CN106370417A - 自平衡耗能减振设备电液伺服试验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自平衡耗能减振设备电液伺服试验系统，包括油源、蓄能器、液压子站、液压作动器、机架及控制端，油源为液压作动器提供液压油，蓄能器将油源提供的液压油以高压液压油形式保存，并供应给每个液压子站，液压子站将高压液压油分别供应给对应的液压作动器，液压作动器吸入高压液压油，将高压液压油的液压能转换为机械能，并对试件施加推拉作用力，机架用于安装试件与液压作动器。与现有技术相比，本发明对机架形式进行了突破性的创新，将液压作动器与试件安装在同一侧，节约机架长度，在以前单一用途试验机的基础上，发展了可拆装调整的机架和作动器安装形式，可以简单的调整便获得不同结构不同试件可以使用的试验机。
Description
技术领域
本发明涉及减震设备的试验系统，尤其是涉及一种自平衡耗能减振设备电液伺服试验系统。
背景技术
自上世纪90年代末，上海材料研究所研发出自主知识产权粘滞阻尼器以来，粘滞阻尼器的应用面越来越广、阻尼器型式越来越多样、阻尼器的行程吨位等指标越来越高，对测试设备的要求也越来越高。
上海材料研究所以粘滞阻尼器的测试需要为导向，在上世纪90年代末研制了LETS-2000型耗能减振设备电液伺服疲劳试验机。并以该试验机为基础，在2008年研制了LETS-4000型试验机，将测试设备能力翻了一番。
然而面对新的阻尼器测试需求，需要开发出能源需求低、并且能够适应不同项号与不同结构阻尼器的伺服试验系统。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种自平衡耗能减振设备电液伺服试验系统。
一种自平衡耗能减振设备电液伺服试验系统，包括：
油源：为液压作动器提供液压油；
蓄能器：将油源提供的液压油以高压液压油形式保存，并供应给每个液压子站；
液压子站：将蓄能器供应的高压液压油分别供应给对应的液压作动器；
液压作动器：通过电液伺服阀吸入高压液压油，将高压液压油的液压能转换为机械能，并对试件施加推拉作用力；
机架：用于安装试件与液压作动器；
控制端：与油源、蓄能器及液压作动器连接，控制油源的加压，监控蓄能器的油压，控制液压作动器电液伺服阀动作；
控制端与油源、蓄能器及液压作动器连接，控制油源的加压，监控蓄能器的油压，控制液压作动器电液伺服阀动作；当油源启动时，从油箱中快速吸取液压油并加压，通过高压管路将高压油注入各组蓄能器中，试验机开动时，高压液压油从蓄能器中流出，通过管路分配到各个液压子站，每个液压子站对应一个液压作动器。
液压子站的作用是单独启用一个小油路对应安装一个液压作动器，还可以扩展油路数量。而以前的做法是不设置液压子站，只是将油源设置一根进油管与一根出油管，直接连接到各个液压作动器上面。这样万一检修某个液压作动器，其他的液压作动器就不能工作。而本发明中，液压子站只是在总管上分出接头，安装了截止阀，从截止阀接小管路到液压作动器上面。
液压子站的作用是让每个液压作动器可以独立工作。比如现在设计4个液压作动器，关掉一个液压子站的截止阀，不影响另外三个液压作动器的正常使用。这样方便检修液压作动器。在液压子站上也可以继续扩展液压子站，从一个液压子站扩展2个小液压子站，就可以把原来4个液压子站接4个液压作动器的形式，扩展成4个液压子站接8个小液压子站，进而接8个液压作动器的形式。
