一種利用有限元方法加載的重型臥車可靠性試驗裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種利用有限元方法加載的重型臥車可靠性試驗裝置，包屬于機械試驗設備領域。包括一個被測的重型臥車，兩個以上加載單元組成了加載系統，用于模擬重型臥車受到的各種形狀工件的重力載荷；所述兩個以上加載單元通過凹形底座用螺栓固定連接在重型臥車的導軌上，標準工件穿過加載單元上的弧形夾持單元、兩端分別夾持在重型臥車的三爪卡盤與尾座之間。優點是通過對每個加載單元施加不同的拉壓力，模擬不同粗細，不同形狀的工件對重型臥車的載荷，弧形夾持單元的數量可以根據需要模擬的工件不同部位的長度進行調節，為工件施加均布載荷，最大限度模擬工件的自重及加工過程中重量的變化。
【專利說明】
一種利用有限元方法加載的重型臥車可靠性試驗裝置
技術領域
[0001]本實用新型屬于機械試驗設備領域，涉及一種利用有限元方法模擬加載多種工件的重型臥車可靠性試驗裝置。
【背景技術】
[0002]重型與超重型機床是我國大型電力、航天航空、大型船舶、交通和大型冶金與礦山特種裝備等相關行業發展的急需設備，是關系到國民經濟發展與綜合實力的戰略物資。重型臥車適用于對不同材質的軸類、圓筒形和盤形零件進行車削外圓、端面、切槽、切斷、鏜孔、車鏜內外錐體等半精和精加工。由于重型臥車加工的零件體積大、重量重，一般單個工件重量可以達到十幾噸甚至幾百噸，相比于工件的重力，加工過程中的切削力可以忽略不計，這也是重型臥車在工作時受到的載荷與其他普通機床最大的不同之處。重型臥車加工的工件形狀各異，每段的重量也不同，在加工過程中工件自身的重量也會逐漸發生變化，所以很難用傳統加載不同形狀的工件的方法進行模擬且這樣試驗的成本極其昂貴。為了暴露機床在實際工作狀況下的薄軟環節，評價重型臥車的可靠性，需要建立可靠性試驗平臺最大限度模擬重型臥車在實際服役情況下受到的載荷，進行可靠性加速試驗。
[0003]目前，國內關于重型臥車的可靠性試驗裝置及方法甚少；同時，對于不同工件形狀下的不同載荷也沒有很好的模擬方法。有限元方法是一種將連續體離散化為若干個有限大小的單元體的集合，以求解連續體力學問題的數值方法，可以使一個連續的無限自由度問題變成離散的有限自由度問題。本實用新型借鑒有限元將整體離散化的思想對重型臥車進行加載，模擬機床受到的載荷情況。
[0004]為了提高重型臥車的可靠性，減少由于故障導致的生產損失，需要對重型臥車進行可靠性加速試驗，對故障數據采用故障模式及影響分析(FMEA)、故障樹分析(FTA)等方法分析其薄弱環節，并提出優化改進方法。因此，研究一種可模擬多種工況的重型臥車可靠性試驗裝置具有重要的實際意義。針對上述問題，本實用新型提供了一種利用有限元方法加載的重型臥車可靠性試驗裝置。
【發明內容】
[0005]本實用新型提供一種利用有限元方法加載的重型臥車可靠性試驗裝置，目的是模擬不同形狀、重量的工件對重型臥車整機的載荷情況，可根據不同形狀工件方便模擬出不同的載荷情況。
[0006]本實用新型采取的技術方案是:包括一個被測的重型臥車，兩個以上加載單元組成了加載系統，用于模擬重型臥車受到的各種形狀工件的重力載荷;所述兩個以上加載單元通過凹形底座用螺栓固定連接在重型臥車的導軌上，標準工件穿過加載單元上的弧形夾持單元、兩端分別夾持在重型臥車的三爪卡盤與尾座之間。
