CN104047927B - 一种用于防止伺服作动筒正反向加载过载装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于飞机地面试验技术，具体涉及一种用于防止飞机地面试验中伺服作动筒正反向加载过载装置及方法。本发明防止加载过载装置包括力传感器、作动筒缸体、传感器反馈线路、指令控制器、伺服阀、有杆腔溢流阀、有杆腔单向阀、无杆腔溢流阀和无杆腔单向阀。当试验中需要施加压载时，指令控制器发出相应载荷的命令，伺服阀阀芯动作，使伺服阀右工位进入工作状态，高压油进入液压缸无杆腔推动活塞实现压载；当试验中需要施加拉载时，同样由指令控制器发出相应载荷命令，使伺服阀左工位进入工作状态，油液进入有杆腔实现拉载。本发明有效防止飞机地面试验伺服作动筒正反向加载过载，保护试验件的安全，提高试验质量，提升现有技术的试验技术水平。

Description

一种用于防止伺服作动筒正反向加载过载装置及方法

技术领域

本发明属于飞机地面试验技术，具体涉及一种用于防止飞机地面试验中伺服作动筒正反向加载过载装置及方法。

背景技术

近年来,我国航空工业得到了空前的发展,在飞行器设计的过程中,使用地面加载试验进行飞行载荷仿真是必经的项目。伺服作动筒作为试验过程中的主要执行机构，承担着完成对飞机结构自由度限制，载荷加载等任务。

图1为现有加载伺服作动筒的控制及液压系统原理图。该加载装置主要由控制指令4、伺服阀5、液压缸体2、力传感器1和反馈线路3组成。其中，控制指令4根据所需加载的载荷值给定，力传感器1通过反馈线路3完成对伺服阀5的闭环控制。但是在某些异常情况下，比如指令参数输入错误、传感器反馈异常或传感器线路故障就可能会造成施加在结构上的载荷值会远远超出所需要的载荷值，从而造成试验件的损坏。

到目前为止，还没有一种防止在飞机地面试验中的伺服作动筒加载过载的液压装置，而这种可靠的机械保护装置可在异常情况下(控制参数输入错误、传感器反馈错误或传感器线路故障)最大限度保证试验件不会因作动筒的过载而损坏造成不可挽回的损失。

发明内容

本发明的目的是：本发明是针对上述现有技术存在的不足而设计提供的一种防止过载的装置，其目的是防止地面试验过程中的伺服作动筒由于异常情况而造成的过载，从而保证试验件的安全，提高试验质量。

另外，本发明还提供一种用于防止飞机地面试验中伺服作动筒正反向加载过载方法。

本发明的技术方案是：一种防止伺服作动筒正反向加载过载装置，其包括力传感器、作动筒缸体、传感器反馈线路、指令控制器、伺服阀、有杆腔溢流阀、有杆腔单向阀、无杆腔溢流阀和无杆腔单向阀，其中，所述力传感器设置在作动筒缸体一侧，与作动筒输出端连接，所述作动筒缸体的进油管路和回油管路与伺服阀连接，且进油管路和回油管路之间并联有杆腔溢流阀和无杆腔溢流阀，所述有杆腔溢流阀串联有杆腔单向阀，有杆腔溢流阀的P口与有杆腔连接，有杆腔溢流阀的T口和无杆腔连接，所述无杆腔溢流阀串联有无杆腔单向阀，无杆腔溢流阀的P口和无杆腔连接，无杆腔溢流阀的T口和有杆腔连接，另外，力传感器经传感器反馈线路分别连接伺服阀和指令控制器。

一种防止伺服作动筒正反向加载过载的方法，当试验中需要施加压载时，指令控制器发出相应载荷的命令，伺服阀阀芯动作，使伺服阀右工位进入工作状态，高压油进入液压缸无杆腔推动活塞实现压载；当试验中需要施加拉载时，同样由指令控制器发出相应载荷命令，使伺服阀左工位进入工作状态，油液进入有杆腔实现拉载。

所述的防止飞机地面试验伺服作动筒正反向加载过载的方法，其包括如下步骤：

步骤一：根据伺服作动筒的吨位和所需加载的载荷值和确定所需要的溢流阀的压力流量值，进而确定溢流阀和单向阀的型号；

步骤二：安装并调试防止飞机地面试验伺服作动筒正反向加载过载装置，把有杆腔溢流阀、有杆腔单向阀、无杆腔溢流阀和无杆腔单向阀安装在作动筒缸体的进油管路和回油管路之间，其中，有杆腔溢流阀与有杆腔单向阀串联，有杆腔溢流阀的P口与有杆腔连接，有杆腔溢流阀的T口和无杆腔连接，所述无杆腔溢流阀与无杆腔单向阀串联，无杆腔溢流阀的P口和无杆腔连接，无杆腔溢流阀的T口和有杆腔连接；

