汽車(chē)車(chē)輪彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述

徐恒斌　顧佳超　孟凡榮

摘 要：文章對(duì)汽車(chē)車(chē)輪彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)研究的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，力求為汽車(chē)車(chē)輪彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)的研制提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)車(chē)輪；彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)；現(xiàn)狀

1 汽車(chē)車(chē)輪彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國(guó)的汽車(chē)車(chē)輪彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)新設(shè)備開(kāi)發(fā)起步較晚，直到20世紀(jì)70年代前后才剛剛開(kāi)始。長(zhǎng)春天水紅山試驗(yàn)機(jī)廠家開(kāi)發(fā)出的液壓伺服試驗(yàn)機(jī)和其他企業(yè)的相關(guān)領(lǐng)域的研究，才使中國(guó)的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)機(jī)研究水平是邁出了一大步。近年來(lái)國(guó)內(nèi)車(chē)輪彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)行業(yè)正在加快步伐，廣泛采用計(jì)算機(jī)控制、電液伺服、高精度測(cè)力和測(cè)變形技術(shù)，研制出各種金屬和非金屬的疲勞試驗(yàn)儀器和工況動(dòng)態(tài)力學(xué)試驗(yàn)設(shè)備，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)的空白，部分設(shè)備還達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平；同時(shí)，也使我國(guó)的試驗(yàn)領(lǐng)域得到了進(jìn)一步擴(kuò)展。但是與國(guó)際先進(jìn)水平相比，我國(guó)的車(chē)輪彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)水平還相差較遠(yuǎn)，又由于相關(guān)領(lǐng)域如電液伺服閥、伺服液壓缸、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等領(lǐng)域相對(duì)比較薄弱，在一定程度上影響了我國(guó)車(chē)輪彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)行業(yè)的發(fā)展，部分產(chǎn)品和零件仍需進(jìn)口。因此，我國(guó)車(chē)輪彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)要趕超世界先進(jìn)水平，實(shí)現(xiàn)全部產(chǎn)品和零件的國(guó)產(chǎn)化，仍是我國(guó)車(chē)輪彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)行業(yè)今后的奮斗目標(biāo)和發(fā)展方向。

當(dāng)今，主要有兩種車(chē)輪彎曲疲勞試驗(yàn)方法：

一種方法是讓車(chē)輪進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，而載荷固定不動(dòng)，即車(chē)輪隨著加載臂的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，在加載臂一端施加一個(gè)固定的彎矩，對(duì)車(chē)輪產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)彎矩。把車(chē)輪與疲勞試驗(yàn)機(jī)的工作臺(tái)固定在一起，用電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)疲勞試驗(yàn)機(jī)的工作臺(tái)及與其固定在一起的車(chē)輪進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在加載臂的一側(cè)連接上車(chē)輪的輪轂，而在加載臂的另一側(cè)則施加一個(gè)固定不變的力，用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)加載臂即車(chē)輪輪軸產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)彎矩的效果，以便真實(shí)反映汽車(chē)車(chē)輪在行駛過(guò)程中承受旋轉(zhuǎn)彎矩的實(shí)際狀況。在模擬試驗(yàn)條件下，要求汽車(chē)車(chē)輪在經(jīng)歷了若干次循環(huán)載荷之后，不能產(chǎn)生由于疲勞所致的破壞。

另一種方法是讓車(chē)輪靜止不動(dòng)，而載荷進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，即車(chē)輪跟加載軸固定，在加載臂一端施加一個(gè)相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)彎矩效果的離心力。把車(chē)輪與疲勞試驗(yàn)機(jī)的工作臺(tái)臺(tái)面進(jìn)行綁定，與第一種方法一樣，在加載臂的一側(cè)連接上車(chē)輪的輪轂。與第一種方法不一樣的是，在加載臂的另一側(cè)則裝載一個(gè)不平衡的質(zhì)量塊，通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)裝載的不平衡質(zhì)量塊進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，用來(lái)產(chǎn)生一個(gè)離心力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)加載臂即車(chē)輪輪軸產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)彎矩作用在汽車(chē)的車(chē)輪上。

隨著國(guó)內(nèi)汽車(chē)工業(yè)水平的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)涌現(xiàn)出了一大批汽車(chē)車(chē)輪彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)生產(chǎn)廠家，其中最具代表性的是天津久榮車(chē)輪有限公司研制的用于轎車(chē)車(chē)輪彎曲疲勞性能試驗(yàn)的CFT-2型和CFT-3型車(chē)輪彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)，其中CFT-2型車(chē)輪彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)采用的是讓車(chē)輪進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，而載荷固定不動(dòng)的試驗(yàn)方式。CFT-3型車(chē)輪彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)采用的是讓車(chē)輪固定不動(dòng)，而載荷進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的試驗(yàn)方式。

除了天津久榮車(chē)輪有限公司，國(guó)內(nèi)還有其他一些資質(zhì)雄厚的車(chē)輪彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)的生產(chǎn)廠家研究的車(chē)輪彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)，例如，東風(fēng)汽車(chē)有限公司研究的采用讓車(chē)輪進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，而載荷固定不動(dòng)的試驗(yàn)方式的RF30K型車(chē)輪彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)。