[0007]本實用新型所述加載單元包括弧形夾持單元、滾輪、滾軸、凹形支架、防脫螺栓、拉壓力傳感器、液壓伸出桿、液壓缸、液壓進油孔、液壓出油孔以及凹形底座;液壓進油孔、液壓出油孔用于與外部的液壓系統連接，四個滾輪通過滾軸安裝在弧形夾持單元的凹坑內，弧形夾持單元通過下方的凸起與凹形支架上的凹槽配合連接并通過防脫螺栓防脫固定，凹形支架下端與拉壓力傳感器頂部螺紋連接，六個均布的內六角螺栓穿過拉壓力傳感器四周的螺栓孔將拉壓力傳感器固定在液壓伸出桿的上端面，液壓缸底部加工有矩形帶孔平板，通過四個螺栓固連在凹形底座的上表面。
[0008]本實用新型所述四個滾輪中，兩個上方的滾輪與兩個下方的滾輪沿水平方向對稱，兩個左側的滾輪與兩個右側的滾輪沿垂直方向對稱。
[0009]本實用新型所述弧形夾持單元的數量根據需要模擬的工件不同部位的長度進行調節。
[0010]本實用新型的有益效果是:
[0011]1.本實用新型借鑒了有限元的思想，設計了一種可以調節的加載單元，通過對每個加載單元施加不同的拉壓力，模擬不同粗細，不同形狀的工件對重型臥車的載荷。
[0012]2.本實用新型的加載單元是由數個弧形夾持單元組成，借鑒有限元的思想，弧形夾持單元的數量可以根據需要模擬的工件不同部位的長度進行調節，為工件施加均布載荷，最大限度模擬工件的自重及加工過程中重量的變化。
[0013]3.本實用新型每個弧形夾持單元上均有四個矩型排列的滾輪，可以實現均布載荷加載及運動的分解，在工件旋轉的情況下也可以施加拉壓力。
【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型整體結構的軸測投影圖；
[0015]圖2是本實用新型加載單元的軸測投影圖；
[0016]圖3是本實用新型加載單元的爆炸圖；
[0017]圖4是本實用新型加載單元中弧形夾持單元的剖視圖；
[0018]圖5是本實用新型可模擬的工件樣例；
[0019]圖中:1.重型臥車，101.導軌，102.三爪卡盤，103.尾座，2.標準工件，3.加載單元，301.液壓缸，302.凹形底座，303.液壓進油孔，304.液壓出油孔，305.弧形夾持單元，306.凹形支架，307.防脫螺栓，308.液壓伸出桿，309.拉壓力傳感器，310.滾輪，311.滾軸，A.工件樣例第一段，B.工件樣例第二段，C.工件樣例第三段，D.工件樣例第四段，E.工件樣例第五段。
【具體實施方式】
[0020]包括一個被測的重型臥車I，兩個以上加載單元3組成了加載系統，用于模擬重型臥車受到的各種形狀工件的重力載荷;所述兩個以上加載單元3通過凹形底座302用螺栓固定連接在重型臥車I的導軌101上，標準工件2穿過加載單元上的弧形夾持單元305、兩端分別夾持在重型臥車I的三爪卡盤102與尾座103之間，加載單元3的個數根據實際被模擬的工件形狀進行增減；
[0021]本實用新型所述加載單元3包括弧形夾持單元305、滾輪310、滾軸311凹形支架306、防脫螺栓307、拉壓力傳感器309、液壓伸出桿308、液壓缸301、液壓進油孔303、液壓出油孔304以及凹形底座302;液壓進油孔303、液壓出油孔304用于與外部的液壓系統連接，四個滾輪310通過滾軸311安裝在弧形夾持單元305的凹坑內，弧形夾持單元305通過下方的凸起與凹形支架306上的凹槽配合連接并通過防脫螺栓307防脫固定，用于傳遞垂直方向的拉壓力，凹形支架306下端與拉壓力傳感器309頂部通過螺紋連接，六個均布的內六角螺栓穿過拉壓力傳感器309四周的螺栓孔將拉壓力傳感器309固定在液壓伸出桿308的上端面，液壓缸301底部加工有矩形帶孔平板，通過四個螺栓固連在凹形底座302的上表面；
[0022]本實用新型所述四個滾輪310中，兩個上方的滾輪與兩個下方的滾輪沿水平方向對稱，兩個左側的滾輪與兩個右側的滾輪沿垂直方向對稱；
[0023]本實用新型所述弧形夾持單元305的數量根據需要模擬的工件不同部位的長度進行調節。
