甘蔗剥叶机剥叶元件的疲劳试验机

摘要

本发明揭示了一种甘蔗剥叶机剥叶元件的疲劳试验机，该试验机包括：驱动组件、位于驱动组件其中一侧的加载组件、位于驱动组件另一侧的测量组件、以及与驱动组件相互配接的计数组件，其中，驱动组件用于提供驱动力，驱动剥叶元件试样旋转，加载组件为试验提供不同的交错深度，测量组件用于检测剥叶元件试样的工作长度和打击力，计数组件用于记录试样的寿命(循环次数)，还能判断试样疲劳断裂，并在断裂时刻停止计数。本发明的试验机通过对实验数据的分析和总结，并结合实际情况，得出甘蔗剥叶机的转速和交错深度的最优选择，在甘蔗剥叶机正常工作时，对减少对剥叶元件的消耗，提高甘蔗剥叶机的使用寿命和剥叶的效率，降低成本有着重要的意义。

说明书

技术领域

本发明涉及一种疲劳试验机，尤其涉及一种甘蔗剥叶机剥叶元件的疲劳试验机。

背景技术

疲劳是材料、零件和构件在循环加载下，在某点或某些点产生局部的永久性损伤，并在一定循环次数后形成裂纹，乃至使裂纹进一步扩展直到完全断裂的现象。疲劳是材料损毁或失效的主要因素之一，因此利用疲劳试验机对机械产品或材料进行疲劳试验，得出机械产品或材料的疲劳特性，对机械零部件的设计，提高机械产品质量，具有十分重要的意义。

甘蔗剥叶是甘蔗收获中的重要一步，而甘蔗剥叶机中剥叶元件的寿命又是影响剥叶机各项性能指标的关键因素，它与剥叶元件的结构形式、装夹运动方式和元件的材质等密切相关。根据调查，剥叶元件的耐用度是影响甘蔗剥叶机推广应用的瓶颈，为此开展对甘蔗剥叶机剥叶元件及剥叶装置的结构优化机理及性能寿命的研究，甘蔗剥叶机推广应用的瓶颈提供了理论和实际的依据，对甘蔗收获机整体性能优化及促进蔗糖业的发展具有重要指导意义。由于剥叶元件的现状、材料、大小等都已经是确定的，目前市场上的疲劳试验机无法能够针对剥叶元件进行疲劳试验，并且市场上的疲劳试验机比较原始，机械电子部分所占的比重比较小，只能采用手动控制，操作复杂，测量精度低。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的上述缺陷，提供一种疲劳试验机，该试验机可对甘蔗剥叶机剥叶元件的进行疲劳试验，并且数控化程度高，测量数据精确，效率高。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：一种甘蔗剥叶机剥叶元件的疲劳试验机，其包括：驱动组件、位于驱动组件其中一侧的加载组件、位于驱动组件另一侧的测量组件、以及与驱动组件相互配接的计数组件，其中，驱动组件包括：第一底座、固定安装在该第一底座上的电机、以及通过联轴器与电机相互连接的主轴，在该主轴上配接有若干根剥叶元件的试样；加载组件包括：第二底座、固定安装在第二底座上的第一进给台、以及固定安装在第一进给台上的若干主受力装置，第一进给台可控制主受力装置进行横向移动和纵向移动，该若干主受力装置可一对一地与试样发生正向交错；测量组件包括：第三底座、固定安装在第三底座上的第二进给台、以及固定安装在第二进给台上的测力仪，第二进给台可控制测力仪进行横向移动和纵向移动，测力仪可与任意一根试样发生触碰，测量试样的工作长度和打击力；计数组件包括：光电编码器、若干遮光棒、以及若干对射式光电开关，光电编码器通过联轴器与主轴相互连接，用于检测主轴的转动圈数；遮光棒配接在主轴上，两根遮光棒与一根试样为一组，处于同一横截面，并且三者相互之间的夹角为120°；一个对射式光电开关对应一组遮光棒和试样。

