CN102840972B - 机械零件测试试验台用液压加载装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机械零件测试试验台用液压加载装置，结构部分包括：多个加载缸、底座和被测工件；所述加载缸通过销轴与底座和被测工件铰接连接；所述加载缸包括伺服油缸和把合在伺服油缸缸体上的控制阀组；所述控制阀组的液压控制部分包括进油口、回油口、二通插接阀、控制盖板高频响比例阀、第一高压球阀、第二高压球阀、第一压力传感器、第二压力传感器、控制单元、输入单元、差分放大单元、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第一测压接头、第二测压接头、第三测压接头、第一安全阀、第二安全阀、第一单向阀、第二单向阀；本发明结构紧凑、精度高、响应快、灵活性强、稳定性高。
Description
技术领域
本发明涉及一种液压加载装置，具体为机械零件测试试验台用液压加载装置。
背景技术
目前，随着科技和工业的不断发展，机械制造业中对零部件的质量和寿命要求也逐渐提高，机械零件测试试验台是对机械零件现场实际工况中加载力的模拟装置，由于机械零件实际工况复杂，加载力具有随时间变化波动量大、不确定性因素多的特性，使得机械零件测试试验台用液压加载装置的力加载精度和稳定性以及响应速度和灵敏度等直接影响着机械零件测试试验台的测试准确性，对于测试条件能否直接反映机械零件实际工况中的受力状态和测试结果能否准确体现工作在现场工况下的零部件的质量和寿命指标尤为重要，现有技术中机械零件测试试验台用的液压加载装置主要有：采用常规液压控制或比例调压阀控制的液压加载装置，其控制精度低、稳定性差；采用伺服电机驱动蜗轮蜗杆的液压加载装置，其蜗轮蜗杆的公差配合影响力加载精度和稳定性同时装置造价高体积大。
发明内容
本发明针对以上问题的提出，而研制一种结构紧凑、精度高、响应快、灵活性强、稳定准确的机械零件测试试验台用液压加载装置。
本发明的技术手段如下：
一种机械零件测试试验台用液压加载装置，结构部分包括：多个加载缸、底座和被测工件；所述加载缸通过销轴与底座和被测工件铰接连接；所述加载缸包括伺服油缸和把合在伺服油缸缸体上的控制阀组；所述控制阀组的液压控制部分包括进油口；回油口；连接进油口，用于控制进油口通断的二通插接阀；连接二通插接阀，用于控制系统压力、液压油的流量和方向的高频响比例阀；所述高频响比例阀的第一通油口通过第二高压球阀连接到伺服油缸的无杆腔上；所述高频响比例阀的第二通油口通过第一高压球阀连接到伺服油缸的有杆腔上；连接高频响比例阀的第一通油口,用于检测伺服油缸的无杆腔的压力并进行压电信号转换的第一压力传感器，连接高频响比例阀的第二通油口，用于检测伺服油缸的有杆腔的压力并进行压电信号转换的第二压力传感器；连接第一压力传感器、第二压力传感器，用于将检测到的伺服油缸有杆腔和无杆腔的压力信息转换为伺服油缸实际输出力信息的控制单元；用于输入不同加载力波形指令值的输入单元；用于连接控制单元和输入单元，用于将控制单元传输过来的伺服油缸实际输出力信息和输入单元传输过来的指令值进行差分放大处理的差分放大单元；所述高频响比例阀的控制口与所述差分放大单元相连接；连接回油口，用于通电工作时将伺服油缸的有杆腔和无杆腔接通回油的第二电磁换向阀；
另外，所述控制阀组的液压控制部分还包括分别连接高频响比例阀的入油口和第一通油口、第二通油口，用于检测系统压力的第三测压接头、检测伺服油缸的无杆腔压力的第一测压接头和检测伺服油缸的有杆腔压力的第二测压接头；
另外，所述控制阀组的液压控制部分还包括连接第一高压球阀和第二高压球阀，用于当伺服油缸有杆腔和无杆腔的压力超过安全设定值时溢流到回油口的第一安全阀和第二安全阀；
另外，所述控制阀组的液压控制部分还包括连接回油口，用于当伺服油缸负压时将系统内的液压油补充到伺服油缸的无杆腔和有杆腔的第一单向阀和第二单向阀；
进一步地，所述二通插接阀连接有安装第一电磁换向阀的控制盖板，当第一电磁换向阀通电工作时，进油口连接到二通插接阀；
