CN103728095B - 负阶跃力试验系统 - Google Patents

Abstract

负阶跃力试验系统，包括被测设备，固定于被测设备上的力传感器和对被测设备施加作用力的负阶跃力发生装置；负阶跃力发生装置包括压力缸，与压力缸连接的压力控制回路，将压力缸内腔分隔为第一压力腔和第二压力腔的压力活塞，与压力活塞固定连接的活塞杆，和开设于压力缸上的卸荷口，以及与卸荷口适配以开启或关闭卸荷口的卸荷阀；卸荷口设置于第一压力腔，活塞杆穿过第二压力腔，活塞杆的外露端顶推被测设备，力传感器感应活塞杆与被测设备之间的压力。压力控制回路控制活塞杆顶推被测设备的压力。本发明具有初始力精确、初始作用力大而且力的下降沿时间可调的优点。

Description

负阶跃力试验系统

技术领域

本发明涉及一种负阶跃力试验系统。

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度。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。更重要的是，阶跃式力源容易实现，尤其是负阶跃力，从而使负阶跃力源在传感器的动态标定中得到广泛的应用。

浙江大学研制的“1200KN标准负阶跃力源系统”，采用的是落锤冲击卸荷的方法来产生负阶跃力。具体的结构如图8所示：负阶跃力源系统，包括支座3’，支座3’下方放置待测力传感器4’，待测力传感器4’下方依次设置垫块5’，卸荷部件6’和施力部件7’，垫块5’和支座3’之间设有冲杆2’，落锤1’对准冲杆2’做自由落体运动；施力部件7’将卸荷部件6’、垫块5’和待测力传感器4’向支座3’压紧。施力部件产生的压紧力F₀通过卸荷部件和垫块施加在待测力传感器上，使待测力传感器承受所需的静荷载。当落锤1’落下与冲杆2’发生碰撞，撞击力通过冲杆2’传递给垫块5’，垫块5’因此受到与静荷载相反的作用力。一方面，垫块在撞击力的作用下向下运动而脱离传感器，使传感器受力变小直至为零；另一方面，使卸荷部件动作，从而使垫块收到的向上的作用力逐渐减小直至为零，从而加速垫块向下运动。但是，这种负阶跃力源系统存在以下缺点：1、卸荷部件通常为易断裂的脆性材料，因此施力部件产生的压紧力F₀必须在卸荷部件能够承受的范围之内，也就是初始的静荷载受限，初始作用力不大。2、卸荷方式采用落锤冲击致使脆性材料断裂的方式，很难保证短的下降时沿。3、由于垫块的作用，实际作用在力传感器上的力下降沿时间大于材料断裂时间，且下降沿时间不可调。

发明内容

为克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种初始力精确、初始作用力大而且力的下降沿时间可调的负阶跃力试验系统。

负阶跃力试验系统，包括被测设备，固定于被测设备上的力传感器和对被测设备施加作用力的负阶跃力发生装置；负阶跃力发生装置包括压力缸，与压力缸连接的压力控制回路，将压力缸内腔分隔为第一压力腔和第二压力腔的压力活塞，与压力活塞固定连接的活塞杆，和开设于压力缸上的卸荷口，以及与卸荷口适配以开启或关闭卸荷口的卸荷阀；