此外，本发明还提供如下附属技术方案：

所述驱动组件还包括两个用于支撑所述主轴的主轴支撑架，该两个主轴支撑架分别通过轴承连接在所述主轴的两端。

所述驱动组件还包括若干夹持装置，所述试样分别通过夹持装置与所述主轴连接。

所述夹持装置由连接架、橡胶垫片以及压板构成，连接架呈非对称结构，具有底板和垂直在该底板上的竖板，底板与所述主轴相互连接，竖板与所述试样、橡胶垫片和压板相互连接。

所述主轴设置三个装夹面，径向间隔角度为120°，轴向间隔为110mm，所述夹持装置安装在装夹面上。

所述第一进给台由四台丝杆导轨组成，其中三台丝杆导轨提供横向进给，另一台丝杠导轨控制上述三台横向丝杆导轨的纵向进给。

所述主受力装置包括支架、芯轴、滚动轴承以及滚轮，支架与所述第一进给台相互固定连接，芯轴安装在支架上，滚轮通过滚动轴承可旋转地套设在芯轴上。

所述第二进给台包括一台纵向丝杠导轨和一台横向丝杆导轨，该两台丝杠导轨相互配接，组成十字滑台。

相比于现有技术，本发明揭示的甘蔗剥叶机剥叶元件的疲劳试验机包括：驱动组件、加载组件、测量组件以及计数组件，其中，驱动组件用于提供驱动力，驱动剥叶元件试样旋转，加载组件为试验提供不同的交错深度，测量组件用于检测剥叶元件试样的工作长度和打击力，计数组件用于记录试样的寿命(循环次数)，还能判断试样疲劳断裂，并在断裂时刻停止计数；本发明的优势在于：

1、驱动组件转速可控，加载组件交错深度可控，实现数字化，自动化；

2、具有测力功能，具有计数功能，测量数据更精确、全面和可靠。

附图说明

图1是甘蔗剥叶机剥叶元件的结构示意图。

图2是疲劳试验机的俯面示意图。

图3是疲劳试验机的正面示意图。

图4是驱动组件和计数组件的部分结构示意图。

图5是驱动组件的夹持装置的连接架的正视图。

图6是驱动组件的夹持装置的连接架的俯视图。

图7是驱动组件的主轴的结构示意图。

图8是沿图7中a-a线的剖视图。

图9是沿图7中b-b线的剖视图。

图10是沿图7中c-c线的剖视图。

图11是加载组件的主受力装置的结构示意图。

图12是沿图11中d-d线的剖视图。

图13是图11中主受力装置的支架的正视图。

图14是图11中主受力装置的支架的俯视图。

图15是试样未断裂时，计数组件工作示意图。

图16是试样断裂时，计数组件的工作示意图。

具体实施方式

以下结合较佳实施例及其附图对本发明技术方案作进一步非限制性的详细说明。

本发明揭示一种疲劳试验机，该试验机主要用于检测甘蔗剥叶机剥叶元件，通过试验得到不同转速和不同交错深度下的剥叶元件试样的打击力和疲劳寿命数据，通过实验数据，获取影响试样的材料疲劳性能的因素(疲劳寿命、交错深度、转速和受到的打击力等)间的关系，为试样的疲劳特性提供数据依据。

参照图1，甘蔗剥叶机的剥叶元件整体由橡胶制成，前端呈板状，末端有多条橡胶条并排。将板状剥叶元件沿根部裁剪，将得到条状橡胶条，利用疲劳试验机进行试验，可得到单个条状橡胶条的疲劳特性，再经过相关分析和计算可以得到整个板状剥叶元件的疲劳特性，因此，单个条状橡胶条可作为剥叶元件的代表。本实施例中，将单个条状橡胶条作为剥叶元件的试样，并将其长、宽、高分别定为130mm、4mm、4mm。

参照图2和图3，本发明的疲劳试验机包括提供驱动力的驱动组件100、用于在不同条件的试验中为试验提供不同的交错深度的加载组件200、用于检测试样工作长度以及打击力的测量组件300、以及用于记录试样的寿命(循环次数)，并能判断试样疲劳断裂，在断裂时刻自动停止计数的计数组件400。

具体地，参照图4，驱动组件100包括电机1、第一底座2、联轴器3、主轴4、以及两个主轴支撑架5，电机1所要求的最低转速为250转每分钟，最高转速为4000转每分钟，电机1通过螺栓和螺母的螺纹连接，固定安装在第一底座2上；联轴器3连接在电机1和主轴4之间，考虑到本试验机的转速较大，转矩较小，因此本发明选用的联轴器3是非金属弹性元件的挠性联轴器，连接方式是梅花式夹紧方式；主轴4上安装有若干剥叶元件试样500；两个主轴支撑架5均通过带座轴承与主轴4相互连接，并且分别支撑在主轴4的两端。

