光杠自鎖三軸試驗機液壓系統設計

閆占輝，陳志紅

(長春工程學院機電學院，吉林長春 130012)

現有的大型壓力試驗機，其升降裝置一般采用絲杠轉動帶動橫梁直線運動，或采用液壓缸直接帶動橫梁升降，這兩種試驗機都適合小尺寸試樣。為提高檢測精度，盡量采用大試塊進行壓縮試驗。如果試樣尺寸較大，需要采用大尺寸的絲杠，或者采用大尺寸的液壓缸。二者的缺點是零件尺寸大，難加工，強度、性能難保證。結合工程實際對大尺寸試件進行三軸壓縮試驗的需要，設計了一種利用液壓系統，采用光杠自鎖，通過與在立柱上的可漲開過盈彈性套和可鎖緊開口彈性套的交替運動實現橫梁大導程的三軸試驗機。

1 光杠自鎖工作原理

為依靠光杠而不是絲杠使試驗機升降裝置實現大導程，在光杠上聯接過盈彈性套，過盈彈性套無漲開壓力時處于夾緊狀態，當向過盈彈性套內表面的環形槽施加高壓油時，就可以實現使漲開的過盈彈性套及與它相聯接的升降裝置在光杠上自由滑動。同時，在升降裝置的上方，在光杠上安裝了一個開口彈性套，開口彈性套無液壓壓力時處于自由狀態，當向與開口彈性套連接在一起的液壓缸注入液壓油時，它就處于鎖緊狀態。開口彈性套裝置和過盈彈性套裝置分別和提升油缸相聯接，這樣通過開口彈性套和過盈彈性套交替鎖緊、松開，與提升油缸相配合就可以使過盈彈性套及其升降裝置實現大導程，即光杠多長升降裝置就可以升多高，這些動作都要靠液壓控制實現，其結構如圖1及圖2所示，圖3為開口彈性套裝置，圖4為試件加壓裝置。

圖1 試驗機機械結構

圖2 光杠自鎖升降裝置局部放大圖

圖3 開口彈性套裝置截面圖

圖4 試件加壓裝置

立柱與彈性套的過盈量合理值可通過FEM方法得出，當4個立柱共承受最大負載為600 kN，立柱直徑為φ200 mm時，過盈套與立柱的過盈量為0.12mm就可滿足要求。用60 MPa壓力加入過盈套內，將其漲開，然后在提升缸作用下可任意升降橫梁。

2 液壓系統設計

液壓系統完成的動作包括:過盈彈性套的漲開，開口彈性套的鎖緊，提升缸的升降，試件的加載與卸載，液壓系統原理如圖5所示，主要閥類元件列于表1，得到的系統裝配圖如圖6所示。電氣元件動作真值表如表2所示，液壓系統控制電路如圖7所示。

經試驗液壓系統回路沒有任何問題，一次供壓為20 MPa，經過增壓器增為60 MPa，增壓比為1∶3，有關密封元件采用組合密封即可。

圖5 試驗機液壓系統原理圖

表1 選擇主要閥類元件

圖6 試驗機液壓系統裝配圖

表2 電氣元件動作真值表

圖7 試驗機液壓系統控制電路

3 結束語

設計的光杠自鎖裝置，實現了與立柱相聯結的可漲開過盈彈性套和可鎖緊開口彈性套與提升油缸的交替運動，實現了橫梁的大行程。

通過液壓方式實現橫梁移動與自鎖的新型三軸試驗機，解決了橫梁大尺寸升降與自鎖問題。設計的液壓系統可完成橫梁的升降運動與準確定位，試件的預壓與卸載，開口彈性套、過盈彈性套的漲開與鎖緊等動作。

光杠自鎖三軸試驗機在土木工程、地質工程等領域具有廣闊的應用前景。

【1】楊培元，朱福元.液壓系統設計簡明手冊［M］.北京:機械工業出版社，2011.

【2】閆占輝，王學英.新型光杠自鎖升降裝置在液壓三軸試驗機中的應用［J］.機床與液壓，2008，36(2):88 －90.

【3】宋麗華，毛君.四柱式液壓機液壓系統設計［J］.機床與液壓，2009，37(6):106 －108.

【4】李忠良，閆春艷.帶式輸送機張緊裝置液壓系統的設計［J］.液壓與氣動，2012，22(6):8－10.