專利名稱：350MPa超高壓疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及液壓疲勞試驗(yàn)系統(tǒng),更具體是說(shuō)是壓力容器和壓力管道350MPa超高壓 疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
超高壓容器和管道廣泛應(yīng)用于石油化工、液壓成型、采礦、新材料加工處理、軍工及其 它特殊場(chǎng)合，而這些超高壓容器或管道在使用過(guò)程中往往存在壓力疲勞現(xiàn)象，因此，對(duì)超高 壓容器或管道的疲勞強(qiáng)度研究具有重大的意義。
在疲勞試驗(yàn)研究中，目前主要采用兩種方式其一，用材料疲勞試樣或斷裂力學(xué)試樣的 試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)估算疲勞極限；其二，進(jìn)行結(jié)構(gòu)件或模擬結(jié)構(gòu)件的疲勞試驗(yàn)。超高壓容器及管道 的疲勞破壞是處在多向應(yīng)力狀態(tài)下，加上材料的各向異性、壓力介質(zhì)及工藝等因素的影響， 對(duì)其進(jìn)行研究就更加復(fù)雜?？梢?，采用第二種方式更能可靠地確定其疲勞極限，準(zhǔn)確地研究 其疲勞破壞規(guī)律。因此，國(guó)外先后建立了兩種類型的超高壓疲勞試驗(yàn)裝置，即專用型和通用 型，專用型以試件本身作為增壓器高壓缸體，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，控制方便，易于實(shí)現(xiàn)。目前 國(guó)外多采用這種形式。但是這種結(jié)構(gòu)形式使試件形狀、尺寸受到限制，適用范圍很窄，工藝 性較差，還存在一個(gè)易于損壞的頂部。而通用性裝置雖然可以對(duì)各種形狀及一定容積下不同 尺寸的試件進(jìn)行試驗(yàn)，適用范圍較廣，但其裝置組成和控制復(fù)雜， 一次性投資大。國(guó)內(nèi)從上 世紀(jì)70年代開始進(jìn)行此方面的試驗(yàn)研究。但是，由于試驗(yàn)系統(tǒng)的復(fù)雜性和控制技術(shù)等方面 的困難，國(guó)內(nèi)大多數(shù)的液壓疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)局限在32MPa以下，至今尚未獲得的達(dá)到350MPa 壓力級(jí)的超高壓容器疲勞極限數(shù)據(jù)
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種以模塊式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)、提高系統(tǒng)工作可靠的350MPa超高壓疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)，為超高壓容器或管道的疲勞強(qiáng)度 研究提供保證。
本實(shí)用新型解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是
本實(shí)用新型350MPa超高壓疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)由液壓系統(tǒng)、超高壓系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集控制系 統(tǒng)構(gòu)成。
本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是.
液壓系統(tǒng)以主油泵電機(jī)組為動(dòng)力源，由主供油管道、依序串聯(lián)設(shè)置在主供油管道中的高 壓過(guò)濾器、供油單向閥和三位四通換向閥構(gòu)成兩路交替工作的、為所述超高壓系統(tǒng)提供壓力
源的兩路輸油通道，在交替工作的兩路輸油通道中分別設(shè)置各路調(diào)速閥；液壓系統(tǒng)中的卸壓
通道由調(diào)速閥、三位四通閥、二位三通閥、卸壓通道溢流閥和風(fēng)冷器構(gòu)成；
超高壓系統(tǒng)以離心水泵提供增壓器的工作水源，在接入增壓器的供水管路中串聯(lián)設(shè)置過(guò) 濾器，在超高壓出水管路中依序串聯(lián)設(shè)置超高壓壓力表、安全閥和超高壓接頭；在超高壓系 統(tǒng)中的超高壓卸壓通道中設(shè)置可控卸壓閥和二位五通電磁閥；
數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)以設(shè)置在超高壓出水管路中的超高壓壓力傳感器和設(shè)置在液壓油箱 中的熱電偶為信號(hào)檢測(cè)器件。