进一步地，所述进油口、回油口分别与外部进油管路和外部回油管路连接。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的机械零件测试试验台用液压加载装置，采用输入单元输入不同加载力波形的指令值实现了多种力的加载方式，同时多组加载缸可以每套加载缸单独动作或多套加载缸组合动作从而实现多自由度的力加载模拟，准确模拟现场载荷曲线和体现现场工况，保证了高控制精度、稳定性和准确性，同时可以根据实际需要选择参与动作的加载缸数量，灵活性强；通过将控制单元转换传输的伺服油缸实际输出力信息和输入单元传输的不同加载力波形指令值进行差分放大处理后控制高频响比例阀调整动作，从而对伺服油缸的输出力再次修正，实现了力的闭环控制；保证了力的控制精度高、稳定性和准确性好；采用高频响比例阀驱动加载缸装置，实现了高精度、高响应的比例控制；通过外部管路连接控制阀组设有的进油口、回油口再经由控制阀组连接伺服油缸的无杆腔和有杆腔，中间没有管路连接，有效减少了加载缸装置的体积和尺寸，且多个加载缸通过销轴与底座和被测工件铰接连接，结构紧凑、节省空间；采用单向阀当伺服油缸负压时将系统内的液压油补充到伺服油缸的有杆腔和无杆腔，采用安全阀当伺服油缸有杆腔和无杆腔的压力超过安全设定值时溢流到回油口，使得系统稳定性好、可靠性高；采用测压接头手动检测系统压力、伺服油缸的无杆腔压力和有杆腔压力，方便系统维护和维修。
附图说明
图1是本发明所述加载装置的结构示意图；
图2是本发明所述加载缸的原理图；
图3是本发明所述加载缸的结构示意图；
图4是本发明所述加载缸的剖视图；
图5是本发明所述不同加载力的波形图。
图中：1、伺服油缸，2.1、第一高压球阀，2.2、第二高压球阀，3.1、第一安全阀，3.2、第二安全阀，4.1、第一单向阀，4.2、第二单向阀，5.1、第一测压接头，5.2、第二测压接头，5.3、第三测压接头，6、高频响比例阀，7、第二电磁换向阀，8、第一电磁换向阀，9、控制盖板，10、二通插接阀，11.1、第一压力传感器，11.2、第二压力传感器，12、控制单元，13、输入单元，14、差分放大单元，15、控制阀组，16、被测工件，17、加载缸，18、底座。
具体实施方式
如图1、图2、图3和图4所述的一种机械零件测试试验台用液压加载装置，结构部分包括：多个加载缸17、底座18和被测工件16；所述加载缸17通过销轴与底座18和被测工件16铰接连接；所述加载缸17包括伺服油缸1和把合在伺服油缸1缸体上的控制阀组15；所述控制阀组15的液压控制部分包括进油口P；回油口T；连接进油口P，用于控制进油口P通断的二通插接阀10；连接二通插接阀10，用于控制系统压力、液压油的流量和方向的高频响比例阀6；所述高频响比例阀6的第一通油口A通过第二高压球阀2.2连接到伺服油缸1的无杆腔上；所述高频响比例阀6的第二通油口B通过第一高压球阀2.1连接到伺服油缸1的有杆腔上；连接高频响比例阀6的第一通油口A,用于检测伺服油缸的无杆腔的压力并进行压电信号转换的第一压力传感器11.1，连接高频响比例阀6的第二通油口B，用于检测伺服油缸的有杆腔的压力并进行压电信号转换的第二压力传感器11.2；连接第一压力传感器11.1、第二压力传感器11.2，用于将检测到的伺服油缸1有杆腔和无杆腔的压力信息转换为伺服油缸实际输出力信息的控制单元12；用于输入不同加载力波形指令值的输入单元13；用于连接控制单元12和输入单元13，用于将控制单元12传输过来的伺服油缸实际输出力信息和输入单元13传输过来的指令值进行差分放大处理的差分放大单元14；所述高频响比例阀6的控制口与所述差分放大单元14相连接；连接回油口T，用于通电工作时将伺服油缸1的有杆腔和无杆腔接通回油的第二电磁换向阀7；另外，所述控制阀组15的液压控制部分还包括分别连接高频响比例阀6的入油口和第一通油口A、第二通油口B，用于检测系统压力的第三测压接头5.3、检测伺服油缸1的无杆腔压力的第一测压接头5.1和检测伺服油缸1的有杆腔压力的第二测压接头5.2；连接第一高压球阀2.1和第二高压球阀2.2，用于当伺服油缸1有杆腔和无杆腔的压力超过安全设定值时溢流到回油口的第一安全阀3.1和第二安全阀3.2；连接回油口T，用于当伺服油缸1负压时将系统内的液压油补充到伺服油缸1的无杆腔和有杆腔的第一单向阀4.1和第二单向阀4.2；进一步地，所述二通插接阀10连接有安装第一电磁换向阀8的控制盖板9，当第一电磁换向阀8通电工作时，进油口P连接到二通插接阀10；所述进油口P、回油口T分别与外部进油管路和外部回油管路连接。
