CN102620985B - 调距桨电液伺服加载装置及加载方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种调距桨电液伺服加载方法，在加载台架组件上设置转叶扭矩M加载油缸Ⅰ和转叶扭矩M加载油缸Ⅱ、推力P加载油缸、旋转阻力T加载油缸以及离心力R加载油缸；通过操纵面板控制电动机组启停装置和电磁阀控制装置，再通过操纵面板输入实验数据，由可编程控制器CPU通过M缸加载伺服阀、P缸加载伺服阀、T缸加载伺服阀和R缸加载伺服阀来分别控制转叶扭矩M加载油缸Ⅰ和转叶扭矩M加载油缸Ⅱ、推力P加载油缸、旋转阻力T加载油缸以及离心力R加载油缸；位移传感器组、力传感器组和应变传感器组获取各项模拟的实验数据；可编程控制器CPU采集实验数据，由数据计算与显示装置计算出最后的实验结果并显示。

Description

调距桨电液伺服加载装置及加载方法

技术领域

本发明涉及电液伺服领域的加载试验台类装置，特别是涉及一种调距桨电液伺服加载装置及加载方法。

背景技术

调距桨是目前舰船中最广泛采用的推进装置之一，与定距桨的主要区别在于，定距桨的桨叶不能转动，而调距桨可以通过驱动设置于桨毂中的运动机构，以桨叶转动和改变桨叶的角度来调节螺旋桨螺距。通过桨叶螺距角的改变实现主机负荷的增加或减小，以便改善主机推进效率、降低营运成本和获得优良的操纵性能和机动性。其内部机械结构复杂，性能要求较高。对于新研制更大功率的调距桨装置必须建立加载试验台，对桨毂结构设计以及调距桨电液比例伺服控制系统进行考核，考察新研制的调距桨装置是否满足设计要求。螺旋桨在水下分别受到推力，旋转阻力、离心力以及桨叶转动扭距，其中在推力、旋转阻力和转叶扭距上还有脉动压力存在。

螺旋桨在水中旋转时受到的力和力矩负荷组成是：轴向的推力P、螺旋桨旋转沿切线方向阻力T、惯性转叶扭矩和水动力转叶扭矩M、离心力R等，这些力和力矩与螺距、进速以及它们的变化率有关。世界上各国对调距桨加载系统的研究过去主要以“飞铁”惯性加载试验为主，“飞铁”加载的原理是，将螺旋桨桨叶更换成加载悬臂，并在悬臂后部加挂不同重量的铁块，螺旋桨的旋转是由电机带动，转速的调节是由减速箱和离合器进行控制，通过调整加载悬臂与螺旋桨轴向的夹角位置，在螺旋桨旋转时由于离心力的作用，能分别在螺旋桨上模拟出推力方向、旋转阻力方向和离心力方向的受力。它的优点是除桨叶扭矩外能保证调距桨装置在其他各个方向的同时受力，并能对调距桨桨毂机械机构进行强度考核；它的缺点是很难通过飞铁加载实现对各个方向上受力的精确控制，并且“飞铁”加载的基本原理是离心力加载，只能进行调距桨装置相对稳态的加载，不能满足对调距桨装置实施模拟实船受力动态加载以及脉动力加载的需要。但在当时条件下这种加载装置已是公认的最能反映调距桨真实受力的试验装置。目前，对于调距桨加载试验台架的研究，由于商业和军事目的，世界上鲜有报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用来模拟调距桨在各种复杂真实海况下所受的动态载荷的调距桨电液伺服加载装置及加载方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种调距桨电液伺服加载装置，包括：包括加载台架组件、液压系统、电控及检测系统；所述加载台架组件包括大质量圆盘底座，所述大质量圆盘底座上表面上设置有桨毂座，桨毂座上设置有桨毂，以桨毂座为轴心，在大质量圆盘底座上设置有至少一个的的离心力R油缸支座，离心力R油缸支座右侧设置有旋转阻力T油缸支座；所述液压系统包括不锈钢油箱，不锈钢油箱通过油路分别连接有电调比例泵、定量泵和控制泵；电调比例泵的油路分别连接有高压滤器、系统压力传感器、蓄能器、溢流阀以及电磁溢流阀II；定量泵的油路与电调比例泵的油路相连接；控制泵分别连接有电磁溢流阀I和电调比例泵；高压滤器分别连接有M缸加载伺服阀、P缸加载伺服阀、T缸加载伺服阀、R缸加载伺服阀以及压力传感器；M缸加载伺服阀一条油路上分别连接有电磁换向阀、压力传感器II和转叶扭矩M加载油缸Ⅰ的无杆腔，M缸加载伺服阀的另一条油路上分别连接有电磁换向阀、压力传感器III和转叶扭矩M加载油缸Ⅱ的有杆腔；P缸加载伺服阀的一条油路上分别连接有压力传感器Ⅳ和推力P加载油缸的无杆腔，P缸加载伺服阀的另一条油路上分别连接有压力传感器Ⅴ和推力P加载油缸的有杆腔；T缸加载伺服阀分别连接有压力传感器Ⅵ、旋转阻力T加载油缸的有缸腔；R缸加载伺服阀分别连接有压力传感器和离心力R加载油缸的有杆腔；推力P加载油缸的无杆腔、旋转阻力T加载油缸的无杆腔、M缸加载伺服阀、P缸加载伺服阀、T缸加载伺服阀和R缸加载伺服阀通过油路相连接；连接推力P加载油缸的无杆腔、旋转阻力T加载油缸的无杆腔、M缸加载伺服阀、P缸加载伺服阀、T缸加载伺服阀和R缸加载伺服阀的油路经风冷却器进入不锈钢油箱底部；溢流阀以及电磁溢流阀II的油路经风冷却器进入不锈钢油箱底部；所述电控及检测系统包括电源装置，所述电源装置分别连接有操纵面板、显示仪表、数据计算与显示装置、可编程控制器CPU、模拟量输入模块、数字量输入/输出模块、模拟量输出模块、网口通讯模块、力传感器组、应变传感器组、位移传感器组、电磁阀控制装置、电动机组启停装置、M缸加载伺服阀、P缸加载伺服阀、T缸加载伺服阀、R缸加载伺服阀、NI数据采集系统和ARM高频加载控制器；所述数据计算与显示装置分别与网口通讯模块和NI数据采集系统相连；操纵面板分别与显示仪表、数字量输入/输出模块和PLC模拟量输入模块相连；NI数据采集系统与力传感器和应变传感器组相连；ARM高频加载控制器分别与力传感器组和伺服阀组相连；模拟量输入模块分别与力传感器和位移传感器相连；数字量输入/输出模块和电机启动箱相连；PLC模拟量输出模块和伺服阀组相连。

一种调距桨电液伺服加载方法：在加载台架组件上，通过电控及检测系统控制液压系统做出做出各种实验加载，具体的为：在加载台架组件上设置转叶扭矩M加载油缸Ⅰ和转叶扭矩M加载油缸Ⅱ、推力P加载油缸、旋转阻力T加载油缸以及离心力R加载油缸；通过操纵面板控制电动机组启停装置和电磁阀控制装置，再通过操纵面板输入实验数据，由可编程控制器CPU通过M缸加载伺服阀、P缸加载伺服阀、T缸加载伺服阀和R缸加载伺服阀来分别控制转叶扭矩M加载油缸Ⅰ和转叶扭矩M加载油缸Ⅱ、推力P加载油缸、旋转阻力T加载油缸以及离心力R加载油缸；位移传感器组、力传感器组和应变传感器组获取各项模拟的实验数据；可编程控制器CPU采集到位移传感器组、力传感器组和应变传感器组获取各项模拟的实验数据后，将采集到的各项模拟的实验数据传送到数据计算与显示装置上，由数据计算与显示装置计算出最后的实验结果并显示。

本发明调距桨电液伺服加载装置能在陆上试验台架环境下完全模拟各种型号螺旋桨桨叶在真实海况螺距角变化情况下受到的动态载荷，根据电液伺服原理开发的四通道电液伺服螺旋桨加载试验台。

