轴瓦疲劳试验机的研制

　　对于轴瓦材料疲劳强度的测定,国外大多都有各自研制的轴瓦测试试验机,其中又以1949年英国内燃机研究会设计制造的Sapphire液压加载试验机(又名“蓝宝石试验机”)最具代表性。但目前在国内还没有技术较为成熟的轴瓦疲劳试验机,而进口国外试验机的成本又过高。出于提高中国汽车零部件产品质量和水平、打破国外的技术垄断、降低轴瓦疲劳试验成本的目的,本文作者研制出了基于LabVIEW软件控制平台的轴瓦疲劳试验机。

　　1　硬件部分设计

　　轴瓦疲劳试验机的工作原理[2]是:在某一起始载荷下运转20 h (3.6×106次循环)后,停机检查,如无疲劳迹象,则在更高一级的载荷下(增量为7MPa)再运转20 h,如此反复,直至试验轴瓦发生疲劳损坏,用发生疲劳破坏时的载荷除以试验轴瓦的投影面积,即可得到该种材料的疲劳强度。

　　1.1　试验头的结构设计

　　为了能够对轴瓦施加周期性的正弦单脉冲载荷,试验主轴采用了偏心设计(图1)。当试验主轴转动时,偏心轴段就能驱动连杆活塞组在液压缸内作往复移动,此时对活塞施加的载荷就会成为正弦单脉冲载荷施加在试验轴瓦上。

　　在进行实际疲劳试验时,上加载p1处于空载状态。当发生疲劳损坏时,根据受力分析可推导出轴瓦疲劳强度P与活塞受力p2的关系:

　　式中,活塞面积A、试验轴瓦投影面积B均为已知,因此只要试验得出轴瓦疲劳损坏时的加载p2就可知道试验轴瓦的疲劳强度P。

　　考虑到在试验过程中,带动主轴转动的电机转速高达3 000 r/min,即试验轴瓦所受到的正弦单脉冲载荷的周期为0.02 s,为了具有较好的响应频率,让试验采集到的数据不失真,采用具有高频特性的电阻应变片来采集试验轴瓦的载荷数据。电阻应变片被粘贴在连杆杆身上,通过测试连杆的载荷直接获得试验轴瓦的载荷。试验表明,电阻应变片采集到的数据很好地满足了设计要求。

　　1.2　液压系统结构设计

　　液压系统主要由4个回路构成(图2): P1为2个油箱的循环回路, P2为下加载液压回路, P3为各轴承的润滑油回路, P4为上加载液压回路。为了减少进油压力的波动,在P2、P4总管上分别设有储能器以吸收进油压力脉冲。

　　各供油管路按照试验的要求,设有各自的监测元件,如压力、温度等监测元件,来调节系统各部的压力、温度、流量值等。

　　1.3　数据采集板卡的选择

　　试验机数据的采集是通过装有凌华数据采集卡PCI29111DG和PCI29112的工控机来实现的。各轴瓦温度、试验轴瓦进油温度、主电机电流和试验轴瓦所受的上、下载荷等模拟信号是通过2个数据采集板卡的模拟输入端口采集得到。而程序的操作控制指令则通过它们的数字输出端口输出给隔离继电器,然后到中间继电器和执行机构以达到控制的目的。