试样500通过夹持装置40安装在上述主轴4上，通过夹持装置40夹持，试样500可模拟剥叶元件实际工作情况，本实施例的夹持装置40采用不对称设计，主要是为了让装夹后的试样500中心正对主轴4的中心，使后面的设计和计算更简单。夹持装置40由连接架、橡胶垫片、以及压板构成，从图5和6可看出，连接架呈非对称结构，具有相互垂直的底板40a和竖板40b，底板40a上设置一对通孔，两孔中心距为24mm，竖板40b上也设置一对通孔，两孔中心距为15mm。橡胶垫片和压板均安装在连接架的竖板40b上。

尺寸方面，连接架的尺寸：总长为40mm，总宽为30mm，总高为34mm；橡胶垫片的尺寸：长*宽*高＝30mm*30mm*1mm，两个φ6通孔，并且与连接架的竖板40b上的孔对应；压板的的尺寸：长*宽*高＝30mm*30mm*2mm，两个φ6通孔，同样与连接架的竖板40b上的孔对应。

安装时，利用两颗M6螺栓把试样500、橡胶垫片和压板依次安装在连接架的竖板40b上，再利用两颗M6螺栓穿过底板4b,将连接架的安装在主轴4上，从而便把试样500装夹在主轴4上。这种装夹方式模拟了剥叶元件在实际工作中的运动情况，使夹持装置40受力合理，并且最大限度地降低试验机运转的震动。

为便于安装上述夹持装置40，可在主轴4上设计装夹面70，为保证试验条件一致性，并减少数据的误差，同时在相同的时间内获得比较丰富的实验数据。参照图7至图10，本试验机在主轴4上设计三个装夹面70，径向间隔角度为120°，轴向间隔为110mm。主轴4直径分为三个阶梯，第一阶梯为φ30mm，第二阶梯为φ34mm，第三阶梯为φ50mm，φ50mm主轴的轴向间隔为110mm。

从图2和图3中可看出，加载组件200位于驱动组件100的其中一侧，加载组件200包括第二底座10、固定安装在第二底座10上方的第一进给台11、以及安装在第一进给台11上的多个主受力装置12。本实施例中，第一进给台11由四台KR605滚珠电动丝杆导轨组成，其中三台丝杆导轨分别提供横向进给，一台丝杠导轨控制上述三台横向丝杆导轨的纵向进给。

参照图11和图12，主受力装置12包括支架50、芯轴51、滚动轴承52、滚轮53、以及螺母54。再参照图13和图14，支架50具有一块底座50a以及两块垂直设置在底座50a两端的支撑板50b，支架50整体由45号钢制成，板厚2mm，总长70mm，总宽30mm，总高40mm，其底座50a上设有四个φ5的孔，用于连接固定，其两块支撑板50b的间距为30mm，该两块支撑板50b的上端均设置有一个弧形凹槽50c。

安装时，滚轮53与内径为30mm的滚动轴承52通过过盈配合进行装配；滚动轴承52再与芯轴51通过过盈配合进行装配，实现滚轮53与芯轴51的联结；芯轴51卡入支撑板50b上端的弧形凹槽50c内，最后利用螺母54将芯轴51固定在支架50上，实现主受力装置12的装配。主受力装置12的数量为三个，分别与第一进给台11的三个横向丝杆导轨相互固定连接。

从图2和图3中可看出，测量组件300位于驱动组件100的另一侧，测量组件300包括第三底座20、第二进给台21、测力仪支架22、以及测力仪23，第二进给台21固定安装在第三底座20上，并且由两个带锁滚珠电动丝杆导轨组成，该两个丝杠导轨组成十字滑台实现进给运动，其中，提供横向进给的丝杠导轨采用有效行程为100mm的型号，提供纵向进给的丝杠导轨采用有效行程为300mm的型号；测力仪支架22的两边互相垂直成角形；测力仪23为八角环测力仪，材料为45号钢，基本尺寸为：R＝17mm，T＝2.3mm，b1＝40mm，d＝24mm，H＝18mm，L＝61mm。

安装时，利用两颗M6螺栓把测力仪23固定在测力仪支架22上，再利用四颗M6螺钉把测力仪支架22固定在第二进给台21上上。

从图2至图4中可看出，计数组件400与驱动组件100相互配接，其主要包括：光电编码器30、若干遮光棒32、以及若干对射式光电开关33，其中光电编码器30实现计数功能，记录试样试样的寿命(循环次数)，遮光棒32和对射式光电开关33实现结束报警功能，判断试样是否疲劳断裂，并断裂时刻令光电编码器30停止计数。

光电编码器30由第四底座34支撑，并通过联轴器31与主轴4相互连接，随主轴4一起转动，用于检测主轴的转动圈数，从而可以得出试样500的循环次数。本实施例采用SLF旋转编码器光电编码器，该SLF旋转编码器光电编码器可与各种PLC、工控机、采集系统连接，并且其可靠性高、耐高温、使用寿命长，广泛用于转速和同步控制、长度测量、位置控制等。

