一种热机械疲劳试验系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种试验系统，尤其涉及一种热机械疲劳试验系统。


背景技术：

2.针对热机械疲劳试验，目前的加载系统多采用定量泵站作为试验动力源，试验要求泵站要做到恒压、大流量。由于定量泵的特点就要求其输出流量要大于加载所需的最大流量，恒压由溢流阀组实现，通过溢流阀组的大量卸荷来维持系统恒压、大流量的需求。这样就造成泵站效率非常低(仅达30％左右)，大量的能量通过溢流阀组卸荷消耗，转化为热能使系统油温大幅升高，不仅浪费了大量能源，还要配套油温冷却系统，又增加了大量的能源消耗。


技术实现要素：

3.本实用新型针对上述问题，提供一种热机械疲劳试验系统，采用伺服变量泵作为泵站的核心转换元件，控制原理是采用闭环控制使泵站的输出压力跟随给定值，通过调整变量泵当前转速来控制流量，使输出压力保持恒定，系统效率大幅度提高。
4.为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
5.一种热机械疲劳试验系统，包括：
6.主机框架，用于安装横梁升降部件、夹具、伺服变量泵站和作动器；
7.横梁升降部件，用于调整夹具上夹头的高度；
8.伺服变量泵站，通过伺服电机控制变量泵的出口压力跟随给定压力；
9.作动器，用于对试样进行静载荷或动载荷的加载；
10.夹具，由上夹头和下夹头组成，用于装夹试样，上夹头上端与横梁升降部件连接，下夹头下端连接传感器及作动器；
11.感应加热系统，设置在主机框架的一侧，用于通过感应涡流对试样进行加热。
12.进一步地，所述主机框架包括工作台面、底板、立柱、导柱及上横梁，导柱与工作台面及上横梁组成上部框架，工作台面与底板和立柱构成下部框架，下部框架的内部空间用于布置伺服变量泵站、作动器及配电系统；上横梁处于主机框架的最顶端，中间位置用于安装横梁升降部件的传动轴系，工作台面的底面用于安装作动器。
13.进一步地，所述工作台面的底面局部加装v型加强板。
14.进一步地，所述横梁升降部件包括梯形丝杆、梯形螺母、传动电机减速机、导向横梁、防护套和同步齿形带，梯形丝杆与梯形螺母相偶合，构成梯形丝杆副，用来传递动力，带动导向横梁沿导柱移动；梯形丝杠螺旋升角为2.8
°
，用于实现自锁；传动电机减速机用来提供梯形丝杆上下移动的动力，通过同步齿形带将动力传递到梯形螺母；防护套设置在梯形丝杆外侧。
15.进一步地，所述梯形螺母带有消除丝杠副轴向侧隙消除装置，用以消除丝杠侧隙。
16.进一步地，所述伺服变量泵站包括伺服电机、变量泵、第一控制阀组、压力变送器、
风冷散热器、蓄能器和液压油箱，伺服电机受给定压力和压力变送器反馈压力的控制，使伺服变量泵站出口压力始终跟随给定压力值，为变量泵提供动力，带动变量泵旋转；变量泵转速受伺服电机控制，输出相应流量的液压油，使伺服变量泵站出口压力受控，并跟随给定压力值；第一控制阀组控制变量泵出口的液压油进入作动器；压力变送器是伺服变量泵站的反馈元件，将泵站出口压力反馈给伺服电机的控制系统，调整伺服电机的当前转速，使泵站出口压力稳定且跟随给定值；风冷散热器用于降低系统回油温度；蓄能器用于稳定泵站出口压力，补偿作动器瞬时大功率输出的需要；液压油箱用来盛装系统的液压油。
17.进一步地，所述作动器包括伺服油缸、第二控制阀组和位移传感器，伺服油缸是所述热机械疲劳试验系统的加载执行元件，既能输出静载荷，又能输出动载荷；第二控制阀组是伺服油缸的控制元件，通过改变伺服阀开口方向及大小控制伺服油缸的动作方向及出力大小；位移传感器是伺服油缸实时位置的反馈元件，反馈信号传递到控制系统，构成闭环控制，用于控制伺服油缸的位置。
18.进一步地，所述感应加热系统包括感应加热圈、中频变压器、中频变频电源、水冷机和型材车架；感应加热圈由空心纯铜管煨制而成，外层包裹耐热绝缘材料，空心管内充满循环冷却水，感应加热圈的螺线管套装在试样上；中频变压器的一次端连接中频变频电源，二次端连接感应加热圈，用于转换中频变频电源产生的中频电流并供给感应加热圈来加热试样；中频变频电源用于将电网供电的工频电转换为电压及频率受控的中频电源以及给中频变压器供电；水冷机为感应加热圈、中频变压器和中频变频电源提供循环冷却水；型材车架上台面安装有水平滑轨，中频变压器及感应加热圈能够在水平滑轨上移动。
19.进一步地，所述型材车架的底部安装有脚轮和锁止装置。
