CN103712744A - 正阶跃力试验系统 - Google Patents

Abstract

正阶跃力试验系统，包括安装于被测试设备上的力传感器、对被测试设备瞬间施力的正阶跃力发生装置和承力墙；正阶跃力发生装置包括密封的正阶跃气压缸、正阶跃气压控制回路和监测正阶跃气压缸内腔压力的阶跃缸压力传感器；正阶跃气压缸与被测试设备之间设置推力气缸，正阶跃气压缸的内腔与推力气缸的内腔通过加载通道连通，推力气缸的推杆作用于被测试设备和力传感器上，加载通道上设有加载阀。本发明具有能够准确调节正阶跃力的发生时间和正阶跃力大小的优点。

Description

正阶跃力试验系统

技术领域

本发明涉及一种正阶跃力试验系统。

背景技术

卫星的发射及空间方位的变换是依靠控制发动机的点火时间和方向来控制的。在应用一台发动机之前需要利用传感测试系统进行大量的检测试验以准确测定发动机的推力情况，检验发动机的性能。在传感测试系统的研制过程中需要对其进行技术检定，同时在使用中或存储后也要进行性能复测，称为标定或校准。标定和校准的实质都是在明确传感器输出与输入关系的前提下，利用标准器具对传感器进行标定。传感测试系统标定可分为静态标定和动态标定。动态标定主要是研究传感器的动态响应以及与动态响应有关的参数。传感器的动态标定系统一般由标准力源、标准传感器、信号调节器以及采集系统组成。根据标准动态力发生装置输出力信号的形式可以分为稳态正弦激振力源，脉冲式力源和阶跃式力源。由于阶跃信号具有相当宽的有效频带，因此可以对高频响的传感器进行试验，并在试验中激发传感器的固有振动。

目前，在动态标定时通常采用负阶跃响应曲线作为对力进行补偿和修正的依据，但是实际的加力曲线与负阶跃响应曲线相差甚远，所以修正、标定的精度无法验证。

为了克服上述缺点，谢晓竹、侯钦梅、傅军等于2002年12月在《系统仿真学报》第14卷第12期发表了《一种力的动态测试和仿真》，文中提供了一种正阶跃力发生装置，包括安装在动架上的力传感器，与被测系统的质量一致的受力块，受力块与空气炮连接，空气炮包括与常压气源连通的常压气室和容积远小于常压气室的高压气室，常压气室和高压气室之间设有开启活塞，高压气室的输出口设置压力传感器，高压气室与转接头连接，转接头输出的气流顶推受力块；受力块与转接头、力传感器和动架组成组合体。这种正阶跃力发生装置的缺点在于：1、通过气流推动受力块，气流的推动力存在很大的不确定性；2、空气炮所能承载的压力有限，其无法调节正阶跃力发生的时间和正阶跃力的大小。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种能够准确调节正阶跃力的发生时间和正阶跃力大小的正阶跃力试验系统。

正阶跃力试验系统，包括安装于被测试设备上的力传感器、对被测试设备瞬间施力的正阶跃力发生装置和承力墙；正阶跃力发生装置包括密封的正阶跃气压缸、正阶跃气压控制回路和监测正阶跃气压缸内腔压力的阶跃缸压力传感器；

正阶跃气压缸与被测试设备之间设置推力气缸，正阶跃气压缸的内腔与推力气缸的内腔通过加载通道连通，推力气缸的推杆作用于被测试设备和力传感器上，加载通道上设有加载阀。

进一步，推力气缸包括缸体、缸体内的气压活塞和固定于气压活塞上的活塞杆，活塞杆的外露端顶推力传感器；气压活塞将推力气缸的内腔分隔为第一气压腔和第二气压腔；第一气压腔连接推力气压控制回路；

加载通道设置于第一气压腔和正阶跃气压缸之间。

进一步，加载通道包括开设于正阶跃气压缸的第一加载口和开设于第一气压腔的第二加载口，第一加载口和第二加载口对位，加载阀设置于第一加载口处。

进一步，加载阀包括与加载通道适配的加载阀体和带动加载阀体运动以封闭或开启加载通道的阀体驱动机构，阀体驱动机构包括具有加载活塞的加载缸、固定于加载活塞上的阀杆、监测加载缸内压力的加载缸压力传感器和加载压力控制回路，阀杆与加载阀体固定连接；加载缸固定于正阶跃气压缸内。

