CN102705302A - 高压大流量油缸动态测试系统 - Google Patents

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一种高压大流量油缸动态测试系统，所述动态测试系统包括液压源、加载模块、调压模块和电气控制模块，其中，所述液压源包括油箱、过滤器、液压泵、第一安全阀、第二安全阀、第三安全阀、第一二通电磁换向阀、第二二通电磁换向阀、第一单向阀、第二单向阀、第一蓄能器和第二蓄能器；加载模块由二级加载油缸、二位二通伺服插装阀、比例节流调速阀、先导式二通插装阀组成；调压模块由伺服增压缸、三位三通伺服插装阀组成。本发明能满足高压与大流量测试要求，同时减小测试系统装机功率，降低测试系统成本，提高系统动态响应，提高能量利用率，为高速重载油缸的动态性能及可靠性测试提供解决方案。

Description

高压大流量油缸动态测试系统
技术领域
本发明涉及油缸测试技术领域，尤其是一种对高速重载油缸的动态测试系统。
背景技术
在机电装备领域，各种机械结构与设备抵抗外界冲击如爆炸、碰撞以及飞机起飞与降落引起的冲击载荷性能带动了冲击试验装置向高速重载方向发展。油缸作为一种常见的缓冲装置被越来越多的应用于冲击试验系统。在高速重载的工况下，油缸往往需要承受高压冲击和瞬时大流量的考验，为保证油缸性能及可靠性，十分有必要对油缸进行相关的测试。此测试系统须同时满足高压和大流量两方面的要求，而目前国内的油缸测试系统绝大多数都是针对常见工况下应用的油缸设计，无法满足高压大流量油缸的测试要求。中国专利200810069404.0提供了一种用于伺服液压缸的测试系统和测试方法，但该系统只适用于压力、流量值较小工况下的油缸测试。为同时满足高压和大流量两方面的要求，常见的解决方法就是提高测试系统装机功率或者并联使用多个高压蓄能器和氮气瓶的蓄能器站作为液压源，使用超大流量的伺服比例插装阀进行流量控制，但高压蓄能器站和超大流量的伺服比例插装阀价格高，更有特殊工况下，无法选择到满足条件的常规液压元件，需要特殊定制，使测试系统造价昂贵，且响应较慢，达不到动态测试要求，一般用户难以接受。
发明内容
本发明提供一种高压大流量油缸动态测试系统，该系统能满足高压与大流量测试要求，同时减小测试系统装机功率，降低测试系统成本，提高系统动态响应，提高能量利用率，为高速重载油缸动态性能及可靠性测试提供新的解决方案。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种高压大流量油缸动态测试系统，所述动态测试系统包括液压源、加载模块、调压模块和电气控制模块。
所述液压源由油箱、液压泵、过滤器、第一安全阀、第二安全阀、第三安全阀、第一单向阀、第二单向阀、第一二通电磁换向阀、第二二通电磁换向阀、第一蓄能器和第二蓄能器组成，油液经由液压泵与过滤器，一路依次通过第一二通电磁换向阀、第一单向阀进入第一蓄能器，另一路依次通过第二二通电磁换向阀、第二单向阀进入第二蓄能器。第一安全阀、第二安全阀、第三安全阀分别并联在液压泵的出口、第一蓄能器出口和第二蓄能器出口，起过载保护作用。
加载模块由加载油缸、二位二通伺服插装阀、比例节流调速阀、先导式二通插装阀组成，所述加载油缸是一个两级油缸，第一级油缸为双出杆形式，第一级油缸的缸体尺寸与被试缸相同，第一级油缸的有杆腔与被试缸有杆腔连通，第一级油缸的另一腔直接接油箱；第二级油缸为单出杆形式，第二级油缸的缸径杆径均小于第一级油缸，第二级油缸的有杆腔接第二蓄能器，第二级油缸的无杆腔通过二位二通伺服插装阀连接油箱，第二级油缸的有杆腔与无杆腔再通过先导式二通插装阀和比例节流调速阀连，构成差动回路。
调压模块由伺服增压缸、三位三通伺服插装阀组成，伺服增压缸低压侧通过三位三通伺服插装阀与第一蓄能器连接，高压侧与被试油缸有杆腔和加载油缸第一级有杆腔都连通。
电气控制模块由第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、力传感器、位移传感器和控制单元等组成。第一压力传感器检测第一蓄能器出口压力，第二压力传感器检测被试缸有杆腔出口压力，第三压力传感器检测第二蓄能器出口压力，力传感器检测被试缸活塞杆与加载缸第一级油缸活塞杆之间的力，位移传感器检测被试缸活塞杆位移，控制单元接收来自各个传感器的信号，并向各控制阀发送控制信号，实现闭环控制。