與已有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果體現(xiàn)在
1、 本實(shí)用新型通過(guò)將液壓系統(tǒng)、超高壓系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)進(jìn)行模塊化設(shè)置，使 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)得到大大減化。
2、 本實(shí)用新型通過(guò)設(shè)置增壓器，可達(dá)到350MPa壓力級(jí)的超高壓，實(shí)現(xiàn)超高壓疲勞試驗(yàn)。
3、 本實(shí)用新型系統(tǒng)功能完善，單機(jī)可實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)壓力、疲勞頻率等試驗(yàn)參數(shù)調(diào)節(jié)與控制
單元操作。
4、 本實(shí)用新型可以選用柱塞式油泵以滿足系統(tǒng)對(duì)于最大工作壓力的要求，并且可在試
驗(yàn)前根據(jù)要求的壓力循環(huán)頻率通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)改變油泵的輸出流量。
5、 本實(shí)用新型考慮了以往常用的水冷卻器在環(huán)境溫度降低時(shí)易造成冷卻器損壞，采用
了風(fēng)冷冷卻器，提高系統(tǒng)工作的可靠性。
6、 本實(shí)用新型可以通過(guò)選用氣動(dòng)可控卸壓閥進(jìn)行超高壓卸壓，開啟速度快，有效減小
了超高壓卸壓液流沖擊，閥門使用壽命長(zhǎng)，可靠性高。

圖1為本實(shí)用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中標(biāo)號(hào)1液壓油箱、2空氣濾清器、3主油泵電機(jī)組、4高壓過(guò)濾器、5壓差發(fā)訊器、 6油路壓力表、7油路壓力傳感器、8供油管道溢流閥、9卸壓通道溢流閥、IO供油單向闊、 ll三位四通換向閥、12二位三通換向閥、13調(diào)速閥、14卸壓回路壓力表、15增壓器、16 超高壓壓力表、17安全閥、18超高壓壓力傳感器、19可控卸壓閥、20二位五通電磁閥、21 電接點(diǎn)壓力表、22水過(guò)濾器、23離心水泵、24水箱空氣濾清器、25水箱、26風(fēng)冷器、27
熱電偶、28超高壓接頭、29控制柜、3o計(jì)算機(jī)、i主供油管路、n輸油通道、m超高壓卸
壓通道、IV卸壓通道、V供水管路、VI超高壓出水管路。
以下通過(guò)具體實(shí)施方式
，結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述具體實(shí)施方式
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參見圖l，系統(tǒng)設(shè)置包括液壓系統(tǒng)、超高壓系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)
工作原理是通過(guò)液壓系統(tǒng)向超高壓系統(tǒng)中增壓器的低壓缸供應(yīng)壓力油，由供水管路提供 的低壓水經(jīng)增壓器增壓，產(chǎn)生超高壓水通過(guò)超高壓接頭輸送到超高壓試驗(yàn)段內(nèi)，模擬超高壓 系統(tǒng)工作時(shí)受到的壓力循環(huán)，檢驗(yàn)其疲勞壽命與極限是否能夠滿足使用要求。
具體實(shí)施中，液壓系統(tǒng)以主油泵電機(jī)組3為動(dòng)力源，由主供油管道I、依序串聯(lián)設(shè)置在 主供油管道I中的高壓過(guò)濾器4、供油單向閥10、三位四通換向閥11構(gòu)成交替工作的兩路 輸油管路n，為超高壓增壓器低壓缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)提供壓力源；三位四通換向閥11、 二位三
通換向閥12、卸壓通道溢流閥9、風(fēng)冷器26至液壓油箱1構(gòu)成卸壓回路IV，設(shè)置卸壓回路 壓力表14。主油泵采用柱塞式油泵，為變量泵，可在試驗(yàn)前根據(jù)疲勞實(shí)驗(yàn)要求的壓力循環(huán) 頻率手動(dòng)調(diào)節(jié)泵的輸出流量；或者也可通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)改變油泵的輸出流
