CN104006034B - 液压伺服变载荷加载试验台 - Google Patents

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Abstract

本发明液压伺服变载荷加载试验台属于机械液压领域，涉及一种使用电液伺服系统，能够实现压力、位移两种反馈双闭环控制的疲劳试验台。试验台由控制系统和四个并联的加载机构两大部分组成，四个并联的加载机构中两个用于轴向加载，另外两个用于径向加载。该控制系统中的工控机与控制器通过数据线连接，位移传感器和大、小力传感器通过数据传输线连接到控制器上。加载试验台被固定于地面上，用于轴向加载的大力传感器安装在一个伺服液压缸的前端，用于径向加载的小力传感器安装在另一个伺服液压缸的前端。本发明四个控制通道可协同工作，试验台结构简单，原理清晰，造价低廉，能同时对多试件进行疲劳加载，长期工作稳定，效率高。

Description

液压伺服变载荷加载试验台
技术领域
本实发明属于机械液压领域，涉及一种使用电液伺服系统，能够实现压力、位移两种反馈双闭环控制的疲劳试验台。
背景技术
在工程机械中，许多机械零部件都是工作在循环、交变载荷条件下的，其工作应力往往低于材料的屈服强度。零部件在这种循环、交变载荷下，经过较长时间的运行容易产生疲劳破坏，对结构的安全性能产生重大的影响。为了保证这些零部件的可靠性，在将其投入使用前要进行检测，电液伺服加载试验台就是用来检测这些零部件的专用设备。
近年来对于材料或者结构的动、静疲劳实验已得到极大的重视，各种不同型号、功能和规格的疲劳实验设备层出不穷，以满足不同材料或结构的疲劳实验的需求。几类主要的疲劳试验机类型有：电液伺服式、机械式和电磁式。其中电液伺服式的疲劳试验机的主要优点有：响应速度快、输出功率大、测量和控制精度高，但是此类实验设备的缺点是在较低吨位的整机价格较高。电磁式的疲劳试验机的特点是整机工作效率高、易起振、耗能低、控制精度高、波动小以及操作简便，但是不可以对复合材料进行疲劳实验。而机械式疲劳试验机多用于低频疲劳实验，功率小、造价低。但其响应慢，且输出载荷范围较小等不足。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术中，电液伺服式疲劳试验机的技术不足，发明一种液压伺服变载荷加载试验台，加载液压缸可水平放置或垂直放置，任意两液压缸可以实现协同加载，用于低循环疲劳强度试验。可以对大尺寸的式样进行测试，具有较大的灵活性。能同时对多试件进行疲劳加载实验，有助于节省时间、提高工作效率。设备可以根据用户设定好的指令自动运行，油路压力可调并且可以保持稳定，配有冷却设备，可以持续运行。
本发明采用的技术方案是一种液压伺服变载荷加载试验台，其特征在于：试验台由控制系统和四个并联的加载机构两大部分组成，四个并联的加载机构中两个用于轴向加载，另外两个用于径向加载；
该控制系统中的工控机23与控制器22通过数据线连接，位移传感器17和大、小力传感器18、19通过数据传输线连接到控制器22上，实现加载过程中力和位移双闭环控制；通过工控机23中的数据采集板卡，分别把力、位移、压力值显示在软件仪表中，控制器22对液压伺服阀16进行控制，形成PID控制；
加载试验台被固定于地面上，底座25与地面相连接，伺服液压缸20通过六个螺栓与底座25连接，用于轴向加载的大力传感器18安装在一个伺服液压缸20的前端，用于径向加载的小力传感器19安装在另一个伺服液压缸20的前端；伺服液压缸20的后部与位移传感器17连接，伺服液压缸20的上方设有过度块27，过度块27的两端通过螺纹与两个压力变送器24连接，过度块27的上方与伺服阀16通过四个螺栓连接。
本发明的有益效果是可以施加正弦波、余弦波、三角波、方波以及随即波的周期载荷。本试验台外形美观、结构紧凑、操作简单方便、使用寿命长，且可以获得高频加载动力。与同吨位的电液伺服式疲劳试验机相比具有更大的加载力极限和频率。可以保证在高频、大加载力或者位移条件下，保证波形不失真。可对矿用各型减速机输出端施加轴向及径向变动载荷以进行可靠性验证，也可用于其他产品类似的试验；可以在测试过程中实现力和位移闭环控制、加载载荷可调、加载频率可调、操作简便、成本较低且效率高的疲劳试验机。
附图说明
图1为本发明液压伺服变载荷加载试验台液压回路原理图。
图2为本发明液压伺服变载荷加载试验台加载机构示意图。
图中：1-油箱、2-吸油过滤器、3-避震吼、4-齿轮泵、5-电动机、6-电磁溢流阀、7-微型高压软管、8-压力表开关总成、9-压力表、10-单向阀、11-蓄能器控制阀组、12-蓄能器、13-压力传感器、14-电磁球阀、15-压力过滤器、16-伺服阀、17-位移传感器、18-大力传感器、19-小力传感器、20-伺服液压缸、21-回油过滤器、22-控制器、23-工控机、24-压力变送器、25-底座、26-伺服放大器、27-过度块。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案对本发明的实施作进一步详细描述。
该液压伺服变载荷加载试验台由控制系统和加载机构两个部分组成；
所述液压伺服变载荷加载试验台具有四个并联的加载机构，其中两个用于轴向加载，另外两个用于径向加载。每个加载机构通过螺栓和挡板固定于水平地面上，伺服液压缸20与底座25之间用12个螺栓连接。用于轴向加载的伺服液压缸20的前端安装大力传感器18，用于径向加载的伺服液压缸20前端与小力传感器19连接。伺服液压缸20的后部安装位移传感器17，伺服阀16以及压力变送器24被固定于伺服液压缸20的上方。
所述控制系统中，工控机23与控制器22通过PCI数据卡连接并传递信号，位移传感器17，大、小力传感器18、19通过数据传输线连接到控制器22上，本实施例中，大力传感器18为125KN，小力传感器19为50KN，它们将检测到的伺服液压缸20的力和位移信号传递给控制器22。该液压伺服变载荷加载试验台的控制使用力伺服控制，力、位移和压力传感器采集的原始数据通过控制器22、数据采集板卡，分别把力、位移、压力值显示在软件仪表中，同时对液压伺服阀16进行控制，形成PID控制。该力伺服控制通过模糊PID自适应控制器来实现；模糊PID自适应控制器对加载机构的力和位移进行实时跟踪，从而实现对加载机构的伺服闭环控制，动态控制精度±1％。
该试验台可以同时对两台被测设备进行轴向和径向变载荷加载，以进行疲劳可靠性验证，四个通道独立控制，模拟各种条件进行加载，加载波形有正弦波、三角波、方波和随机波形，可协同加载，径向加载力达到50KN，0.1-15Hz，轴向加载力达到30KN，0.1-20Hz。该试验台可以实现加载过程中力和位移双闭环控制。可以实现的波形、加载力、频率等可以根据需要进行设定，该试验台能够自动进行数据采集及处理、预存技术参数、生成报表等功能，同时可以进行存储并方便历史查询，可与数据库相连接，将系统控制设置的参数以及加载过程中的状态参数显示，以便对加载过程进行人工干预，达到预期的实验效果。
本发明的工作原理如图1所示，主电动机5启动，带动主齿轮泵4向系统供油，液压油从油箱1中抽出，经过吸油过滤器2和避震喉3进入齿轮泵4的吸油腔，为了不让电动机带载启动，防止电流过大，在10秒内，电磁溢流阀6不带电，系统将处于卸荷状态，10秒后自动带点，电磁溢流阀6开始工作，调节压力逐渐升至设定好的工作压力，其中，一部分油液向蓄能器12供油，蓄能器12是否有油液流入由蓄能器阀组11控制，另一部分经过单向阀10向加载系统供油，若两个电磁球阀14同时打开，可同时对一个被测对象进行轴向和径向加载。若打开一个电磁球阀14，则可以对被测对象进行轴向或者径向加载。压力表9通过微型高压软管7连入回路，测量回路压力，使用压力表总成开关8来控制。当蓄能器12压力达到预设的工作压力时，压力传感器13发出信号给电磁溢流阀6，使其断电，使主齿轮泵5处于卸荷状态，由蓄能器12向系统供油，可以提高效率，降低油液的温升。当系统压力低于某一设定值时，压力传感器13发出信号，电磁溢流阀6带电，主齿轮泵5继续向加载系统和蓄能器12供油，如此循环往复。
用户可以根据实验要求，在控制台上设定加载过程的压力和位移，也可以设定所需要加载的波形。工控机23会在显示器上显示出位移传感器17及大、小力传感器18、19检测到的信号，并对实验数据进行储存和分析。在控制台上设有电动机5的开关按钮，以及危险状况下的急停按钮。
本发明采用了四通道独立式伺服控制器技术，控制精度可达到±1％，传感器检测精度达到0.1％，数据采集精度高、范围大、可靠性好。便于远距离工件的疲劳加载，同时，加载被测试件时，可以提高伺服响应频率。元件、管路和接头等采用不锈钢制造，操作台采用喷塑处理。本试验台具有外形美观、结构紧凑、操作简单方便、使用寿命长等特点。