[0024]參閱圖5，本實用新型可以通過數個加載單元7模擬各種形狀工件的重量載荷，圖4所示的實線部分為一個任意形狀的多段軸，虛線部分為標準工件2;
[0025]標準工件2分為:A段左側部分、A段、B段、C段、D段、E段、E段右側部分，上述各部分分別與一個加載單元3連接，通過滾輪310進行運動分解，實現工件旋轉時的動態加載。軸的長度比標準工件2短，對于A段左側部分和E段右側部分可以利用加載單元3提供向上的支撐力抵消標準工件2的重量，所述拉壓力傳感器309實時監測加載力反饋給控制單元實現閉環控制。A段、C段、D段的直徑比標準工件2大，所對應的加載單元3對標準工件2提供一個向下的拉力模擬增加的重量。B段、E段的直徑比標準工件2小，所對應的加載單元3對其提供一個向上的支撐力以抵消多余的重量。每個加載單元3上的弧形夾持單元305的數量可以根據相應段軸的長度進行調節;通過這種利用有限元思想的加載方式，可以模擬任意形狀的比標準工件2短或長度相同的工件的重力載荷。
[0026]本實用新型在進行可靠性試驗前，需要根據模擬的工件形狀對加載單元3進行調整，弧形夾持單元305的數量可以根據需要模擬的工件不同部位的長度進行調節，實現均布載荷加載。如果需要模擬圓筒形和盤形零件，也可以采用同樣的理論調整加載單元3以及弧形夾持單元305，實現對標準工件重量的增加或減少。通過控制系統操控重型臥車的轉速與運轉時間，每次進行加速試驗前都可以對需要模擬的工件形狀進行調整，從而監測在重型臥車受到不同載荷時的故障情況。對故障數據采用故障模式及影響分析(FMEA)、故障樹分析(FTA)等方法分析重型臥車的薄弱環節，并提出優化改進方法。本實用新型對重型臥車各系統及零部件的設計有很大的幫助，對于提高重型臥車零部件乃至整機可靠性具有重要的實用價值。
【主權項】
1.一種利用有限元方法加載的重型臥車可靠性試驗裝置，包括一個被測的重型臥車，其特征在于，兩個以上加載單元組成了加載系統，用于模擬重型臥車受到的各種形狀工件的重力載荷;所述兩個以上加載單元通過凹形底座用螺栓固定連接在重型臥車的導軌上，標準工件穿過加載單元上的弧形夾持單元、兩端分別夾持在重型臥車的三爪卡盤與尾座之間。2.根據權利要求1所述的一種利用有限元方法加載的重型臥車可靠性試驗裝置，其特征在于，所述加載單元包括弧形夾持單元、滾輪、滾軸、凹形支架、防脫螺栓、拉壓力傳感器、液壓伸出桿、液壓缸、液壓進油孔、液壓出油孔以及凹形底座;液壓進油孔、液壓出油孔用于與外部的液壓系統連接，四個滾輪通過滾軸安裝在弧形夾持單元的凹坑內，弧形夾持單元通過下方的凸起與凹形支架上的凹槽配合連接并通過防脫螺栓防脫固定，凹形支架下端與拉壓力傳感器頂部螺紋連接，六個均布的內六角螺栓穿過拉壓力傳感器四周的螺栓孔將拉壓力傳感器固定在液壓伸出桿的上端面，液壓缸底部加工有矩形帶孔平板，通過四個螺栓固連在凹形底座的上表面。3.根據權利要求2所述的一種利用有限元方法加載的重型臥車可靠性試驗裝置，其特征在于，所述四個滾輪中，兩個上方的滾輪與兩個下方的滾輪沿水平方向對稱，兩個左側的滾輪與兩個右側的滾輪沿垂直方向對稱。4.根據權利要求2所述的一種利用有限元方法加載的重型臥車可靠性試驗裝置，其特征在于，所述弧形夾持單元的數量根據需要模擬的工件不同部位的長度進行調節。
【文檔編號】B23Q17/09GK205520747SQ201620236072
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年3月25日
【發明人】劉國飛, 侯超, 李國發, 楊兆軍, 田海龍, 賈玉輝, 董精華, 謝群亞, 陳小娟, 霍永超
【申請人】吉林大學