系統(tǒng)工作時(shí)，由柱塞式油泵將系統(tǒng)油箱1中的液壓油加壓后，在經(jīng)過(guò)高壓過(guò)濾器4精細(xì) 過(guò)濾后輸送到系統(tǒng)油路內(nèi)，系統(tǒng)的工作壓力由設(shè)置在柱塞式油泵出口處的供油管道溢流閥8 進(jìn)行控制，并可通過(guò)油路壓力表6和油路壓力傳感器7以及二次儀表同時(shí)顯示在工作臺(tái)上。 之所以同時(shí)選擇油路壓力表6和油路壓力傳感器7同時(shí)作為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作壓力的元件，是為 了防止使用過(guò)程中，油路壓力傳感器7的零位漂移而造成監(jiān)測(cè)不準(zhǔn)確，同時(shí)使用可保證檢測(cè) 結(jié)果準(zhǔn)確可靠，油路壓力傳感器7可以采用電接點(diǎn)壓力表。
在系統(tǒng)液壓油箱1的側(cè)壁安裝液位計(jì)以顯示液壓油箱1內(nèi)的油位，液壓油箱1的頂部安 裝有空氣濾清器2以保證箱內(nèi)氣壓與大氣壓保持一致。液壓油箱1的側(cè)壁中部還安裝有熱電 偶27以監(jiān)測(cè)箱內(nèi)油溫。當(dāng)油溫過(guò)高時(shí)，該傳感器向控制系統(tǒng)發(fā)出訊號(hào)，啟動(dòng)箱體側(cè)壁上安 裝的風(fēng)冷器26進(jìn)行散熱，當(dāng)油溫降到系統(tǒng)所設(shè)定的溫度后，風(fēng)冷卻器26自動(dòng)停止，以保 證油溫不超過(guò)系統(tǒng)所設(shè)定的溫度。系統(tǒng)內(nèi)使用風(fēng)冷冷卻器可以有效避免冷卻器因水結(jié)凍而損 壞。
在高壓過(guò)濾器4上安裝壓差發(fā)訊裝置5，當(dāng)高壓過(guò)濾器4的濾芯堵塞造成進(jìn)出口壓力差 超出設(shè)定值時(shí)，壓差發(fā)訊裝置5能夠自動(dòng)發(fā)訊號(hào)，提醒操作者及時(shí)更換濾芯，以防止濾芯破 損造成污染雜質(zhì)進(jìn)入系統(tǒng)主壓力油管內(nèi)形成更大的損壞。
所有液壓系統(tǒng)的元件全部集中安裝到油盤上，各控制閥采用集成式安裝。這樣既可以縮 小系統(tǒng)的占地面積，也便于更換和檢修維護(hù)。
圖1所示，超高壓系統(tǒng)由水箱25、離心水泵23、水過(guò)濾器22、超高壓增壓器15、可 控卸壓閥19、超高壓壓力表16、超高壓壓力傳感器18、安全閥17、 二位五通電磁閥20、 供水管路V、超高壓出水管路VI和超高壓卸壓通道ni組成。通過(guò)離心水泵23、水過(guò)濾器22、 供水管道V將水箱25中的水輸送至超高壓增壓器15，在供水管道V中設(shè)置電接點(diǎn)壓力表
21，來(lái)自兩路輸油通道II的液壓油分送在超高壓增壓器15的兩只液壓油端口，推動(dòng)超高壓 增壓器低壓缸內(nèi)的大活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，大活塞帶動(dòng)與之連成一體的超高壓缸內(nèi)的小活塞運(yùn)動(dòng)， 從而產(chǎn)生超高壓水，并通過(guò)超高壓增壓器15的超高壓出口以及超高壓接頭28送往試件，
在水箱25的頂部安裝有水箱空氣濾清器24，以保證箱內(nèi)氣壓與大氣壓一致。
超高壓卸壓是以試件為壓力源，由二位五通電磁閥20控制可控卸壓閥19開啟超高壓卸 壓通道III完成可控卸壓。
數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)主要有兩個(gè)功能，其一是通過(guò)計(jì)算機(jī)30和控制柜29控制系統(tǒng)內(nèi)所 有部件的運(yùn)轉(zhuǎn)和動(dòng)作，包括主油泵3的啟停、三位四通換向閥11的換向、超壓保護(hù)和報(bào)警 等功能；其二是試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集記錄和曲線顯示，包括時(shí)間、壓力、循環(huán)次數(shù)、壓力-時(shí)間 曲線等。在液壓系統(tǒng)中，以主油泵電機(jī)組3采用變量供油方式，可在試驗(yàn)前根據(jù)要求的壓力 循環(huán)頻率通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)改變輸出流量。系統(tǒng)的工作壓力由供油管道溢流 閥8控制。
具體實(shí)施中，數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)采用可編程控制器(PLC)為主控制元件，可以減少系 統(tǒng)中電線電纜的接頭數(shù)量，增加系統(tǒng)可靠性；同時(shí)，通過(guò)更改控制程序即可更改其控制功能， 便于系統(tǒng)功能的擴(kuò)展，增加系統(tǒng)的靈活性。