Claims (1)

1.一种液压伺服变载荷加载试验台，其特征在于：试验台由控制系统和四个并联的加载机构两大部分组成，四个并联的加载机构中两个用于轴向加载，另外两个用于径向加载，对任意两伺服液压缸能协同加载；
该控制系统中的工控机(23)与控制器(22)通过数据线连接，并传递信号；位移传感器(17)和大、小力传感器(18、19)通过数据传输线连接到控制器(22)上，实现加载过程中力和位移双闭环控制；通过工控机(23)中的数据采集板卡，分别把力、位移、压力值显示在软件仪表中，控制器(22)对液压伺服阀(16)进行控制，形成PID控制；在控制台上设定加载过程的压力和位移，设定所需要加载的波形；工控机(23)在显示器上显示出位移传感器(17)及大、小力传感器(18、19)检测到的信号，并对实验数据进行储存和分析；在控制台上设有电动机(5)的开关按钮，及危险状况下的急停按钮；
加载试验台被固定于地面上，底座(25)与地面相连接，每个伺服液压缸(20)通过六个螺栓与底座(25)连接，用于轴向加载的大力传感器(18)安装在一个伺服液压缸(20)的前端，用于径向加载的小力传感器(19)安装在另一个伺服液压缸(20)的前端；前端安装有小力传感器(19)的伺服液压缸(20)的后部与位移传感器(17)连接，该伺服液压缸(20)的上方设有过度块(27)，过度块(27)的两端通过螺纹与两个压力变送器(24)连接，过度块(27)的上方与伺服阀(16)通过四个螺栓连接。
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