CN104632786A - 单向交流液压实验控制系统及其实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单向交流液压实验控制系统及其实验方法，主要包括交流系统和模拟负载系统构成，交流系统包括变量泵、伺服比例阀、脉冲泵组和执行器组，所述伺服比例阀设置于变量泵的出油口和脉冲泵组的左腔之间，所述变量泵和伺服比例阀之间通过第一溢流阀与油箱相连，脉冲泵组的右腔与执行器组的进油口相连，执行器组的出油口通过第二节流阀与变量泵相连；所述模拟负载系统包括定量泵、第二溢流阀和模拟执行器组。本发明可以准确而有方向的深入探究交流液压系统基础理论，为创新和优化交流液压系统，开拓交流液压新的应用领域以及实际工程提供有力的技术支持。

Description

单向交流液压实验控制系统及其实验方法

技术领域

本发明涉及一种基于交流液压系统的液压驱动式的实验控制系统，具体的说是一种获取交流液压动态信息及对其进行机理分析的实验控制系统。属于交流液压技术领域。

背景技术

所谓的交流液压是利用液压管道中的液体波动流量或波动压力传递功率或信号，可实现传动同步和振动输出两种功能。在一般的液压系统中 ,液压泵输出的液体经管道和控制阀到执行器后再回到油箱，液体是沿着一定的方向连续流动，称之为直流液压。而交流液压系统则是利用管路中脉动(或称交流)液压系统和驻波(或称交压)液压系统。近年来国内外研究者开始关注于交流液压技术，并对其进行实验研究，但由于交流液压技术的发展历史较短，在许多方面研究还不够完善，尤其在理论研究上有待深入。1988年，顾迪民教授对交流液压系统进行了理论分析和实验研究，给出了各种参数对系统效率的影响。

研制交流液压实验台，可以模拟多种实际工况并不断获取交流液压工作中的实际的动态信息，进行机理分析，结合系统的数学模型理论联系实际，准确而有方向的深入探究交流液压系统基础理论，为创新和优化交流液压系统，开拓交流液压新的应用领域以及实际工程提供有力的技术支持。

交流液压系统以波动能量传输为最基本特点，是一种闭式系统或者混合液压系统，不仅具有直流液压系统的功率重量比大，体积小，易于调节等优点，还具有自身的许多优点，因此，适合搭建单向交流试验台进行性能实验。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种体积小，结构简单，工作可靠的单向交流液压实验控制系统，可以准确而有方向的深入探究交流液压系统基础理论，为创新和优化交流液压系统，开拓交流液压新的应用领域以及实际工程提供有力的技术支持。

本发明的目的是这样实现的：一种单向交流液压实验控制系统，它主要包括交流系统和模拟负载系统构成，交流系统包括变量泵、伺服比例阀、脉冲泵组和执行器组，所述伺服比例阀设置于变量泵的出油口和脉冲泵组的左腔之间，所述变量泵和伺服比例阀之间通过第一溢流阀与油箱相连，脉冲泵组的右腔与执行器组的进油口相连，在执行器组的进油口处均连接有补偿蓄能器，补偿蓄能器的一路通过第一节流阀与变量泵相连，另一路通过截止阀与执行器组的进油口相连，执行器组的出油口通过第二节流阀与变量泵相连，在执行器组的出油口与变量泵的油路上连接有回程蓄能器；

所述模拟负载系统包括定量泵、第二溢流阀和模拟执行器组，模拟执行器组的进油口与定量泵之间设置有第二节流阀，在所述定量泵与第二节流阀之间设置有第二溢流阀，在所述第二溢流阀与定量泵之间设置有开关阀。

在所述脉冲泵组的进油口和出油口以及执行器组的出油口均安装有压力传感器，在所述执行器组的活塞杆上安装有位移传感器，所述伺服比例阀、压力传感器和位移传感器均与一台工业控制计算机相连。

一种单向交流液压实验控制系统的实验方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一、将第一溢流阀全开，开启变量泵，调节第一溢流阀的预设压力，打开第一节流阀和第二节流阀，向回程蓄能器和补偿蓄能器内充液以预置压力；

步骤二、将第一溢流阀全开，关闭第一节流阀和第二节流阀，伺服比例阀右位接通，由回程蓄能器的压力把执行器组和脉冲泵组的活塞杆都推到初始位置；

步骤三、打开定量泵，调节第二溢流阀的压力为步骤一中第一溢流阀的预设压力，向模拟执行器组充液，使模拟执行器组的活塞杆伸出到预定位置；

步骤四、向伺服比例阀发出预定频率的电信号，将第一溢流阀的压力调定为步骤一中的预设压力，伺服比例阀左位接通，推动脉冲泵组向右运动，进而推动执行器组同步向右运动；

步骤五、当执行器组和模拟执行器组共同运动到最大振幅处后产生分离，将第一溢流阀全开，关闭第一节流阀和第二节流阀，伺服比例阀右位接通，由回程蓄能器的压力推动执行器和脉冲泵的活塞杆返回，负载缸的压力下降，将开关阀的右位接通，定量泵推动负载缸回程到初始位置，然后将开关阀断开，完成模拟实验。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、用了模拟实验多种工况实验，同时对多个负载缸进行实验，数据采集和数据处理实时准确。