20.进一步地，所述型材车架的上台面设有升降装置。
21.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
22.本实用新型的热机械疲劳试验系统，降低了油泵驱动电机功率，节约了能源，功率总消耗降低了3-5倍以上；降低了噪音，实际噪音达到68分贝以下；泵站体积大幅减小，占地面积小，实现与主机一体化；省去了油温的换热降温系统，简化了结构，降低了维护成本；通过更换不同规格的夹块，就可以安装不同规格的试样，进行热机械疲劳试验，更换试样方便，降低了劳动强度，提高了生产效率。
附图说明
23.图1为本实用新型实施例提供的热机械疲劳试验系统的主视图。
24.图2为本实用新型实施例提供的热机械疲劳试验系统的轴侧视图。
25.图3为本实用新型实施例提供的主机框架的主视图。
26.图4为本实用新型实施例提供的主机框架的轴侧视图。
27.图5为本实用新型实施例提供的横梁升降部件的主视图。
28.图6为本实用新型实施例提供的横梁升降部件的轴侧视图。
29.图7为本实用新型实施例提供的伺服变量泵站的主视图。
30.图8为本实用新型实施例提供的伺服变量泵站的侧视图。
31.图9为本实用新型实施例提供的伺服变量泵站的轴侧视图。
32.图10为本实用新型实施例提供的作动器的主视图。
33.图11为本实用新型实施例提供的夹具的主视图。
34.图12为本实用新型实施例提供的感应加热系统的主视图。
35.图13为本实用新型实施例提供的感应加热系统的轴侧视图。
36.附图标记说明：
37.1：主机框架，101：工作台面，102：底板，103：立柱，104：导柱，105：上横梁；
38.2：横梁升降部件，201：梯形丝杆，202：梯形螺母，203：传动电机减速机，204：导向横梁，205：防护套，206：同步齿形带；
39.3：伺服变量泵站，301：伺服电机，302：变量泵，303：第一控制阀组，304：压力变送器，305：风冷散热器，306：蓄能器，307：液压油箱；
40.4：作动器，401：伺服油缸，402：第二控制阀组，403：位移传感器；
41.5：夹具，501：上夹头，502：下夹头；
42.6：感应加热系统，601：感应加热圈，602：中频变压器，603：中频变频电源，604：水冷机，605：型材车架。
具体实施方式
43.为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面将结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细介绍。
44.如图1-2所示，本实用新型提供的热机械疲劳试验系统，包括主机框架1、横梁升降部件2、伺服变量泵站3、作动器4、夹具5和感应加热系统6。
45.(1)主机框架
46.主机框架1用于安装横梁升降部件2、夹具5、伺服变量泵站3和作动器4。
47.具体地，如图3和4所示，所述主机框架1包括工作台面101、底板102、立柱103、导柱104及上横梁105，导柱104与工作台面101及上横梁105组成上部框架并通过锁紧螺母连接，要求两件导柱等高、直线度不大于0.02mm，以保证整体主机框架的垂直度和平行度。工作台面101与底板102和立柱103构成下部框架，下部框架的内部空间用于布置伺服变量泵站3、作动器4及配电系统；上横梁105处于主机框架1的最顶端，中间位置用于安装横梁升降部件2的传动轴系，中间轴孔的垂直度对主机框架(1)的整体精度影响较大，要求不大于0.015mm。工作台面101的底面用于安装作动器4。所述工作台面的底面局部加装v型加强板，以提高整体刚度及减轻重量。
48.(2)横梁升降部件
49.横梁升降部件2用于调整夹具上夹头的高度。
50.具体地，如图5和6所示，所述横梁升降部件2包括梯形丝杆201、梯形螺母202、传动电机减速机203、导向横梁204、防护套205和同步齿形带206，梯形丝杆201与梯形螺母202相偶合，构成梯形丝杆副，用来传递动力，带动导向横梁204沿导柱104移动；梯形螺母202带有消除丝杠副轴向侧隙消除装置，用以消除丝杠侧隙；梯形丝杠201螺旋升角为2.8
°
，用于实现自锁，满足试验要求；传动电机减速机203用来提供梯形丝杆201上下移动的动力，通过同步齿形带206将动力传递到梯形螺母202；导向横梁204的作用，第一用来保证梯形丝杆上下移动轨迹与导柱平行；第二用来抵消梯形丝杆副旋转的扭矩。防护套205设置在梯形丝杆201外侧，是防止灰尘等杂物进入梯形丝杆，避免研伤丝杠。同步齿形带206的作用是传递传
