ZQP-30000型曲轴疲劳试验台研制

赵洪昌，谷春华，尹廷林

(长春机械科学研究院有限公司，吉林 长春 130103)



ZQP-30000型曲轴疲劳试验台研制

赵洪昌，谷春华，尹廷林

(长春机械科学研究院有限公司，吉林 长春 130103)

摘要：ZQP-30000型曲轴疲劳试验台是通过电磁共振原理进行工作的，主要用来测试曲轴在弯曲疲劳状态下的性能，主要用于曲轴疲劳强度评估试验、新设计、变更工艺、变更材料、产品质量抽检及其它可能引起疲劳显著变化等情况。

关键词：曲轴；扭转；疲劳；力学特征；大型液压夹具

1引言

随着大型客机、船舶等交通运输工具的制造规模越来越大，以及国有自主品牌的研制与开发越来越国有化和现代化，对相关的设备和使用的零部件力学性能要求也越来越高，需要研发和测试的内容也会逐渐增加，核心部件大型发动机和压缩机的曲轴性能测试更是急待解决。目前，国内对曲轴性能测试的直径都是小于200mm的试验设备，ZQP-30000型曲轴疲劳试验台可以填补这方面的空白，此试验台与同类设备相比，在以下几方面具有创新性和优越性：

(1)主机采用30kN激振器作为动力源，性能稳定可靠。激振器振头角度可调，可以垂直工作，也可以水平工作。激振器配备功放柜、冷风机等。

(2)悬挂系统采用移动式行车吊装夹具，吊装移动方便，试件横向、纵向调整也比较便捷。

(3)试件工装夹具采用液压夹具形式，液压夹具采用楔形结构，由超高压油泵供油。

2ZQP-30000型曲轴疲劳试验台的主要技术指标

(1)最大激振力：30000N；

(2)最大输出功率：30kVA；

(3)工作频率范围：5-2000Hz；

(4)频率指示分度：0.01Hz；

(5)长期连续运行能力107h，断电后具有记忆功能。

3试验台的机械结构及试验安装操作

试验台的机械结构包括行车、吊具、台架、激振器、风冷却系统、曲轴弯曲夹具、曲轴扭转夹具、电控柜(包括功率放大器、函数发生器、动态应变仪)，如图1所示。

1.平衡梁　2.钢丝绳　3.弯曲夹具　4.弯曲标定装置 5.激振器　6.吊装行车　7.扭转夹具　8.扭转夹具轴承座 9.振杆　10.支撑座　11.扭转标定装置图1　ZQP-30000型曲轴疲劳试验台主机结构图

3.1弯曲试验安装操作说明

(1)先将曲轴试件一端装入工装，再将另一端装入工装另一侧。将试件调正，即将贴应变片的一侧转到正上方。对于手动夹具，在拧紧紧固螺钉时，需要多次循环拧紧，直到所有螺钉达到紧固要求；对于液压夹具，只需按夹紧按钮即可。

(2)将装好曲轴试样的工装用行车吊起，先将振杆一端与过渡盘连接好，再将螺纹另一端旋入工装端，但螺母不紧固，微调行车，将过渡盘的安装孔对准激振器的安装孔，旋入螺钉并紧固，最后旋紧工装端的螺母紧固。

(3)将加速度传感器吸到工装振臂的外侧，接好应变片信号线，即可准备试验。

3.2弯曲标定操作说明

(1)将校力装置放置于台面上，将校力接头旋入振臂上的螺纹孔内，将装好曲轴试件的工装往下落，校力接头与传感器压头对正。

(2)将千斤顶油管接好，压动千斤顶手压泵的压杆，使千斤顶压头伸出，即可进行加载。压振臂时，观察与传感器连接的显示仪表并读数。

(3)将力臂长度和加载力值的乘积与软件显示的弯矩进行比对进行标定。

3.3扭转试验安装操作说明

(1)先将曲轴试件一端装入扭转工装，再将另一端装入工装另一侧。将试件调正，即将贴应变片的一侧转到正上方。拧紧紧固螺钉时，需要多次循环拧紧，直到所有螺钉达到紧固要求。

