专利名称：350MPa超高压疲劳试验系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及液压疲劳试验系统,更具体是说是压力容器和压力管道350MPa超高压 疲劳试验系统。
背景技术：
超高压容器和管道广泛应用于石油化工、液压成型、采矿、新材料加工处理、军工及其 它特殊场合，而这些超高压容器或管道在使用过程中往往存在压力疲劳现象，因此，对超高 压容器或管道的疲劳强度研究具有重大的意义。
在疲劳试验研究中，目前主要采用两种方式其一，用材料疲劳试样或断裂力学试样的 试验数据来估算疲劳极限；其二，进行结构件或模拟结构件的疲劳试验。超高压容器及管道 的疲劳破坏是处在多向应力状态下，加上材料的各向异性、压力介质及工艺等因素的影响， 对其进行研究就更加复杂。可见，采用第二种方式更能可靠地确定其疲劳极限，准确地研究 其疲劳破坏规律。因此，国外先后建立了两种类型的超高压疲劳试验装置，即专用型和通用 型，专用型以试件本身作为增压器高压缸体，其结构简单紧凑，控制方便，易于实现。目前 国外多采用这种形式。但是这种结构形式使试件形状、尺寸受到限制，适用范围很窄，工艺 性较差，还存在一个易于损坏的顶部。而通用性装置虽然可以对各种形状及一定容积下不同 尺寸的试件进行试验，适用范围较广，但其装置组成和控制复杂， 一次性投资大。国内从上 世纪70年代开始进行此方面的试验研究。但是，由于试验系统的复杂性和控制技术等方面 的困难，国内大多数的液压疲劳试验系统局限在32MPa以下，至今尚未获得的达到350MPa 压力级的超高压容器疲劳极限数据
实用新型内容
本实用新型是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种以模块式结构简化系统 结构、提高系统工作可靠的350MPa超高压疲劳试验系统，为超高压容器或管道的疲劳强度 研究提供保证。
本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是
本实用新型350MPa超高压疲劳试验系统由液压系统、超高压系统和数据采集控制系 统构成。
本实用新型的结构特点是.
液压系统以主油泵电机组为动力源，由主供油管道、依序串联设置在主供油管道中的高 压过滤器、供油单向阀和三位四通换向阀构成两路交替工作的、为所述超高压系统提供压力
源的两路输油通道，在交替工作的两路输油通道中分别设置各路调速阀；液压系统中的卸压
通道由调速阀、三位四通阀、二位三通阀、卸压通道溢流阀和风冷器构成；
超高压系统以离心水泵提供增压器的工作水源，在接入增压器的供水管路中串联设置过 滤器，在超高压出水管路中依序串联设置超高压压力表、安全阀和超高压接头；在超高压系 统中的超高压卸压通道中设置可控卸压阀和二位五通电磁阀；
数据采集控制系统以设置在超高压出水管路中的超高压压力传感器和设置在液压油箱 中的热电偶为信号检测器件。
与已有技术相比，本实用新型的有益效果体现在
1、 本实用新型通过将液压系统、超高压系统和数据采集控制系统进行模块化设置，使 系统结构得到大大减化。
2、 本实用新型通过设置增压器，可达到350MPa压力级的超高压，实现超高压疲劳试验。
3、 本实用新型系统功能完善，单机可实现试验压力、疲劳频率等试验参数调节与控制
单元操作。
4、 本实用新型可以选用柱塞式油泵以满足系统对于最大工作压力的要求，并且可在试
验前根据要求的压力循环频率通过变频器调节驱动电机的转速来改变油泵的输出流量。
5、 本实用新型考虑了以往常用的水冷却器在环境温度降低时易造成冷却器损坏，采用
了风冷冷却器，提高系统工作的可靠性。
6、 本实用新型可以通过选用气动可控卸压阀进行超高压卸压，开启速度快，有效减小
了超高压卸压液流冲击，阀门使用寿命长，可靠性高。
图1为本实用新型系统结构示意图。