卸荷口设置于第一压力腔，活塞杆穿过第二压力腔，活塞杆的外露端顶推被测设备，力传感器感应活塞杆与被测设备之间的压力。压力控制回路控制活塞杆顶推被测设备的压力。

进一步，第一压力腔内设有向压力活塞方向延伸的凸台，凸台与压力缸之间有空隙，该间隙连通压力控制回路和泄压口。

或者，第一压力腔的内壁向内延伸形成环形台阶，环形台阶上设有连通内腔与压力控制回路连接的连接通道，泄压口开设于环形台阶上。

进一步，卸荷阀包括与卸荷口适配的阀体、阀体安装座和带动阀体运动以封闭或开启卸荷口的卸荷机构；阀体可滑动地安装于阀体安装座上；

所述的卸荷机构包括液压缸、与液压缸适配的液压活塞和阀体的顶推机构，液压活塞与顶推机构连接；液压缸与阀体安装座固定连接。

进一步，液压活塞的外表面设有一圈向外延伸的凸缘，凸缘将液压缸内腔分隔为第一液压子腔和第二液压子腔，两个液压子腔分别与控制液压活塞上下运动的液压控制回路连接。

进一步，液压活塞轴向设有通孔，液压活塞和阀体安装座配合形成推动阀体的顶推液压腔；

液压缸设有进液通道和出液通道，进液通道和出液通道选择性地与顶推液压腔连通。

进一步，液压缸具有三段阶梯孔，第一段阶梯孔与液压活塞适配，第二段阶梯孔与凸缘适配，第三段阶梯孔与液压活塞之间有间隙，第二段阶梯孔位于第一段阶梯孔和第三段阶梯孔之间；

第二段阶梯孔上设有盖板，盖板和第二段阶梯孔形成液压缸内腔，液压活塞贯穿盖板并与盖板密封连接；

第一段阶梯孔连通进液通道，第三段阶梯孔连通出液通道。

进一步，阀体包括与卸荷口配合的堵头、底盘和连接堵头与底盘的连接杆，阀体安装座设有底盘容纳腔，底盘可轴向滑动地安装于容纳腔，容纳腔设有允许连接杆贯穿的阀体通孔，容纳腔设有阻止阀体脱离的限位板，限位板上设有通油孔；

阀体的底盘与阀体安装座之间设有弹簧。

进一步，阀体安装座上固定有液路密封板，液路密封板位于限位板下方，液路密封板上设有与液压活塞适配的过油孔。所谓过油孔与液压活塞适配，是指液压活塞能够与过油孔的孔壁贴合密封，液压活塞的通孔与过油孔连通。

进一步，卸荷阀还包括卸荷阀座，卸荷阀座中空且与压力缸固定连接，卸荷阀座、阀体安装座和压力缸围合成卸荷腔，卸荷腔具有与外界连通的排压口。

本发明的技术构思是：卸荷阀封闭卸荷口时，压力控制回路控制压力缸内的工作介质将压力活塞向被测设备方向顶推，对被测设备施加压力。卸荷阀开启卸荷口时，第一压力腔的工作介质从卸荷口排出，第二压力腔的工作介质推动压力活塞向第一压力腔运动，活塞杆脱离被测设备，负阶跃力实现。

第一压力腔的容积远小于第二压力腔的容积，第一压力腔的容积越小，所需要的放气时间越短，第一压力腔内的气压下降越快，压力活塞的输出推力下降越快；同时，压力活塞在第二压力腔内的压力作用下迅速向左移动，与被测试设备和力传感器脱开联接，实现负阶跃力的卸载。

本发明使用气压或液压系统对被测设备施加推力，能够施加的作用力大，且反应灵敏，施加的力度精确、可控；并且气压和液压系统在卸荷时反应迅速，下降沿时间短，并可通过调节第二压力腔内的气压值来调节下降沿时间。

本发明具有初始力精确、初始作用力大而且力的下降沿时间可调的优点。

附图说明

图1是本发明的示意图及卸荷阀脱离卸荷口的示意图。

图2是卸荷阀封闭卸荷口的示意图。

图3是卸荷阀的示意图。

图4是阀体安装座与压力缸之间设有卸荷阀座时的示意图。

图5是第二种压力缸的示意图。

图6是第三种压力缸的示意图。

图7是第四种压力缸的示意图。

图8是现有的负阶跃力发生装置的示意图。

具体实施方式

实施例一

参照图1-3

负阶跃力试验系统，包括被测设备1，固定于被测设备1上的力传感器2和对被测设备1施加作用力的负阶跃力发生装置；负阶跃力发生装置包括压力缸3，与压力缸3连接的压力控制回路，将压力缸内腔分隔为第一压力腔31和第二压力腔32的压力活塞33，与压力活塞33固定连接的活塞杆34，和开设于压力缸3上的卸荷口35，以及与卸荷口35适配、能迅速开启卸荷口35的卸荷阀4；

