諧振式電液高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)控制關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、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(lái)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(lái)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)閥控制液壓缸的液壓疲勞試驗(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

2、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。
　　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)液壓缸實(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，改變液壓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)閥控制液壓缸疲勞試驗(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。
　　本文提出2

3、D高頻轉(zhuǎn)閥控制液壓缸的諧振式疲勞試驗(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完全釋放，所以可以保證高頻、高效疲勞試驗(yàn)。論文的主要工作和成果如下:
　　1、對(duì)2D高頻轉(zhuǎn)閥控制液壓缸疲勞試驗(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)閥控制單出桿液壓缸疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型;建立了四通2D高頻轉(zhuǎn)閥的

4、數(shù)學(xué)模型;建立了四通2D高頻轉(zhuǎn)閥控制雙出桿液壓缸疲勞試驗(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。
　　2、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。
　　3、對(duì)2D高頻轉(zhuǎn)閥控制液壓缸疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究。建立了2D高頻轉(zhuǎn)閥控制單出桿液壓缸疲勞試

5、驗(yàn)系統(tǒng)仿真模型;建立了2D高頻轉(zhuǎn)閥控制雙出桿液壓缸疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)仿真模型;研究了2D高頻轉(zhuǎn)閥控制液壓缸疲勞試驗(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。
　　4、對(duì)2D高頻轉(zhuǎn)閥控制液壓缸疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)的諧振機(jī)理進(jìn)行了研究。研究了2D高頻轉(zhuǎn)閥控制單出桿液壓缸和雙出桿液壓缸的諧振機(jī)理，并發(fā)現(xiàn)2D高頻轉(zhuǎn)閥與液壓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

6、化對(duì)系統(tǒng)固有頻率變化的影響較小;另外，相同系統(tǒng)參數(shù)情況下，管路體積系數(shù)對(duì)雙出桿液壓缸疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)固有頻率影響較大。
　　5、搭建了2D高頻轉(zhuǎn)閥控制單出桿液壓缸疲勞試驗(yàn)機(jī)和2D高頻轉(zhuǎn)閥控制雙出桿液壓缸疲勞試驗(yàn)機(jī)。試驗(yàn)研究了單出桿液壓缸試驗(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)

7、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(lái)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)研究了雙出桿液壓缸試驗(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