所述的机架包括固定梁、移动梁底座、移动梁、机架梁，所述的固定梁与移动梁底座相对间隔设置，所述的移动梁滑动设置在移动梁底座上，所述的液压作动器一端与移动梁连接，另一端通过机架梁与固定梁连接，所述的试件一端通过试件耳座与移动梁连接，另一端通过试件耳座顺序连接距离微调器、力传感器及固定梁，所述的试件与液压作动器平行，且均设置在移动梁与固定梁之间。
本发明中，油源使用通用的柱塞泵式油源，配备一万升以上液压油箱，油源配备冷却塔以便长时间试验时液压油的快速冷却。油源为通用设备可直接采购。
蓄能器采用通用的皮囊式或活塞式蓄能器，多个并成一组，使用若干组。蓄能器为通用设备可直接采购。
管路采用通用的大直径厚壁无缝钢管，接头处使用法兰并附高耐久性密封件。当油源启动时，从油箱中快速吸取液压油并加压，通过大直径管路将高压油注入各组蓄能器中。试验机开动时，高压液压油从蓄能器中流出，通过管路分配到各个液压子站，每个液压子站对应一个液压作动器，液压子站与液压作动器间高压软管连接。管路、液压子站及软管均为通用设备可直接采购。
控制端包括液压作动器液压阀控制器、数据实时采集系统、电脑、不间断电源等设备，均为通用设备可直接采购。
所述的移动梁底部和两侧面均通过直线导轨与移动梁底座连接，直线导轨的滑块通过螺钉固定在移动梁上，直线导轨的导轨通过螺钉固定在移动梁底座上，移动梁与移动梁底座可相对运动。并且移动梁相对移动梁底座仅仅可以进行一个自由度的运动。
移动梁底座通过地脚螺栓和预埋件固定在地面上，并装有隔震装置。
固定梁通过地脚螺栓和预埋件固定在地面上，并装有隔震装置。
所述的机架梁设有两个，间隔平行设置，所述的试件设置在两个机架梁之间，所述的液压作动器设置偶数个，且均分两组设置，每组的液压作动器均平行设置，且同一组的液压作动器一端共同连接在一个机架梁上，另一端共同连接在移动梁上，同一组的液压作动器的中心与机架梁的中心对齐。
移动梁上安装液压作动器用的孔位，设计成可以同时安装两台、四台、六台或八台液压作动器，只要是偶数台液压作动器即可，多台液压作动器可以倍增测试力。
所述的液压作动器两头均安装有液压作动器球铰头，该液压作动器球铰头包含一个装有关节轴承的单耳、销轴、带安装孔的双耳座，装有关节轴承的单耳通过机械螺纹与液压作动器的活塞杆或接长套连接，单耳与双耳对齐中间孔后，通过销轴穿入连接，此销轴为外套含内部锥形孔和内轴带外部锥形圆柱表面，外套含内部锥形孔并开一槽，通过内轴的挤压，撑开外套，以便在安装时消除销轴与孔的间隙。安装液压作动器球铰头的作用是使液压作动器高速高频工作时，与机架的连接处于柔性浮动的状态，有利于解决因制造误差引起的偏心力偏心扭矩等带来的对设备损伤的问题。
所述的液压作动器均安装有多组阀块，一组阀块平时安装电液伺服阀，其余阀块用盖板封闭。当有需要时，可以在另一组阀块上安装同样的电液伺服阀，起到从一个伺服阀到多个伺服阀状态的变换，此种状态变换带来的好处是伺服阀多了后，系统的液压油流量可以倍增，由此试验时最大速度可以倍增。
每个液压作动器活塞杆与液压作动器球铰头连接部位安装有力学传感器，每个液压作动器安装有位移传感器和加速度传感器，力学传感器和位移传感器用以协同多台液压作动器一起工作，当各个传感器数值出现较大偏差时，机器自动停止进入保护状态，加速度传感器用以计算移动梁的惯性力，在试验结果中方便剔除惯性力的作用。
所述的机架梁由多段长度不同的短梁组合而成，该组合中每段短梁的长度，都可以使整个机架长度以250mm的倍数进行调节，以便适应各种型号试件的长度。
所述的距离微调器为一个外螺纹螺杆和一个内螺纹的螺管的组合，通过螺纹无级调节0～250mm内的小距离。