图中标号1液压油箱、2空气滤清器、3主油泵电机组、4高压过滤器、5压差发讯器、 6油路压力表、7油路压力传感器、8供油管道溢流阀、9卸压通道溢流阀、IO供油单向阔、 ll三位四通换向阀、12二位三通换向阀、13调速阀、14卸压回路压力表、15增压器、16 超高压压力表、17安全阀、18超高压压力传感器、19可控卸压阀、20二位五通电磁阀、21 电接点压力表、22水过滤器、23离心水泵、24水箱空气滤清器、25水箱、26风冷器、27
热电偶、28超高压接头、29控制柜、3o计算机、i主供油管路、n输油通道、m超高压卸
压通道、IV卸压通道、V供水管路、VI超高压出水管路。
以下通过具体实施方式
，结合附图对本实用新型作进一步描述具体实施方式
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参见图l，系统设置包括液压系统、超高压系统和数据采集控制系统
工作原理是通过液压系统向超高压系统中增压器的低压缸供应压力油，由供水管路提供 的低压水经增压器增压，产生超高压水通过超高压接头输送到超高压试验段内，模拟超高压 系统工作时受到的压力循环，检验其疲劳寿命与极限是否能够满足使用要求。
具体实施中，液压系统以主油泵电机组3为动力源，由主供油管道I、依序串联设置在 主供油管道I中的高压过滤器4、供油单向阀10、三位四通换向阀11构成交替工作的两路 输油管路n，为超高压增压器低压缸的往复运动提供压力源；三位四通换向阀11、 二位三
通换向阀12、卸压通道溢流阀9、风冷器26至液压油箱1构成卸压回路IV，设置卸压回路 压力表14。主油泵采用柱塞式油泵，为变量泵，可在试验前根据疲劳实验要求的压力循环 频率手动调节泵的输出流量；或者也可通过变频器调节驱动电机的转速来改变油泵的输出流
系统工作时，由柱塞式油泵将系统油箱1中的液压油加压后，在经过高压过滤器4精细 过滤后输送到系统油路内，系统的工作压力由设置在柱塞式油泵出口处的供油管道溢流阀8 进行控制，并可通过油路压力表6和油路压力传感器7以及二次仪表同时显示在工作台上。 之所以同时选择油路压力表6和油路压力传感器7同时作为监测系统工作压力的元件，是为 了防止使用过程中，油路压力传感器7的零位漂移而造成监测不准确，同时使用可保证检测 结果准确可靠，油路压力传感器7可以采用电接点压力表。
在系统液压油箱1的侧壁安装液位计以显示液压油箱1内的油位，液压油箱1的顶部安 装有空气滤清器2以保证箱内气压与大气压保持一致。液压油箱1的侧壁中部还安装有热电 偶27以监测箱内油温。当油温过高时，该传感器向控制系统发出讯号，启动箱体侧壁上安 装的风冷器26进行散热，当油温降到系统所设定的温度后，风冷却器26自动停止，以保 证油温不超过系统所设定的温度。系统内使用风冷冷却器可以有效避免冷却器因水结冻而损 坏。
在高压过滤器4上安装压差发讯装置5，当高压过滤器4的滤芯堵塞造成进出口压力差 超出设定值时，压差发讯装置5能够自动发讯号，提醒操作者及时更换滤芯，以防止滤芯破 损造成污染杂质进入系统主压力油管内形成更大的损坏。
所有液压系统的元件全部集中安装到油盘上，各控制阀采用集成式安装。这样既可以縮 小系统的占地面积，也便于更换和检修维护。
图1所示，超高压系统由水箱25、离心水泵23、水过滤器22、超高压增压器15、可 控卸压阀19、超高压压力表16、超高压压力传感器18、安全阀17、 二位五通电磁阀20、 供水管路V、超高压出水管路VI和超高压卸压通道ni组成。通过离心水泵23、水过滤器22、 供水管道V将水箱25中的水输送至超高压增压器15，在供水管道V中设置电接点压力表
21，来自两路输油通道II的液压油分送在超高压增压器15的两只液压油端口，推动超高压 增压器低压缸内的大活塞往复运动，大活塞带动与之连成一体的超高压缸内的小活塞运动， 从而产生超高压水，并通过超高压增压器15的超高压出口以及超高压接头28送往试件，