本发明与背景技术相比，具有以下有益效果：本发明利用电液伺服原理,采用高频伺服阀对模拟桨叶各个方向受力进行加载试验，可进行手动、自动加载和高频转叶扭矩加载，手动加载可在操纵台上手动调节各个加载旋钮进行加载幅值的设置，还可模拟桨叶所受的脉动力进行频率和幅值加载，其中专业扭矩的最高加载频率可达120Hz。自动加载可根据桨叶类型的不同，通过输入该桨叶在各种螺距、转速、进速情况下的载荷谱，进行模拟实船工况自动加载试验。对加载及测试结果实时显示测试曲线，并保存检测数据。操作人员可直接对测试结果进行现场认定，也可试验后对测试数据进行分析。通过质、军检试验鉴定，各项指标均达到和超出技术规格书要求。该加载系统采用高频响、高精度电液伺服阀，操作过程方便，功能强大，控制精度高，频响高，具有模拟各种类型桨叶在不同工况下复杂载荷的能力。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1是本发明的调距桨电液伺服加载台系统结构示意图；

图2是图1的右侧示意图；

图3是图1的俯视示意图；

图4是本发明的调距桨电液伺服加载装置及加载方法的液压系统示意图；

图5是本发明的调距桨电液伺服加载装置及加载方法的电控及检测系统模块示意图。

具体实施方式

图1、图4和图5结合给出了一种调距桨电液伺服加载装置，包括加载台架组件、液压系统和电控及检测系统。

以上所述的加载台架组件包括桨毂2、桨毂座44、大质量圆盘底座47、离心力R油缸支座20和旋转阻力T油缸支座27；

以上所述的液压系统包括液压主泵Ⅰ67.1、液压主泵Ⅱ67.2、液压控制泵72、不锈钢油箱53、风冷却器57、蓄能器86、液压阀Ⅰ97、液压阀Ⅱ88、液压阀Ⅲ79.1、液压阀Ⅳ79.2、M缸加载伺服阀95（高频响M缸加载伺服阀）、P缸加载伺服阀96.1、T缸加载伺服阀96.2、R缸加载伺服阀96.3、离心力R加载油缸29、推力P加载油缸39、旋转阻力T加载油缸21、转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17以及转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18。液压主泵Ⅰ67.1、液压主泵Ⅱ67.2、控制泵72和风冷却器57中均设有电动机。

以上所述的电控及检测系统包括电源装置213、操纵面板141、显示仪表210、计算机数据显示装置101、可编程控制器CPU121、模拟量输入模块122、数字量输入/输出模块123、模拟量输出模块124、网口通讯模块125、力传感器组93、应变传感器组104、位移传感器组1、电磁阀控制装置212、电动机组启停装置211、M缸加载伺服阀95、P缸加载伺服阀96.1、T缸加载伺服阀96.2、R缸加载伺服阀96.3、NI数据采集系统102和ARM高频加载控制器103。力传感器组93包括压力传感器Ⅰ93.1、压力传感器Ⅱ93.2、压力传感器Ⅲ93.3、压力传感器Ⅳ93.4、压力传感器Ⅴ93.5、压力传感器Ⅵ93.6和压力传感器Ⅶ93.7。

操纵面板141、显示仪表210、计算机数据显示装置101、可编程控制器CPU121、模拟量输入模块122、数字量输入/输出模块123、模拟量输出模块124、网口通讯模块125、力传感器组93（即压力传感器Ⅰ93.1、压力传感器Ⅱ93.2、压力传感器Ⅲ93.3、压力传感器Ⅳ93.4、压力传感器Ⅴ93.5、压力传感器Ⅵ93.6、压力传感器Ⅶ93.7）、应变传感器组104、位移传感器组1、电磁阀控制装置212、电动机组启停装置211、M缸加载伺服阀95、P缸加载伺服阀96.1、T缸加载伺服阀96.2、R缸加载伺服阀96.3、NI数据采集系统102和ARM高频加载控制器103均与电源装置213相连接，由电源装置213提供电源。

大质量圆盘底座47水平放置于试验场地，桨毂座44通过螺栓固定在大质量圆盘底座47上，桨毂2通过螺栓固定在桨毂座44上（桨毂2采用立式尾部朝上倒置的安装方式），大质量圆盘底座47、桨毂座44以及桨毂2的中心线重合同心；桨毂2上设有叶根法兰7，叶根法兰7主要用于实船安装螺旋桨桨叶，本发明的加载台架上是以模拟桨叶代替实际桨叶进行加载试验）；模拟桨叶叶根4通过桨叶螺栓以实船的预紧力固定在叶根法兰7上，叶根法兰7旋转带动模拟桨叶叶根4一起旋转；模拟桨叶叶端8通过铰制孔螺栓与模拟桨叶叶根4固定连接，并用配套的螺母与铰制孔螺栓配紧。模拟桨叶叶端8的左侧通过销轴与转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17的上端的活塞杆端件相连接，转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17的缸底通过销轴与固定在大质量圆盘底座47上的M缸连接座Ⅰ15相连接；模拟桨叶叶端8的右侧相对应于转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17设有转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18，转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18的缸底通过销轴与固定在大质量圆盘底座47上的M缸连接座Ⅱ16相连接。模拟桨叶叶端8的轴向螺纹孔内连接有合金轴9，合金轴9的轴心线与模拟桨叶叶端8的中心线重合；推力P加载油缸39上端的活塞杆端件套装在合金轴9上，推力P加载油缸39下端的P油缸底座通过销轴与固定在大质量圆盘底座47上的P油缸连接座40相连接。合金轴9（合金轴9的另外一端）上通过螺纹连接有R缸连接座12；在大质量圆盘底座47上固定有离心力R油缸支座20，离心力R油缸支座20上端设有圆孔，在离心力R油缸支座20和桨毂座44之间固定有加强梁36；离心力R加载油缸29上的活塞杆端件穿过圆孔与R缸连接座12通过销轴相连接。在离心力R油缸支座20的右侧固定有旋转阻力T油缸支座27；在合金轴9上的活塞杆端件（即套装在合金轴9上的推力P加载油缸39上端的活塞杆端件）的两侧分别套装有T缸双孔耳座Ⅰ10和T缸双孔耳座Ⅱ11（即T缸双孔耳座Ⅰ10和T缸双孔耳座Ⅱ11的大孔），旋转阻力T加载油缸21的活塞杆端件通过销轴与T缸双孔耳座Ⅰ10和T缸双孔耳座Ⅱ11相连接（即旋转阻力T加载油缸21的活塞杆端件夹在T缸双孔耳座Ⅰ10和T缸双孔耳座Ⅱ11之间，T缸双孔耳座Ⅰ10和T缸双孔耳座Ⅱ11的小孔）；旋转阻力T加载油缸21的缸底座通过销轴固定在T缸连接座24（T缸连接座24通过螺钉固定在旋转阻力T油缸支座27的上端）上。

在实际使用的时候，在桨毂2上设五个等距离的叶根法兰7（五个叶根法兰7之间相差角度72°，围绕桨毂2一圈；同理，在大质量圆盘底座47设五个相应的离心力R油缸支座（20）和旋转阻力T油缸支座（27），以及相应的转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17、转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18、推力P加载油缸39、旋转阻力T油缸支座27和旋转阻力T加载油缸21。为以下文章中表述方便，

