摘 要:按照GB/T12347-1996的试验原理新研制的矿用钢丝绳弯曲疲劳试验机采用液压马达驱动,直接实现180O平面反复弯曲运转,具有通用性较强、频率范围宽、结构简单、自动化程度较高等特点。钢丝绳的连接采用去绳芯加钢棒焊接对接。本文主要探讨钢丝绳弯曲疲劳试验机及其应用。
关键词:钢丝绳;弯曲;疲劳;试验机
中图分类号:TD532 文献标识码:A 文章编号:1674-7712 (2012) 12-0156-01
自Berkeley大学的David Mar与Steven Tipping申请层间弯曲疲劳试验专利以来,在国内尚未见到弯曲疲劳试验技术的权威性著作及设计规范,国内当前只有少数学者对其进行研究,在理论和应用方面都存在一系列有待解决的问题:弯曲疲劳试验的工作机理和动力特性;竖向荷载作用下的内力分布特点;弯曲疲劳试验可靠性的研究;弯曲疲劳试验钢丝绳的设计方法。相信弯曲疲劳试验技术的研究定会进一步促进钢丝绳在工程中的广泛的应用。
一、试验机的研制
试样为直径16mm,长360mm的6×19S+FC(西鲁式纤维芯结构)钢丝绳,其两端各有一长110mm的圆柱形套筒用于试验机夹持,套筒表面里端刨出平台用于安装AE换能器。在结构自振周期超过1.0s后,结构加速度值随自振周期的延长而减少,而位移随自振周期的延长而增大,且在2.0-4.0s范围内,位移的增大比较缓慢,因此,在Ⅱ类场地上,将弯曲疲劳试验结构的自振周期控制在2.0-4.0s范围内,可取得较好的弯曲试验效果。结构自振周期为2.0-3.0s时,结构加速度有一个峰值,但位移峰值在3.5s左右,因此,在Ⅳ类场地上,钢丝绳结构的自振周期宜控制在2s或>4s,否则弯曲疲劳试验效果并不好。此外,《规程》还规定:弯曲疲劳试验房屋两个方向的基本周期相差不宜超过较小值的30%,原因是钢丝绳所在场地在任何方向的设计反应谱通常是相同的,若钢丝绳在两个方向的基本周期相差过大,将导致两个方向的弯曲疲劳试验效果也差别很大,所以应对两个方向的弯曲疲劳试验周期的差别有所限制。循环加载试验是在具有±250kN能力的Schenck电液伺服试验机上进行。试验参数设置为:循环频率5Hz;循环载荷最大值S分别为破断拉力Smax的35%、38%、4l%、44X,47%和50少;应力比尺=0,l。共对两组钢丝绳进行了AE测试。一组8根用于断丝检测及断口分析,根据经验及判废规则将这组钢丝绳的疲劳寿命定义为第6根断丝时刻,故这组实验只进行到6-8根断丝为止。另一组4根钢丝绳进行到完全失效,目的是检验其疲劳过程的AE表征情况。
疲劳试验次数采用计数器直接数字显示,可通过设置计数器的限值次数,当试验次数达到设定值时,计数器停止计数,同时给控制系统发出信号,控制系统切断电动机的运转。另外,为防止试验过程中样品断裂、损坏而导致试验台出现卡阻等情况,试验台设置了限位开关,在试验张紧装置超过正常的运动行程后,切断控制系统和电动机的供电;同时在变频器中设置最大允许电流,当试验台因为各种情况出现卡阻输出电流增大时,自动切断控制。
二、钢丝绳的弯曲疲劳试验
(一)钢丝绳的弯曲疲劳试验过程
在初步确定了各钢丝绳支座的型号及参数后,还应确定出钢丝绳的水平刚度和阻尼比等参数,然后将这些参数及上部结构参数代入计算模型,进行钢丝绳结构的动力分析计算。当上部结构的水平疲劳试验作用可降低至与假设的情况大致相同,且各钢丝绳支座的位移都小于水平位移限值,钢丝绳支座的布置才可确定。
一般而言,弯曲疲劳试验装置应具备如下的性能才能有效达到作用的目的:第一,弯曲疲劳试验装置不仅要能承担上部建筑物的重量,而且在竖向荷载作用下变形较小,这是对其竖向承载力和竖向刚度的基本要求;第二,水平向须具有充分的柔度即较小的水平刚度,以延长结构的自振周期,减少上部结构的加速度反应和下部结构的层间剪力;第三,为了限制结构位移,使振动衰减,还必须有适当的阻尼。第四,建筑物的设计使用年限一般为50年,支座的耐久年限应不少于此。在偶然事件下(例如:火灾),支座应仍有一段时间在发挥作用。所以,作为工程设计人员,对弯曲疲劳试验装置的性能掌握的充分性与否,直接影响到弯曲疲劳试验建筑设计的优劣程度。
(二)试验机特点
新研发的液压式矿用钢丝绳弯曲疲劳试验机有如下特点:
(1)通用性较强。“安装前应对工程中所用的各种类和规格的原型部件进行抽样检测,每一规格和每种类的数量不应少于3个,抽样合格率应为100%”。但是,多数情况下是设计人员依据弯曲疲劳试验装置生产厂家的产品目录进行选用(我国尚未有统一的橡胶弯曲疲劳试验支座工业规格)。所以,设计人员不但要熟悉弯曲疲劳试验支座的各项性能,而且还应掌握对其进行试验的方法,以确保弯曲疲劳试验装置的耐久性和力学性能。
(2)与实际工况基本一致。采用1:1的钢丝绳卷绕试验轮,与实际工况基本一致。
(3)频率范围宽。可在(20-120)次/min频率范围内进行试验。
(4)自动化程度较高。设有光电在线计数装置,液压系统和液压马达使用专用控制箱,采用千斤顶加载和压力传感器测量并显示负荷,并利用USB接口与电脑进行数据交换和储存。
(5)结构简单。试验机共用一个油箱,采用不同规格的液压泵给液压马达和加载油缸供油,占用空间小。
参考文献:
[1]全国钢标准化技术委员会.GB/T12347-1996钢丝绳弯曲疲劳试验方法[S].北京:中国标准出版社,2006
[2]全国钢标准化技术委员会.GB8918-2006重要用途钢丝绳[S].北京:中国标准出版社,2006
[3]傅泉臻.液压式矿用钢丝绳弯曲疲劳试验机的研究[J].金属制品,2011,10