步骤三：设置溢流阀的溢流压力

当出现某些异常或故障时，在试验前根据需要加载的载荷值来分别确定有杆腔溢流阀和无杆腔溢流阀的溢流压力；

步骤四：设置溢流阀的溢流压力参数来防止伺服作动筒在飞机地面试验时过载

当出现某种故障而导致无杆腔的压力持续增加超过无杆腔溢流阀的设置压力时，无杆腔溢流阀打开使无杆腔泄压，油液则经无杆腔溢流阀和无杆腔单向阀与有杆腔连通，当压力降到所设置压力时无杆腔溢流阀关闭，从而实现防止在试验中伺服作动筒压载过载的目的；

当出现某种故障而导致有杆腔的压力持续增加超过有杆腔溢流阀的设置压力时，有杆腔溢流阀打开使有杆腔泄压，油液则从有杆腔溢流阀和有杆腔单向阀与无杆腔连通，当压力降到所设置压力时有杆腔溢流阀关闭，从而实现防止在试验中伺服作动筒拉载过载的目的。

步骤三设置溢流阀的溢流压力的具体过程如下：

步骤1：根据试验工况，确定在加载周期内的最大压载F1和最大拉载F2；

步骤2：试验加载点所用的伺服作动筒是已知的，从而知道该点作动筒筒体的内径、活塞及活塞杆直径,进而知道筒体的活塞横截面积S1，活塞杆横截面积S2；

步骤3：防止压载过载的无杆腔溢流阀的溢流压力设置为公式

F₁＝P₁*S₁-P₂*(S₁-S₂) (1)

其中

F1为试验加载的最大压载载荷值，S1为活塞横截面积，S2为活塞杆横截面积，P2为施加压载时有杆腔的回油被压，为2-3MPa，

则当施加的压载达到最大值F1时，无杆腔的压力为：

$P_1=\frac{F_1+P_2(S_1-S_2)}{S_1}---\left(2\right)$

则防止压载过载的无杆腔溢流阀的溢流压力设为P7＝a*P1

其中，a为设置安全系数，为1.2-1.5；

步骤4：防止拉载过载的有杆腔溢流阀的溢流压力为公式

F₂＝P₂*(S₁-S₂)-P₁*S₁ (1)

其中

F2为试验加载的最大拉载载荷值，S1为活塞横截面积，S2为活塞杆横截面积，P1为施加拉载时无杆腔的回油被压,通常为2-3MPa，可通过试验测得；

则当施加的拉载达到最大值F1时，有杆腔的压力为：

$P_2=\frac{F_2+P_1*S_1}{S_1-S_2}---\left(2\right)$

则防止拉载过载的有杆腔溢流阀的溢流压力设为P6＝a*P2，

其中，a为设置安全系数，为1.2-1.5。

本发明的优点是：本发明在试验中的执行机构(伺服作动筒)上加上防止过载装置可有效防止飞机地面试验伺服作动筒正反向加载过载，保护试验件的安全，提高试验质量，提升现有技术的试验技术水平。

附图说明

图1是目前加载伺服作动筒的控制及液压系统原理示意图；

图2是本发明所述的防止飞机地面试验伺服作动筒正反向加载过载的装置的原理示意图，

其中，1-力传感器、2-作动筒缸体、3-传感器反馈线路、4-指令控制器、5-伺服阀、6-有杆腔溢流阀、7-有杆腔单向阀、8-无杆腔溢流阀、9-无杆腔单向阀。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步的说明：

请参阅图2，本发明防止伺服作动筒正反向加载过载装置包括力传感器1、作动筒缸体2、传感器反馈线路3、指令控制器4、伺服阀5、有杆腔溢流阀6、有杆腔单向阀7、无杆腔溢流阀8和无杆腔单向阀9。其中，所述力传感器设置在作动筒缸体3一侧，与作动筒输出端连接。所述作动筒缸体3的进油管路和回油管路与伺服阀连接。另外，为了防止加载的过程中，由于某种异常故障导致过载损坏试验件，进油管路和回油管路之间并联有杆腔溢流阀6和无杆腔溢流阀9，其中，有杆腔溢流阀6串联有杆腔单向阀7，有杆腔溢流阀6的P口与有杆腔连接，有杆腔溢流阀6的T口和无杆腔连接。所述无杆腔溢流阀9串联有无杆腔单向阀8，无杆腔溢流阀9的P口和无杆腔连接，无杆腔溢流阀9的T口和有杆腔连接。另外，力传感器1经传感器反馈线路3连接指令控制器4伺服阀5。