使用这种机械零件测试试验台用液压加载装置时，根据工艺实际需要选择投入工作的加载缸数量，可以一组加载缸单独工作或多组加载缸组合动作，当多组加载缸一起工作时，可以根据需要变换加载缸数量，当第二电磁换向阀7通电时，非工作状态的加载缸处于浮动状态，与工作的加载缸互不影响和干涉，多组加载缸组合动作能够实现多自由度的力加载模拟实验；在加载过程中各加载缸均按照预定波形进行加载，如图5所示为液压加载装置的加载波形图，由输入单元根据所需模拟的实际工况输入恒定波、矩形波、交变波等不同力的加载指令值，将一定时间如0.5秒作为一个周期给定一次加载指令值；二通插接阀连接有安装第一电磁换向阀的控制盖板，控制进油口液压油的通和断，若当前加载缸处于工作状态时，第一电磁换向阀得电工作，进油口的液压油通过二通插装阀到达高频响比例阀；输入指令值经由差分放大单元驱动高频响比例阀按比例调整动作，控制系统压力、液压油的流量和方向，高频响比例阀的第一通油口、第二通油口分别经由第二高压球阀和第一高压球阀连接伺服油缸的无杆腔和有杆腔，当高频响比例阀工作位处于左位时伺服油缸的无杆腔进油，有杆腔回油，当高频响比例阀的工作位处于右位时伺服油缸有杆腔进油，无杆腔回油；在非工作或紧急事故状态下关闭第一高压球阀和第二高压球阀可以进行设备检修同时避免发生故障；伺服油缸在高频响比例阀的驱动下对被测工件施加拉力或压力，第一压力传感器和第二压力传感器检测到无杆腔和有杆腔的压力后将信号反馈到控制单元；控制单元经过计算后得出伺服油缸的实际输出力信息传输给差分放大单元；差分放大单元将输入单元传输过来的指令值与实际输出力信息进行差分放大处理后送给高频响比例阀作相应动作调整，从而对伺服油缸的输出力进行修正，这样形成了一个闭环控制回路，在一个加载周期内经过若干次反复调整，直至伺服油缸的实际输出力与指令值之间的误差达到允许的范围内。
本发明提供的机械零件测试试验台用液压加载装置，采用输入单元输入不同加载力波形的指令值实现了多种力的加载方式，同时多组加载缸可以每套加载缸单独动作或多套加载缸组合动作从而实现多自由度的力加载模拟，准确模拟现场载荷曲线和体现现场工况，保证了高控制精度、稳定性和准确性，同时可以根据实际需要选择参与动作的加载缸数量，灵活性强；通过将控制单元转换传输的伺服油缸实际输出力信息和输入单元传输的不同加载力波形指令值进行差分放大处理后控制高频响比例阀调整动作，从而对伺服油缸的输出力再次修正，实现了力的闭环控制；保证了力的控制精度高、稳定性和准确性好；采用高频响比例阀驱动加载缸装置，实现了高精度、高响应的比例控制；通过外部管路连接控制阀组设有的进油口、回油口再经由控制阀组连接伺服油缸的无杆腔和有杆腔，中间没有管路连接，有效减少了加载缸装置的体积和尺寸，且多个加载缸通过销轴与底座和被测工件铰接连接，结构紧凑、节省空间；采用单向阀当伺服油缸出现负压时将系统内的液压油补充到伺服油缸的有杆腔和无杆腔，采用安全阀当伺服油缸有杆腔和无杆腔的压力超过安全设定值时溢流到回油口，使得系统稳定性好、可靠性高；采用测压接头检测系统压力、伺服油缸的无杆腔压力和有杆腔压力，方便系统维护和维修。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种机械零件测试试验台用液压加载装置，其特征在于
结构部分包括：多个加载缸(17)、底座(18)和被测工件(16)；所述加载缸(17)通过销轴与底座(18)和被测工件(16)铰接连接；所述加载缸(17)包括伺服油缸(1)和把合在伺服油缸(1)缸体上的控制阀组(15)；