进一步，阀体驱动机构为气压系统，加载活塞将加载缸分隔为第一加载气腔和第二加载气腔，阀杆设于第二加载气腔，阀杆上套接有加载弹簧，加载弹簧位于加载活塞和第二加载气腔的腔壁之间；第一加载气腔与高压气源连通，第二加载气腔设有连通正阶跃气压缸内腔的第二连通气孔；第一加载气腔设有连通正阶跃气压缸内腔的第一连通气孔，第一连通气孔上设有允许气流经第一加载气腔进入正阶跃气压缸内腔的单向阀。

进一步，单向阀包括与加载缸密封连接的阀座、与第一连通气孔配合的阀球、和连接阀座与阀球的单向阀弹簧，阀座与加载缸围成一个充气腔，阀座上设有连通充气腔与正阶跃气压缸内腔的充气通道。

进一步，第一气压腔内设有向内延伸的凸台，第二加载口设置于该凸台，凸台上还设有连通第二加载口和第一气压腔的气流通道。

进一步，第二气压腔连通储气罐，储气罐与低压气源连接。

进一步，推力气缸控制回路包括监测第一气压腔内压力的推力缸压力传感器，与高压气源连接向第一气压腔进气的进气控制通路和使第一气压腔内的气体外泄的泄气控制通路。

本发明中正阶跃力的实现原理是：关闭加载阀，使正阶跃气压缸内腔的压力升高，等正阶跃气压缸内腔的压力满足要求后，控制加载缸的气压使加载阀开启加载通道，正阶跃气压缸内腔的气体迅速膨胀到第一气压腔中，第一气压腔的容积远小于正阶跃气压缸内腔的容积，因此，气体膨胀导致的正阶跃气压缸内腔的压力降低很小。由于气体膨胀的速度很快，第一气压腔内的压力迅速上升并稳定，实现正阶跃力的加载。

本发明具有以下优点：1、通过推力气缸对被测试设备和力传感器施压，压力值精确可调；2、气缸式的加载阀能承受的压力大，且通过调节加载阀即可精确调整阶跃力的发生时间和阶跃力大小。

附图说明

图1是加载阀封闭加载通道的示意图。

图2是加载阀开启加载通道的示意图。

图3是加载阀的示意图。

具体实施方式

参照附图，进一步说明本发明：

正阶跃力试验系统，包括安装于被测试设备1上的力传感器2对被测试设备1瞬间施力的正阶跃力发生装置和承力墙6；正阶跃力发生装置包括密封的正阶跃气压缸3、正阶跃气压控制回路和监测正阶跃气压缸3内腔压力的阶跃缸压力传感器A；正阶跃气压缸3抵靠于承力墙6上；

正阶跃气压缸3与被测试设备1之间设置带有气压活塞41的推力气缸4，气压活塞41上固定有活塞杆42，活塞杆42顶推力传感器2；气压活塞41将推力气缸4的内腔分隔为第一气压腔431和第二气压腔432；第一气压腔431连接推力气压控制回路；

第一气压腔431和正阶跃气压缸3之间设有相互连通的加载通道，加载通道设有加载阀。

加载通道包括开设于正阶跃气压缸3的第一加载口3A和开设于第一气压腔431的第二加载口4A，第一加载口3A和第二加载口4A对位，加载阀设置于第一加载口3A处。

加载阀包括与第一加载口3A适配的加载阀体54和带动加载阀体54运动以封闭或开启第一加载口3A的阀体驱动机构，阀体驱动机构包括具有加载活塞52的加载缸51、固定于加载活塞52上的阀杆53、监测加载缸51内压力的加载缸压力传感器B和加载压力控制回路，阀杆53与加载阀体54固定连接；加载缸51固定于正阶跃气压缸3内。

阀体驱动机构为气压系统，加载活塞52将加载缸51分隔为第一加载气腔561和第二加载气腔562，阀杆53设于第二加载气腔562，阀杆53上套接有加载弹簧55，加载弹簧55位于加载活塞52和第二加载气腔562的腔壁之间；第一加载气腔561与高压气源连通，第二加载气腔562设有连通正阶跃气压缸3内腔的第二连通气孔5621；第一加载气腔561设有连通正阶跃气压缸3内腔的第一连通气孔5611，第一连通气孔5611上设有允许气流经第一加载气腔561进入正阶跃气压缸3内腔的单向阀。

