光杠自锁三轴试验机液压系统设计

闫占辉，陈志红

(长春工程学院机电学院，吉林长春 130012)

现有的大型压力试验机，其升降装置一般采用丝杠转动带动横梁直线运动，或采用液压缸直接带动横梁升降，这两种试验机都适合小尺寸试样。为提高检测精度，尽量采用大试块进行压缩试验。如果试样尺寸较大，需要采用大尺寸的丝杠，或者采用大尺寸的液压缸。二者的缺点是零件尺寸大，难加工，强度、性能难保证。结合工程实际对大尺寸试件进行三轴压缩试验的需要，设计了一种利用液压系统，采用光杠自锁，通过与在立柱上的可涨开过盈弹性套和可锁紧开口弹性套的交替运动实现横梁大导程的三轴试验机。

1 光杠自锁工作原理

为依靠光杠而不是丝杠使试验机升降装置实现大导程，在光杠上联接过盈弹性套，过盈弹性套无涨开压力时处于夹紧状态，当向过盈弹性套内表面的环形槽施加高压油时，就可以实现使涨开的过盈弹性套及与它相联接的升降装置在光杠上自由滑动。同时，在升降装置的上方，在光杠上安装了一个开口弹性套，开口弹性套无液压压力时处于自由状态，当向与开口弹性套连接在一起的液压缸注入液压油时，它就处于锁紧状态。开口弹性套装置和过盈弹性套装置分别和提升油缸相联接，这样通过开口弹性套和过盈弹性套交替锁紧、松开，与提升油缸相配合就可以使过盈弹性套及其升降装置实现大导程，即光杠多长升降装置就可以升多高，这些动作都要靠液压控制实现，其结构如图1及图2所示，图3为开口弹性套装置，图4为试件加压装置。

图1 试验机机械结构

图2 光杠自锁升降装置局部放大图

图3 开口弹性套装置截面图

图4 试件加压装置

立柱与弹性套的过盈量合理值可通过FEM方法得出，当4个立柱共承受最大负载为600 kN，立柱直径为φ200 mm时，过盈套与立柱的过盈量为0.12mm就可满足要求。用60 MPa压力加入过盈套内，将其涨开，然后在提升缸作用下可任意升降横梁。

2 液压系统设计

液压系统完成的动作包括:过盈弹性套的涨开，开口弹性套的锁紧，提升缸的升降，试件的加载与卸载，液压系统原理如图5所示，主要阀类元件列于表1，得到的系统装配图如图6所示。电气元件动作真值表如表2所示，液压系统控制电路如图7所示。

经试验液压系统回路没有任何问题，一次供压为20 MPa，经过增压器增为60 MPa，增压比为1∶3，有关密封元件采用组合密封即可。

图5 试验机液压系统原理图

表1 选择主要阀类元件

图6 试验机液压系统装配图

表2 电气元件动作真值表

图7 试验机液压系统控制电路

3 结束语

设计的光杠自锁装置，实现了与立柱相联结的可涨开过盈弹性套和可锁紧开口弹性套与提升油缸的交替运动，实现了横梁的大行程。

通过液压方式实现横梁移动与自锁的新型三轴试验机，解决了横梁大尺寸升降与自锁问题。设计的液压系统可完成横梁的升降运动与准确定位，试件的预压与卸载，开口弹性套、过盈弹性套的涨开与锁紧等动作。

光杠自锁三轴试验机在土木工程、地质工程等领域具有广阔的应用前景。

【1】杨培元，朱福元.液压系统设计简明手册［M］.北京:机械工业出版社，2011.

【2】闫占辉，王学英.新型光杠自锁升降装置在液压三轴试验机中的应用［J］.机床与液压，2008，36(2):88 －90.

【3】宋丽华，毛君.四柱式液压机液压系统设计［J］.机床与液压，2009，37(6):106 －108.

【4】李忠良，闫春艳.带式输送机张紧装置液压系统的设计［J］.液压与气动，2012，22(6):8－10.