[发明专利]电液谐振高频疲劳试验机及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种疲劳试验机及其控制方法。

背景技术

电液式疲劳试验机具有振动输出载荷大的特点，结构较大、载荷要求高的零部件一般都采用电液式疲劳试验机进行疲劳试验，但受伺服阀频宽限制，电液式疲劳试验机的工作频率在2Hz～100Hz之间。美国MTS公司与密西根理工大学联合研发一种音圈伺服阀控制方案，将电液疲劳试验系统工作频率提高到1000Hz，但是由于该阀先导和功率级阀口面积随系统频率提高而大幅衰减，系统振动频率、振幅及零点存在耦合干扰，难以实现高精度控制。中国浙江工业大学阮健教授团队采用2D高速转阀控制双出杆液压缸技术，已经成功将电液疲劳试验台的工作频率提高到2000Hz，但是该方案也存在系统高频段工作时，输出载荷力和振幅严重衰减问题。

发明内容

为了克服已有疲劳试验机高频段工作时输出载荷力和振幅严重衰减的不足，本发明提供一种高频段工作时保持输出载荷力和振幅、实现谐振疲劳试验的电液谐振高频疲劳试验机及其控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种电液高频疲劳试验机，包括工作台、设于工作台下方的二位三通双自由度电液控制阀、设于工作台下方的单出杆主液压缸、设于工作台上方两侧有两个立柱、设于工作台上方立柱外侧有两个升降保持液压油缸和设于工作台上方的横梁，所述二位三通双自由度电液控制阀的出油口与单出杆主液压缸的活塞杆无杆端腔连通，单出杆主液压缸的活塞杆无杆端安装用以测量所述单出杆主液压缸杆腔长度的位移传感器，所述单出杆主液压缸的活塞杆端与下夹头相连，所述两个升降保持液压油缸体底部与工作台相连，所述两个升降保持液压油缸活塞杆顶端与横梁相连，所述横梁可上下滑动地套装在立柱上，所述横梁中间与载荷传感器相连，所述载荷传感器下方与上夹头相连。

一种电液高频疲劳试验机实现的控制方法，所述控制方法中，根据所述位移传感器所测得所述单出杆主液压缸无杆腔长度y_p0，通过等式①算出电液疲劳试验机固有频率f₀，

f0=12πKLmt+EhA1mtyp0]]>①

式中：K_L为负载等效弹性刚度，N/m；m_t为等效质量，kg；E_h为液压弹性模量，MPa；A₁为活塞杆无杆腔侧端面积，m²；y_p0为液压缸无杆腔初始长度，m；

通过控制二位三通2D阀阀口轴向开度值和阀芯旋转速度，分别实现对电液谐振疲劳试验机所述单出杆主液压缸输出振动幅值控制和振动频率控制。通过对所述下夹头振动波形的测量与频谱分析，得到振动幅值反馈和振动频率反馈信号，对所述二位三通2D阀阀口轴向开度值和阀芯旋转速度值修正，使所述下夹头的振幅和振动频率达到既定要求。

本发明的技术构思为：般的电液伺服疲劳试验机是有电液伺服阀控制液压缸，液压缸对试件施加作用力，这种控制方式大部分能量损耗在伺服阀和溢流阀的节流口上，工作效率低、功耗大。谐振电液高频疲劳试验机工作时，试件吸收的能量几乎完全释放，高效、能耗小。通过升降保持液压油缸调节单出杆主液压缸无杆腔的容积，实现改变电液高频疲劳试验机的固有频率，实现电液高频疲劳试验机全频段谐振工作。

本发明的有益效果主要表现在：1、提出变谐振频率的技术方案，通过举升液压缸改变单出杆主液压缸无杆腔容腔的体积，来改变液压系统的固有频率，使系统谐振频率为可控；