卸荷口35设置于第一压力腔31，活塞杆34穿过第二压力腔32，活塞杆34的外露端顶推被测设备1，力传感器2感应活塞杆34与被测设备1之间的压力。该压力缸3可以是气压缸也可以是液压缸。压力控制回路控制压力活塞33和活塞杆34顶推被测设备1的压力。

卸荷阀4包括与卸荷口35适配的阀体41、阀体安装座42和带动阀体41运动以封闭或开启卸荷口35的卸荷机构；阀体41可滑动地安装于阀体安装座42上；

所述的卸荷机构包括液压缸43、与液压缸43适配的液压活塞44和阀体41的顶推机构，液压活塞44与顶推机构连接；液压缸43与阀体安装座42固定连接。

液压活塞44的外表面设有一圈向外延伸的凸缘441，凸缘441将液压缸内腔分隔为第一液压子腔4A和第二液压子腔4B，两个液压子腔4A、4B分别与控制液压活塞44上下运动的液压控制回路连接。

液压活塞44轴向设有通孔442，液压活塞44靠近阀体41的一端外露，液压活塞44和阀体安装座42密封配合时液压活塞44的通孔442形成推动阀体41的顶推液压腔；

液压缸43设有进液通道4C和出液通道4D，液压活塞44与阀体安装座42密封配合时、进液通道4C连通顶推液压腔，液压活塞44脱离阀体安装座42时、出液通道4D连通液压活塞44的通孔442。

液压缸43具有三段阶梯孔，第一段阶梯孔与液压活塞44适配，第二段阶梯孔与凸缘441适配，第三段阶梯孔与液压活塞44之间有间隙，第二段阶梯孔位于第一段阶梯孔和第三段阶梯孔之间；

第二段阶梯孔上设有盖板45，盖板45和第二段阶梯孔形成液压缸内腔，液压活塞44贯穿盖板45并与盖板45密封连接；

第一段阶梯孔连通进液通道4C，第三段阶梯孔连通出液通道4D。

阀体41包括与卸荷口35配合的堵头411、底盘412和连接堵头411与底盘412的连接杆413，阀体安装座42设有底盘容纳腔421，底盘412可轴向滑动地安装于容纳腔421，容纳腔421设有允许连接杆413贯穿的阀体通孔，容纳腔421设有阻止阀体41脱离的限位板46，限位板46上设有通油孔461；

阀体41的底盘412与阀体安装座42之间设有弹簧414。

阀体安装座42上固定有液路密封板47，液路密封板47位于限位板46下方，液路密封板47上设有与液压活塞44适配的过油孔471。所谓过油孔471与液压活塞44适配，是指液压活塞44能够与过油孔471的孔壁贴合密封，液压活塞44的通孔442与过油孔471连通。

本发明的技术构思是：卸荷阀4封闭卸荷口35时，压力控制回路控制压力缸3内的工作介质将压力活塞33向被测设备1方向顶推，对被测设备1施加压力。卸荷阀4开启卸荷口35时，第一压力腔31的工作介质从卸荷口35排出，第二压力腔32的工作介质推动压力活塞33向第一压力腔31运动，活塞杆34脱离被测设备1，负阶跃力实现。

卸荷阀4为液压系统，可承载的压力大，因此，压力活塞33施加于被测设备1上的初始作用力的上限增大，使大的负阶跃力的实现成为可能。另外，液压系统反应灵敏，能够迅速开启卸荷口35，下降沿时间短。

