張宇翔，姬戰(zhàn)國，袁慶一

(長春機(jī)械科學(xué)研究院有限公司，吉林 長春 130103)

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工程橡膠支座耐久試驗(yàn)機(jī)的研制

張宇翔，姬戰(zhàn)國，袁慶一

(長春機(jī)械科學(xué)研究院有限公司，吉林 長春 130103)

摘要：介紹了一種新型工程橡膠支座耐久試驗(yàn)機(jī)，敘述了該試驗(yàn)機(jī)的需求背景。依據(jù)試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和試驗(yàn)結(jié)果曲線，闡述了該試驗(yàn)機(jī)易于試驗(yàn)觀察、試驗(yàn)頻率高、行程大等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：工程橡膠支座；壓剪試驗(yàn)機(jī)；液壓系統(tǒng)

1引言

隨著我國建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，建筑的安全性變得十分重要，尤其是地震等災(zāi)害，使得人們對建筑的抗震性更加重視。對于建筑的抗震性，除了結(jié)構(gòu)和材料的合理性之外，使用具有較強(qiáng)抗震性的工程橡膠及工程橡膠支座是非常重要的。此前可供此類制品進(jìn)行耐久性能試驗(yàn)的設(shè)備只有低速、低行程的普通橡膠壓剪試驗(yàn)機(jī)，但由于其速度低、行程小的原因，已不能滿足現(xiàn)有工程橡膠支座的發(fā)展需要。現(xiàn)在，工程橡膠支座耐久試驗(yàn)需要速度更大、行程更長的試驗(yàn)機(jī)。在此背景下，研制了1000t工程橡膠支座耐久試驗(yàn)機(jī)，并用于工程橡膠生產(chǎn)廠家。

2試驗(yàn)機(jī)的簡介及試驗(yàn)要求

圖1　球式工程橡膠支座

工程橡膠支座具有很好的抗震能力主要是因?yàn)橄鹉z的抗壓和抗剪切能力非常突出，工程橡膠在受到剪切力時(shí)能產(chǎn)生巨大的變形，且在剪切力消失時(shí)變形能夠恢復(fù)，這種能力被廣泛地使用在建筑工程上面，橡膠支座形狀見圖1、圖2。

圖2　盆式工程橡膠支座

為檢驗(yàn)工程橡膠支座的這種能力，需要用到工程橡膠支座耐久試驗(yàn)機(jī)。試驗(yàn)方式主要是給工程橡膠試樣加載一個(gè)最大10000kN的垂向壓力，并在保證垂向壓力不變的同時(shí)，加載一個(gè)側(cè)向力推動(dòng)工程橡膠支座，最大側(cè)向力為2100kN，最大位移距離為±800mm，要求側(cè)向位移在最大頻率1Hz的正弦波速度控制下進(jìn)行試驗(yàn)，不同試樣有不同的要求。試樣在垂向壓力和側(cè)向力下產(chǎn)生巨大變形，反復(fù)十幾次到幾十次之后，試樣仍能保持外形完好及受力性能，則試樣視為合格，否則為不合格產(chǎn)品(具體試驗(yàn)要求見表1)。

表1　試驗(yàn)頻率、行程、周期要求

3試驗(yàn)機(jī)組成及工作原理

本試驗(yàn)機(jī)主要由主機(jī)、液壓油源站、控制系統(tǒng)3部分構(gòu)成。

3.1主機(jī)結(jié)構(gòu)

主機(jī)為試驗(yàn)加載平臺(tái)，主要由垂向加載缸、上橫梁、移動(dòng)橫梁、滑動(dòng)平臺(tái)、輥排、下橫梁、立柱、斜拉筋、側(cè)向加載缸等部件組成，具體見圖3和圖4。

圖3　主機(jī)左視圖

圖4　主機(jī)主視圖

3.2主機(jī)框架受力分析

主機(jī)框架用Inventor軟件進(jìn)行分析(見圖5)，分析結(jié)果顯示符合受力要求。

圖5　主機(jī)框架受力分析

3.3油源原理

液壓油源負(fù)責(zé)為主機(jī)提供動(dòng)力液壓油，根據(jù)試驗(yàn)要求，在試驗(yàn)時(shí)需要較大的流量，但由于一次試驗(yàn)側(cè)向運(yùn)行周期次數(shù)不多，為節(jié)約能源，油源采用蓄能器提供補(bǔ)充流量方式設(shè)計(jì)，補(bǔ)充流量的公式如下：

式中，V0為所需蓄能器容積；P0為充氣壓力，按0.9P1>P0>0.25P2充氣；VX為蓄能器工作容積；P1為系統(tǒng)最低壓力；P2為系統(tǒng)最高壓力；n為指數(shù)，等溫時(shí)n=1，絕熱時(shí)n=1.4。

根據(jù)公式計(jì)算得出，油源在300L/min的油泵供油情況下仍需要1600L蓄能器供油才能滿足試驗(yàn)要求，油源需要配置冷卻循環(huán)水系統(tǒng)，油源原理圖如圖6所示。

圖6　油源原理圖

3.4控制系統(tǒng)

圖7　控制框圖

操作人員用計(jì)算機(jī)設(shè)置試驗(yàn)要求，控制試驗(yàn)過程、觀察試驗(yàn)數(shù)據(jù)?？刂葡到y(tǒng)由計(jì)算機(jī)、控制器、位移傳感器、負(fù)荷傳感器等部分組成，控制框圖如圖7所示。

4試驗(yàn)結(jié)果

該試驗(yàn)機(jī)現(xiàn)已由用戶使用，實(shí)際使用后得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線如圖8、圖9所示。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，該試驗(yàn)機(jī)研制成功。

圖8　時(shí)間-位移曲線

圖9　時(shí)間-負(fù)載曲線

5結(jié)束語

試驗(yàn)結(jié)果表明，試驗(yàn)數(shù)據(jù)符合用戶的要求，試驗(yàn)方法符合橡膠物理試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)手冊內(nèi)容，工程橡膠支座耐久試驗(yàn)機(jī)研制成功，有著非常廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]成大先,王德夫,等.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(第五版)[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2011.

[2]王益群,高殿榮.液壓工程師技術(shù)手冊[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2013.

[3]橡膠物理試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用手冊[M].中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2011.

[收稿日期]2016-06-20

[作者簡介]張宇翔(1981—)，男，吉林長春人，工程師，主要研究方向：非標(biāo)試驗(yàn)機(jī)。

中圖分類號(hào)：TH87

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1674-3407.2016.02.021

Development of Engineering Rubber Bearing Endurance Testing Machine

Zhang Yuxiang, Ji Zhanguo, Yuan Qingyi

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

Abstract：A new type of engineering rubber bearing endurance testing machine is introduced in the paper, and the requirement background of the testing machine is described. According to the structural characteristics of the testing machine and the curve of the testing results, the advantages of the testing machine, such as easy experiment observation, large travel and high frequency, are described.

Keywords:engineering rubber bearing; compression-shear testing machine; hydraulic system