电液四轴高频疲劳强度试验系统研究

　　0　引言

　　高频疲劳试验作为现代工业的一项基础试验和产品研发的重要手段,广泛应用于许多重要工程领域,如空空导弹发射架、火箭和人造卫星发射台的疲劳试验、飞机发动机叶片的疲劳寿命试验等[1-3]。一般说,疲劳问题都是由材料或结构疲劳上微小裂纹引起的。当试验件受到振动载荷时,将导致裂纹扩展,最终导致疲劳破坏。试验件受到的振动载荷一般都是高的平均载荷和低载荷幅值的。疲劳破坏受到载荷都是高频率和低幅值的,因此实际的测试数据非常缺乏。传统的疲劳系统[4]采用喷嘴挡板伺服阀等作为其控制元件,这些疲劳试验件的整个生命周期很难通过传统的试验设备获得。为了能满足以上要求,同时对试验件的高频特性进行研究,研制出一种新型的电液四轴高频疲劳强度试验系统。

　　1　电液四轴高频疲劳试验系统

　　1·1　试验系统结构介绍

　　四轴疲劳强度试验系统如图1所示,由4个电液激振器Ⅰ-Ⅳ、被加载对象、液压缸摇座、上下连接杆等组成。水平和垂直方向各有两个电液激振器,每个电液激振器由双出杆液压缸、载荷传感器、位移传感器、2D高频激振阀(简称2D阀)、偏置控制阀等组成(见图2)。液压杆活塞杆一端通过载荷传感器与下连接杆连接,载荷传感器用于测量液压缸的输出推力;位移传感器连接在液压缸活塞杆的另一端,测量活塞的输出位移。液压缸安装座由上安装块和下安装块组成,上下安装块分别与液压缸和基础刚性相连,上下安装块经圆柱销连接在一起,保证安装在液压缸安装座上的电液激振器(液压缸)在某一方向可以以一定的角度摆动,减少激振时水平与垂直方向的耦合影响。被加载对象上部通过上连接杆与基础相连,下部通过下连接杆和载荷传感器与液压激振缸相连。2D阀和偏置控制阀通过阀块安装在液压缸安装座上(图中未画)。液压缸活塞杆的运动由2D阀和偏置控制阀控制。2D阀用于控制液压缸进行高频激振,包括激振频率、幅值和相位的控制。偏置控制阀用于控制激振平均输出推力的大小。被加载对象与液压缸活塞杆进行刚性连接。因此,作用在被加载对象上的载荷也由2D阀和偏置控制阀决定。图1所示的四轴疲劳强度试验系统为四自由度振动台。当水平方向的2个电液激振器输出推力的相位相等;垂直方向的2个电液激振器输出推力的相位也相等时,加载对象只作水平和垂直2个方向的运动,为二自由度系统。反之,当水平或垂直方向的电液激振器输出推力的相位不等时,加载对象除了作水平和垂直运动外,还包括两个方向的扭转运动,为四自由度系统。

　　1·2　2D高频电液激振器