动电机减速机203与梯形螺母202部件之间的动力，使梯形丝杆201上下移动。
51.(3)伺服变量泵站
52.伺服变量泵站3通过伺服电机控制变量泵的出口压力跟随给定压力。具体地，如图7-9所示，所述伺服变量泵站3包括伺服电机301、变量泵302、第一控制阀组303、压力变送器304、风冷散热器305、蓄能器306和液压油箱307，伺服电机301转速可控，受给定压力和压力变送器304反馈压力的控制，使伺服变量泵站出口压力始终跟随给定压力值，为变量泵302提供动力，带动变量泵302旋转；变量泵302输出流量随转速变化，其转速受伺服电机301控制，输出相应流量的液压油，使伺服变量泵站出口压力受控，并跟随给定压力值；第一控制阀组303控制变量泵302出口的液压油进入作动器；压力变送器304是伺服变量泵站的反馈元件，将泵站出口压力反馈给伺服电机301的控制系统，调整伺服电机301的当前转速，使泵站出口压力稳定且跟随给定值；风冷散热器305用于降低系统回油温度，由于本系统采用闭环控制，伺服变量泵站是采用控制变量泵302转速的方式控制出口压力，而非采用溢流卸荷稳定出口压力，因此能量损耗小，液压油温度升高的原因主要来自作动器4产生的热量大幅降低，实践证明，采用风冷散热器的冷却方式即可满足降低油温的目的；蓄能器306用于稳定泵站出口压力，补偿作动器4瞬时大功率输出的需要，有效的降低系统伺服电机301和变量泵302的功率及流量；液压油箱307用来盛装系统的液压油及支撑伺服电机301、第一控制阀组303等元件。
53.(4)作动器
54.作动器4用于对试样进行静载荷或动载荷的加载；
55.具体地，如图10所示，所述作动器4包括伺服油缸401、第二控制阀组402和位移传感器403，伺服油缸401是所述热机械疲劳试验系统的加载执行元件，既能输出静载荷，又能输出动载荷，满足试验载荷的需要；第二控制阀组402是伺服油缸401的控制元件，通过改变伺服阀开口方向及大小控制伺服油缸的动作方向及出力大小；位移传感器403是伺服油缸实时位置的反馈元件，反馈信号传递到控制系统，构成闭环控制，，达到精确控制伺服油缸401位置的目的。
56.(5)夹具
57.如图11所示，夹具5由上夹头501和下夹头502组成，用于装夹试样，上夹头上端与横梁升降部件通过螺栓连接，下端连接试验试样，不同规格的试样只需更换相应的夹块即可，拆装方便，定位精度高；下夹头下端连接传感器及作动器，上端连接试验试样，不同规格的试样只需更换相应的夹块即可，拆装方便，定位精度高。
58.(6)感应加热系统
59.感应加热系统6设置在主机框架1的一侧，用于通过感应涡流对试样进行加热。
60.具体地，如图12和13所示，所述感应加热系统6包括感应加热圈601、中频变压器602、中频变频电源603、水冷机604和型材车架605；感应加热圈601由空心纯铜管煨制而成，外层包裹耐热绝缘材料，空心管内充满循环冷却水，感应加热圈601的螺线管套装在试样上；中频变压器602的一次端连接中频变频电源603，二次端连接感应加热圈601，它的作用是将中频变频电源603产生的高电压、小电流的中频电流转换为低电压、大电流的中频电流供给感应加热圈601，用于加热试样；中频变压器602产生的中频感应电流通过感应加热圈601，在螺线管内产生交变磁场，在试样内部产生涡流，使试样快速局部加热，通过改变感应
电流的大小控制加热速率；中频变频电源603用于将电网供电的工频电转换为电压及频率受控的中频电源以及给中频变压器供电；水冷机604为感应加热圈601、中频变压器602和中频变频电源603提供循环冷却水，为其降低温度，使其不被烧坏；型材车架605上台面安装有水平滑轨，中频变压器602及感应加热圈601能够在水平滑轨上移动。所述型材车架605的底部安装有脚轮和锁止装置，使其整体可以水平移动以及固定位置。所述型材车架605的上台面设有升降装置，可以垂直升降。
61.操作时，试样通过夹具可靠的装夹到设备上，满足试样的安装精度；感应加热系统根据试样高度调节感应圈的高度一致，并安装到试样圆周上，热机械疲劳试验即可进行。
62.本系统可满足不同的热机械疲劳试验，具有试样安装方便、定位可靠、节能高效、低噪音、占地面积小、维护成本低等优点。
63.以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。