2 汽車(chē)車(chē)輪彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)國(guó)外研究現(xiàn)狀

要對(duì)車(chē)輪進(jìn)行彎曲疲勞研究，汽車(chē)車(chē)輪彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)是不可或缺的彎曲疲勞研究工具。從最早的模擬軸旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)開(kāi)始至今，車(chē)輪彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)已有超過(guò)一個(gè)世紀(jì)的歷史。

汽車(chē)車(chē)輪彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)是一種技術(shù)密集型的測(cè)試設(shè)備，現(xiàn)已涉及機(jī)械，液壓，電氣，材料，測(cè)量，自動(dòng)控制，數(shù)字顯示等眾多技術(shù)領(lǐng)域，其相關(guān)技術(shù)被廣泛應(yīng)用在機(jī)械，造船，航空航天等許多工業(yè)部門(mén)。目前國(guó)內(nèi)許多大型和彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)都可進(jìn)行低周疲勞試驗(yàn)，這些設(shè)備一般采用靜態(tài)測(cè)試微電子伺服術(shù)，通過(guò)改變電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)可自動(dòng)完成進(jìn)行必要的測(cè)試。測(cè)試結(jié)果和測(cè)試數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集，處理，顯示和打印記錄，大大降低了試驗(yàn)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高測(cè)試效率。由于試驗(yàn)機(jī)具有閉環(huán)伺服機(jī)電控制系統(tǒng)，又因它的負(fù)載范圍廣，因此能夠成完低頻往復(fù)拉伸和壓縮循環(huán)試驗(yàn)。另一種是動(dòng)態(tài)疲勞試驗(yàn)機(jī)，它是由機(jī)械，液壓和電子系統(tǒng)三者組合而成的新型伺服機(jī)構(gòu)。電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)變開(kāi)環(huán)控制為閉環(huán)控制，與此同時(shí)也大大的提高了測(cè)試動(dòng)態(tài)精度。電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)除了可采用正弦波載荷外，還可以也施加方波，三角波，鋸齒波，梯形波等載荷譜。因此，試驗(yàn)結(jié)果更逼近于實(shí)際的工作狀態(tài)，可為最佳優(yōu)化設(shè)計(jì)提供更可靠的依據(jù)。任何一個(gè)大型現(xiàn)代化的項(xiàng)目都必須經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)力學(xué)測(cè)試，否則就不能保證其設(shè)計(jì)的安全性。

目前，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和現(xiàn)實(shí)需求，電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)正朝著全微機(jī)化、智能化，節(jié)能化的方向發(fā)展，進(jìn)一步提高了電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)的測(cè)試效率，改善了準(zhǔn)確度，并且降低了電液伺服液壓伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)以及疲勞試驗(yàn)機(jī)[2-3]的能量消耗。

從上個(gè)世紀(jì)80年代末到現(xiàn)在，汽車(chē)車(chē)輪彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)行業(yè)的規(guī)模，品種，先進(jìn)程度取得長(zhǎng)足發(fā)展，美國(guó)，德國(guó)，日本等國(guó)家的相關(guān)技術(shù)在這一領(lǐng)域處于領(lǐng)先水平。比較知名的廠家有：美國(guó)MTS公司，公司奧爾森（OLSEN），總部設(shè)在美國(guó)英斯特朗（INSTRON）公司；德國(guó)MFL公司申克（SCHENCK）公司，沃爾瑪伯特（WOLPERT）公司和茨維柯（ZWICK）公司；日本的島津公司，東京衡機(jī)公司，東洋精機(jī)公司和松澤公司等等。目前，隨著大規(guī)模集成電路、電腦系統(tǒng)和數(shù)字控制技術(shù)的應(yīng)用，車(chē)輪彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)的加載臂產(chǎn)品已經(jīng)普遍采用計(jì)算機(jī)和微機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并應(yīng)用現(xiàn)代化的通訊系統(tǒng)使彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)品趨于自動(dòng)化和智能化，其技術(shù)結(jié)構(gòu)方面是模擬式逐漸被數(shù)字化和全數(shù)字化所取代，由提供數(shù)據(jù)向提供方法和結(jié)果的方向發(fā)展；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面，從技術(shù)密集型逐步轉(zhuǎn)向高技術(shù)密集型，達(dá)到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的最佳化?？傊?，現(xiàn)代車(chē)輪彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)化、智能化、數(shù)字化、自動(dòng)化、節(jié)能化、微型化和超大型化。試驗(yàn)機(jī)今后的主要發(fā)展趨勢(shì)是對(duì)現(xiàn)有的這些高技術(shù)密集型產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和發(fā)展，充分利用新材料，廣泛應(yīng)用機(jī)械手和機(jī)器人技術(shù)以及最現(xiàn)代化的通訊技術(shù)。

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作者簡(jiǎn)介：徐恒斌（1986-），男，助教，碩士，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)制造方面的教學(xué)科研工作。endprint