新型液压三轴试验机设计的两个关键问题

　　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。

　　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=1 000 mm×1 000 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/负载力。

　　立柱与弹性套的过盈量,立柱直径为φ200 mm,每个立柱承受1/4最大负载1 500 kN左右,过盈套与立柱的过盈量为0·09~0·13 mm就可满足要求。过盈套采用40Cr材料,调质处理,壁厚为40 mm,将压力为60 MPa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.