单向液压脉动疲劳试验机负荷频率测量新方法

　　0　引言

　　疲劳失效是机械零件失效的主要形式。研究零件疲劳失效的原因、对策及其测试方法,是提高机械零件质量的重要途径。疲劳试验作为目前测定和检验零件疲劳性能的一种有效技术手段,被广泛应用于航空航天、机车车辆、建筑桥梁等许多领域中。试验中,为了能够准确获得试件的疲劳特性,往往需要按照一定级数载荷谱对试件进行加载疲劳。其中负荷频率是载荷谱中一项关键性技术参数,对整个疲劳试验的准确性及有效性都起着十分重要的作用。

　　传统单向液压脉动疲劳试验机负荷频率信号的检测方式,主要通过三相交流测速发电机完成。三相交流测速发电机将感应输出交变电压信号,通过外部或内部桥式整流、分压电路　　处理后再送入模拟仪表显示,或经过A/D转换进入微机系统处理。这种信号测取模式主要缺点在于,频率测量精度受限于测速发电机本身,且信号转换环节多,传输慢,不利于检测精度与　　速度的同步提高。此外,频率测量精度的不足一定程度上造成频率无级调节上的困难,因而影响着整个疲劳试验程控加载的质量与水平。

　　为此,文中提出一种经济有效的负荷频率测量方案,并在国产PMS-500试验机上进行了实际测试,效果明显。

　　1　信号的拾取方式与处理方法

　　动、静负荷是疲劳试验两项重要测量参数。其信号一般取自液压系统脉动管路,利用压力传感器测出压力波形(正弦波形)的上峰值与下峰值,再根据总负荷为脉动负荷在静负荷值基础之上的叠加,便可计算出动、静负荷值。设Pe为静负荷即平均负荷,Pmax为最大负荷值,Pmin为最小负荷值,有

　　考虑在负荷测量的同时,如果能将脉动负荷频率信号提取出来,则是测量负荷频率最为理想方式。故采取以下方法:在采样负荷信号时,将压力传感器输出的总负荷信号经前置放大、跟随处理后,与式(1)计算所得的Pe对应的电压信号,一同送入电压比较器进行比较,得到一系列脉冲信号,然后经整形处理后对其定时累积,便可得出所要求的脉动频率值。为了对幅度微小的负荷频率信号也能准确计量,必须提高静负荷Pe测量的准确度。基于这一思路,测量负荷的峰值便成为测量Pe及提取频率信息首要解决的问题。

　　依据采样定律,在动负荷变化的一个周期内,要确保足够多的采样点数量,才能有效捕捉到脉动信号的上、下峰值。鉴于文中所述试验机脉动负荷最高频率只有8 Hz,而A/D转换器选择转换速度较快的12位AD574A,在负荷变化的一个周期内,至少可以采样4 000多点,完全可保证采集到满足要求的负荷信号的上峰值与下峰值,这在实践中也得到了充分验证。