CN105004474A - 一种可调节预紧式压电测力仪液压标定加载装置 - Google Patents

Abstract

本发明设计了一种可调节预紧式压电测力仪液压标定加载装置，属于传感器及其测控领域。该装置是由加载缸套、加载柱塞、预紧弹簧、预紧调节套、加载杆以及动密封圈组成。其可以对加载力源与压电测力仪相距很远或者压电测力仪出于密封舱内的状况进行标定加载；采用预紧调节套可以对加载柱塞的预紧力进行调节，减小加载装置在对压电测力仪回程标定时的迟滞，同时保证加载柱塞在泄压完毕时能够回到原始位置，提高对压电测力仪的测试精度。

Description

一种可调节预紧式压电测力仪液压标定加载装置

技术领域

本发明涉及压电测力仪标定加载装置领域，特别是用于利用液压对压电测力仪进行远程标定，实现加载力的准确施加和自动复位泄压。

背景技术

压电测力仪是一种通过压电石英晶片的“压电效应”研制出的能够对单向力、多维力以及矢量力进行测量的测试仪器，由于压电测力仪优良的性能，被广泛应用到航空航天、医疗器械、机器人等行业中。在压电测力仪使用之前，需要通过标定加载装置对它进行静态标定，以确定其静态性能以及输入输出的关系，因此压电测力仪的标定加载装置非常重要。

目前，对测力仪进行标定的加载装置主要有砝码式、龙门式、测力环式以及千斤顶式。

砝码式加载是使用最多的一种加载试验台，通过自身的重力产生拉力作为力源，对测力仪的各个方向进行标定。砝码式对力矩的标定则是通过滑轮的转向来标定，为了保持精度，必须保证绳索的水平或竖直，但是实际上实现起来难度较大，且由于砝码自身重量的限制，无法对量程较大的测力仪进行标定。针对砝码式无法标定大量程力的缺点，出现了龙门式标定装置，采用大速比涡轮蜗杆减速机来施加载荷，以绳索上附着的应变片检测所施加力的大小，整个装置结构简单、操作方便，能够实现对六维力进行标定，但是标定所施加的力都是复合力，并不是标定所需要的真正单维力，这对存在向间耦合的测力仪很难实现准确标定；虽然可以理论上进行解耦分析，但从复合力反算出单维力的解耦分析已失去了基本的多维力标定的意义，且产生的误差也无法评估。对于压电测力仪每个方向能够单独标定的想法，大连理工大学传感所研制出多功能测力仪标定加载器，该装置通过螺旋传动加载，并由测力环显示出力的大小，有效的消除了中间机械传递环节造成的误差；利用该装置，不仅能够对三个方向单独或同时施加载荷力标定，而且还可以对测力仪进行力矩标定；但是该装置加载范围有限，无法实现对大量程测力仪的多维力、力矩进行标定，且不能实现远程长距离的隔离标定。中科院合肥物资研究院研制出一种用于六维力测力仪的标定装置，由四个千斤顶进行载荷的施加，通过千斤顶及测力仪体的位置的变化实现各向力和力矩的独立加载，但不足之处在于无法单纯的加载力矩，这将给所标定的数据处理带来很大的困难。