与液压作动器类似，所述的试件两头安装有试件球铰头，与试件两端的试件耳座通过销轴连接，试件耳座底板有统一的安装孔位，试件耳座的两耳板外形尺寸与孔尺寸有一系列多种不同尺寸，以配合不同吨位试件的不同尺寸销轴和试件球铰头。试件两头的试件耳座，一头通过螺栓连接在移动梁上，一头通过螺纹与距离微调器连接，距离微调器另一头通过螺纹与力传感器连接，力传感器通过螺栓与固定梁连接。力传感器使用轮辐式传感器或应变片式传感器。位移传感器使用拉线式、磁致伸缩、激光位移传感器。
所述的移动梁底座与固定梁之间还连接有一个机架底座梁，所述的机架底座梁与机架梁之间通过螺栓连接，所述的机架底座梁与移动梁底座及固定梁之间通过螺栓连接。
所述的机架底座梁为一弱梁，性能远小于两个机架梁，仅起到连接和固定的作用，并不传递液压作动器的作用力。机架底座梁与地面间有支撑装置，仅用于支撑机架梁的重量。
本发明中，控制端的数据实时采集系统输出数据包含指令波形、每个作动器的位移、加速度与力波形、试件的位移与力波形、整个机架的位移与力波形、移动梁的加速度波形。并可同时输出包括环境温度，试件各部位温度，液压作动器、管路、蓄能器、油源中液压油温度。
本发明中，螺栓连接均为对穿螺栓两侧双螺母防松连接。
系统工作时，由控制端电脑发出指令，指示油源加压，加压后的高压液压油通过高压管路，注入蓄能器备用。当蓄能器内高压油达到系统启动要求油压后，控制端电脑发出指令，液压阀动作，吸入高压油，推动液压作动器。液压作动器拉动移动梁，对试件进行各种波形的不同试验。高压油能量被消耗后，通过液压作动器排出至低压管路，通过低压管路回归油源的油箱备用。在此过程中液压油源持续工作，保持系统启动要求的油压稳定。当试验结束后，由控制端电脑发出指令，停止油源工作，并将蓄能器和高压管路内液压油卸载至油源的油箱备用。冷却泵持续工作，负责油箱内液压油的温度稳定，不过分升高。
本发明的自平衡耗能减振设备电液伺服试验系统，对机架形式进行了突破性的创新，将液压作动器与试件安装在同一侧，节约机架长度，节约大量钢材，节约大量试验时的能源需求。试验系统的设计理念新颖，在以前单一用途试验机的基础上，发展了可拆装调整的机架和作动器安装形式，可以简单的调整便获得不同结构不同试件可以使用的试验机。
具体而言，与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
1、液压作动器与试件安装在同一侧，节约机架长度。
2、移动梁、固定梁、机架底座梁与地面的地脚螺栓连接装置含有隔震装置。
3、液压作动器之间，通过位移和力学传感器的数据来控制各自的同步。
4、控制端采集数据时，通过加速度传感器消除移动梁的惯性质量影响。
5、液压作动器采用多组阀块设计，平时只在一组阀块上安装伺服阀，在有需要时可以安装多台伺服阀，倍数提高测试速度。
6、液压作动器可以进行两组、四组、八组的倍增式安装，可以实现倍数提高测试力。
7、机架梁的长度设计以250mm为倍数，实现整个机架长度以250mm为间隔的不同长度调整。
8、距离微调器通过机械螺纹，实现0～250mm的无级调节。
附图说明
图1为本发明的自平衡耗能减振设备电液伺服试验系统结构原理示意图；
图2为本发明自平衡耗能减振设备电液伺服试验系统机架主视结构示意图；
图3为本发明自平衡耗能减振设备电液伺服试验系统机架俯视结构示意图；
图4为本发明自平衡耗能减振设备电液伺服试验系统机架侧视结构示意图。