上述结构主要是通过对常规溢流阀和单向阀的组合使用实现防止作动筒的正反向加载过载的装置。在一般情况下，溢流阀通常是作为安全阀在液压系统中使用的，当液压系统发生故障出现高压时，通过溢流阀的泄压功能来保护液压系统中的其他液压元件。在上述结构中，在液压缸体的有杆腔和无杆腔分别与溢流阀P口相连，考虑到加载的正反向，给溢流阀接上单向阀，起到避免溢流阀的T口出现高压，达到保护溢流阀的目的。本结构的创新点在于:首次提出改变飞机试验加载液压作动筒的油路和溢流阀和单向阀的用法，通过具体加载周期的正反向载荷最大值来设置溢流阀的溢流压力来实现在飞机试验加载过程中防止正反向过载的目的。

本发明防止飞机地面试验伺服作动筒正反向加载过载装置工作原理如下：当试验中需要施加压载时，指令控制器4发出相应载荷的命令，伺服阀阀芯动作，使伺服阀右工位进入工作状态，油液从伺服阀5的P口经右工位再从A口进入作动筒的无杆腔推动活塞实现压载；当试验中需要施加拉载时，同样由指令控制器4发出相应载荷命令，使伺服阀左工位进入工作状态，油液从伺服阀5的P口进入作动筒的有杆腔实现拉载。

本发明防止飞机地面试验伺服作动筒正反向加载过载的方法具体过程如下：

步骤一：根据伺服作动筒的吨位和所需加载的载荷值和确定所需要的溢流阀的压力流量值，进而确定溢流阀和单向阀的型号；

步骤二：安装和调试防止飞机地面试验伺服作动筒正反向加载过载装置，把溢流阀和单向阀安装如图2所示的位置；

步骤三：设置溢流阀的溢流压力。当出现某些异常或故障时，在试验前根据需要加载的载荷值来分别确定有杆腔溢流阀6和无杆腔溢流阀9的溢流压力，具体确定的步骤为：

步骤1：根据试验工况，确定在加载周期内的最大压载F1和最大拉载F2；

步骤2：试验加载点所用的伺服作动筒是已知的，从而知道该点作动筒筒体的内径、活塞及活塞杆直径,进而知道筒体的活塞横截面积S1，活塞杆横截面积S2；

步骤3：防止压载过载的无杆腔溢流阀的溢流压力设置为公式

F₁＝P₁*S₁-P₂*(S₁-S₂) (1)

其中

F1为试验加载的最大压载载荷值，S1为活塞横截面积，S2为活塞杆横截面积，P2为施加压载时有杆腔的回油被压，通常为2-3MPa，可通过试验测得。

则当施加的压载达到最大值F1时，无杆腔的压力为：

$P_1=\frac{F_1+P_2(S_1-S_2)}{S_1}---\left(2\right)$

则防止压载过载的无杆腔溢流阀9的溢流压力设为P7＝a*P1

其中

a为设置安全系数，一般为1.2-1.5

步骤4：防止拉载过载的有杆溢流阀6的溢流压力为公式

F₂＝P₂*(S₁-S₂)-P₁*S₁ (1)

其中

F2为试验加载的最大拉载载荷值，S1为活塞横截面积，S2为活塞杆横截面积，P1为施加拉载时无杆腔的回油被压,通常为2-3MPa，可通过试验测得。

则当施加的压载达到最大值F1时，无杆腔的压力为：

$P_2=\frac{F_2+P_1*S_1}{S_1-S_2}---\left(2\right)$

则防止拉载过载的有杆腔溢流阀6的溢流压力设为P6＝a*P2

其中

a为设置安全系数，一般为1.2-1.5

步骤四：设置溢流阀的溢流压力参数来防止伺服作动筒在飞机地面试验时过载。

当出现某种故障而导致无杆腔的压力持续增加超过无杆腔溢流阀9的设置压力时，溢流阀打开使无杆腔泄压，油液则经无杆腔溢流阀9和无杆腔单向阀8与有杆腔连通，当压力降到所设置压力时溢流阀关闭，从而实现防止在试验中伺服作动筒压载过载的目的。