因此，在压电测力仪标定加载装置领域，缺少一种通用性、且操作简单方便灵活，特别是适合远距离加载且能够自预紧复位的标定加载装置。

发明内容

本发明的目的在实现对压电测力仪远距离标定，实现加载力的准确施加的同时，能够对加载泄压实现自预紧加载复位。

一种可调节预紧式压电测力仪液压标定加载装置，包括加载缸套、加载柱塞、预紧弹簧、预紧调节套、加载杆和动密封圈。加载缸套为中间设有环形凸起的缸套，在环形凸起上布置四个阶梯孔和两个定位销孔，用于安装及定心；加载缸套的前端设有与液压接头连接的螺纹孔，螺纹孔末端有液压接头密封槽用于安放密封垫圈，防止漏油；在液压接头密封槽后端设有液压油通孔，与其相接圆形止退槽，圆形止退槽端面作为加载柱塞的安装和复位基准；加载缸套内表面采用阶梯孔结构；加载柱塞上开有两个密封槽，用于安放动密封圈，使加载柱塞能够在加载缸套内腔无迟滞运动；加载杆通过螺纹孔与加载柱塞连接，通过加载柱塞的运动把力加载在被作用物体表面；以加载柱塞后端面为安装面，安装有预紧弹簧，预紧弹簧的前端面作用在加载柱塞的后端面上，预紧弹簧后端面被预紧调节套内表面压住，预紧调节套通过螺纹连接旋在加载缸套的后端；通过调节预紧调节套旋入加载缸套的后端长度，调节预紧弹簧产生的预紧力大小；在无液压油作用时，加载柱塞被预紧弹簧压紧，使加载柱塞的前端面与加载缸套内腔的阶梯孔表面贴合；从加载缸套左后端面孔加入液压油，当油压产生的压力大于动密封圈和加载缸套内腔表面产生的摩擦力与预紧弹簧产生的预紧力之和，加载柱塞将带着加载杆一起运动；当施加的液压油泄压时，在预紧弹簧的预紧力作用下，加载柱塞带着加载杆能够回到初始位置。

本发明的显著效果是：它提供了一种利用液压实现对压电测力仪标定加载的标定加载装置；由于采用的力源是液压油，与涡轮蜗杆、砝码等其他形式相比，能够实现远距离、力值大小可控的加载标定；装置中利用弹簧对加载柱塞进行了预紧，使液压油推动加载杆运动有一定的阈值，调节预紧的大小控制阈值，从而实现对液压表量程的合理利用；调节预紧弹簧的旋入深度，使加载柱塞上作用有一定的预紧力后，当标定加载完毕泄压时，能够保证加载柱塞回到原位，极大的减小了回程标定的滞后，提高了标定加载的精度。

附图说明

图1为标定装置内部结构剖视示意图。

图2为标定装置外形图。

其中：1加载缸套，2加载柱塞，3预紧弹簧，4预紧调节套，5加载杆，6动密封圈；7螺纹孔；a预紧弹簧下端面，b加载柱塞后端面；c预紧弹簧上端面，d预紧调节套内端面；e加载柱塞前端面，f止退槽端面；g阶梯孔，h定位销孔；i加载柱塞后端螺纹，j预紧调节套旋转调节孔；k液压接头密封槽，l止退槽；m液压油通孔，n加载柱塞密封槽。

具体实施方式

结合技术方案和附图详细说明本发明的实施。加载缸套1通过缸体上的四个均分阶梯孔g用螺栓固定，且利用两个定位销孔h用定位销对整个标定加载装置进行轴线定位；加载缸套1的底部加工有一个与液压接头连接的螺纹孔7，且有液压接头密封槽k用于安放密封垫圈，防止漏油；在液压接头密封槽k后端加工一直径稍小的通孔m，与其相接的是一直径比孔m大的圆形止退槽l，槽l的端面f作为加载柱塞2的安装和复位基准；与加载缸套1内腔配合实现加载运动的加载柱塞2上加工有两个圆形密封槽，用以安装动密封圈6，通过动密封圈6与内腔表面接触，保证了整个装置的密封效果和加载柱塞2在内腔中的小摩擦直线运动；在加载柱塞2的后端则加工了一个定深度的螺纹孔，通过螺纹配合与加载杆5连接，把液压加载力传递给加载杆5，从而实现长距离液压加载对压电测力仪的标定。以加载柱塞2的端面b为安装面，安装有预紧弹簧3，其参数可以根据加载力的大小进行计算得到；在预紧弹簧的外面套有预紧调节套4，通过与加载缸套1螺纹i连接配合固定，使预紧调节套4的表面d压紧预紧弹簧3的端面c；利用工具通过预紧调节套4外体上的孔j旋转整个预紧调节套4，改变预紧调节套4旋入加载缸套1的深度，从而改变预紧弹簧3被压缩的长度，改变预紧弹簧3对加载柱塞2所施加的预紧力，实现自预紧。