位移传感器组1垂直安装在桨毂2上端中心位置，位移传感器组1的测量头通过桨毂2尾端的开孔深入桨毂2直抵桨毂油缸活塞位置。

不锈钢油箱53上设有吸油滤器I58.1、吸油滤器II58.2和吸油滤器III59；不锈钢油箱53通过吸油滤器I58.1与蝶阀I60.1相连，蝶阀I60.1与电调比例泵63的吸油口相连接；不锈钢油箱53通过吸油滤器II58.2与蝶阀II60.2相连，蝶阀II60.2与定量泵99的吸油口相连；不锈钢油箱53通过吸油滤器III59与蝶阀Ⅲ60.3相连，蝶阀Ⅲ60.3与控制泵72的吸油口相连。电调比例泵63的出油口与单向阀I69.1相连接，定量泵99的出油口与单向阀II69.2相连，单向阀I69.1分别与单向阀II69.2、高压滤器84进油口、系统压力传感器Ⅰ93.1、蓄能器86、溢流阀88进油口、电磁溢流阀II79.2进油口相连；控制泵72的出油口分别与电磁溢流阀I79.1和电调比例泵63相连；高压滤器84的出油口分别与M缸加载伺服阀95的进油口、P缸加载伺服阀96.1的进油口、T缸加载伺服阀96.2的进油口、R缸加载伺服阀96.3的进油口和压力传感器98相连；M缸加载伺服阀95的一个出油口分别连接有电磁换向阀97、压力传感器II93.2和转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17的无杆腔，M缸加载伺服阀95的另一个出油口分别连接有电磁换向阀97、压力传感器III93.3和转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18的有杆腔；转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17的有杆腔与转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18的无杆腔通过油路相连；P缸加载伺服阀96.1的一个出油口分别与压力传感器93.4和推力P加载油缸39的无杆腔相连接，P缸加载伺服阀96.1的另一个出油口分别与压力传感器Ⅴ93.5和推力P加载油缸39的有杆腔相连；T缸加载伺服阀96.2的出油口分别与压力传感器93.6、旋转阻力T加载油缸21的有杆腔相连；R缸加载伺服阀96.3的出油口分别与压力传感器Ⅶ93.7、离心力R加载油缸29的有杆腔相连；旋转阻力T加载油缸21的无杆腔、离心力R加载油缸29的无杆腔、M缸加载伺服阀95的出油口、P缸加载伺服阀96.1的出油口、T缸加载伺服阀96.2的出油口和R缸加载伺服阀96.3的出油口通过一条油路相连接，连接旋转阻力T加载油缸21的无杆腔、离心力R加载油缸29的无杆腔、M缸加载伺服阀95的出油口、P缸加载伺服阀96.1的出油口、T缸加载伺服阀96.2的出油口和R缸加载伺服阀96.3的出油口的油路经风冷却器57进入不锈钢油箱53底部。溢流阀88和电磁溢流阀II79.2的油路经风冷却器57进入不锈钢油箱53底部。

操纵面板141的上各种旋钮、开关按钮以及车钟手柄142控制指令信号分别与控制台上显示仪表、数字量输入/输出模块123、模拟量输入模块122、模拟量输出模块124和ARM高频加载控制器103相连；力传感器组93、位移传感器组1和应变传感器组104分别与模拟量输入模块122、模拟量输出模块124、ARM高频加载控制器103和NI数据采集系统102相连；NI数据采集系统102采集的信号传输到计算机数据显示装置101；计算机数据显示装置101信号通过网口通讯模块125与可编程的控制器PLC（CPU）121进行数据交换；电磁溢流阀79、电磁换向阀97、液压主泵Ⅰ67.1中的电动机、液压主泵Ⅱ67.2中的电动机、控制泵72中的电动机和风冷却器57中的电动机均与数字量输入/输出模块123相连，液压主泵Ⅰ67.1中的电动机用于运行电比例变量泵63、液压主泵Ⅱ67.2中的电动机用于运行定量泵99、控制泵72中的电动机用于运行控制泵72、风冷却器57中的电动机用于控制冷却风器57启停；M缸加载伺服阀95、P缸加载伺服阀96.1、T缸加载伺服阀96.2、R缸加载伺服阀96.3分别与模拟量输出模块124和ARM高频加载控制器103的输出信号相连，M缸加载伺服阀95用于控制转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17以及转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18的动作，P缸加载伺服阀96.1用于控制推力P加载油缸39的动作，T缸加载伺服阀96.2用于控制旋转阻力T加载油缸21动作，R缸加载伺服阀96.3用于控制离心力R加载油缸29动作；在操纵面板141上按下M缸高频加载按钮159时，M缸加载伺服阀95与ARM高频加载控制器103信号相连。

在实际使用的时候，在桨毂2上设五个等距离的叶根法兰7（五个叶根法兰7之间相差角度72°，围绕桨毂2一圈）；同理，在大质量圆盘底座47设五个相应的离心力R油缸支座20和旋转阻力T油缸支座27，以及相应的转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17、转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18、推力P加载油缸39、离心力R加载油缸29和旋转阻力T加载油缸21。为以下文章中表述方便，五个转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17分别以一号转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17.1、二号转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17.2、三号转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17.3、四号转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17.4和五号转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17.5表述；五个转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18分别以一号转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18.1、二号转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18.2、三号转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18.3、四号转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18.4和五号转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18.5表述；将五个推力P加载油缸39分别以一号推力P加载油缸39.1、二号推力P加载油缸39.2、三号推力P加载油缸39.3、四号推力P加载油缸39.4和五号推力P加载油缸39.5表述；五个离心力R加载油缸29分别以一号离心力R加载油缸29.1、二号离心力R加载油缸29.2、三号离心力R加载油缸29.3、四号离心力R加载油缸29.4和五号离心力R加载油缸29.5表述；五个旋转阻力T加载油缸21分别以一号旋转阻力T加载油缸21.1、二号旋转阻力T加载油缸21.2、三号旋转阻力T加载油缸21.3、四号旋转阻力T加载油缸21.4和五号旋转阻力T加载油缸21.5表述。

本发明的调距桨电液伺服加载装置实际使用时，共可在桨毂座44上安装有五个模拟桨叶，相互之间按相差角度72°角均匀分布，对模拟桨叶加载的油缸共四组，分别为转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17和转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18、推力P加载油缸39、离心力R加载油缸29以及旋转阻力T加载油缸21。推力P加载油缸39相对应于五个模拟桨叶设置有五个油缸（即下文中所指的一号推力P加载油缸39.1、二号推力P加载油缸39.2、三号推力P加载油缸39.3、四号推力P加载油缸39.4和五号推力P加载油缸39.5均为上文中的推力P加载油缸39）；旋转阻力T加载油缸21相对应于五个模拟桨叶设置有五个油缸（即下文中所指的一号旋转阻力T加载油缸21.1、二号旋转阻力T加载油缸21.2、三号旋转阻力T加载油缸21.3、四号旋转阻力T加载油缸21.4和五号旋转阻力T加载油缸21.5均为上文中的旋转阻力T加载油缸21）；离心力R加载油缸29相对应于五个模拟桨叶设置有五个油缸（即下文中所指的一号离心力R加载油缸29.1、二号离心力R加载油缸29.2、三号离心力R加载油缸29.3、四号离心力R加载油缸29.4和五号离心力R加载油缸29.5均为上文中的离心力R加载油缸29），转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17和转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18相对应于五个模拟桨叶分别设置有五个油缸（即下文中所指的一号转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17.1、二号转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17.2、三号转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17.3、四号转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17.4和五号转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17.5均为上文中的转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17；下文中所指的一号转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18.1、二号转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18.2、三号转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18.3、四号转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18.4和五号转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18.5均为上文中的转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18）。是典型的四通道电液伺服力控制系统。在手动加载模式时，各加载指令信号由操纵面板141上的各个力加载旋钮确定，与调距桨螺距位置无关，是主动式力控制系统。在自动加载模式下，各加载指令信号为计算机数据显示装置101发出的加载载荷谱信号，该信号为调距桨螺距位置运动量的函数，是被动式力控制系统。

四通道电液伺服力加载控制系统主要由加载操纵面板141、车钟手柄、计算机数据显示装置101（上位机）、四通道协调控制加载系统（由可编程控制器CPU121、模拟量输入模块122、数字量输入/输出模块123、模拟量输出模块124和网口通讯模块125组成，为下位机）、四组加载油缸（转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17和转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18、推力P加载油缸39、离心力R加载油缸29以及旋转阻力T加载油缸21）、伺服阀组（M缸加载伺服阀95、P缸加载伺服阀96.1、T缸加载伺服阀96.2和R缸加载伺服阀96.3）、力传感器组93、应变传感器104（应变测试子系统）、NI数据采集系统102组成。其中计算机数据显示装置101（上位机）主要完成整个加载系统各个部分工作状况的监控管理、人机界面管理、加载载荷谱设置、试验过程监控、试验数据采集显示及保存等功能。下位机四通道协调控制加载系统中的可编程控制器CPU121接收由操纵面板141和上位计算机数据显示装置101发下的各种控制指令、加载载荷谱和各种控制参数，对采集的各种模拟量信号进行标度，采用PID闭环控制算法完成各通道协调加载控制任务，将实际加载值等监测数据通过以太网或者RS232串口传输给上位计算机数据显示装置101进行显示、记录和处理，同时，完成对油泵机组的启停控制与状态采集，以及整个加载系统所有报警功能和安保工作。