当出现某种故障而导致有杆腔的压力持续增加超过有杆腔溢流阀6的设置压力时，溢流阀打开使有杆腔泄压，油液则从有杆腔溢流阀6和有杆腔单向阀7与无杆腔连通，当压力降到所设置压力时溢流阀关闭，从而实现防止在试验中伺服作动筒拉载过载的目的。

Claims (2)

1.一种防止伺服作动筒正反向加载过载的方法，其特征在于，当试验中需要施加压载时，指令控制器发出相应载荷的命令，伺服阀阀芯动作，使伺服阀右工位进入工作状态，高压油进入液压缸无杆腔推动活塞实现压载；当试验中需要施加拉载时，同样由指令控制器发出相应载荷命令，使伺服阀左工位进入工作状态，油液进入有杆腔实现拉载；当进行压载或拉载时，防止过载的步骤包括：

步骤一：根据伺服作动筒的吨位和所需加载的载荷值和确定所需要的溢流阀的压力流量值，进而确定溢流阀和单向阀的型号；

步骤二：安装并调试防止飞机地面试验伺服作动筒正反向加载过载装置，把有杆腔溢流阀(6)、有杆腔单向阀(7)、无杆腔溢流阀(9)和无杆腔单向阀(8)安装在作动筒缸体(2)的进油管路和回油管路之间，其中，有杆腔溢流阀(6)与有杆腔单向阀(7)串联，有杆腔溢流阀(6)的P口与有杆腔连接，有杆腔溢流阀(6)的T口和无杆腔连接，所述无杆腔溢流阀(9)与无杆腔单向阀(8)串联，无杆腔溢流阀(9)的P口和无杆腔连接，无杆腔溢流阀(9)的T口和有杆腔连接；

步骤三：设置溢流阀的溢流压力

当出现某些异常或故障时，在试验前根据需要加载的载荷值来分别确定有杆腔溢流阀(6)和无杆腔溢流阀(9)的溢流压力；

步骤四：设置溢流阀的溢流压力参数来防止伺服作动筒在飞机地面试验时过载

当出现某种故障而导致无杆腔的压力持续增加超过无杆腔溢流阀(9)的设置压力时，无杆腔溢流阀打开使无杆腔泄压，油液则经无杆腔溢流阀(9)和无杆腔单向阀(8)与有杆腔连通，当压力降到所设置压力时无杆腔溢流阀关闭，从而实现防止在试验中伺服作动筒压载过载的目的；

当出现某种故障而导致有杆腔的压力持续增加超过有杆腔溢流阀(6)的设置压力时，有杆腔溢流阀打开使有杆腔泄压，油液则从有杆腔溢流阀(6)和有杆腔单向阀(7)与无杆腔连通，当压力降到所设置压力时有杆腔溢流阀关闭，从而实现防止在试验中伺服作动筒拉载过载的目的。

2.根据权利要求1所述的防止伺服作动筒正反向加载过载的方法，其特征在于，步骤三设置溢流阀的溢流压力的具体过程如下：

步骤1：根据试验工况，确定在加载周期内的最大压载F1和最大拉载F2；

步骤2：试验加载点所用的伺服作动筒是已知的，从而知道该点作动筒筒体的内径、活塞及活塞杆直径,进而知道筒体的活塞横截面积S1，活塞杆横截面积S2；

步骤3：防止压载过载的无杆腔溢流阀(9)的溢流压力设置为公式

F₁＝P₁*S₁-P₂*(S₁-S₂)(1)

其中

F1为试验加载的最大压载载荷值，S1为活塞横截面积，S2为活塞杆横截面积，P2为施加压载时有杆腔的回油被压，为2-3MPa，

则当施加的压载达到最大值F1时，无杆腔的压力为：

$P_1=\frac{F_1+P_2(S_1-S_2)}{S_1}---\left(2\right)$

则防止压载过载的无杆腔溢流阀(9)的溢流压力设为P7＝a*P1，

其中，a为设置安全系数，为1.2-1.5；

步骤4：防止拉载过载的有杆腔溢流阀(6)的溢流压力为公式

F₂＝P₂*(S₁-S₂)-P₁*S₁(1)

其中

F2为试验加载的最大拉载载荷值，S1为活塞横截面积，S2为活塞杆横截面积，P1为施加拉载时无杆腔的回油被压,通常为2-3MPa，可通过试验测得；

则当施加的拉载达到最大值F1时，有杆腔的压力为：

$P_2=\frac{F_2+P_1*S_1}{S_1-S_2}---\left(2\right)$

则防止拉载过载的有杆腔溢流阀(6)的溢流压力设为P6＝a*P2，

其中，a为设置安全系数，为1.2-1.5。