2、本实验台体积小，结构简单，工作可靠。

3、由于液压系统、原件标准化程度高、容易控制等优点。并通过蓄能器等元件储存能量，实验操作简单易行。

4、本装置的由于使用标准化元件和通用化的设计，利于批量生产和降低成本；通过模块化的设计，使安装、调试、维护方便；集化设计，使结构紧凑，施工难度降低。

附图说明

图1为本发明单向交流液压实验台原理图。

图2为本发明伺服比例阀控的控制系统原理。

图3为本发明单向交流液压实验工作原理图。

其中：

变量泵1，伺服比例阀2，脉冲泵3、4、5，液压缸6、7、8，第一溢流阀9，补偿蓄能器10、11、12，第一节流阀13，第二节流阀14，回程蓄能器15，定量泵16，第二溢流阀17，负载缸18、19、20，第二节流阀21，第二溢流阀22，开关阀23。

具体实施方式

参见图1—图2，本发明涉及一种单向交流液压实验控制系统，主要包括交流系统和模拟负载系统构成，交流系统包括变量泵1、伺服比例阀2、脉冲泵组和执行器组，脉冲泵组和执行器组分别由三个脉冲泵3、4、5和液压缸6、7、8组成，所述伺服比例阀2设置于变量泵1的出油口和三个脉冲泵3、4、5的左腔之间，所述变量泵1和伺服比例阀2之间通过第一溢流阀9与油箱相连，三个脉冲泵3、4、5的右腔与执行器组的三个液压缸6、7、8的进油口相连，在三个液压缸6、7、8的进油口处均连接有补偿蓄能器10、11、12，三个补偿蓄能器10、11、12的一路通过第一节流阀13与变量泵1相连，另一路通过单向阀与执行器组的进油口相连，三个液压缸6、7、8的出油口通过第二节流阀14与变量泵1相连，在三个液压缸6、7、8的出油口与变量泵1的油路上连接有回程蓄能器15。

所述模拟负载系统包括定量泵16、第二溢流阀17和模拟执行器组，所述模拟执行器组由三个负载缸18、19、20组成，三个负载缸18、19、20的进油口与定量泵16之间设置有第二节流阀21，在所述定量泵16与第二节流阀21之间设置有第二溢流阀22，在所述第二溢流阀22与定量泵16之间设置有开关阀23。

在所述三个脉冲泵3、4、5的进油口和出油口以及三个液压缸6、7、8的出油口均安装有压力传感器，在所述三个液压缸6、7、8的活塞杆上安装有位移传感器，在应用时，将伺服比例阀、传感器均与一台工业控制计算机相连；通过工业控制计算机的输入设备在工控机里输入控制规则和控制参数，工业控制计算机给伺服比例阀发出控制信号，控制执行器动作，同时对多个负载缸同时进行加载实验，执行器及负载缸上的传感器位置参数反馈给工业控制计算机。

为实现系统负载的实际工况相似性，研究各种负载状况下系统的动态特性，实验台负载模拟由质量块，配合一个恒力加载液压系统。加载采用两种方式：1. 软加载，即在系统压力很小时就加载，慢慢加大系统压力使系统处于正常工作状态；2. 冲击加载，即系统在工作压力突然加载。冲击加载时，系统执行器活塞杆向右运动到一定位置时接触负载缸的活塞杆，此时系统负载有质量、阻尼和恒力，恒力由溢流阀调定，当二者共同运 动到最大振幅处后产生分离，执行器的活塞杆自行返回，负载缸的压力下降，压力继电器接通开关阀（继电器低压接通），泵推动负载缸又返回到行程开关1s处，开关阀断开，如此反复周期。连接在计算机上的控制器向伺服比例阀送出正弦控制信号，进行软加载实验，获取脉冲泵、执行器和负载缸的压力、位置参数，通过此实验，可对交流液压系统进行相关动态性能实验研究。同样通过冲击加载，可进行单向交流液压系统冲击实验，获取性能参数，进行实验研究。实验台采用3排缸并行加载，可以同时进行多缸性能实验，并获取单向交流液压系统并行加载的性能参数，研究其运动机理。

实验时，当伺服比例阀2处于左位时，变量泵1推动脉冲泵3、4、5向右运动，通过脉冲泵右腔内的液体介质进而推动液压缸6、7、8同步向右运动；当伺服比例阀2控处于右位时，此时脉冲泵的左腔接油箱，由于回程蓄能器的回程弹力推动液压缸向左运动（回程），进而推动脉冲泵回程，就这样周而复始，管道I、II、III中的封闭液体沿着管道做来回往复的交流运动，通过正向的压力流量波推动执行器和负载做功。负载单元加载位置为执行器空载振动的平衡位置。