当模拟量输入模块122检测到加载指令信号与力传感器反馈信号不一致时，可编程控制器CPU121经过PID运算，计算结果通过模拟量输出模块124输出电流给相应的电液伺服阀，经电液伺服阀转换并输出液压能，使液压缸输出液压力，直到加载指令信号与力传感器反馈信号一致时，才能保证作用在负载上的力与指令要求一致。

在操纵面板141上按下控制泵启动按钮、加载泵I启动按钮和加载泵II启动按钮，分别启动控制泵72中的电动机、液压主泵Ⅰ67.1中的电动机和液压主泵Ⅱ67.2中的电动机，从而使控制泵72、电调比例泵63和定量泵99运转工作，将液压油从油箱分别通过吸油滤器Ⅲ59、吸油滤器Ⅰ58.1、吸油滤器Ⅱ58.2和蝶阀60.3Ⅲ、蝶阀60.1Ⅰ、蝶阀60.2Ⅱ吸入各电动泵的吸油口，液压油从控制油泵72的吸油口流入从出油口流出，经胶管和单向阀78后流入点比例变量泵63的控制油路，当该油路油压高于10MPa时，部分液压油经电磁溢流阀Ⅰ79.1回流至油箱。从电调比例泵63的吸油口流入从出油口流出，经高压软管Ⅰ和单向阀Ⅰ69.1的液压油与从定量泵99的吸油口流入从出油口流出，和经高压软管Ⅱ和单向阀Ⅱ69.2流出的液压油汇合，此时液压系统能否投入运行由电磁溢流阀Ⅱ79.2控制，当电磁溢流阀Ⅱ79.2失电，液压油全部由电磁溢流阀Ⅱ79.2卸荷，流入油箱53，当电磁溢流阀Ⅱ79.2得电，液压油系统压力最高值由溢流阀88调整限制，设置为28MPa，部分不参与工作的液压油由溢流阀88流经风冷却器回流至油箱53，液压系统工作中产生的压力波动由蓄能器86加以补偿。电磁溢流阀Ⅱ79.2得电后，液压油经高压滤器84进入四个电液伺服阀（M缸加载伺服阀95、P缸加载伺服阀96.1、T缸加载伺服阀96.2、R缸加载伺服阀96.3）。

转叶扭矩M加载、推力P加载、旋转阻力T加载和离心力R加载。

模拟桨叶旋转扭矩M加载是：

在选择M低频加载模式时，模拟量输入模块122采集桨叶旋转扭矩M加载指令信号和M缸加载油路的两路油压信号，在可编程控制器CPU121中通过测量的两路油压信号计算出当前状态下施加在模拟桨叶上的扭矩值，通过与采集到的M加载指令信号进行比较，采用PID闭环控制算法计算出输出值，由模拟量输出模块124输出伺服阀控制信号使电液伺服阀动作，使液压缸输出与指令信号相一致的压力。当选择高频加载控制模式时，桨叶旋转扭矩M加载指令信号（包括加载频率信号和加载振幅信号）和M缸加载油路的两路油压信号输入到ARM高频加载控制器103中，在高频加载模式下，ARM高频控制器根据模拟频率信号和振幅信号，在内部生成频率和振幅与之相对应的正弦波加载指令信号，与通过测量的油压信号计算出来的扭矩值进行比较，按PID闭环控制算法进行计算并直接输出控制值到伺服阀驱动控制电路中，驱动M缸加载伺服阀95动作，使得加载在模拟桨叶上的旋转扭矩值跟随正弦指令信号变化。

一号转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17.1、二号转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17.2、三号转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17.3、四号转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17.4、五号转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17.5、一号转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18.1、二号转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18.2、三号转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18.3、四号转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18.4和五号转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18.5对五个模拟桨叶实施扭距加载，当M缸加载伺服阀95接受到的控制信号为12mA时，阀芯处于中位进入M加载油缸的油路被截止，五组转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17处于稳压状态。当接受大于12mA指令信号时，M缸加载伺服阀95阀芯动作，液压系统的液压油从一号转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17.1、二号转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17.2、三号转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17.3、四号转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17.4和五号转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17.5的无杆腔进油，从有杆腔回油，流回油箱53，油缸杆伸出。一号转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18.1、二号转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18.2、三号转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18.3、四号转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18.4和五号转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18.5的有杆腔进油，无杆腔回油，油缸杆收缩，相应地五组转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17分别对五个模拟加载桨叶叶端8同时产生模拟转叶扭矩所受到的顺时针方向的旋转扭矩，直接通过模拟加载桨叶叶端8和模拟加载桨叶叶根4传递到桨毂2的叶根法兰7上。反之，当接受小于12mA指令信号时，M缸加载伺服阀95的阀芯向另一方向动作，一号转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17.1、二号转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17.2、三号转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17.3、四号转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17.4和五号转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17.5的有杆腔进油，无杆腔回油，油缸收缩，一号转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18.1、二号转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18.2、三号转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18.3、四号转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18.4和五号转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18.5的无杆腔进油，有杆腔回油，油缸杆伸出，相应地五组转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17分别对五个模拟加载桨叶叶端8同时产生模拟转叶扭矩所受到的逆时针方向的旋转扭矩，直接通过模拟加载桨叶叶端8和模拟加载桨叶叶根4传递到桨毂2的叶根法兰7上。

桨毂推力P方向的加载是：

当进行推力P加载时，模拟量输入模块122接受桨叶推力P加载指令信号和P缸加载油路的两路油压信号，在可编程控制器CPU121中通过测量的P油缸两路油压信号和M油缸两路油压信号，进行解耦计算出当前状态下施加在模拟桨叶上的推力值，与采集到的P加载指令信号进行比较，采用PID闭环控制算法计算出输出值，由模拟量输出模块124输出控制P缸加载伺服阀96.1控制信号，P缸加载伺服阀96.1控制液压油进出推力P加载油缸39（推力P加载油缸39分为5个，分别为推力P加载油缸Ⅰ39.1、推力P加载油缸Ⅱ39.2、推力P加载油缸Ⅲ39.3、推力P加载油缸Ⅳ39.4、推力P加载油缸Ⅴ39.5）活塞两端的腔体，当P缸加载伺服阀96.1收到12mA的阀控制信号时，P缸加载伺服阀96.1的阀芯处于中位，推力P加载油缸39两腔均无进油和出油，当接收到大于12mA的阀控制信号时，P缸加载伺服阀96.1阀芯动作，液压系统的液压油从推力P加载油缸Ⅰ39.1、推力P加载油缸Ⅱ39.2、推力P加载油缸Ⅲ39.3、推力P加载油Ⅳ39.4、推力P加载油缸Ⅴ39.5的上腔进油，从下底腔出油流回油箱，油缸杆收缩。当接收到小于12mA的阀控制信号时，P缸加载伺服阀96.1阀芯动作，使得液压系统的液压油从推力P加载油缸Ⅰ39.1、推力P加载油缸Ⅱ39.2、推力P加载油缸Ⅲ39.3、推力P加载油缸Ⅳ39.4、推力P加载油缸Ⅴ39.5的下底腔进油，从上腔出油流回油箱，油缸杆伸出。由于P缸加载伺服阀96.1阀芯的动作控制其活塞杆的伸缩，而桨叶所受推力P方向上的模拟加载力是通过推力P加载油缸Ⅰ39.1、推力P加载油缸Ⅱ39.2、推力P加载油缸Ⅲ39.3、推力P加载油缸Ⅳ39.4、推力P加载油缸Ⅴ39.5的油缸杆伸缩，作用在合金轴9上，通过合金轴9、模拟加载桨叶叶端8和模拟加载桨叶叶根4将推力P加载最终传递到桨毂2的叶根法兰7上。

