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(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107356388A(43)申请公布日2017.11.17(21)申请号201710611328.0(22)申请日2017.07.25(71)申请人河海大学地址211100江苏省南京市江宁区佛城西路8号(72)发明人葛新峰张昌振陈慧楠徐旭水旭峰刘阳李静(74)专利代理机构南京纵横知识产权代理有限公司32224代理人董建林张赏(51)Int.Cl.G01M7/02(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图6页(54)发明名称水轮机顶盖螺栓机械振动式疲劳实验模拟装置及模拟方法(57)摘要本发明公开了一种水轮机顶盖螺栓机械振动式疲劳实验模拟装置及模拟方法,包括顶盖螺栓、水轮机顶盖、若干个机械式推动杆、机械式振动台基座、扁平弹簧基座、螺旋弹簧、传动轴、旋转电机、电机基座和凸轮机构,旋转电机与凸轮机构通过传动轴连接,旋转电机放置在电机基座上,螺旋弹簧采用扁平弹簧基座与凸轮机构接触,机械式推动杆成对称形式穿过振动台上基座,旋转电机带动凸轮机构转动,凸轮机构带动旋转弹簧转动,旋转弹簧转动带动机械式推动杆实现不同形式的轴向往复运动。本发明可以模拟不同振动形式、不同振动频率下,水轮机顶盖联接螺栓的振动情况,为避免螺栓因疲劳失效而导致严重事故提供理论基础。CN107356388ACN107356388A权利要求书1/2页1.水轮机顶盖螺栓机械振动式疲劳实验模拟装置,其特征在于,包括顶盖螺栓、水轮机顶盖、若干个机械式推动杆、机械式振动台基座、扁平弹簧基座、螺旋弹簧、传动轴、旋转电机、电机基座和凸轮机构;所述机械式振动台基座包括振动台上基座,振动台下基座和振动台四周肋板;所述水轮机顶盖以水电站水轮机顶盖实际模型按比例缩小而成;所述水轮机顶盖与机械式振动台基座的顶部采用顶盖螺栓选用固定预紧力旋紧,然后将实验模拟装置竖立在水平基准平台之上;所述水轮机顶盖由振动台四周肋板支撑;所述水轮机顶盖底部与振动台上基座之间设若干个成对称性均匀分布的机械式推动杆,所述机械式推动杆顶部与水轮机顶盖之间留有间隙,该间隙即机械式推动杆上下运动行程;所述机械式推动杆镶嵌在螺旋弹簧中,螺旋弹簧上部与振动台上基座采用焊接的方式连接,螺旋弹簧下部采用扁平弹簧基座与凸轮机构接触;所述机械式推动杆下部与扁平弹簧基座固定连接;所述旋转电机与凸轮机构通过传动轴连接,旋转电机放置在电机基座上,振动台下基座用来承接电机基座;所述旋转电机与机械式推动杆的个数与分布情况相同;所述旋转电机带动凸轮机构转动,凸轮机构带动旋转弹簧转动,旋转弹簧转动带动机械式推动杆实现不同形式的轴向往复运动。2.根据权利要求1所述的水轮机顶盖螺栓机械振动式疲劳实验模拟装置,其特征在于,所述水轮机顶盖由顶盖下腹板,上环板,外圆筒和径向肋板构成。3.根据权利要求1所述的水轮机顶盖螺栓机械振动式疲劳实验模拟装置,其特征在于,所述顶盖螺栓由螺母和双头螺柱构成。4.根据权利要求1所述的水轮机顶盖螺栓机械振动式疲劳实验模拟装置,其特征在于,所述机械式推动杆有8个。5.根据权利要求1所述的水轮机顶盖螺栓机械振动式疲劳实验模拟装置,其特征在于,所述振动台上基座不可拆卸。6.根据权利要求1所述的水轮机顶盖螺栓机械振动式疲劳实验模拟装置,其特征在于,所述振动台下基座可拆卸。7.根据权利要求1所述的水轮机顶盖螺栓机械振动式疲劳实验模拟装置,其特征在于,所述旋转电机转速可调,通过改变凸轮机构的转动频率从而达到调节机械式推动杆的轴向振动频率,来模拟不同的实际工况。8.根据权利要求1所述的水轮机顶盖螺栓机械振动式疲劳实验模拟装置,其特征在于,所述旋转电机采用遥控控制,可同时开启所有旋转电机或者单独开启某一个或多个旋转电机来模拟水轮机顶盖某一部分单独承受振动时的工况。9.根据权利要求1所述的水轮机顶盖螺栓机械振动式疲劳实验模拟装置,其特征在于,所述凸轮机构可更换,通过更换凸轮机构模拟不同的振动形式。10.1基于权利要求1至9任意一项所述的水轮机顶盖螺栓机械振动式疲劳实验模拟装置的模拟方法,其特征在于,包括以下步骤:1)将顶盖螺栓在万能试验机上进行静力学拉伸实验测量其初始屈服强度、初始极限强度、初始弹性模量;2)确定需要模拟振动的类型,确定机械式推动杆3振动的幅度值A,确定机械式推动杆32CN107356388A权利要求书2/2页轴向往复运动的形式,确定旋转电机转速n,采用标准扭矩扳手对所有顶盖螺栓进行旋紧;3)将整个实验模拟装置竖直放置在水平基准平台上;4)选取适用的凸轮机构并安装在传动轴上,开启旋转电机,调整实验需要的转速n,机械式推动杆在旋转电机的驱动下轴向往复运动,运行稳定六小时后,关闭旋转电机,使用标准扭矩扳手旋下螺母,拆下螺栓,在万能试验机上对顶盖螺栓进行静拉