本发明提供一种单向交流液压实验控制系统的实验方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一、将第一溢流阀全开，开启变量泵，调节第一溢流阀的压力2Mpa，打开第一节流阀和第二节流阀，向回程蓄能器和补偿蓄能器内充液以预置压力；

步骤二、将第一溢流阀全开，关闭第一节流阀和第二节流阀，伺服比例阀右位接通，由回程蓄能器的压力把执行器和脉冲泵的活塞杆都推到初始位置；

步骤三、打开定量泵，调节第二溢流阀的压力为2Mpa，向负载缸充液，并使负载缸的活塞杆伸出到预定位置；

步骤四、由计算机向伺服比例阀发出预定频率的电信号，将第一溢流阀的压力调定为2MPa，伺服比例阀左位接通，推动脉冲泵向右运动，通过管路I、II、III中液体介质进而推动执行器同步向右运动；

步骤五、三个液压缸的活塞杆向右运动到一定位置时接触负载缸的活塞杆，此时系统负载有质量、阻尼和恒力，恒力由第一溢流阀和第二溢流阀调定，当二者共同运动到最大振幅处后产生分离，将第一溢流阀全开，关闭第一节流阀和第二节流阀，伺服比例阀右位接通，由回程蓄能器的压力推动执行器和脉冲泵的活塞杆返回，负载缸的压力下降，将开关阀的右位接通，定量泵推动负载缸回程到初始位置，然后将开关阀断开，完成模拟实验。实验过程中，通过压力传感器及位移传感器采集数据，位置传感器的作用主要是采集位置信号并且通过数据采集卡传输到工业控制计算机进行伺服比例阀的控制。

实验准备完毕，通过伺服控制阀产生交流正弦脉动信号，模拟多种交流液压工况及交流液压流量波传递能量的运动机理，进行实验，采集数据，进行性能分析。

Claims (3)

1.一种单向交流液压实验控制系统，其特征在于它主要包括交流系统和模拟负载系统构成，交流系统包括变量泵（1）、伺服比例阀（2）、脉冲泵组和执行器组，所述伺服比例阀（2）设置于变量泵（1）的出油口和脉冲泵组的左腔之间，所述变量泵（1）和伺服比例阀（2）之间通过第一溢流阀（9）与油箱相连，脉冲泵组的右腔与执行器组的进油口相连，在执行器组的进油口处均连接有补偿蓄能器，补偿蓄能器的一路通过第一节流阀（13）与变量泵（1）相连，另一路与执行器组的进油口相连，执行器组的出油口通过第二节流阀（14）与变量泵（1）相连，在执行器组的出油口与变量泵（1）的油路上连接有回程蓄能器（15）；

所述模拟负载系统包括定量泵（16）、第二溢流阀（17）和模拟执行器组，模拟执行器组的进油口与定量泵（16）之间设置有第二节流阀（21），在所述定量泵（16）与第二节流阀（21）之间设置有第二溢流阀（22），在所述第二溢流阀（22）与定量泵（16）之间设置有开关阀（23）。

2.根据权利要求1所述的一种单向交流液压实验控制系统，其特征在于在所述脉冲泵组的进油口和出油口以及执行器组的出油口均安装有压力传感器，在所述执行器组的活塞杆上安装有位移传感器，所述伺服比例阀（2）、压力传感器和位移传感器均与一台工业控制计算机相连。

3.一种如权利要求2所述的单向交流液压实验控制系统的实验方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

步骤一、将第一溢流阀全开，开启变量泵，调节第一溢流阀的预设压力，打开第一节流阀和第二节流阀，向回程蓄能器和补偿蓄能器内充液以预置压力；

步骤二、将第一溢流阀全开，关闭第一节流阀和第二节流阀，伺服比例阀右位接通，由回程蓄能器的压力把执行器组和脉冲泵组的活塞杆都推到初始位置；

步骤三、打开定量泵，调节第二溢流阀的压力为步骤一中第一溢流阀的预设压力，向模拟执行器组充液，使模拟执行器组的活塞杆伸出到预定位置；

步骤四、向伺服比例阀发出预定频率的电信号，将第一溢流阀的压力调定为步骤一中的预设压力，伺服比例阀左位接通，推动脉冲泵组向右运动，进而推动执行器组同步向右运动；

步骤五、当执行器组和模拟执行器组共同运动到最大振幅处后产生分离，将第一溢流阀全开，关闭第一节流阀和第二节流阀，伺服比例阀右位接通，由回程蓄能器的压力推动执行器和脉冲泵的活塞杆返回，负载缸的压力下降，将开关阀的右位接通，定量泵推动负载缸回程到初始位置，然后将开关阀断开，完成模拟实验。