新型液压三轴试验机设计的两个关键问题.pdf

2 0 1 0年 3月 第 3 8卷 第6期 机床与液压 MACHI NE T 0OL HYDRAUUCS Ma t ． 2 0 l 0 Vo I ． 3 8 No ． 6 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 0 ． 0 6 ． 0 1 7 新型液压三轴试验机设计的两个关键问题 关铁鹰，闫占辉 长春工程学院机电学院，吉林长春 1 3 0 0 1 2 摘要为使大型三轴试验机横梁实现大行程升降，提出一种新型光杠 自锁升降装置，其原理是通过与立柱相联结的可 涨开过盈弹性套和可锁紧开口弹性套与提升油缸的交替运动实现横梁的 “ 无限”导程；并使用增压器解决过盈弹性套所需 的高压。 关键词液压；三轴试验机；大行程升降；增压 中图分类号 T B 3 0 2 ． 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 0 6- 0 5 2 2 Two Ke y Po i n t s o f De s i g n f o r Ne w- s t y l e Hy d r a u l i c 3 a x i a l Te s t M a c hi n e GUAN Ti e y i ng． YAN Zh a n h u i S c h o o l o f M e c h a t r o n i e s E n g i n e e r i n g ，C h a n g c h u n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ，C h a n g c h u n J i l i n 1 3 0 0 1 2 ，C h i n a Ab s t r a c t A n e w s t y l e s l i c k p o l e s e l f - l o c k u p d o w n s e t t i n g w a s d e s i g n e d t o r e a l i z e l a r g e s i z e u p d o wn o f c r o s s b e a m o f 3 - a x i a l t e s t n mc h i n e ， i t s p r i n c i p l e wa s t h a t c r o s s b e a m’ S l i mi t l e s s p a s s wa s r e a l i z e d b y alt e ma t e mo t i o n o f o v e r t o p e l a s t i c c a n n u l a a n d r i n g e n t e l ast i c c an n u l a c o nn e c t e d wi t h p o l e s ． Hi g h p r e s s ur e wa s r e a l i z e d b y t u r b o c h a r g e r ． Ke y wo r d s Hy d r a u l i c p r e s s u r e ； 3 - a x i a l t e s t ma c h i n e ； L a r g e s i z e u p d o w n； P r e s s u r e b o o s t 试验机是实验 室和工程实验不可缺少 的一种精密 仪器，可为重大工程与试验研究提供 材料 的力学性能 以及其他有关数据。 国家标准建筑地基基础设计规范等规范对建 筑物三轴压缩试验有一定的要求，如一级建筑物应采 用不 固结排水三轴 压缩试验等。然 而现有 的大型压力 试验机，它的横梁升降装置一般采用常见的丝杠带动 横梁升降，或采用液压缸直接带动横梁升降，这两种 试验机都适 合小尺寸试样 。如果试样尺寸较大 ，前者 需要采用长行程的丝杠，后者则要求采用长行程的液 压缸 。二者 的缺点是 除丝 杠本 身难 于加 工外 ，其强 度 、性能也难于保证。为此 ，作者结合工程 实际需要 对大尺寸试件进行三轴压缩试验 的情况 ，设 计了一种 依靠光杠 自锁实现横梁升降和采用增压器进行增压 的 新型液压三轴试验机。 试验机适合 加 工试件 最 小尺 寸为 直 径 高 西l 0 0 0 mm 1 0 0 0 mm。 