(2)将装好曲轴试样的工装通过轴承装至轴承座上，再将轴承座装在扭转工装支座上，调整位置，使振杆的过渡盘上的安装孔与激振器上的安装孔对准，微调振杆使振臂接近水平，然后紧固(如图2所示)。

图2　扭转试验安装示意图

(3)将加速度传感器吸到工装振臂的上侧，接好应变片信号线，即可准备试验。

3.4扭转标定操作说明

(1)将校力装置放置于台面上，将轴承座和安装板以及承载装置固定在平台上，调整好位置，使扭转工装振臂一边上面顶在传感器上，另一边下侧顶在千斤顶上。

(2)将千斤顶油管接好，压动千斤顶手压泵的压杆，使千斤顶压头伸出，即可进行加载。压振臂时，观察与传感器连接的显示仪表并读数，如图3所示。

图3　扭矩标定示意图

(3)将力臂长度和加载力值的乘积与软件显示的扭矩进行比对进行扭矩标定。

4电气系统

4.1电气原理

在计算机上首先设定一频率及幅值信号给信号发生器，信号发生器输出该频率与幅值信号给功率放大器，功率放大器驱动激振器使曲轴装置做强迫振动，计算机实时监视放大器板卡(动态应变仪)的输出信号及功率放大器的输出电流，根据二者的变化情况来控制信号发生器的输出频率及幅度，在输出功率一定的情况下，电流最小时的振动频率即为共振频率，即通过自动扫描共振频率，实现共振；通过功率放大器进一步调整输出功率，从而达到试验要求。原理方框图如图4所示。

图4　电气原理图

4.2应变片的标定

静态标定：在被测曲轴上贴上电阻应变片，通过标定装置标定应变片输出的电压信号与曲轴弯矩值对应关系，确定曲轴所受弯矩或扭矩。

(1)正确装夹好曲轴试件；

(2)按正确的方法在曲轴上贴好应变片，并焊好引出线，与应变仪桥盒正确连接，并牢固接好地线；

(3)装好静态标定夹具装置及测力传感器(此时测力传感器显示仪表示值应为零，否则应清零)；

(4)加力于测力传感器至预加负载，撤去负载后，重新调整动态电阻应变仪静态零点；

(5)再次加力于测力传感器至预加负载，记录动态应变仪读数及计算机软件上弯矩示值，撤去负载；

(6)撤去静态标定装置，调整动态电阻应变仪零点，准备进行动态试验。

5结束语

目前，此种大型曲轴弯曲及扭转试验设备在国内尚属首台，因此市场发展前景可观，应用领域会逐渐拓宽。

参考文献

[1]汪克廉.扭转试验及扭转试验机[J].试验技术与试验机,1993,33(3):7-15.

[2]GB/T9370-1999扭转试验机技术条件[S].

[3]GB/T239-1999金属线材扭转试验方法[S].

[收稿日期]2016-03-03

[作者简介]赵洪昌(1979-)，男，工程师，主要研究方向：机械设计。

中图分类号：TH87

文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1674-3407.2016.02.014

Development of ZQP-30000 Crankshaft Fatigue Testing Machine

Zhao Hongchang, Gu Chunhua, Yin Tinglin

(Changchun Research Institute for Mechanical Science Co., Ltd. Changchun 130103, Jilin, China)

Abstract：ZQP crankshaft fatigue testing machine, which works according to the magnetic resonance principle, is the testing equipment which is mainly used to test the bending fatigue performance of crankshaft. The testing equipment is usually used for the crankshaft fatigue strength assessment, new design, material and technical change, supplier identification, sampling inspection of product quality and other conditions of significant fatigue change, and so on.

Keywords:crankshaft; torsion; fatigue; mechanical feature; large hydraulic fixture