桨毂旋转阻力T方向的加载是：

当进行旋转阻力T加载时，模拟量输入模块122接受桨叶旋转阻力T加载指令信号和T缸加载油路的两路油压信号，在可编程控制器CPU121中通过测量的T油缸油压信号和M油缸两路油压信号，进行解耦计算出当前状态下施加在模拟桨叶上的旋转阻力值，与采集到的T加载指令信号进行比较，采用PID闭环控制算法计算出输出值，由模拟量输出模块124输出控制T缸加载伺服阀96.2控制信号，T缸加载伺服阀96.2控制液压油进出旋转阻力T加载油缸21（旋转阻力T加载油缸21分为5个，分别为旋转阻力T加载油缸Ⅰ21.1、旋转阻力T加载油缸Ⅱ21.2、旋转阻力T加载油缸Ⅲ21.3、旋转阻力T加载油缸Ⅳ21.4、旋转阻力T加载油缸Ⅴ21.5）活塞两端的腔体，当T缸加载伺服阀96.2收到12mA的阀控制信号时，T缸加载伺服阀96.2的阀芯处于中位，旋转阻力T加载油缸21两腔均无进油和出油，当接收到大于12mA的阀控制信号时，T缸加载伺服阀96.2阀芯动作，液压系统的液压油从旋转阻力T加载油缸Ⅰ21.1、旋转阻力T加载油缸Ⅱ21.2、旋转阻力T加载油缸Ⅲ21.3、旋转阻力T加载油缸Ⅳ21.4、旋转阻力T加载油缸Ⅴ21.5的无杆腔进油，从有杆腔出油流回油箱53，油缸杆伸出。当接收到小于12mA的阀控制信号时，T缸加载伺服阀96.2阀芯动作，使得液压系统的液压油从旋转阻力T加载油缸Ⅰ21.1、旋转阻力T加载油缸Ⅱ21.2、旋转阻力T加载油缸Ⅲ21.3、旋转阻力T加载油缸Ⅳ21.4、旋转阻力T加载油缸Ⅴ21.5的有杆腔进油，从无杆腔出油流回油箱53，油缸杆收缩。由于T缸加载伺服阀96.2阀芯的动作控制其活塞杆的伸缩，而桨叶所受旋转阻力T方向上的模拟加载力是通过旋转阻力T油缸Ⅰ21.1、旋转阻力T油缸Ⅱ21.2、旋转阻力T油缸Ⅲ21.3、旋转阻力T油缸Ⅳ21.4、旋转阻力T油缸Ⅴ21.5的油缸杆伸缩，作用在合金轴9上，再通过合金轴9、模拟加载桨叶叶端8和模拟加载桨叶叶根4将旋转阻力T加载最终传递到桨毂2的叶根法兰7上。

桨毂离心力R方向的加载是：

当进行离心力R加载时，模拟量输入模块122接受桨叶离心力R加载指令信号和R缸加载油路的两路油压信号，在可编程控制器CPU121中通过测量的R油缸油压信号，实时计算出当前状态下施加在模拟桨叶上的旋转阻力值，并与采集到的T加载指令信号进行比较，采用PID闭环控制算法计算出输出值，由模拟量输出模块124输出控制R缸加载伺服阀96.3控制信号，R缸加载伺服阀96.3控制液压油进出离心力R加载油缸29（离心力R加载油缸29分为5个，分别为离心力R加载油缸Ⅰ29.1、离心力R加载油缸Ⅱ29.2、离心力R加载油缸Ⅲ29.3、离心力R加载油缸Ⅳ29.4、离心力R加载油缸Ⅴ29.5）活塞两端的腔体，R缸加载伺服阀96.3接受12mA的阀控制信号时，R缸加载伺服阀96.3的阀芯处于中位，离心力R加载油缸29两腔均无进油和出油，当接收到小于12mA的阀控制信号时，R缸加载伺服阀96.3阀芯动作，使得液压系统的液压油从离心力R加载油缸Ⅰ29.1、离心力R加载油缸Ⅱ29.2、离心力R加载油缸Ⅲ29.3、离心力R加载油缸Ⅳ29.4和离心力R加载油缸Ⅴ29.5的有杆腔进油，从无杆腔出油流回油箱53，油缸杆收缩。由于R缸加载伺服阀96.3阀芯的动作控制其活塞杆的伸缩，而桨叶所受离心力R方向上的模拟加载力是通过离心力R加载油缸Ⅰ29.1、离心力R加载油缸Ⅱ29.2、离心力R加载油缸Ⅲ29.3、离心力R加载油缸Ⅳ29.4、离心力R加载油缸Ⅴ29.5的油缸杆伸缩，作用在合金轴9上，通过拉合金轴9，将模拟离心力施加在模拟加载桨叶叶端8和模拟加载桨叶叶根4上，最终将模拟离心力R传递到桨毂2的叶根法兰7上。

在操纵台109控制面板141上按下控制泵启动按钮、控制泵停止按钮、加载泵I启动按钮、加载泵I停止按钮、加载泵II启动按钮、加载泵II停止按钮、冷却风机启动按钮和冷却风机停止按钮，将电机启动和停止信号传输到可编程控制器CPU121中，经数字量输入/输出模块123，传输到电磁阀控制装置212和电动机组启停装置211中，分别控制液压主泵Ⅰ67.1中的电动机、液压主泵Ⅱ67.2中的电动机、控制泵72中的电动机和风冷却器57中的电动机的启动和停止。操纵控制面板141上的推力负荷P加载设置旋钮、推力P脉动加载频率设置旋钮、旋转阻力T负荷加载设置旋钮、旋转阻力T脉动加载频率设置旋钮、离心力负荷R加载设置旋钮、转叶扭矩M负荷加载设置旋钮和转叶扭矩M频率设置旋钮各自输出相应的4～20mA电流信号分别到模拟量输入模块122和各个相应的显示仪表210上；转叶扭矩M高频振幅设置旋钮、转叶扭矩M高频频率设置旋钮输出4～20mA电流信号到ARM高频加载控制器103模拟量采集端口；车钟手柄输出4～20mA电流信号到模拟量输入模块122中；压力传感器Ⅰ93.1、压力传感器Ⅱ93.2、压力传感器Ⅲ93.3、压力传感器Ⅳ93.4、压力传感器Ⅴ93.5、压力传感器Ⅵ93.6、压力传感器Ⅶ93.7和压力传感器98检测的4～20mA压力信号和位移传感器组1检测的4～20mA螺距位移信号经模拟量输入模块122传输到可编程控制器CPU121中，可编程控制器CPU121通过对各个采集数据的分析、运算，通过模拟量输出模块124输出控制M缸加载伺服阀95、P缸加载伺服阀96.1、T缸加载伺服阀96.2和R缸加载伺服阀96.3的4～20mA阀控制信号；当对转叶扭矩M缸进行脉动高频加载时，对M缸加载伺服阀95进行的操作4～20mA控制信号是由ARM高频加载控制器103发出的；计算机数据显示装置101的网络端口与网口通讯模块125相连，进行数据传输与交换；NI数据采集系统102采集加载台架上桨毂2上的各个应变传感器信号传输到计算机数据显示装置101中进行数据显示和保存。

本发明的调距桨电液伺服加载试验装置，实际工作时，调距桨主驱动液压系统和控制装置采用实船设备，并与被测桨毂的内外管油路通过液压软管相连，将需要进行测试的调距桨桨毂2通过螺栓45固定在桨毂座44上，桨毂叶根法兰7与模拟桨叶叶根4用桨叶螺栓3固定在桨叶法兰7上，即可开始加载试验，具体内容如下：

1.加载试验前准备

A、调距桨主驱动系统供电，加载系统供电（由电源装置213供电）；

B、启动调距桨主驱动液压系统油泵电机和电控系统；

C、车钟手柄置于零位，将调距桨螺距调整到零螺距位置，螺距显示仪表指示零位置，零螺距指示灯亮，将电机启动箱电磁阀控制装置212和电动机组启停装置211置于遥控状态，操纵面板141上遥控指示灯亮。将各个载荷旋钮和加载频率旋钮置于零位；各个载荷显示仪表和加载频率显示仪表均指示零；

E、试灯检查，按下试灯按钮，检查各个指示灯以及蜂鸣器工作是否正常；

F、将手动加载/自动加载选择旋钮置于手动加载位置，按下控制泵启动按钮，启动控制泵72中的电动机，运行控制泵72，启动后，带灯按钮常亮，依次按下加载泵1启动按钮或者加载泵2启动按钮，分别启动I号液压主泵Ⅰ67.1中的电动机运行电比例变量泵63或者液压主泵Ⅱ67.2中的电动机运行定量泵99，正常工作后相应的带灯按钮指示灯常亮，此时，加载准备就绪指示灯亮起，按下加载启动按钮，使得电磁溢流阀Ⅰ79.1、电磁溢流阀Ⅱ79.2工作，加载液压系统准备加载，当按下加载停止按钮，使得电磁溢流阀Ⅰ79.1、电磁溢流阀Ⅱ79.2卸荷，加载液压系统卸荷，停止加载。