1 试验机机械结构设计 为依靠光杠使试验机升降装置实现 “ 无限”导 程，在光杠和升降装置之间增加过盈弹性套 ，过盈弹 性套一般处于夹紧状态 。当向过盈 弹性套 内表面的环 形槽注入高压油时，就可以实现使涨开的过盈弹性套 和升降装置在光杠上 自由滑动。同时，在升降装置的 上方，在光杠上安装了一个开口弹性套，开口弹性套 一 般处 于 自由状态 ，当向与开 口弹性套连接在一起 的 液压缸 注入液压油时 ，它就处 于锁紧状态。开口弹性 套装置和过盈弹性套装置分别和提升油缸相联接 ，这 样通过开 口弹性套和过盈弹性套交替锁紧、松开 ，就 可以使过盈弹性套及其升降装置实现 “ 无限”导程， 即光杠有多长，升降装置就可以升降多高。 开 口弹性套承受的最大力是横梁重力 ；过盈弹性 套 承受横梁试验时的最大负载力 ，两立柱 的试验机过 盈套承受 1 ／ 2负载力 ，四立柱试验 机过盈套 承受 1 ／ 4 负载 力。 立柱与弹性套 的过盈 量 ，立柱直径为 6 2 0 0 l n l l l ， 每 个立 柱 承受 1 ／ 4最 大 负 载 1 5 0 0 k N左 右 ，过盈 套 与立柱 的过盈 量 为 0 ． 0 9～ 0 ． 1 3 a m就可满足要求 。 过 盈 套 采 用 4 0 C r材 料 ，调 质 处 理 ，壁 厚 为 4 0 m m，将 压 力 为 6 0 MP a 高油压加入过盈套 内，将 其涨开，然后在提升缸作 用下可任 意升降横梁。实 现 “ 无 限 ”导 程 的试验 机 升降装置如图 1所示，开 缸 图 1 实现 “ 无限”导程 的试验机升降装置 收稿 日期 2 0 0 9 0 31 3 作者简介关铁鹰 1 9 6 0 一 ，男，讲师，主要从事机械制造方面的教学和科研工作。联系人闫占辉，电话 0 4 3 1 8 5 7 1 1 3 04 ，E ma i l y a n z h a n h u i s o h u ． c o m。 第 6期 关铁鹰 等新型液压三轴试验机设计的两个关键问题 5 3 口弹性套及其组件如图2所示，过盈弹性套简图如图 3所示。 开 口 图2 开口弹性套及其组件 图 3 过盈弹性套简图 2 试验机液压系统设计 K Pl KP2 图 4试验机液压 系统原理 图 主要包括工况分析 、加载液压缸所受负载 、提升 液压缸所受负载、拟定液压系统原理图、 确定供油方 式、调速方式 、回路转换方式的选择等。其中重点是 油路压力 的调节 ，系统中由于使用 了过盈弹性套 ，过 盈弹性套需要 6 0～ 8 0 M P a的高压 ，而为了节省能量， 系统选用 的柱塞泵 的额 定压力 为 3 1 ． 5 M P a 。因而 系 统在这条支路上使用一增压器 ，使其产生过盈弹性套 所需的压力。试验机液压系统原理图如图4 所示，电 器元件真值表如表 1 所示。 表 1 电器元件动作真值表 动作名称 1 Y A 2 Y A3 Y A 4 墅 YA 量 至 5 Y 堡 A 6YA KP 一 1 KP2 液压系统回路及动作经试验没有任何问题 ，一次 供压为 2 0 MP a ，经过增 压器增 为 6 0 M P a ，增压 比为 1 3 ，有关密封元件采用组合密封即可。 图 5 液压系统电气控制原理图 3 试验机特点 1 采用 小行程油缸可将 横梁提 升到很大高度 ， 即立柱有多高，就可以将其提高到相应的高度，可实 现 “ 无 限” 导程。 2 光杠 自锁升降机构，解决了大型试验机丝 杠升降装置难 以制造 、精度差等 问题 ，在实际工程 中 具有广 阔的应用前景。 3 实践表明使用增压器可解决过盈弹性套所 需 的高压 。 参考文献 【 1 】陈希哲． 土力学地基基础[ M] ． 3版． 北京 清华大学出 版社 ， 1 9 9 8 ． 【 2 】李木国， 张群， 王静， 等． 大型液压伺服混凝土静动三轴 试验机 [ J ] ． 大连理工大学学报， 2 0 0 3 ， 4 3 6 8 1 2 8 1 7． 【 3 】段康廉， 赵阳升， 胡耀青． 1 O 0 0 t 真三轴试验机深基础沉 箱法施工技术[ J ] ． 太原理工大学学报， 2 0 0 2 ， 3 3 2 1 571 5 9． 【 4 】陈国兴， 朱定华， 何启智． 3 D S Z 一 1 型动三轴试验机研制 与性能试验[ J ] ． 地震工程与工程振动， 2 0 0 2 ， 2 2 6 7 1 75