1为移动梁底座，2为移动梁，3为直线导轨，4为液压作动器，5为阀块，6为液压作动器球铰头，7为机架梁，8为机架底座梁，9为固定梁，10为试件，11为试件耳座，12为距离微调器，13为力传感器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种自平衡耗能减振设备电液伺服试验系统，如图1所示，包括油源、蓄能器、液压子站、液压作动器、机架及控制端，油源为液压作动器提供液压油；蓄能器将油源提供的液压油以高压液压油形式保存，并供应给每个液压子站；液压子站将蓄能器供应的高压液压油分别供应给对应的液压作动器；液压作动器通过电液伺服阀吸入高压液压油，将高压液压油的液压能转换为机械能，并对试件施加推拉作用力；机架用于安装试件与液压作动器；油源使用通用的柱塞泵式油源，配备一万升以上液压油箱，油源配备冷却塔以便长时间试验时液压油的快速冷却。油源为通用设备可直接采购。
蓄能器采用通用的皮囊式或活塞式蓄能器，多个并成一组，使用若干组。蓄能器为通用设备可直接采购。
管路采用通用的大直径厚壁无缝钢管，接头处使用法兰并附高耐久性密封件。当油源启动时，从油箱中快速吸取液压油并加压，通过大直径管路将高压油注入各组蓄能器中。试验机开动时，高压液压油从蓄能器中流出，通过管路分配到各个液压子站，每个液压子站对应一个液压作动器，液压子站与液压作动器间高压软管连接。管路、液压子站及软管均为通用设备可直接采购。
控制端包括液压作动器液压阀控制器、数据实时采集系统、电脑、不间断电源等设备，均为通用设备可直接采购。
系统工作时，由控制端电脑发出指令，指示油源加压，加压后的高压液压油通过高压管路，注入蓄能器备用。当蓄能器内高压油达到系统启动要求油压后，控制端电脑发出指令，液压阀动作，吸入高压油，推动液压作动器。液压作动器拉动移动梁，对试件进行各种波形的不同试验。高压油能量被消耗后，通过液压作动器排出至低压管路，通过低压管路回归油源的油箱备用。在此过程中液压油源持续工作，保持系统启动要求的油压稳定。当试验结束后，由控制端电脑发出指令，停止油源工作，并将蓄能器和高压管路内液压油卸载至油源的油箱备用。冷却泵持续工作，负责油箱内液压油的温度稳定，不过分升高。
如图2-图4所示，机架包括固定梁9、移动梁底座1、移动梁2、机架梁7，固定梁9与移动梁底座1相对间隔设置，移动梁2滑动设置在移动梁底座1上，液压作动器4一端与移动梁2连接，另一端通过机架梁2与固定梁9连接，试件10一端通过试件耳座11与移动梁2连接，另一端通过试件耳座11顺序连接距离微调器12、力传感器13及固定梁9，试件10与液压作动器4平行，且均设置在移动梁2与固定梁9之间。
移动梁2底部和两侧面均通过直线导轨3与移动梁底座1连接，直线导轨的滑块通过螺钉固定在移动梁2上，直线导轨的导轨通过螺钉固定在移动梁底座1上，移动梁2与移动梁底座1可相对运动。并且移动梁相对移动梁底座仅仅可以进行一个自由度的运动。移动梁底座1通过地脚螺栓和预埋件固定在地面上，并装有隔震装置。固定梁9通过地脚螺栓和预埋件固定在地面上，并装有隔震装置。
机架梁7设有两个，间隔平行设置，试件10设置在两个机架梁7之间，液压作动器4设置偶数个，且均分两组设置，每组的液压作动器均平行设置，且同一组的液压作动器一端共同连接在一个机架梁7上，另一端共同连接在移动梁2上，同一组的液压作动器的中心与机架梁7的中心对齐。移动梁2上安装液压作动器4用的孔位，设计成可以同时安装两台、四台、六台或八台液压作动器，只要是偶数台液压作动器即可，多台液压作动器可以倍增测试力。
液压作动器4两头均安装有液压作动器球铰头6，该液压作动器球铰头6包含一个装有关节轴承的单耳、销轴、带安装孔的双耳座，装有关节轴承的单耳通过机械螺纹与液压作动器的活塞杆或接长套连接，单耳与双耳对齐中间孔后，通过销轴穿入连接，此销轴为外套含内部锥形孔和内轴带外部锥形圆柱表面，外套含内部锥形孔并开一槽，通过内轴的挤压，撑开外套，以便在安装时消除销轴与孔的间隙。安装液压作动器球铰头6的作用是使液压作动器高速高频工作时，与机架的连接处于柔性浮动的状态，有利于解决因制造误差引起的偏心力偏心扭矩等带来的对设备损伤的问题。