在水箱25的顶部安装有水箱空气滤清器24，以保证箱内气压与大气压一致。
超高压卸压是以试件为压力源，由二位五通电磁阀20控制可控卸压阀19开启超高压卸 压通道III完成可控卸压。
数据采集控制系统主要有两个功能，其一是通过计算机30和控制柜29控制系统内所 有部件的运转和动作，包括主油泵3的启停、三位四通换向阀11的换向、超压保护和报警 等功能；其二是试验数据的采集记录和曲线显示，包括时间、压力、循环次数、压力-时间 曲线等。在液压系统中，以主油泵电机组3采用变量供油方式，可在试验前根据要求的压力 循环频率通过变频器调节驱动电机的转速来改变输出流量。系统的工作压力由供油管道溢流 阀8控制。
具体实施中，数据采集控制系统采用可编程控制器(PLC)为主控制元件，可以减少系 统中电线电缆的接头数量，增加系统可靠性；同时，通过更改控制程序即可更改其控制功能， 便于系统功能的扩展，增加系统的灵活性。
对于数据采集和记录部分，系统内共设置四个通道的数据采集口，其中一个通道用于采 集液压系统工作压力以及超高压部分工作压力， 一个通道用于采集应变传感器测量的应变信 号，另外两个通道暂时用于备份，等待以后的扩展。
本系统可实现四种工作状态
1、 升压一次完成，卸压至O的疲劳试验工作状态；
2、 升压一次完成，卸压不为0的疲劳试验工作状态；
3、 多次完成升压，卸压至0的疲劳试验工作状态；
4、 多次完成升压，卸压不为0的疲劳试验工作状态。
系统技术参数
设计压力420MPa 连续最大输出压力414MPa 超高压段压力循环幅度0~350MPa 高压缸直径22.23mm 低压缸直径101.6mm 最大行程114.3mm
理论增压比(高低压缸柱塞面积比)1 :20
最大压力循环频率20次/min (可调)
基本工作状态四种 超高压系统介质清洁水
液压系统介质N46机械油 液压系统最高工作压力21 MPa
权利要求1、350MPa超高压疲劳试验系统，由液压系统、超高压系统和数据采集控制系统构成，其特征是所述液压系统以主油泵电机组(3)为动力源，由主供油管道(I)、依序串联设置在主供油管道(I)中的高压过滤器(4)、供油单向阀(10)和三位四通换向阀(11)构成两路交替工作的、为所述超高压系统提供压力源的两路输油通道(II)，在所述交替工作的两路输油通道(II)中分别设置各路调速阀(13)；所述液压系统中的卸压通道(IV)由所述调速阀(13)、三位四通阀(11)、二位三通阀(12)、卸压通道溢流阀(9)和风冷器(26)构成；所述超高压系统以离心水泵(23)提供增压器(15)的工作水源，在接入增压器(15)的供水管路(V)中串联设置过滤器(22)，在超高压出水管路(VI)中依序串联设置超高压压力表(16)、安全阀(17)和超高压接头(28)；在所述超高压系统中的超高压卸压通道(III)中设置可控卸压阀(19)和二位五通电磁阀(20)；所述数据采集控制系统以设置在超高压出水管路(VI)中的超高压压力传感器(18)和设置在液压油箱(1)中的热电偶(27)为信号检测器件。
2、 根据权利要求1所述的350MPa超高压疲劳试验系统，其特征是在所述主供油管道 (I )中同时油路压力表(6)和油路压力传感器(7)作为系统工作压力的监测元件。
专利摘要350MPa超高压疲劳试验系统，由液压系统、超高压系统和数据采集控制系统构成，其特征是液压系统以主油泵电机组为动力源，由主供油管道、依序串联设置在主供油管道中的高压过滤器、供油单向阀和三位四通换向阀构成两路交替工作并为超高压系统提供压力源的两路输油通道；超高压系统以离心水泵提供增压器的工作水源，在超高压出水管路中依序串联设置超高压压力表、安全阀和超高压接头。
文档编号G01N3/10GK201069424SQ20072004124
公开日2008年6月4日 申请日期2007年8月1日 优先权日2007年8月1日
发明者姚佐权, 鹏 徐, 杨小林, 秦宗川, 陈学东 申请人:合肥通用机械研究院