加载压力控制回路连通第一加载气腔561，加载压力控制回路包括加载进气通路、加载排气通路、第一安全阀a1和感应第一加载气腔561内部压力的加载缸压力传感器B，加载进气通路包括与高压气源连接的第一开关阀k1和第一减压阀j1，加载排气通路包括第二开关阀k2、第一调节阀t1和第一消声器x1。第一开关阀k1开启时，高压气源向第一加载气腔561进气，第二开关阀k2开启时，第一加载气腔561内的气体经加载排气通路向外排出。

单向阀包括与加载缸51密封连接的阀座571、与第一连通气孔5611配合的阀球572、和连接阀座571与阀球572的单向阀弹簧573，阀座571与加载缸51围成一个充气腔，阀座571上设有连通充气腔与正阶跃气压缸3内腔的充气通道5612。

第一气压腔431内设有向内延伸的凸台44，第二加载口4A设置于该凸台44，凸台44上还设有连通第二加载口4A和第一气压腔431的气流通道441。

第二气压腔432连通储气罐45，储气罐45与低压气源连接。

第一气压腔431连接推力缸压力传感器C，进气控制通路包括与外界气源连接的第四开关阀k4和第二减压阀j2，泄气控制通路包括第五开关阀k5和第三消声器x3。

第二气压腔432连通储气罐45，储气罐45与低压气源连接，第二气压腔432和储气罐45之间设有第四压力传感器D。储气罐45能保证第二气压腔432内的气压不会因为气压活塞41的移动而改变。

本发明中正阶跃力的实现过程是：向与第二气压腔432连通的储气罐45内充入低压空气，第四压力传感器D检测到储气罐45和第二气压腔432内的气压满足试验要求后停止向储气罐45和第二气压腔432内充气。

初始状态时，正阶跃气压缸内腔中没有高压空气，加载阀在加载弹簧55的作用下处于打开状态。

在第一单向阀的弹簧573的顶推力作用下、阀球572封闭第一连通气孔5611。开启加载进气通路，具体为调整第一减压阀j1的出口压力，打开第一开关阀k1，向第一加载气腔561充气，气体持续冲入第一加载气腔561内。随着气体持续进入第一加载气腔561，第一加载气腔561内的气压增大并推动加载阀向靠近第一加载口3A的方向移动、直到加载阀体封闭加载通道。

加载进气通路继续向第一加载气腔561充气，第一加载气腔561的气压继续上升，直到第一加载气腔561内的压力克服第一单向阀弹簧573的顶推力而将阀球572推离第一连通气孔5611，气体经第一连通气孔5611和充气通道5612进入正阶跃气压缸3内腔，使正阶跃气压缸3内腔的气压上升。

当加载缸压力传感器B检测到正阶跃气压缸3内腔内的气压上升到符合试验要求的气压值范围后关闭第一开关阀k1和第一减压阀j1。如果加载缸压力传感器B检测到正阶跃气压缸3内腔内的气压大于试验压球的气压值上限，则打开第三开关阀k3，正阶跃气压缸3内腔向外界放气，使正阶跃气压缸3内腔内的气压回到符合要求的气压值范围内。

接着，调整第二减压阀j2的出口压力，打开第四开关阀k4，向第一气压腔431通入低压气体，使气压活塞41向靠近被测试设备1的方向移动并压紧被测试设备1和力传感器2，待力传感器2检测到的压力处于符合试验要求的预紧力范围后关闭第四开关阀k4和第二减压阀j2。如果力传感器2检测到预紧力过大，则打开第五开关阀k5，第一气压腔431向外界放气，使预紧力回到符合要求的压力值范围内。

