中机试验丨材料疲劳试验机升降与锁紧技术

材料疲劳试验机要满足不同长度试样加载要求，需要具备试验空间可调功能。横梁的移动和固定是一项关键技术，既要保证横梁能够在加载时牢固锁紧，还要在移动时平稳顺畅。

横梁两端升降一致性直接影响着产品的受力同轴度，受力同轴度为主机关键技术参数之一。同轴度不好会导致以下几点问题：1）试样承受过大的侧向力，针对夹持方式不同，试样也会承受一定扭力，因此其值的大小对试验数据准确性起着至关重要的作用；2）影响主机夹具工装的使用寿命，造成试验事故以及财产的损失；3）造成力传感器的损坏，夹具工装与传感器为螺纹连接，在长时间疲劳载荷及较大的侧向力大作用下，螺纹极易产生损坏，导致工装与传感器无法拆卸，设备无法继续使用。

横梁的锁紧是保证稳定疲劳加载过程的重要一环，疲劳测试工况分为拉拉、拉压、压压三种工况，无论哪种工况都需要横梁在试验过程中保持稳定锁紧，以此保证加载的稳定性、加载精度；尤其对于电磁谐振高频疲劳试验机来说，横梁的锁紧不可靠会直接影响框架的刚度，对谐振状态造成干扰，直接导致试验数据不准确、试验保护中断，甚至无法起振的严重后果；

自导向框架

液压升降与锁紧

该种形式升降和锁紧功能采用液压动力实现，通常采用单出杆工程缸带动承载横梁或加载横梁上下移动，当移动到指定位置时，通过锁紧缸对横梁施加载荷，实现导向立柱的抱紧。

单出杆缸通常采用摩擦副密封形式，结构简单、运行平稳、工作可靠，常用于实现简单的往复运动。

采用锁紧缸对横梁施加载荷，实现导向立柱的抱紧。将有限元仿真技术应用到横梁机构的设计中，优化横梁结构和锁紧缸结构，实现锁紧可靠。

承载横梁组件在理论轴向静态载荷、锁紧载荷工况下的载荷施加位置及等效固定位置，如图1所示其中紫色箭头指向区域为锁紧载荷施加位置，总计2处，红色箭头指向区域为轴向载荷施加位置，绿色网格区域为等效固定位置，黄色网格区域为理论最大变形区，即等效应力最大区域。

图2 横梁升降与锁紧结构示意图

控制阀组是液压升降与锁紧的逻辑控制单元，通过不同功能液压阀的组合实现升降动作、速度控制，锁紧速度和自锁功能。

电动升降与丝杠锁定

外伺服电机通过驱动滚珠丝杠带动加载横梁的上升与下降，通过加载横梁的实现试验机垂向试验空间的调整，同时可实现静态力的预加载以及疲劳加载过程中静态力的补偿加载；横梁的锁紧是通过锁定丝杠转动实现的横梁位置不变。

横梁升降与锁紧的结构示意图如图2所示。

图2 横梁升降与锁紧结构示意图

横梁的升降速度即调节试验空间的速度取决于电机转速、效率以及传动过程中的减速比及传动效率；

滚珠丝杠以及中间多级传动环节均不具备自锁功能，加载横梁与支撑立柱的连接关系不适合做出切口和变形区，虽然导向立柱与加载横梁适合做此结构，但试验过程中需要存在伺服电机的实时补偿功能，因此此处锁紧与补偿加载存在时间差响应，容易出现失控或频率保护等异常问题；结合以上诸多问题，故此处使用带刹车的伺服电机，通过电机轴的锁止实现一连串的机械锁止。