本发明使用气压或液压系统对被测设备施加推力，能够施加的作用力大，施加的力度精确、可控；并且卸荷阀采用的液压系统在卸荷时反应迅速，下降沿时间短，并可通过调节第二压力腔内的压力值来调节下降沿时间。

本发明具有初始力精确、初始作用力大而且力的下降沿时间可调的优点。

实施例二

参照图4

本实施例与实施例一的区别之处在于：在压力缸3和卸荷阀4的阀体安装座42之间增设一个卸荷阀座48，以限制压力缸3的工作介质的流动。其余结构都与实施例一相同。

具体来说，卸荷阀4还包括卸荷阀座48，卸荷阀座48设置于压力缸3和阀体安装座42之间，卸荷阀座48中空且与压力缸3固定连接，卸荷阀座48、阀体安装座42和压力缸3围合成卸荷腔4E，卸荷腔4E具有与外界连通的排压口481。当压力缸3为气压缸时，排压口上设置第二消声器X2。

本实施例的技术构思是：在压力缸3和阀体安装座42之间增设一个卸荷阀座48，利用卸荷阀座48形成卸荷腔4E卸荷时，压力缸3的工作介质先进入卸荷腔4E内，再经卸荷腔4E的排压口481外排。当压力缸3为液压缸时，卸荷腔4E的排压口481连接输送管道，将液体工作介质外排。当压力缸3为气压缸时，气体通过排压口481向外界排放。为了减小噪声，在排压口481上安装第二消声器X2。

实施例三

参照图5

本实施例与实施例二的区别之处在于：第一压力腔31内设有向压力活塞33方向延伸的凸台311，凸台311与压力缸3之间有空隙，该间隙连通压力控制回路和泄压口35。其余结构都与实施例二相同。

本实施例的技术构思是：通过设置凸台来减小第一压力腔31的容积。第一压力腔31的容积越小，所需要的卸荷时间越短。卸荷时间越短则第一压力腔31内的压力下降越快，压力活塞33的输出推力下降越快；同时，压力活塞33在第二压力腔32内的压力作用下迅速向左移动，与被测试设备1和力传感器2脱开联接，实现负阶跃力的卸载。当然，还可以通过增大卸荷口来缩小卸荷时间。

初始状态时，第一压力腔31内尚未输入工作介质，此时压力活塞33抵靠于凸台311，凸台311与压力缸3内壁之间的空隙允许工作介质进入第一压力腔31内。

本实施例具有结构简单，下降沿时间短的优点。

实施例四

参照图6

本实施例与实施例三的区别之处在于使第一压力腔31的容积小于第二压力腔32的容积的方式不同，其余结构都相同。具体来说，第一压力腔31的内壁向内延伸形成环形台阶312，环形台阶312上设有连通内腔与压力控制回路连接的连接通道313，泄压口35开设于环形台阶312上。

初始状态时，第一压力腔31内尚未输入工作介质，此时压力活塞33抵靠于环形台阶312上。开始工作时，工作介质输入第一压力腔31内，并推动压力活塞33向第二压力腔31运动。

本实施例的技术构与实施例三的区别之处在于：通过设置环形台阶来减小第一压力腔的容积，缩短第一压力腔的卸荷时间。

本实施例具有结构简单，下降沿时间短的优点。

实施例五

参照图7

本实施例与实施例三的区别之处在于使第一压力腔31的容积小于第二压力腔32的容积的方式不同，其余结构都相同。具体来说，压力活塞33上固定有凸块36，凸块36位于第一压力腔31内，凸块36的侧壁与第一压力腔31的内壁有间隙，该间隙连通压力控制回路和卸荷口35。

初始状态时，第一压力腔31内尚未输入工作介质，此时凸块抵靠于第一压力腔的端面上。开始工作时，工作介质经凸块36与第一压力腔31的间隙进入第一压力腔31内，并推动压力活塞33向第二压力腔31运动。

