搭载声发射系统的箱体材料疲劳试验     广州升降车租赁,   广州出租升降车,   广州升降车多少钱一天        升降车齿轮箱抱轴悬挂在转向架上，在升降车运行过程中，持续受到列车牵引通过转向架给箱体带来的往复振荡作用力，使箱体持续承受交变载荷。从材料研究来看，上述损伤属于疲劳损伤的故障形式。搭载声发射系统的材料疲劳试验为加速试验，在短时间内使箱体材料经历疲劳损伤过程，可以得到箱体材料在指定载荷下的循环寿命。搭载声发射系统的材料疲劳试验，可以采集到材料疲劳损伤过程中的声发射信号，通过声发射信号来表征材料的损伤过程，建立性能退化模型，进而可以实现箱体材料疲劳损伤过程的无损实时的故障诊断及剩余寿命预测。

    试验材料、试验设备与试验条件疲劳试验材料为某型号升降车齿轮箱箱体材料。首先从箱体上切取铝合金材料，并通过线切割的方法将其加工成标准疲劳裂纹扩展ＣＴ试样：试样尺寸搭载声发射仪的疲劳试验系统，包括材料试验机、声发射仪和工作站。试验中，采用的疲劳加载设备为ＭＴＳ－８１０材料实验机，声发射信号采集系统为美国ＰＡＣ公司生产的ＳＡＭＯＳ声发射系统。为避免实验架和试样连接装置以及各种接头间相对运动产生的机械噪声，可将薄胶片垫在试样和夹头间，这种方法可以降低各种接头间的摩擦、提高阻尼、减少相对运动，进而来实现降低噪声。将声发射传感器布置在试样的两侧，其安放的位置，采用凡士林作为耦合剂将传感器与试样连接，为避免传感器松动或滑落，利用胶带将其固定在试样上。在开始实验前，为了验证传感器与试样耦合良好，可采用断铅实验的方法来进行测试。试验中，液压系统和加载装置的振动也会产生噪声，但由于液压系统的噪声频率一般ｌ〇ｋＨｚ以下，而来自实验架的机械噪声多在ｌ〇￣ｌ〇〇ｋＨｚ之间，对于上述噪声可以利用声发射仪自有软件的高通滤波功能来实现。在材料试验机工作时，同步触发声发射仪记录信号，通过工作站调整声发射仪参数并存储声发射信号参数，环境噪声与材料声发射信号强度不在一个分贝水平，可以通过设定阈值直接由声发射仪滤掉环境噪音。

      试验次数的确定金属材料疲劳损伤过程分为裂纹萌生阶段、裂纹稳定扩展阶段和裂纹快速扩展阶段，前两个阶段为材料使用的安全阶段，第三个阶段为材料使用的不安全阶段，箱体材料的疲劳损伤主要考察裂纹稳定扩展阶段和裂纹快速扩展阶段的分界点位置。初次进行了四次疲劳试验，理论上，对于同一材料在相同条件下的疲劳损伤过程，材料的循环寿命应该是一致的，但由于材料的分散性等原因，循环寿命值存在一定的差异。初次进行了四次疲劳试验：虽然箱体材料的裂纹稳定与快速扩展分界点的循环次数差异较大，但是该分界点至疲劳断裂时间的循环次数基本保持在一个量级，因此选择这一参量作为考察样本，粗略计算所需的试验次数。根据上述试验结果，依据确定试验次数的抽样理论，考虑分界点至疲劳断裂的循环周次的容许误差设为士３００，为最后至疲劳断裂预留至少５００次的疲劳循环次数，也就是大概在３０ｓ以上，该数据为加速试验条件下取值，对应真实服役条件，完全能够满足停车时间。箱体材料失效涉及升降车运行安全，为此样本抽样选择９９％的置信水平。本研究中，受试样数量与试验条件的影响，共进行了１５次箱体材料疲劳试验。