以上所述的一种可调节预紧式压电测力仪液压标定加载装置，其工作原理如下。压接头连接液压加载装置和此标定装置，在加载前，先通过工具调整预紧调节套旋入加载柱塞2的螺纹i的深度，从而调节预紧弹簧3的预紧力，使加载柱塞2的端面被紧紧贴合在加载缸套1内腔的端面e上；通过液压加载装置加压，液压油经通孔m作用在加载柱塞2的端面e上，当压力达到足以克服预紧弹簧3的预紧力和动密封圈6与加载缸套1内腔之间的摩擦力时，加载柱塞2在液压油的压力作用下开始向前做直线运动，此时加载杆5在加载柱塞2的带动下也向前运动，当加载杆5与压电测力仪接触时，开始对压电测力仪进行施加力的作用，通过加载杆5上安装的标准力传感器来控制所施加的力的大小，从而实现对压电测力仪不同量程力值的标定；当正向标定加载结束，缓慢的卸载液压油，减小施加的压力，对回程进行标定，此时加载柱塞2的预紧弹簧3的作用下可以很流畅的向回运动，减少了回程加载的迟滞性，同时保证液压油卸载完毕时，加载柱塞2回位到原始位置；在卸载过程中，若迟滞现象明显，则可以通过调节预紧调节套4旋入的深度，增加预紧弹簧3对加载柱塞2的预紧力，从而减小加载柱塞2在卸载过程中的迟滞。

虽然本发明以上述较佳的实施例对本发明做出了详细的描述，但并非用上述实施例限定本发明。本领域的技术人员应当意识到在不脱离本发明所给出的技术特征和范围的情况下，对技术所作的增加、以本领域一些同样内容的替换，均应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种可调节预紧式压电测力仪液压标定加载装置，其特征在于，该可调节预紧式压电测力仪液压标定加载装置包括加载缸套、加载柱塞、预紧弹簧、预紧调节套、加载杆和动密封圈；加载缸套为中间设有环形凸起的缸套，在环形凸起上布置四个阶梯孔和两个定位销孔，用于安装及定心；加载缸套的前端设有与液压接头连接的螺纹孔，螺纹孔末端有液压接头密封槽用于安放密封垫圈，防止漏油；在液压接头密封槽后端设有液压油通孔，与其相接圆形止退槽，圆形止退槽端面作为加载柱塞的安装和复位基准；加载缸套内表面采用阶梯孔结构；加载柱塞上开有两个密封槽，用于安放动密封圈，使加载柱塞能够在加载缸套内腔无迟滞运动；加载杆通过螺纹孔与加载柱塞连接，通过加载柱塞的运动把力加载在被作用物体表面；以加载柱塞后端面为安装面，安装有预紧弹簧，预紧弹簧的前端面作用在加载柱塞的后端面上，预紧弹簧后端面被预紧调节套内表面压住，预紧调节套通过螺纹连接旋在加载缸套的后端；通过调节预紧调节套旋入加载缸套的后端长度，调节预紧弹簧产生的预紧力大小；在无液压油作用时，加载柱塞被预紧弹簧压紧，使加载柱塞的前端面与加载缸套内腔的阶梯孔表面贴合；从加载缸套左后端面孔加入液压油，当油压产生的压力大于动密封圈和加载缸套内腔表面产生的摩擦力与预紧弹簧产生的预紧力之和，加载柱塞将带着加载杆一起运动；当施加的液压油泄压时，在预紧弹簧的预紧力作用下，加载柱塞带着加载杆能够回到初始位置。

2.根据权利要求1所述的可调节预紧式压电测力仪液压标定加载装置，其特征在于，在液压接头密封槽后端设有液压油通孔的直径比圆形止退槽的直径小。