本实施例的技术构思与实施例三的区别指出在于：通过设置凸块来减小第一压力腔的容积，凸块的体积足以使第一压力腔的容积小于第二压力腔的容积。

本实施例具有结构简单，下降沿时间短的优点。

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.负阶跃力试验系统，包括被测设备，固定于被测设备上的力传感器和对被测设备施加作用力的负阶跃力发生装置；负阶跃力发生装置包括压力缸，与压力缸连接的压力控制回路，将压力缸内腔分隔为第一压力腔和第二压力腔的压力活塞，与压力活塞固定连接的活塞杆，和开设于压力缸上的卸荷口，以及与卸荷口适配以开启或关闭卸荷口的卸荷阀；卸荷口设置于第一压力腔，活塞杆穿过第二压力腔，活塞杆的外露端顶推被测设备，力传感器感应活塞杆与被测设备之间的压力。

2.如权利要求1所述的负阶跃力试验系统，其特征在于：第一压力腔内设有向压力活塞方向延伸的凸台，凸台与压力缸之间有空隙，该空隙连通压力控制回路和泄压口。

3.如权利要求1所述的负阶跃力试验系统，其特征在于：第一压力腔的内壁向内延伸形成环形台阶，环形台阶上设有连通内腔与压力控制回路连接的连接通道，泄压口开设于环形台阶上。

4.如权利要求2或3所述的负阶跃力试验系统，其特征在于：卸荷阀包括与卸荷口适配的阀体、阀体安装座和带动阀体运动以封闭或开启卸荷口的卸荷机构；阀体可滑动地安装于阀体安装座上；

所述的卸荷机构包括液压缸、与液压缸适配的液压活塞和阀体的顶推机构，液压活塞与顶推机构连接；液压缸与阀体安装座固定连接。

5.如权利要求4所述的负阶跃力试验系统，其特征在于：液压活塞的外表面设有一圈向外延伸的凸缘，凸缘将液压缸内腔分隔为第一液压子腔和第二液压子腔，两个液压子腔分别与控制液压活塞上下运动的液压控制回路连接。

6.如权利要求5所述的负阶跃力试验系统，其特征在于：液压活塞轴向设有通孔，液压活塞和阀体安装座配合形成推动阀体的顶推液压腔；

液压缸设有进液通道和出液通道，进液通道和出液通道选择性地与顶推液压腔连通。

7.如权利要求6所述的负阶跃力试验系统，其特征在于：液压缸具有三段阶梯孔，第一段阶梯孔与液压活塞适配，第二段阶梯孔与凸缘适配，第三段阶梯孔与液压活塞之间有间隙，第二段阶梯孔位于第一段阶梯孔和第三段阶梯孔之间；

第二段阶梯孔上设有盖板，盖板和第二段阶梯孔形成液压缸内腔，液压活塞贯穿盖板并与盖板密封连接；

第一段阶梯孔连通进液通道，第三段阶梯孔连通出液通道。

8.如权利要求7所述的负阶跃力试验系统，其特征在于：阀体包括与卸荷口配合的堵头、底盘和连接堵头与底盘的连接杆，阀体安装座设有底盘容纳腔，底盘可轴向滑动地安装于容纳腔，容纳腔设有允许连接杆贯穿的阀体通孔，容纳腔设有阻止阀体脱离的限位板，限位板上设有通油孔；阀体的底盘与阀体安装座之间设有弹簧；阀体安装座上固定有液路密封板，液路密封板位于限位板下方，液路密封板上设有与液压活塞适配的过油孔；液压活塞能够与过油孔的孔壁贴合密封，液压活塞的通孔与过油孔连通。

9.如权利要求8所述的负阶跃力试验系统，其特征在于：卸荷阀还包括卸荷阀座，卸荷阀座中空且与压力缸固定连接，卸荷阀座、阀体安装座和压力缸围合成卸荷腔，卸荷腔具有与外界连通的排压口。