2.手动加载：

将加载模式选择旋钮旋至手动加载模式。

A、完成上述1加载试验前准备各事项后，加载准备就绪指示灯亮起，按下加载启动按钮，使得电磁溢流阀Ⅰ79.1、电磁溢流阀Ⅱ79.2工作，加载系统处于加载准备完成状态，将加载台上车钟手柄置于正、倒车某一位置处，被测桨毂2内部活塞在主运动液压系统的驱动下，通过曲柄销带动叶根法兰7旋转，叶根法兰7带动模拟桨叶旋转至与车钟手柄相对应的螺距位置。即可以将模拟桨叶叶根4和模拟桨叶叶端8调节到桨毂2活塞行程范围内的任意螺距，对桨毂2进行加载测试；

B、调距桨推力P负荷手动加载和推力P脉动频率手动加载：

调距桨推力P负荷手动加载：旋转推力负荷P加载设置旋钮，加载控制台推力P负荷设置显示仪表显示相应的载荷值，推力加载有正车加载和倒车加载之分，负荷P加载设置旋钮顺时针旋转时，推力P负荷设置显示仪表显示正车加载设置的负荷值，负荷P加载设置旋钮逆时针旋转时，推力P负荷设置显示仪表显示倒车加载设置的负荷值，正或倒推力P载荷指令信号输入可编程控制器CPU121中，与推力P加载油缸39.1、推力P加载油缸9.2、推力P加载油缸39.3、推力P加载油缸39.4和推力P加载油缸39.5正车油路的压力传感器Ⅳ93.4、倒车油路传感器Ⅴ93.5信号以及检测到的压力传感器Ⅰ93.1，压力传感器Ⅱ93.2信号和检测到的压力传感器Ⅵ93.6信号等相互干扰的耦合信号，通过解耦运算和PID控制运算，在模拟量输出模块124中输出控制P缸加载伺服阀96.1动作的控制信号，从而引起推力P加载油缸活塞杆动作，推力P加载油缸39.1、推力P加载油缸39.2、推力P加载油缸39.3、推力P加载油缸39.4和推力P加载油缸39.5的油缸底座端通过P缸连接座40固定在大质量圆盘底座47上，另一端通过活塞杆端件直接垂直作用在与之相连的合金轴9上，推力载荷通过合金轴9、模拟桨叶叶根4和模拟桨叶叶端8作用在桨毂2的叶根法兰7上，正车加载是对合金轴9竖直向上的推力负荷加载，倒车加载是对合金轴9竖直向下的拉力负荷加载。

PLC（CPU）采集到的P加载正车油路的压力传感器Ⅳ93.4、压力传感器Ⅴ93.5信号、压力传感器Ⅱ93.2，压力传感器Ⅲ93.3信号和压力传感器Ⅶ93.7信号，运用P加载解耦计算将结果通过网络通讯模块125传输到计算机数据显示装置101中，最终在计算机数据显示装置101上显示的实际推力P载荷值与推力P负荷设置显示仪表显示值相一致。

调距桨推力P脉动频率手动加载：旋转推力P脉动频率设置旋钮，加载控制台推力P频率显示仪表上显示相应的推力脉动加载频率值，推力脉动加载频率是在推力负荷加载值的基础上叠加一个频率可调的脉动推力负载，脉动幅值由可编程控制器CPU121编程设定，脉动频率由推力P频率设置旋钮设定，频率设置范围0～8Hz，可编程控制器CPU121接收到推力脉动频率设定信号，编程产生相应频率近似正弦波的脉动信号，将该频率可调的脉动信号叠加在由推力P加载旋钮设置的推力载荷上，共同作用在合金轴9上，实现对桨毂2在推力P方向上的脉动频率加载。每个推力P加载油缸39对与之相对应桨毂2的叶根法兰7和与之相连的P缸连接座40所产生的竖直方向的加载力和力矩，均通过桨毂2、桨毂座44和大质量圆盘底座47以内力形式消除。

NI数据采集系统102采集检测桨毂的各应变传感器104信号并在计算机数据显示装置101中实时显示；

C、调距桨旋转阻力T手动加载和旋转阻力T脉动频率手动加载

调距桨旋转阻力T手动加载：旋转阻力T负荷加载设置旋钮，加载控制台阻力T负荷显示仪表上显示相应的载荷值，阻力T加载是单方向的水平拉力加载，阻力T载荷指令信号输入可编程控制器CPU121中，与阻力T加载油缸21.1、阻力T加载油缸21.2、阻力T加载油缸21.3、阻力T加载油缸21.4、阻力T加载油缸21.5有杆腔检测的压力传感器Ⅵ93.6信号，检测到的压力传感器93.1和压力传感器93.2信号，检测到的离心力R加载油缸压力传感器Ⅵ93.6信号等相互干扰的耦合信号，进行旋转阻力T解耦运算和PID控制运算，通过模拟量输出模块124输出控制信号控制T缸加载伺服阀96.2动作，从而引起T加载油缸活塞杆动作。五个阻力T加载油缸21.1、阻力T加载油缸21.2、阻力T加载油缸21.3、阻力T加载油缸21.4、阻力T加载油缸21.5的油缸底座端分别连接在固定于T缸支座27之上的T缸连接座24上，T缸支座27与桨毂座44都是固定在大质量圆盘底座47上，阻力T加载油缸21的活塞杆端，通过套在合金轴9上的T缸双孔耳座Ⅰ10和T缸双孔耳座Ⅱ11，对桨毂2的叶根法兰7在水平T方向施加拉力加载；

可编程控制器CPU121采集到的T加载正车油路的压力传感器Ⅵ93.6信号、压力传感器93.2和压力传感器93.3信号以及离心力R加载油缸压力传感器Ⅶ93.7信号，运用T加载解耦计算，将结果通过网络通讯模块125传输到计算机数据显示装置101中，最终在计算机数据显示装置101上显示的实际旋转阻力T载荷值与旋转阻力T负荷设置显示仪表182显示值相一致。

调距桨旋转阻力脉动频率加载：旋转阻力T频率设置旋钮，加载控制台阻力T频率显示仪表显示相应的阻力脉动加载频率值，阻力脉动加载频率是在阻力负荷加载值的基础上叠加一个频率可调的脉动阻力负载，脉动幅值由可编程控制器CPU121编程设定，脉动频率由阻力T频率设置旋钮设定，频率设置范围0～8Hz，可编程控制器CPU121接收到阻力脉动频率设定信号，编程产生相应频率近似正弦波的脉动信号，将该频率可调的脉动信号叠加在由阻力T加载旋钮设置的推力载荷上，共同作用在合金轴9上，实现对桨毂2在旋转阻力T方向上的脉动频率加载。每个T加载油缸21对与之相对应桨毂2的叶根法兰7和与之相连的T加载支座27所产生的水平方向的加载力和力矩，均通过桨毂2、桨毂座44和大质量圆盘底座47以内力形式消除。

NI数据采集系统102采集检测桨毂的各应变传感器104信号并在计算机数据显示装置101中实时显示；

D、调距桨离心力R负荷手动加载：离心力负荷R加载设置旋钮，加载控制台离心力R负荷设置显示仪表显示相应的载荷值，离心力R加载是单方向的拉力加载，离心力R载荷指令信号输入可编程控制器CPU121中，与离心力R加载油缸29.1、离心力R加载油缸29.2、离心力R加载油缸29.3、离心力R加载油缸29.4和离心力R加载油缸29.5有杆腔检测的压力传感器Ⅶ93.7信号进行PID控制运算，通过模拟量输出模块124输出控制信号控制R缸加载伺服阀96.3动作，从而引起R加载油缸活塞杆动作。使离心力R加载油缸29.1、离心力R加载油缸29.2、离心力R加载油缸29.3、离心力R加载油缸29.4和离心力R加载油缸29.5有杆腔检测的压力传感器Ⅶ93.7信号计算的输出负荷值与离心力R负荷显示仪表显示的载荷值一致，五个离心力R加载油缸29.1、离心力R加载油缸29.2、离心力R加载油缸29.3、离心力R加载油缸29.4、离心力R加载油缸29.5的油缸端盖紧贴在R缸支座27上端的挡板上，用内六角螺钉固定其上，离心力R加载油缸29活塞杆端件29.1，从R缸支座27上端的圆孔伸出用销轴与R缸连接座12相连，R缸连接座12与合金杆9尾端螺纹轴向连接，离心力R加载油缸29活塞杆端件29.1收缩，施加载荷通过合金轴9、模拟桨叶叶根4和模拟桨叶叶端8作用在桨毂2的叶根法兰7上。五个R缸支座27竖直放置，在每个R缸支座27和桨毂座44之间连接有加强梁36。