所述控制阀组(15)的液压控制部分包括进油口(P)；回油口(T)；连接进油口(P)，用于控制进油口(P)通断的二通插接阀(10)；连接二通插接阀(10)，用于控制系统压力、液压油的流量和方向的高频响比例阀(6)；所述高频响比例阀(6)的第一通油口(A)通过第二高压球阀(2.2)连接到伺服油缸(1)的无杆腔上；所述高频响比例阀(6)的第二通油口(B)通过第一高压球阀(2.1)连接到伺服油缸(1)的有杆腔上；连接高频响比例阀(6)的第一通油口(A),用于检测伺服油缸的无杆腔的压力并进行压电信号转换的第一压力传感器(11.1)，连接高频响比例阀(6)的第二通油口(B)，用于检测伺服油缸的有杆腔的压力并进行压电信号转换的第二压力传感器(11.2)；连接第一压力传感器(11.1)、第二压力传感器(11.2)，用于将检测到的伺服油缸(1)有杆腔和无杆腔的压力信息转换为伺服油缸实际输出力信息的控制单元(12)；用于输入不同加载力波形指令值的输入单元(13)；用于连接控制单元(12)和输入单元(13)，用于将控制单元(12)传输过来的伺服油缸实际输出力信息和输入单元(13)传输过来的指令值进行差分放大处理的差分放大单元(14)；所述高频响比例阀(6)的控制口与所述差分放大单元(14)相连接；连接回油口(T)，用于通电工作时将伺服油缸(1)的有杆腔和无杆腔接通回油的第二电磁换向阀(7)；所述进油口(P)、回油口(T)分别与外部进油管路和外部回油管路连接；
使用所述液压加载装置时，根据工艺实际需要选择投入工作的加载缸(17)数量，实现一组加载缸(17)单独工作或多组加载缸(17)组合动作，当多组加载缸(17)一起工作时，能够根据需要变换加载缸(17)数量，多组加载缸(17)组合动作能够实现多自由度的力加载模拟实验；在加载过程中各加载缸(17)均按照预定波形进行加载，由输入单元(13)根据所需模拟的实际工况输入加载力波形指令值，将一定时间作为一个周期给定一次加载力波形指令值；指令值经由差分放大单元(14)驱动高频响比例阀(6)按比例调整动作，控制系统压力、液压油的流量和方向；伺服油缸(1)在高频响比例阀(6)的驱动下对被测工件(16)施加拉力或压力，第一压力传感器(11.1)和第二压力传感器(11.2)检测到无杆腔和有杆腔的压力后将信号反馈到控制单元(12)；控制单元(12)经过计算后得出伺服油缸(1)的实际输出力信息传输给差分放大单元(14)；差分放大单元(14)将输入单元(13)传输过来的指令值与实际输出力信息进行差分放大处理后送给高频响比例阀(6)作相应动作调整，从而对伺服油缸(1)的输出力进行修正，这样形成了一个闭环控制回路，在一个加载周期内经过若干次反复调整，直至伺服油缸(1)的实际输出力与指令值之间的误差达到允许的范围内。
2.根据权利要求1所述的一种机械零件测试试验台用液压加载装置，其特征在于所述控制阀组(15)的液压控制部分还包括分别连接高频响比例阀(6)的入油口和第一通油口(A)、第二通油口(B)，用于检测系统压力的第三测压接头(5.3)、检测伺服油缸(1)的无杆腔压力的第一测压接头(5.1)和检测伺服油缸(1)的有杆腔压力的第二测压接头(5.2)。
3.根据权利要求1所述的一种机械零件测试试验台用液压加载装置，其特征在于所述控制阀组(15)的液压控制部分还包括连接第一高压球阀(2.1)和第二高压球阀(2.2)，用于当伺服油缸(1)有杆腔和无杆腔的压力超过安全设定值时溢流到回油口的第一安全阀(3.1)和第二安全阀(3.2)。
4.根据权利要求1所述的一种机械零件测试试验台用液压加载装置，其特征在于所述控制阀组(15)的液压控制部分还包括连接回油口(T)，用于当伺服油缸(1)负压时将系统内的液压油补充到伺服油缸(1)的无杆腔和有杆腔的第一单向阀(4.1)和第二单向阀(4.2)。
5.根据权利要求1所述的一种机械零件测试试验台用液压加载装置，其特征在于所述二通插接阀(10)连接有安装第一电磁换向阀(8)的控制盖板(9)，当第一电磁换向阀(8)通电工作时，进油口(P)连接到二通插接阀(10)。
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