本发明的有益效果主要表现在：通过被试油缸有杆腔与加载油缸第一级有杆腔的连通设计和加载油缸第二级有杆腔与无杆腔差动回路设计，解决瞬时大流量问题，避免使用高频响大流量伺服比例流量控制阀，同时回收利用高压油液，提高系统能量利用率；通过伺服增压缸设计，仅用低压蓄能器就能控制产生高压油液，避免使用高压蓄能器和高压控制阀，并提高压力控制的动态特性；通过两级加载缸设计，仅用较小的流量控制加载缸第二级，就能实现被试油缸活塞杆的高速运动，避免使用大流量蓄能器站和大流量控制阀。整个测试系统仅使用常规的液压元件即可实现对高压大流量工况的控制，装机功率和成本低，动态响应快，比常规高压大流量测试系统节能。
附图说明
图1是高压大流量油缸动态测试系统的原理图，图中，1是油箱，2是过滤器，3是液压泵，4.1是第一安全阀、4.2是第二安全阀、4.3是第三安全阀，5.1是第一二通电磁换向阀、5.2是第二二通电磁换向阀，6.1是第一单向阀、6.2是第二单向阀，7.1是第一压力传感器、7.2是第二压力传感器、7.3是第三压力传感器，8.1是第一蓄能器、8.2是第二蓄能器，9是三位三通伺服插装阀，10是被试油缸，11是二级加载油缸，12是先导式二通插装阀，13是比例节流调速阀，14是二位二通伺服插装阀，15是力传感器，16是位移传感器，17是控制单元，18是伺服增压缸。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1，一种高压大流量油缸动态测试系统，包括液压源、加载模块、调压模块和电气控制模块。
液压源由油箱1、过滤器2、液压泵3、第一安全阀4.1、第二安全阀4.2、第三安全阀4.3、第一二通电磁换向阀5.1、第二二通电磁换向阀5.2、第一单向阀6.1、第二单向阀6.2和第一蓄能器8.1、第二蓄能器8.2组成。测试开始前，油液经由液压泵3，先后通过过滤器2、第一二通电磁换向阀5.1、第二二通电磁换向阀5.2，第一单向阀6.1、第二单向阀6.2，分别给第一蓄能器8.1、第二蓄能器8.2充液，使达到预设压力等级。第一安全阀4.1、第二安全阀4.2、第三安全阀4.3分别并联在液压泵3和第一蓄能器8.1、第二蓄能器8.2的出口，起过载保护作用。
加载模块由两级加载油缸11、先导式二通插装阀12、比例节流调速阀13和二位二通伺服插装阀14组成。两级加载油缸11第一级有杆腔与被试油缸10的有杆腔连通，另一腔直接接油箱；第二级有杆腔与第二蓄能器8.2出口连通，无杆腔通过二位二通伺服插装阀14与油箱接通。第二级有杆腔与无杆腔再通过先导式二通插装阀12和比例节流调速阀13连通，构成差动回路。加载油缸11活塞运动的驱动力由第二蓄能器8.2提供。
调压模块由伺服增压缸18、三位三通伺服插装阀9组成。伺服增压缸18高压侧与被试油缸10有杆腔和加载油缸11第一级有杆腔构成的连通腔连通，低压侧通过三位三通伺服插装阀9与第一蓄能器8.1出口连通。被试缸10有杆腔的高压油液由第一蓄能器8.1提供。
电气控制模块由第一压力传感器7.1、第二压力传感器7.2、第三压力传感器7.3、力传感器15、位移传感器16和控制单元17组成。第一压力传感器7.1检测第一蓄能器8.1出口压力，第二压力传感器7.2检测被试油缸10有杆腔压力，第三压力传感器7.3检测第二蓄能器8.2出口压力，力传感器15检测被试油缸10活塞杆受力，位移传感器16检测被试油缸10活塞杆位移速度变化。控制单元17采集第一压力传感器7.1、第三压力传感器7.3的测量值监控第一蓄能器8.1、第二蓄能器8.2的工作压力；控制单元17采集第二压力传感器7.2的测量值，反馈给三位三通伺服插装阀9的控制器，实现被试缸有杆腔压力闭环控制；控制单元17采集力传感器15和位移传感器16的测量值，反馈给先导式二通插装阀12、比例节流调速阀13和二位二通伺服插装阀14的控制器，实现被试缸活塞杆力和速度闭环控制。
通过调节三位三通伺服插装阀9的开度，第一蓄能器8.1通过伺服增压缸18向被试油缸10的有杆腔提供高压油液，可根据测试要求预设第一蓄能器8.1的工作压力。通过伺服增压缸的增压作用，降低了第一蓄能器8.1和三位三通伺服插装阀9的压力等级要求。被试油缸10有杆腔与加载油缸第一级有杆腔尺寸完全相同，将两腔连通后，高压油液不会被溢流损耗，活塞杆内力被相互抵消，只需要克服摩擦力就能驱动活塞杆运动，第一蓄能器8.1的有效工作容积和伺服增压缸18的行程只需要满足油液被压缩时产生的变化量。
