后端盖与静盘接触的端面上开有该压力油通道的出
[0013] 作为优选，所述静盘与后端盖的接触端端面上设置有凹形储油槽，所述凹形储油 槽设置在静盘端面的中心位置，使后端盖上的压力油通道出口在凹形储油槽对应的范围 内。在静盘端面上设置的凹形储油槽，与后端盖上的压力油通道连通后，利于用压力油压紧 静盘与动盘的接触面，而凹槽的设计，减小了压力油对静盘施加作用力的面积，为更好地控 制动盘和静盘结合面的密封力、平衡驱动电机功率提供保障。
[0014] 作为优选，所述后端盖上设置有节流阀控制该压力油通道内的压力油压。节流阀 与静盘端面的凹形储油槽配合，实现动盘与静盘之间的动密封。
[0015]-种电液式高频疲劳试验机，包括高频发生器和高频发生器加载系统，所述高频 发生器加载系统所述高频发生器加载系统包括与高频发生器连接的伺服电机和两通电磁 阀，所述两通电磁阀与作动器连接，该系统还设有与高频发生器连接的比例电磁溢流阀和 油泵，所述油泵由变频电机控制，所述比例电磁溢流阀和变频电机都与主控电脑相连，所述 伺服电机和作动器通过连接线路与主控电脑连接，在两通电磁阀与作动器连接的线路上还 设置有四通电磁阀，所述四通电磁阀另一端分别与比例电磁溢流阀和油泵相连接。
[0016] 在两通电磁阀与作动器连接的线路上设置的四通电磁阀，使加载系统在实验前关 闭两通电磁阀，导通四通电磁阀，就可以自由使作动器上升或下降，保证试件的装夹和必要 的试验空间。
[0017]-种电液式高频疲劳试验机的使用方法，包括上述的电液式高频疲劳试验机，使 用方法包括以下步骤：（1)首先启动油泵，将油