可编程控制器CPU121采集到的压力传感器Ⅶ93.7信号，通过网络通讯模块125传输到计算机数据显示装置101中，最终在计算机数据显示装置101上显示的实际离心力R载荷值与离心力负荷设置显示仪表显示值相一致。

NI数据采集系统102采集检测桨毂的各应变传感器104信号并在计算机数据显示装置101中实时显示；

E、调距桨转叶扭矩M手动加载和转叶扭矩M脉动低频率手动加载：

调距桨转叶扭矩M手动加载：旋转转叶扭矩M加载设置旋钮，加载控制台上M负荷设置显示仪表显示相应的载荷值，转叶扭矩M加载有顺时扭矩加载和逆时扭矩加载之分，转叶扭矩M加载设置旋钮顺时针旋转时，转叶扭矩M设置显示仪表显示顺时扭矩加载设置的负荷值，转叶扭矩M加载设置旋钮逆时针旋转时，转叶扭矩M设置显示仪表显示逆时扭矩加载设置的负荷值，顺时或逆时转叶扭矩M载荷指令信号输入可编程控制器CPU121中，与转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17和转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18顺时方向进油油路的压力传感器93.2、顺时方向回油油路传感器93.3信号，通过PID控制运算，在模拟量输出模块124中输出控制M缸加载伺服阀95动作的控制信号，从而引起转叶扭距M加载油缸17和转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18的活塞杆动作，转叶扭距M加载油缸17的油缸底座端17.2通过M缸连接座15固定在圆盘底座47上，另一端活塞杆端件17.1通过销轴连接在模拟桨叶叶端8的左端，转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18相对应于转叶扭距M加载油缸17设置，转叶扭距M加载油缸17和转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18共十个，一个转叶扭距M加载油缸17和一个转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18为一组，一组中转叶扭距M加载油缸17中一个油缸活塞杆伸出或收缩，转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18中一个油缸活塞杆则收缩或伸出，对模拟桨叶叶根4和模拟桨叶叶端8产生顺时或逆时的旋转扭距。通过模拟桨叶桨旋转扭距传递到桨毂2的叶根法兰7上。

调距桨转叶扭矩M脉动频率加载：旋转转叶扭距M的频率设置旋钮，加载控制台转叶扭距M的频率显示仪表显示相应的转叶扭距脉动加载频率值，转叶扭距脉动加载频率是在转叶扭距负荷加载值的基础上叠加一个频率在一定范围可调的脉动转叶扭距负载，脉动幅值由可编程控制器CPU121编程设定，脉动频率由转叶扭距M的频率设置旋钮设定，频率设置范围0～8Hz，可编程控制器CPU121接收到转叶扭距脉动频率设定信号，编程产生相应频率近似正弦波的脉动信号，将该频率可调的脉动信号叠加在由转叶扭距M加载旋钮设置的转叶扭距载荷上，共同作用在模拟桨叶叶根4和模拟桨叶叶端8上，实现对桨毂2的叶根法兰7在旋转方向上的脉动加载。每组转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17和转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18通过油缸活塞杆作用在与之相对应的模拟桨叶叶根4和模拟桨叶叶端8上，一个活塞杆伸出，另一活塞杆收缩，对模拟桨叶形成扭力作用，并直接传递到桨毂2的叶根法兰7上。转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17和转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18以及对桨毂2施加的转叶扭距通过桨毂2、桨毂座44和大质量圆盘底座47以内力形式消除。

可编程控制器CPU121采集到的压力传感器Ⅱ93.2和压力传感器Ⅲ93.3信号，通过网络通讯模块125传输到数据计算与显示装置101中，最终在数据计算与显示装置101上显示的实际转叶扭矩M载荷值与转叶扭矩负荷设置显示仪表显示值相一致。

NI数据采集系统102采集检测桨毂的各应变传感器104信号并在数据计算与显示装置101中实时显示；

F、调距桨推力P、阻力T、离心力R、转叶扭矩M、推力P脉动频率、旋转阻力T脉动频率、转叶扭矩M脉动频率同时加载：依次或同时旋转推力负荷P加载设置旋钮、推力P脉动频率设置旋钮、旋转阻力T负荷加载设置旋钮、旋转阻力T频率设置旋钮、转叶扭矩M加载设置旋钮、转叶扭距M的频率设置旋钮和离心力R加载设置旋钮，可分别独立控制推力P、阻力T、离心力R、转叶扭矩M四个通道的力、力矩和脉动频率加载，

可编程控制器CPU121采集到各加载油路的压力传感器Ⅱ93.2、压力传感器Ⅲ93.3、压力传感器Ⅳ93.4、压力传感器Ⅴ93.5、压力传感器Ⅵ93.6和压力传感器Ⅶ93.7信号，运用各通道相互耦合的解耦算法，将计算结果通过网络通讯模块125传输到数据计算与显示装置101中，最终在数据计算与显示装置101上实时显示的实际推力P载荷值、旋转阻力T载荷值、转叶扭距M载荷值与推力P负荷设置显示仪表、旋转阻力T负荷设置显示仪表、离心力R负荷设置显示仪表和转叶扭距M负荷显示仪表的显示值相一致。推力P脉动、旋转阻力T脉动、转叶扭矩M脉动加载可通过在数据计算与显示装置101中以图像形式直观显示。

NI数据采集系统102采集检测桨毂的各应变传感器104信号并在数据计算与显示装置101中实时显示；

3.自动加载

A．在手动加载模式启动后，在手动加载模式下驱动调距桨桨叶螺距至零螺距位置，桨毂2上模拟桨叶叶根4和模拟桨叶叶端8螺距角为零，各个加载旋钮均归零位，此时将旋钮旋至自动，即进入自动加载模式。

B．在数据计算与显示装置101中输入相应船型螺旋桨所受推力P载荷谱、旋转扭力T载荷谱、离心力R载荷谱和转叶扭距M载荷谱或者调用以存储在数据计算与显示装置101内部的相应船型的螺旋桨载荷谱，并以数据库的形式通过以太网下载传输到PLC网络通讯模块125，存储到PLC中，做为模拟实船螺旋桨在真实航行过程中的受力依据，即航行车钟在不同位置对应不同的转速，不同的螺距角和不同的主机功率，相应的，产生螺旋桨所受各个方向水动力的作用。

C．车钟手柄的控制方式和控制程序完全模拟实船，车钟手柄有正车是个档位倒车5个档位和一个零位，正车为进一、进二、进三······进十，倒车为倒一、倒二······倒五，每一个档位分别对应与之相关的航速、螺距、主机转速等等，在不同档位下螺旋桨所受到的推力P、旋转扭力T、离心力R和转叶扭距M，在推力P载荷谱、旋转扭力T载荷谱、离心力R载荷谱和转叶扭距M载荷谱中均有相应的数值与之对应。车钟手柄在不同档位之间的变化通过电流信号输送到的可编程控制器CPU121中，并以实船为参考依据，模拟实船的航速变化、主机转速变化和螺旋桨螺距变化，通过预先设定的程序，分别在推力P载荷谱、旋转扭力T载荷谱、离心力R载荷谱和转叶扭距M载荷谱中实时调用当前航速、转速和螺距情况下的推力P、旋转扭力T、离心力R和转叶扭距M数值，以这些跟随手柄控制指令实时变化的数据作为推力、旋转扭力、离心力和转叶扭距加载指令信号，同时进行实时随动加载。

