我們常說“勞其筯骨,餓其體膚”是為了“降大任于斯”。對于設備,其疲勞狀態(tài)直接關系著設備的持續(xù)使用狀態(tài)與壽命。因此,疲勞測試至關重要,可確保每一臺設備安全、正常、高效地運行。
生活中,我們也有類似的經(jīng)驗:一段鐵絲,反復快速彎折,在一定次數(shù)后,鐵絲最終折斷,這就是金屬疲勞。通俗理解:疲勞就是循環(huán)使用或受力后在局部產(chǎn)生的永久性累積損傷導致的裂紋并突然產(chǎn)生斷裂的過程。觀察鐵絲疲勞斷口,斷裂從疲勞源處向前方沿展,直到斷裂區(qū),形如下圖。
人類對金屬疲勞的最初認知源,自最早的疲勞試驗是德國人W.A.艾伯特在1829年對焊接鏈條進行一次循環(huán)加載實驗。1843年蘇格蘭人W.J.M.蘭金在研究機車車軸為何異常破壞時,越發(fā)明確了由于循環(huán)應力加載會對金屬的強度產(chǎn)生影響。而第一次對疲勞強度進行系統(tǒng)試驗的是德國人A.沃勒,也是他首次提出了應力-壽命曲線(S-N曲線)及疲勞極限的概念。
該圖以試件疲勞強度為縱坐標,以疲勞壽命的對數(shù)值lg
N為橫坐標,表示一定循環(huán)特征下標準試件的疲勞強度與疲勞壽命之間關系的曲線。圖中橫軸因為取了對數(shù),可以發(fā)現(xiàn)循環(huán)次數(shù)約104次成為一個分水嶺,若在104次前未發(fā)生疲勞,則后續(xù)發(fā)生疲勞的概率將大大降低。因此,疲勞據(jù)此又分為高周疲勞(HCF),低周疲勞(LCF0和亞臨界疲勞(Transition)。通常104~105界定了絕大部分試件的低周與高周。
申克超速試驗臺針對試件轉子的低周疲勞特性提供了如下解決方案。
設備使用電機提供動力,經(jīng)皮帶-行星齒輪箱或直連齒輪箱增速后,驅(qū)動轉子達到測試轉速,根據(jù)齒輪箱型號,最高可提供125,000rpm的測試轉速。試件轉子通過彈性軸,吊裝在行星齒輪箱下。設備的真空泵將封閉艙體中的空氣抽出,優(yōu)于1mbar,減少驅(qū)動轉子所需的功率。艙體內(nèi)布置了多層同心排布的高噸位防爆換,用于吸收轉子爆裂時產(chǎn)生的能量。
試驗時,啟動循環(huán)模式后,用戶可按需輸入實驗轉速、停留時間、循環(huán)次數(shù)、加減速度等參數(shù),仿真轉子真實工作時的運轉狀態(tài),在反復的升降速過程中,測試試件在周期應力影響下的疲勞特性。并可附加加熱爐,仿真轉子的熱態(tài)特性;通過滑環(huán)引線器或遙測裝置,引出應變或溫度貼片的信號,更加全面的了解轉子的測試過程中的狀態(tài)。
適用低周疲勞等多項測試
有效的現(xiàn)場噪音降低
靈活、適應性強,可以承載多樣化轉子測試需求
如今,航天航空發(fā)動機、新能源汽車發(fā)動機、大型透平葉輪以及壓氣機葉輪的高精度旋轉件,均可在超速試驗臺上進行強度性能測試。最新一代的CENTRIO系列,在常規(guī)轉速、超速、循環(huán)疲勞等多項熱態(tài)測試上提供了完善的解決方案。
目前該設備廣泛應用于航天航空、新能源汽車以及傳統(tǒng)透平領域,在中國產(chǎn)業(yè)升級轉型和全面碳中和的趨勢下,新興工業(yè)領域必將成為中國制造2025的主旋律,為此我們愿為民族復興樂章里譜上最強音。