液压作动器4均安装有多组阀块5，一组阀块平时安装电液伺服阀，其余阀块用盖板封闭。当有需要时，可以在另一组阀块上安装同样的电液伺服阀，起到从一个伺服阀到多个伺服阀状态的变换，此种状态变换带来的好处是伺服阀多了后，系统的液压油流量可以倍增，由此试验时最大速度可以倍增。
每个液压作动器4活塞杆与液压作动器球铰头6连接部位安装有力学传感器，每个液压作动器4安装有位移传感器和加速度传感器，力学传感器和位移传感器用以协同多台液压作动器一起工作，当各个传感器数值出现较大偏差时，机器自动停止进入保护状态，加速度传感器用以计算移动梁2的惯性力，在试验结果中方便剔除惯性力的作用。
机架梁7由多段长度不同的短梁组合而成，该组合中每段短梁的长度，都可以使整个机架长度以250mm的倍数进行调节，以便适应各种型号试件的长度。距离微调器12为一个外螺纹螺杆和一个内螺纹的螺管的组合，通过螺纹无级调节0～250mm内的小距离。与液压作动器类似，试件10两头安装有试件球铰头，与试件两端的试件耳座11通过销轴连接，试件耳座底板有统一的安装孔位，试件耳座的两耳板外形尺寸与孔尺寸有一系列多种不同尺寸，以配合不同吨位试件的不同尺寸销轴和试件球铰头。试件两头的试件耳座11，一头通过螺栓连接在移动梁2上，一头通过螺纹与距离微调器12连接，距离微调器12另一头通过螺纹与力传感器13连接，力传感器13通过螺栓与固定梁9连接。力传感器13使用轮辐式传感器或应变片式传感器。位移传感器使用拉线式、磁致伸缩、激光位移传感器。
移动梁底座1与固定梁9之间还连接有一个机架底座梁8，机架底座梁8与机架梁7之间通过螺栓连接，机架底座梁8与移动梁底座1及固定梁9之间通过螺栓连接。机架底座梁8为一弱梁，性能远小于两个机架梁，仅起到连接和固定的作用，并不传递液压作动器的作用力。机架底座梁8与地面间有支撑装置，仅用于支撑机架梁8的重量。
本实施例中，螺栓连接均为对穿螺栓两侧双螺母防松连接。
控制端的数据实时采集系统输出数据包含指令波形、每个作动器的位移、加速度与力波形、试件的位移与力波形、整个机架的位移与力波形、移动梁的加速度波形。并可同时输出包括环境温度，试件各部位温度，液压作动器、管路、蓄能器、油源中液压油温度。
本实施例的自平衡耗能减振设备电液伺服试验系统，对机架形式进行了突破性的创新，将液压作动器与试件安装在同一侧，节约机架长度，节约大量钢材，节约大量试验时的能源需求。试验系统的设计理念新颖，在以前单一用途试验机的基础上，发展了可拆装调整的机架和作动器安装形式，可以简单的调整便获得不同结构不同试件可以使用的试验机。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种自平衡耗能减振设备电液伺服试验系统，包括：
油源：为液压作动器提供液压油；
蓄能器：将油源提供的液压油以高压液压油形式保存，并供应给每个液压子站；
液压子站：将蓄能器供应的高压液压油分别供应给对应的液压作动器；
液压作动器(4)：通过电液伺服阀吸入高压液压油，将高压液压油的液压能转换为机械能，并对试件施加推拉作用力；
机架：用于安装试件(10)与液压作动器(4)；
控制端：与油源、蓄能器及液压作动器连接，控制油源的加压，监控蓄能器的油压，控制液压作动器电液伺服阀动作；
