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電液高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)阿托斯ATOS液壓油缸的應(yīng)用
疲勞試驗(yàn)機(jī)是測(cè)試試件材料力學(xué)性能和預(yù)測(cè)試件疲勞壽命極限的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備,隨著工業(yè)生產(chǎn)的飛速發(fā)展,對(duì)構(gòu)件材料的疲勞試驗(yàn)要求越來越高,如高速鐵路機(jī)車組件,某些構(gòu)件的疲勞壽命要求達(dá)到107周次,甚至要超過1010周次,這些都給疲勞試驗(yàn)機(jī)帶來了新的挑戰(zhàn)。疲勞試驗(yàn)機(jī)是一種高耗能試驗(yàn)機(jī),性能好壞直接影響材料疲勞試驗(yàn)的周期,決定了疲勞試驗(yàn)的效率。采用2D高頻轉(zhuǎn)閥控制ATOS液壓油缸的液壓疲勞試驗(yàn)方案,有效地突破了傳統(tǒng)伺服閥對(duì)液壓疲勞試驗(yàn)機(jī)造成的頻寬“瓶頸”限制,大幅提高了電液疲勞試驗(yàn)機(jī)的工作頻率,可以拓寬電液疲勞試驗(yàn)機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。

電液高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)阿托斯ATOS液壓油缸的應(yīng)用
2D高頻轉(zhuǎn)閥是利用單個(gè)閥芯的旋轉(zhuǎn)和軸向滑動(dòng)的雙自由度設(shè)計(jì)而成的,閥芯的高速旋轉(zhuǎn)可以實(shí)現(xiàn)閥口的高頻“通斷”,進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)ATOS液壓油缸實(shí)現(xiàn)高頻控制,閥芯軸向滑動(dòng)可以調(diào)節(jié)閥口面積波形的幅值,改變ATOS液壓油缸敏感腔流量的大小,進(jìn)而控制活塞桿輸出載荷力的幅值。但是,隨著2D高頻轉(zhuǎn)閥控制ATOS液壓油缸疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)工作頻率的提高,存在活塞桿輸出載荷力幅值嚴(yán)重衰減的問題。提出2D高頻轉(zhuǎn)閥控制ATOS液壓油缸的疲勞試驗(yàn)方案,研究疲勞試驗(yàn)機(jī)的變諧振頻率控制理論和諧振工況下的變幅控制理論,及活塞桿輸出載荷力的偏置控制理論。疲勞試驗(yàn)機(jī)諧振工況下,試件吸收的能量幾乎*釋放,所以可以保證高頻、高效疲勞試驗(yàn)。主要工作和成果如下:對(duì)2D高頻轉(zhuǎn)閥控制ATOS液壓油缸疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行了研究。建立了三通2D高頻轉(zhuǎn)閥的數(shù)學(xué)模型；建立了三通2D高頻轉(zhuǎn)閥控制單出桿ATOS液壓油缸疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；建立了四通2D高頻轉(zhuǎn)閥的數(shù)學(xué)模型；建立了四通2D高頻轉(zhuǎn)閥控制雙出桿ATOS液壓油缸疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；研究了液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)諧振工況的工作過程。對(duì)2D高頻轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化研究。仿真模擬了2D高頻轉(zhuǎn)閥閥腔流場(chǎng)；研究了閥芯結(jié)構(gòu)幾何形狀對(duì)閥芯軸向液動(dòng)力的影響;研究了閥芯臺(tái)肩溝槽數(shù)對(duì)閥芯受到的液動(dòng)力矩及軸向液動(dòng)力的影響；研究了2D高頻轉(zhuǎn)閥閥口的氣穴現(xiàn)象。對(duì)2D高頻轉(zhuǎn)閥控制ATOS液壓油缸疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究。建立了2D高頻轉(zhuǎn)閥控制單出桿ATOS液壓油缸疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)仿真模型：建立了2D高頻轉(zhuǎn)閥控制雙出桿ATOS液壓油缸疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)仿真模型；研究了2D高頻轉(zhuǎn)閥控制ATOS液壓油缸疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)的諧振工況,包括阻尼特性研究、偏置量控制研究、變幅控制研究和變頻控制研究。對(duì)2D高頻轉(zhuǎn)閥控制ATOS液壓油缸疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)的諧振機(jī)理進(jìn)行了研究。研究了2D高頻轉(zhuǎn)閥控制單出桿ATOS液壓油缸和雙出桿ATOS液壓油缸的諧振機(jī)理,并發(fā)現(xiàn)2D高頻轉(zhuǎn)閥與ATOS液壓油缸之間連接管路的容積對(duì)系統(tǒng)變諧振頻率控制有較大影響,當(dāng)管路體積系數(shù)超過50%時(shí),活塞桿初始位置變化對(duì)系統(tǒng)固有頻率變化的影響較小.試驗(yàn)研究了單出桿ATOS液壓油缸試驗(yàn)機(jī),選取活塞桿初始位置在5mm、10mm、40mm、45mm、95mm和145mm時(shí)進(jìn)行載荷力掃頻試驗(yàn),測(cè)得諧振頻率分別是922Hz、870Hz、845Hz、768Hz、742Hz和718Hz,并測(cè)取了初始位置在10mm、40mm、95mm和145mm時(shí)系統(tǒng)流量；通過2D高頻轉(zhuǎn)閥閥口軸向開度來控制載荷力幅值,并選取活塞桿初始位置為5mm、10mm、40mm、95mm和145mm時(shí)進(jìn)行載荷力幅值掃頻測(cè)試。試驗(yàn)研究了雙出桿ATOS液壓油缸試驗(yàn)機(jī),選取活塞桿初始位置在2mm、3mm、6.5mm、10mm、13.5mm、16mm和18mm時(shí)進(jìn)行載荷力掃頻試驗(yàn),測(cè)得諧振頻率分別是1011Hz、998Hz、979Hz、949Hz、973Hz、992Hz和1005Hz,并測(cè)取了活塞桿初始位置在2mm、3mm、16mm和18mm時(shí)系統(tǒng)流量;選取活塞桿初始位置為2mm、3mm、10mm、13.5mm和18mm,進(jìn)行諧振工況載荷力變幅值控制測(cè)試；選取活塞桿初始位置為3mm時(shí),對(duì)活塞桿輸出載荷力進(jìn)行偏置控制研究。

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另外,相同系統(tǒng)參數(shù)情況下,管路體積系數(shù)對(duì)雙出桿ATOS液壓油缸疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)固有頻率影響較大。搭建了2D高頻轉(zhuǎn)閥控制單出桿ATOS液壓油缸疲勞試驗(yàn)機(jī)和2D高頻轉(zhuǎn)閥控制雙出桿ATOS液壓油缸疲勞試驗(yàn)機(jī)。