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    搭载声发射系统的箱体台架试验本项研究中，升降车齿轮箱整体台架试验在升降车齿轮箱生产厂家进行，试验台为升降车齿轮传动系统试验台。试验台以背靠背形式连接被试和陪试齿轮箱进行加载试验，可对最高至５００ｋｍ／ｈ升降车、地铁及重载机车等轨道交通齿轮传动系统进行综合加载试验与验证，对齿轮传动系统的密封、润滑状态、温升、传递效率、振动、噪声、模态特性、高低温特性、箱体静强度等性能指标进行验证。本研究中，在进行升降车齿轮箱台架试验的同时，搭载声发射系统。 搭载声发射仪的升降车齿轮箱台架试验升降车齿轮箱箱体壁厚２０ｍｍ，整个箱体宽２００＿，上盖宽１００ｍｍ，下盖与箱体同宽，大轴承盛油部分比箱体表面突出３０ｍｍ，将声发射仪探头安置在齿轮箱的几个关键结构位置，如图３－９所示。１号探头主要考察在台架试验中大齿轮对箱体的影响，２号、４号、５号探头主要考察箱体在台架试验中大小法兰孔中间处的性能变化，６号探头主要考察在台架试验中小齿轮对箱体的影响，３号、７号探头主要考察在台架试验中吊座处的性能变化。探头的安装方法与上述两个小节中一致，这里不再重复。 升降车齿轮箱箱体的台架试验是在进行升降车齿轮箱的型式试验中同时进行的，在型式试验过程中，通过声发射仪在箱体关键结构位置进行布点采集声发射信号。由于升降车齿轮箱型式试验时间较短，在型式试验过程中箱体还处于服役初期，疲劳损伤和拉伸损伤均没有演化到预警阶段，因此箱体台架试验数据没有采集到箱体的失效数据，但采集了箱体服役初期不同里程下的箱体关键结构位置的声发射信号数据。同时，箱体台架试验充分证明了声发射技术在箱体服役状态监测中应用的可行性。由于声发射技术采集到的声音来自材料内部金属键断裂产生的弹性波，而与外界激励无关，因此声发射仪探头在与金属表面充分接触后，对环境噪声不敏感，对探头来讲，最大的发声源来自于金属本身。箱体台架试验在升降车齿轮传动系统试验台上进行，周围环境模拟升降车的真实运行环境，检测到的声发射数据显示，声发射探头采集到的环境噪声低于４０ｄＢ，远低于声发射探头采集到的材料内部金属键断裂产生的弹性波能量。因此，本试验充分验证了声发射技术在升降车齿轮箱箱体监检测中应用的可行性。

     加速试验寿命的等效关系由于我国升降车运营时间较短，升降车齿轮箱箱体并没有全生命周期服役数据，在科学研究的情况下，可以通过加速试验得到加速试验寿命进而估算升降车齿轮箱的剩余寿命。本项研究主要针对齿轮箱箱体及其材料进行加速试验，包括材料拉伸试验、材料疲劳试验和升降车齿轮箱台架试验。拉伸试验是材料性能试验，并不能预估材料的剩余寿命，但一旦受到撞击等产生拉伸损伤，金属材料微观发生大量位错，即产生初始裂纹后，材料进入屈服阶段的剩余寿命估计对材料的安全使用具有重要意义。疲劳试验能够对材料使用寿命进行预测，疲劳试验的循环次数可以理解为材料使用寿命的一种表示方式。由于箱体及其基础材料在服役中拉伸与疲劳损伤同时存在，因此对拉伸损伤的预估剩余寿命值／Ｔ，可以与疲劳损伤的预估寿命值＾进行比较，取较小者作为预估剩余寿命。

    首先分析了本研究中选择声发射技术作为升降车齿轮箱箱体损伤监测手段的原因，介绍了声发射技术的原理、分析方法等内容；随后重点介绍了搭载声发射仪的箱体材料的拉伸试验和疲劳试验，二者均为加速试验，对试验材料、设备、条件及试验次数的确定给出了详细的说明与分析；进而介绍了本研究中进行的搭载声发射系统的箱体台架试验，虽然台架试验受条件限制没有采集到失效数据，但是台架试验充分验证了声发射技术在箱体损伤监测、故障诊断与寿命预测中应用的可行性；最后给出了加速试验寿命预测结果与常规条件下的寿命预测结果的等效关系。依据本章所描述的试验，采集得到的升降车齿轮箱箱体损伤过程的声发射数据，并不能直接用来表征箱体材料的损伤过程，还需要经过相应的数据分析，找到声发射信号与材料损伤过程的对应关系，才能够利用声发射技术实现对箱体材料的无损实时的故障诊断和寿命预测。

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