其特征在于，所述的机架包括固定梁(9)、移动梁底座(1)、移动梁(2)、机架梁(7)，所述的固定梁(9)与移动梁底座(1)相对间隔设置，所述的移动梁(2)滑动设置在移动梁底座(1)上，所述的液压作动器(4)一端与移动梁(2)连接，另一端通过机架梁(2)与固定梁(9)连接，所述的试件(10)一端与移动梁(2)连接，另一端顺序连接距离微调器(12)、力传感器(13)及固定梁(9)，所述的试件(10)与液压作动器(4)平行，且均设置在移动梁(2)与固定梁(9)之间。
2.根据权利要求1所述的一种自平衡耗能减振设备电液伺服试验系统，其特征在于，所述的移动梁(2)底部和两侧面均通过直线导轨(3)与移动梁底座(1)连接，移动梁(2)与移动梁底座(1)可相对运动。
3.根据权利要求1所述的一种自平衡耗能减振设备电液伺服试验系统，其特征在于，所述的机架梁(7)设有两个，间隔平行设置，所述的试件(10)设置在两个机架梁(7)之间，所述的液压作动器(4)设置偶数个，且均分两组设置，每组的液压作动器均平行设置，且同一组的液压作动器一端共同连接在一个机架梁(7)上，另一端共同连接在移动梁(2)上，同一组的液压作动器的中心与机架梁(7)的中心对齐。
4.根据权利要求1所述的一种自平衡耗能减振设备电液伺服试验系统，其特征在于，所述的液压作动器(4)两头均安装有液压作动器球铰头(6)，该液压作动器球铰头(6)包含一个装有关节轴承的单耳、销轴、带安装孔的双耳座，装有关节轴承的单耳通过机械螺纹与液压作动器的活塞杆或接长套连接，单耳与双耳对齐中间孔后，通过销轴穿入连接，此销轴为外套含内部锥形孔和内轴带外部锥形圆柱表面，外套含内部锥形孔并开一槽，通过内轴的挤压，撑开外套，以便在安装时消除销轴与孔的间隙。
5.根据权利要求4所述的一种自平衡耗能减振设备电液伺服试验系统，其特征在于，每个液压作动器(4)活塞杆与液压作动器球铰头(6)连接部位安装有力学传感器，每个液压作动器(4)安装有位移传感器和加速度传感器，力学传感器和位移传感器用以协同多台液压作动器一起工作，当各个传感器数值出现较大偏差时，机器自动停止进入保护状态，加速度传感器用以计算移动梁(2)的惯性力，在试验结果中方便剔除惯性力的作用。
6.根据权利要求1所述的一种自平衡耗能减振设备电液伺服试验系统，其特征在于，所述的液压作动器(4)均安装有多组阀块(5)，一组阀块平时安装电液伺服阀，其余阀块用盖板封闭。
7.根据权利要求1所述的一种自平衡耗能减振设备电液伺服试验系统，其特征在于，所述的机架梁(7)由多段长度不同的短梁组合而成，该组合中每段短梁的长度，都可以使整个机架长度以250mm的倍数进行调节，以便适应各种型号试件的长度。
8.根据权利要求1所述的一种自平衡耗能减振设备电液伺服试验系统，其特征在于，所述的距离微调器(12)为一个外螺纹螺杆和一个内螺纹的螺管的组合，通过螺纹无级调节0～250mm内的小距离。
9.根据权利要求1所述的一种自平衡耗能减振设备电液伺服试验系统，其特征在于，所述的试件(10)两头安装有试件球铰头，与试件两端的试件耳座(11)通过销轴连接，试件两头的试件耳座(11)，一头通过螺栓连接在移动梁(2)上，一头通过螺纹与距离微调器(12)连接，距离微调器(12)另一头通过螺纹与力传感器(13)连接，力传感器(13)通过螺栓与固定梁(9)连接。
10.根据权利要求1所述的一种自平衡耗能减振设备电液伺服试验系统，其特征在于，所述的移动梁底座(1)与固定梁(9)之间还连接有一个机架底座梁(8)，所述的机架底座梁(8)与机架梁(7)之间通过螺栓连接，所述的机架底座梁(8)与移动梁底座(1)及固定梁(9)之间通过螺栓连接。
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