与前述一样，推力P、旋转扭力T、离心力R和转叶扭距M加载结果均在数据计算与显示装置101显示器图形界面上实时显示，并保存相关检测信息。

NI数据采集系统102采集检测桨毂的各应变传感器104信号，也在数据计算与显示装置101中实时显示；

4.转叶扭矩高频加载

转叶扭距高频加载是通过对模拟桨叶转叶扭矩的加载试验确定主驱动液压系统动、静态液压刚度以及相应的谐振点。在手动模式下启动加载系统后，按下M缸高频加载启动按钮，进入转叶扭矩M高频加载模式，旋转高频转叶扭矩M振幅设置旋钮，输出4～20mA电流信号通过信号线传入到ARM高频加载控制器103，旋转高频转叶扭矩M频率设置旋钮，输出4～20mA电流信号通过信号线传入ARM高频加载控制器103，这两个信号在ARM高频加载控制器103内部产生控制加载的正弦指令信号，正弦信号的幅值范围由高频转叶扭矩M振幅设置旋钮设定，正弦信号的频率由转叶扭矩M频率设置旋钮设定，正弦信号的范围从0Hz到120Hz可调，转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17和转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18油路上的压力传感器93.2和压力传感器93.3的压力信号（4～20mA电流信号），分别通过信号线传输到ARM高频加载控制器103中，ARM高频加载控制器103接受两路压力传感器信号，将其差值作为转叶扭矩压力反馈信号与在ARM高频加载控制器103内部由旋钮和旋钮设定的频率和幅值可调的正弦指令电流信号进行PID控制运算，并将运算结果输出，控制M缸加载伺服阀95动作，使得转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17和转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18低腔和活塞杆腔的压力差跟随ARM高频加载控制器内部的正弦指令变化，转叶扭矩M加载油缸Ⅰ17和转叶扭矩M加载油缸Ⅱ18活塞杆伸缩对模拟桨叶产生正弦扭矩，加载在模拟桨叶上的正弦扭矩的振幅大小和频率分别由旋钮和旋钮设定，该频率振幅可调的正弦扭矩通过模拟桨叶直接传送到桨毂2的叶根法兰7上，通过桨毂2内部的传动机构最终作用在桨毂内部的油缸活塞上，最终对主驱动液压系统的桨毂油缸活塞施加一个频率从0Hz到120Hz振幅可调的脉动载荷。桨毂2活塞的位移量通过位移传感器组1以4～20mA信号形式分别传输到模拟量输入模块122和NI数据采集系统102中并在数据计算与显示装置101中以图像形式实时显示，压力传感器93.2和压力传感器93.3的压力信号也传输到NI数据采集系统102中，其差值通过计算换算为转叶扭矩，其结果在计算机显示界面上实时图形显示。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的几个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种调距桨电液伺服加载装置，其特征是：包括加载台架组件、液压系统、电控及检测系统；

所述加载台架组件包括大质量圆盘底座（47），所述大质量圆盘底座（47）上表面上设置有桨毂座（44），桨毂座（44）上设置有桨毂（2），以桨毂座（44）为轴心，在大质量圆盘底座（47）上设置有至少一个的的离心力R油缸支座（20），离心力R油缸支座（20）右侧设置有旋转阻力T油缸支座（27）；

所述液压系统包括不锈钢油箱（53），不锈钢油箱（53）通过油路分别连接有电调比例泵（63）、定量泵（99）和控制泵（72）；电调比例泵（63）的油路分别连接有高压滤器（84）、系统压力传感器（93.1）、蓄能器（86）、溢流阀（88）以及电磁溢流阀II（79.2）；定量泵（99）的油路与电调比例泵（63）的油路相连接；控制泵（72）分别连接有电磁溢流阀I（79.1）和电调比例泵（63）；高压滤器（84）分别连接有M缸加载高频伺服阀（95）、P缸加载伺服阀（96.1）、T缸加载伺服阀（96.2）、R缸加载伺服阀（96.3）以及压力传感器（98）；M缸加载伺服阀（95）一条油路上分别连接有电磁换向阀（97）、压力传感器II（93.2）和转叶扭矩M加载油缸Ⅰ（17）的无杆腔，M缸加载伺服阀（95）的另一条油路上分别连接有电磁换向阀（97）、压力传感器III（93.3）和转叶扭矩M加载油缸Ⅱ（18）的有杆腔；P缸加载伺服阀（96.1）的一条油路上分别连接有压力传感器Ⅳ（93.4）和推力P加载油缸（39）的无杆腔，P缸加载伺服阀（96.1）的另一条油路上分别连接有压力传感器Ⅴ（93.5）和推力P加载油缸（39）的有杆腔；T缸加载伺服阀（96.2）分别连接有压力传感器Ⅵ（93.6）、旋转阻力T加载油缸（21）的有缸腔；R缸加载伺服阀（96.3）分别连接有压力传感器（93.7）和离心力R加载油缸（29）的有杆腔；推力P加载油缸（39）的无杆腔、旋转阻力T加载油缸（21）的无杆腔、M缸加载伺服阀（95）、P缸加载伺服阀（96.1）、T缸加载伺服阀（96.2）和R缸加载伺服阀（96.3）通过油路相连接；连接推力P加载油缸（39）的无杆腔、旋转阻力T加载油缸（21）的无杆腔、M缸加载伺服阀（95）、P缸加载伺服阀（96.1）、T缸加载伺服阀（96.2）和R缸加载伺服阀（96.3）的油路经风冷却器（57）进入不锈钢油箱（53）底部；溢流阀（88）以及电磁溢流阀II（79.2）的油路经风冷却器（57）进入不锈钢油箱（53）底部；

所述电控及检测系统包括电源装置（213），所述电源装置（213）分别连接有操纵面板（141）、显示仪表（210）、数据计算与显示装置（101）、可编程控制器CPU（121）、模拟量输入模块（122）、数字量输入/输出模块（123）、模拟量输出模块（124）、网口通讯模块（125）、力传感器组（93）、应变传感器组（104）、位移传感器组（1）、电磁阀控制装置（212）、电动机组启停装置（211）、M缸加载伺服阀（95）、P缸加载伺服阀（96.1）、T缸加载伺服阀（96.2）、R缸加载伺服阀（96.3）、NI数据采集系统（102）和ARM高频加载控制器（103）；所述数据计算与显示装置（101）分别与网口通讯模块（125）和NI数据采集系统（102）相连；操纵面板（141）分别与显示仪表（210）、数字量输入/输出模块（123）和模拟量输入模块（122）相连；NI数据采集系统（102）与力传感器组（93）和应变传感器组（104）相连；ARM高频加载控制器（103）分别与力传感器组（93）和伺服阀组相连；模拟量输入模块（122）分别与力传感器组（93）和位移传感器组（1）相连；数字量输入/输出模块（123）和电机启动箱（106）相连；PLC模拟量输出模块（124）和伺服阀组相连。

2.一种调距桨电液伺服加载方法，其特征是：在加载台架组件上，通过电控及检测系统控制液压系统做出做出各种实验加载，具体的为：

在加载台架组件上设置转叶扭矩M加载油缸Ⅰ（17）和转叶扭矩M加载油缸Ⅱ（18）、推力P加载油缸（39）、旋转阻力T加载油缸（21）以及离心力R加载油缸（29）；

通过操纵面板（141）控制电动机组启停装置（211）和电磁阀控制装置（212），再通过操纵面板（141）输入实验数据，由可编程控制器CPU（121）通过M缸加载伺服阀（95）、P缸加载伺服阀（96.1）、T缸加载伺服阀（96.2）和R缸加载伺服阀（96.3）来分别控制转叶扭矩M加载油缸Ⅰ（17）和转叶扭矩M加载油缸Ⅱ（18）、推力P加载油缸（39）、旋转阻力T加载油缸（21）以及离心力R加载油缸（29）；

位移传感器组（1）、力传感器组（93）和应变传感器组（104）获取各项模拟的实验数据；

可编程控制器CPU（121）采集到位移传感器组（1）、力传感器组（93）和应变传感器组（104）获取各项模拟的实验数据后，将采集到的各项模拟的实验数据传送到数据计算与显示装置（101）上，由数据计算与显示装置（101）计算出最后的实验结果并显示。

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