接着，调整第一调节阀t1的开度，第一调节阀t1的开度决定第一加载气腔561的放气时间、进而决定正阶跃力的上升时间。再打开第二开关阀k2，使第一加载气腔561向外排气。由于第二加载气腔562通过第二连通气孔5621与正阶跃气压缸3连通，因此第二加载气腔562的气压与正阶跃气压缸的气压相同。第一加载气腔561内的气压持续下降直到加载阀在加载阀弹簧55和正阶跃气压缸3内腔内的气压作用下离开第一加载口3A，加载通道被开启，正阶跃气压缸3内腔向第一气压腔431内充气，第一气压腔431内的气压上升。第一气压腔431内部气压上升导致加载阀受到第一气压腔431的推力而加速加载阀的打开。随着加载阀的打开和第一气压腔431内气压的上升，气压活塞41的输出推力迅速上升，完成正阶跃力的加载。

加载阀采用气压驱动方式，能够承受的压力大，且可以通过控制第一加载气腔的放气时间精确地控制正阶跃力的上升时间，通过控制正阶跃气压缸内的气压来控制正阶跃力的大小，正阶跃力的上升时间可调、正阶跃力的大小可控。

本发明具有以下优点：1、通过推力气缸对被测试设备和力传感器施压，压力值精确可调；2、气缸式的加载阀能承受的压力大，且通过调节加载阀即可精确调整阶跃力的发生时间和阶跃力大小。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (9)

1.正阶跃力试验系统，包括安装于被测试设备上的力传感器、对被测试设备瞬间施力的正阶跃力发生装置和承力墙；

其特征在于：正阶跃力发生装置包括密封的正阶跃气压缸、正阶跃气压控制回路和监测正阶跃气压缸内腔压力的阶跃缸压力传感器；

正阶跃气压缸与被测试设备之间设置推力气缸，正阶跃气压缸的内腔与推力气缸的内腔通过加载通道连通，推力气缸的推杆作用于被测试设备和力传感器上，加载通道上设有加载阀。

2.如权利要求1所述的正阶跃力试验系统，其特征在于：推力气缸包括缸体、缸体内的气压活塞和固定于气压活塞上的活塞杆，活塞杆的外露端顶推力传感器；气压活塞将推力气缸的内腔分隔为第一气压腔和第二气压腔；第一气压腔连接推力气压控制回路；

加载通道设置于第一气压腔和正阶跃气压缸之间。

3.如权利要求2所述的正阶跃力试验系统，其特征在于加载通道包括开设于正阶跃气压缸的第一加载口和开设于第一气压腔的第二加载口，第一加载口和第二加载口对位，加载阀设置于第一加载口处。

4.如权利要求3所述的正阶跃力试验系统，其特征在于：加载阀包括与加载通道适配的加载阀体和带动加载阀体运动以封闭或开启加载通道的阀体驱动机构，阀体驱动机构包括具有加载活塞的加载缸、固定于加载活塞上的阀杆、监测加载缸内压力的加载缸压力传感器和加载压力控制回路，阀杆与加载阀体固定连接；加载缸固定于正阶跃气压缸内。

5.如权利要求4所述的正阶跃力试验系统，其特征在于：阀体驱动机构为气压系统，加载活塞将加载缸分隔为第一加载气腔和第二加载气腔，阀杆设于第二加载气腔，阀杆上套接有加载弹簧，加载弹簧位于加载活塞和第二加载气腔的腔壁之间；第一加载气腔与高压气源连通，第二加载气腔设有连通正阶跃气压缸内腔的第二连通气孔；第一加载气腔设有连通正阶跃气压缸内腔的第一连通气孔，第一连通气孔上设有允许气流经第一加载气腔进入正阶跃气压缸内腔的单向阀。

6.如权利要求5所述的正阶跃力试验系统，其特征在于单向阀包括与加载缸密封连接的阀座、与第一连通气孔配合的阀球、和连接阀座与阀球的单向阀弹簧，阀座与加载缸围成一个充气腔，阀座上设有连通充气腔与正阶跃气压缸内腔的充气通道。

7.如权利要求6所述的正阶跃力试验系统，其特征在于第一气压腔内设有向内延伸的凸台，第二加载口设置于该凸台，凸台上还设有连通第二加载口和第一气压腔的气流通道。

8.如权利要求7所述的正阶跃力试验系统，其特征在于第二气压腔连通储气罐，储气罐与低压气源连接。

9.如权利要求8所述的正阶跃力试验系统，其特征在于推力气缸控制回路包括监测第一气压腔内压力的推力缸压力传感器，与高压气源连接向第一气压腔进气的进气控制通路和使第一气压腔内的气体外泄的泄气控制通路。

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