對(duì)于數(shù)據(jù)采集和記錄部分，系統(tǒng)內(nèi)共設(shè)置四個(gè)通道的數(shù)據(jù)采集口，其中一個(gè)通道用于采 集液壓系統(tǒng)工作壓力以及超高壓部分工作壓力， 一個(gè)通道用于采集應(yīng)變傳感器測(cè)量的應(yīng)變信 號(hào)，另外兩個(gè)通道暫時(shí)用于備份，等待以后的擴(kuò)展。
本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)四種工作狀態(tài)
1、 升壓一次完成，卸壓至O的疲勞試驗(yàn)工作狀態(tài)；
2、 升壓一次完成，卸壓不為0的疲勞試驗(yàn)工作狀態(tài)；
3、 多次完成升壓，卸壓至0的疲勞試驗(yàn)工作狀態(tài)；
4、 多次完成升壓，卸壓不為0的疲勞試驗(yàn)工作狀態(tài)。
系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)
設(shè)計(jì)壓力420MPa 連續(xù)最大輸出壓力414MPa 超高壓段壓力循環(huán)幅度0~350MPa 高壓缸直徑22.23mm 低壓缸直徑101.6mm 最大行程114.3mm
理論增壓比(高低壓缸柱塞面積比)1 :20
最大壓力循環(huán)頻率20次/min (可調(diào))
基本工作狀態(tài)四種 超高壓系統(tǒng)介質(zhì)清潔水
液壓系統(tǒng)介質(zhì)N46機(jī)械油 液壓系統(tǒng)最高工作壓力21 MPa
權(quán)利要求1、350MPa超高壓疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)，由液壓系統(tǒng)、超高壓系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)構(gòu)成，其特征是所述液壓系統(tǒng)以主油泵電機(jī)組(3)為動(dòng)力源，由主供油管道(I)、依序串聯(lián)設(shè)置在主供油管道(I)中的高壓過(guò)濾器(4)、供油單向閥(10)和三位四通換向閥(11)構(gòu)成兩路交替工作的、為所述超高壓系統(tǒng)提供壓力源的兩路輸油通道(II)，在所述交替工作的兩路輸油通道(II)中分別設(shè)置各路調(diào)速閥(13)；所述液壓系統(tǒng)中的卸壓通道(IV)由所述調(diào)速閥(13)、三位四通閥(11)、二位三通閥(12)、卸壓通道溢流閥(9)和風(fēng)冷器(26)構(gòu)成；所述超高壓系統(tǒng)以離心水泵(23)提供增壓器(15)的工作水源，在接入增壓器(15)的供水管路(V)中串聯(lián)設(shè)置過(guò)濾器(22)，在超高壓出水管路(VI)中依序串聯(lián)設(shè)置超高壓壓力表(16)、安全閥(17)和超高壓接頭(28)；在所述超高壓系統(tǒng)中的超高壓卸壓通道(III)中設(shè)置可控卸壓閥(19)和二位五通電磁閥(20)；所述數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)以設(shè)置在超高壓出水管路(VI)中的超高壓壓力傳感器(18)和設(shè)置在液壓油箱(1)中的熱電偶(27)為信號(hào)檢測(cè)器件。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的350MPa超高壓疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是在所述主供油管道 (I )中同時(shí)油路壓力表(6)和油路壓力傳感器(7)作為系統(tǒng)工作壓力的監(jiān)測(cè)元件。
專利摘要350MPa超高壓疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)，由液壓系統(tǒng)、超高壓系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)構(gòu)成，其特征是液壓系統(tǒng)以主油泵電機(jī)組為動(dòng)力源，由主供油管道、依序串聯(lián)設(shè)置在主供油管道中的高壓過(guò)濾器、供油單向閥和三位四通換向閥構(gòu)成兩路交替工作并為超高壓系統(tǒng)提供壓力源的兩路輸油通道；超高壓系統(tǒng)以離心水泵提供增壓器的工作水源，在超高壓出水管路中依序串聯(lián)設(shè)置超高壓壓力表、安全閥和超高壓接頭。
文檔編號(hào)G01N3/10GK201069424SQ20072004124
公開日2008年6月4日 申請(qǐng)日期2007年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月1日
發(fā)明者姚佐權(quán), 鵬 徐, 楊小林, 秦宗川, 陳學(xué)東 申請(qǐng)人:合肥通用機(jī)械研究院