对射式光电开关32和两根遮光棒33，遮光棒33为不透光塑料棒，能挡住对射式光电开关32的对射光线，将试样500与两根遮光棒33安装在主轴4上，要求试样500与两根遮光棒33都处于同一横截面，并且三者相互之间的夹角为120°。

如图15，当试样500与遮光棒33一起正常转动时，试样500与遮光棒33三者结合可以完全挡住对射光线，对射式光电开关32无信号，此时为试验进行中。

如图16，当试样疲劳断裂时，仅剩两根遮光棒33，无法维持不透光条件，对射式光电开关32发生信号，信号反馈至光电编码器30，光电编码器30记录该试样500的寿命(循环次数)，而当所有试样500都发生断裂时，主轴4停止转动，试验结束。

本发明的试验机的工作过程如下：装夹试样500后，设定本次试验所要求的电机1的转速和交错深度，开机启动；根据设定，电机1低速转动，利用测量组件的测力仪23检测各试样500的长度并反馈，然后停机，复位；通过相应公式计算自动生成本次加载组件和测量组件所需进给的数值；自动控制加载组件进给至相应位置，电机1按相应转速转动，试样500击打在加载组件的主受力装置12上，同时光电编码器30开始计数(旋转圈数)；相应时间后(试验稳定)，自动控制测力仪23进行测力，对三个试样500分别测量后复位；某一试样500断裂时刻，通过计数装置，自动获取相应试样500的循环次数(寿命)；三个试样500均断裂时刻，自动获取三个相应试样500的循环次数(寿命)，同时自动控制电机1停转，各个组件复位，试验结束。

其工作原理如下：利用电机1提供动力，通过控制电机1的转速实现试样500不同转速的转换(为试样提供各个转速)。利用加载组件200的传动功能，控制加载组件200与试样500的交错深度，提供不同的交错深度。在某一转速和某一交错深度下，通过测量组件300的测力仪23测出该条件下的试样500的打击力并记录，然后后移出测力仪23。同时，通过计数组件400的光电编码器30记录试样的循环次数，当试样疲劳断裂后，准确获取试样在该条件下试样的疲劳寿命(循环次数)。通过试验得到不同转速和不同交错深度下的试样打击力和试样疲劳寿命，通过实验数据，获取影响试样的材料疲劳性能的因素(疲劳寿命、交错深度、转速和受到的打击力等)间的关系，为试样的疲劳特性提供数据依据。

综上所述，本发明的试验机具有以下优势：

1、实现数字化，自动化。采用数控技术、集成技术、光电技术和计算机技术，设计新型疲劳试验机，使之具备现代元素技术，便于控制、便与测量，大大提高了试验的效率。

2、测量数据更精确、全面和可靠。模拟剥叶元件的工作环境，使试样的试验条件更加接近实际情况，令测量的数据更加精确、全面和可靠。

3、主轴转速可控。对电动机进行数字化控制，准确得到所需的转速，在寻求最佳剥叶元件转速时可以提供各转速，得到剥叶元件的疲劳寿命。

4、交错深度可控。加载系统的设计，利用多个数控丝杠导轨的组合，数字化控制工作台在Z和Y方向上的移动，精确改变剥叶元件的交错深度。在寻求最佳剥叶元件交错深度时可以提供各个交错深度，得到剥叶元件的疲劳寿命。

5、计数功能。计数组件(包括计数仪器和结束报警装置)能根据疲劳试验需要准确记录疲劳断裂时的循环次数(寿命)。

6、自动停机功能。计数组件的结束报警装置的设计通过判断试样全部疲劳断裂(试验结束)的时刻，控制电机停转，实现自动停机。

7、自动测力功能。数字化控制测力机构的进给运动，利用测力仪测量试样在实验过程(各种条件下)受到的作用力，从而获得受力情况及变化规律。

8、自动检测功能。利用测力组件作为检测系统，检测试样装夹后的长度，为交错深度的数字化控制提供数据支持。

进一步的，本发明的试验机的机构通过对实验数据的分析和总结，并结合实际情况，得出甘蔗剥叶机的转速和交错深度的最优选择，在甘蔗剥叶机正常工作时，对减少对剥叶元件的消耗，提高甘蔗剥叶机的使用寿命和剥叶的效率，降低成本有着重要的意义。

本发明的疲劳试验机适用于测量其他相应材料的疲劳情况，具备通用化，上述较佳实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。