被试油缸10活塞杆伸出时，二通插装阀12关闭，第二蓄能器8.2向加载油缸11第二级有杆腔释放油液，克服活塞运动部件摩擦力运动，加载油缸11第二级无杆腔排出油液通过二位二通伺服插装阀14进入油箱，位移传感器16检测到的活塞运动速度通过控制单元17运算，反馈给二位二通伺服插装阀14，闭环控制活塞运动部件按测试要求伸出运动。被试油缸10活塞杆缩回时，二通插装阀12打开，构成差动回路。通过调节比例节流阀13的开度控制活塞运动部件按测试要求缩回运动。二级加载油缸和差动回路设计减小了驱动被试油缸活塞杆运动所需的压力和流量，实现常规压力流量等级的液压元件控制高压大流量测试系统，减小测试系统装机功率，降低成本，提高动态响应速度，节约能量。
本发明的工作流程是：
（一）初始状态默认所有控制阀均处于关闭状态，分别开启第一二通电磁换向阀5.1、第二二通电磁换向阀5.2，给第一蓄能器8.1、第二蓄能器8.2充液保压；
（二）调节三位三通伺服插装阀9开度，由第一蓄能器8.1通过伺服增压缸18向被试油缸10的有杆腔提供高压油液；
（三）开启二位二通伺服插装阀14，由第二蓄能器8.2向加载油缸11第二级有杆腔充液，驱动活塞运动部件伸出，伸出速度由位移传感器16和二位二通伺服插装阀14闭环控制；
（四）关闭二位二通伺服插装阀14，打开二通插装阀12和比例节流调速阀13，构成差动回路驱动活塞运动部件缩回运动，运动速度由位移传感器16和比例节流调速阀13闭环控制；
（五）三位三通伺服插装阀9置左位，使被试缸10有杆腔卸压，回到初始状态，准备下一次试验。
最后需要注意的是，上述说明只是本发明的一种具体应用实例，对系统进行简单变形后可用于其他工况的高压大流量油缸动态测试，显然与本发明基本原理相同的其他应用实例也应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种高压大流量油缸动态测试系统，其特征在于：所述动态测试系统包括液压源、加载模块、调压模块和电气控制模块，其中，液压源包括油箱（1）、过滤器（2）、液压泵（3）、第一安全阀（4.1）、第二安全阀（4.2）、第三安全阀（4.3）、第一二通电磁换向阀（5.1）、第二二通电磁换向阀（5.2）、第一单向阀（6.1）、第二单向阀（6.2）、第一蓄能器（8.1）和第二蓄能器（8.2）；油液经由液压泵（3）与过滤器（2），一路依次通过第一二通电磁换向阀（5.1）第一单向阀（6.1）进入第一蓄能器（8.1），另一路依次通过第二二通电磁换向阀（5.2）、第二单向阀（6.2）进入第二蓄能器（8.2）；第一安全阀（4.1）、第二安全阀（4.2）、第三安全阀（4.3）分别并联在液压泵（3）、第一蓄能器（8.1）和第二蓄能器（8.2）的出口；
加载模块包括两级加载油缸（11）、先导式二通插装阀（12）、比例节流调速阀（13）和二位二通伺服插装阀（14）；加载油缸（11）是一个两级油缸，第一级油缸为双出杆形式，第一级油缸的缸体尺寸与被试油缸（10）的基本尺寸相同，第一级油缸有杆腔与被试油缸（10）的有杆腔连通，第一级油缸的另一腔直接接油箱；第二级油缸为单出杆形式，第二级油缸的缸径杆径均小于第一级油缸，第二级油缸有杆腔与第二蓄能器（8.2）出口连通，无杆腔通过二位二通伺服插装阀（14）与油箱（1）接通；第二级油缸有杆腔与无杆腔再通过先导式二通插装阀（12）和比例节流调速阀（13）连通，构成差动回路；
调压模块包括伺服增压缸（18）和三位三通伺服插装阀（9）；伺服增压缸（18）高压侧与被试油缸（10）有杆腔和加载油缸（11）第一级有杆腔构成的连通腔连通，低压侧通过三位三通伺服插装阀（9）与第一蓄能器（8.1）出口连通；
电气控制模块包括用以监控第一蓄能器（8.1）工作压力的第一压力传感器（7.1）、用以测量被试油缸（10）有杆腔压力的第二压力传感器（7.2）、用以监控第二蓄能器（8.2）工作压力的第三压力传感器（7.3）、用以测量被试油缸（10）活塞杆受力的力传感器（15）、用以测量被试油缸（10）活塞杆运动速度的位移传感器（16）和用以接收传感器信号并控制三位三通伺服插装阀（9）、先导式二通插装阀（12）、比例节流调速阀（13）和二位二通伺服插装阀（14）动作实现压力、力和速度闭环控制的控制单元（17）。
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