CN106568558A - 一种大型液压加载装置施加微小载荷的系统 - Google Patents

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张辉
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黄泽焕
刘玉蓓
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Abstract

本发明涉及静力学以及准静力学加载技术领域，公开了一种大型液压加载装置施加微小载荷的系统，包括大型液压加载装置，所述大型液压加载装置至少包括液压作动器以及控制所述液压作动器动作的液压加载控制器，所述液压作动器包括作动筒以及与所述作动筒配合的活塞，所述活塞与试验件之间设置有高精度弹簧，所述试验件上连接有测量所述试验件上的作用力的力传感器，所述力传感器与所述液压加载控制器连接并向所述控制器反馈所述试验件上的作用力。本发明施加载荷的精度高、结构简单，且使用时跟液压加载作动筒载荷量程无关。

Description

一种大型液压加载装置施加微小载荷的系统
技术领域
本发明涉及静力学以及准静力学加载技术领域，尤其涉及一种大型液压加载装置施加微小载荷的系统。
背景技术
目前在火箭、卫星型号产品的静力学试验中,需要对这些型号中使用的微小部件(尺寸小于10厘米)，如传感器、镜片等，施加微小载荷(载荷小于50N，精度1％以内)，用于获取这些微小部件的结构力学性能。而这些力学性能数据是作为微小部件设计的重要依据。
由于微小部件的尺寸较小、同时所能承受的最大载荷也较小。因此载荷施加装置的输出载荷必须严格控制在较小的范围内。通常的载荷施加方法是：由于通常使用的液压作动筒的载荷精度为载荷满量程的0.3％。而最小的载荷量程为1000N，直接使用这种液压作动筒会有±3N的误差，对应最大施加载荷50N相当于施加的精度为3/50＝6％，不满足精度要求。因此需要使用杠杆进行载荷的缩小，根据杠杆原理，在杠杆的输入端施加一个比较大的载荷F，同时使杠杆的输出臂长度为输入臂长度的n倍，则在杠杆的输出端可以得到载荷F/n(理论值，不考虑输出臂、输入臂的变形)。为了保证加载精度，在杠杆的输入端采用载荷满量程最小的液压加载作动筒(载荷满量程1000N)。为了能施加微小载荷(载荷小于50N)，采用单个杠杆时，杠杆的输出臂长度与输入臂长度的比值n要大于1000/50，即n要大于20，这时杠杆的输出臂长度较长，其变形不能忽略，因而杠杆的输出端得到载荷并不是理论值F/n，而存在一个误差。为了减少误差，采取多个杠杆(每个杠杆的n值在2～5之间)组成杠杆组对输入载荷进行逐级缩小。因此这种传统的方法结构上也比较复杂，同时较为依赖载荷量程较小的液压加载作动筒。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提供一种大型液压加载装置施加微小载荷的系统，以解决传统微小载荷加载方法的结构复杂，同时较为依赖载荷量程较小的液压加载作动筒的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种大型液压加载装置施加微小载荷的系统，包括大型液压加载装置，所述大型液压加载装置至少包括液压作动器以及控制所述液压作动器动作的液压加载控制器，所述液压作动器包括作动筒以及与所述作动筒配合的活塞，所述活塞与试验件之间设置有高精度弹簧，所述试验件上连接有测量所述高精度弹簧加载于所述试验件上的作用力的力传感器，所述力传感器与所述液压加载控制器连接并向所述液压加载控制器反馈所述试验件上的作用力的值。
进一步地，所述液压加载控制器能够根据所述力传感器反馈的作用力的值自动调整控制所述活塞的位移。
进一步地，所述高精度弹簧的弹簧系数为800N/m-1200N/m，所述高精度弹簧的弹簧系数的精度不低于0.4％。
进一步地，所述高精度弹簧的弹簧系数为1000N/m，所述高精度弹簧的弹簧系数的精度为0.4％
进一步地，所述活塞能够推动所述高精度弹簧拉伸以及压缩。
进一步地，所述活塞推动所述高精度弹簧的拉伸长度或压缩长度均为0-50mm。
进一步地，所述液压加载控制器分别通过电缆与所述液压作动器和所述力传感器连接。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供的大型液压加载装置施加微小载荷的系统，满足了大型液压加载装置对微小载体施加微小载荷的精度要求，其施加载荷的精度较高、结构较为简单，且使用时跟液压加载作动筒载荷量程无关，不需要依赖载荷量程较小的液压加载作动筒，使用范围更加广泛。
除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。
附图说明
图1是本发明实施例大型液压加载装置施加微小载荷的系统的示意图。
图中：1：液压作动器；2：活塞；3：高精度弹簧；4：试验件；5：力传感器；6：控制电缆；7：液压加载控制器；8：反馈电缆。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。
如图1所示，本发明实施例提供的大型液压加载装置施加微小载荷的系统，至少包括液压作动器1以及控制所述液压作动器1动作的液压加载控制器7，所述液压作动器1包括作动筒以及与所述作动筒配合的活塞2，所述活塞2与试验件4之间设置有高精度弹簧3，所述试验件4上连接有力传感器5，所述力传感器5用于测量高精度弹簧3加载在所述试验件上的作用力的值，所述力传感器5与所述液压加载控制器7通过反馈电缆8连接，所述力传感器5向所述液压加载控制器反馈所述试验件上的作用力的值。其中，所述液压加载控制器通过控制电缆6与所述液压作动器连接并控制所述液压作动器1动作。
作为一种优选，所述液压加载控制器7能够根据所述力传感器5的反馈作用力的值自动调整控制所述活塞2的位移，从而调整高精度弹簧3的输出作用力的大小。
本发明实施例提供的大型液压加载装置施加微小载荷的系统，将高精度弹簧串联在液压加载作动筒和试验件之间，通过控制液压加载作动筒的活塞2伸出的位置，根据胡克定律，高精度弹簧会产生一个跟此位置成正比的载荷输出，同时使用力传感器5测量这一载荷并将载荷值反馈回液压加载系统实现闭环控制以提高精度。
本发明实施例大型液压加载装置施加微小载荷的系统具有下述优点：使用高精度弹簧减小了系统的复杂程度，只需在载荷施加的过程中控制液压作动筒活塞2伸出的位置，不受作动筒载荷量程的影响，进而跟液压加载作动筒载荷量程无关；同时具有载荷施加精度高的优良性能。
在具体使用过程中所述活塞能够带动所述高精度弹簧3拉伸以及压缩，也即，活塞可以通过对高精度弹簧3的拉伸对试验件4产生拉力，也可以通过对高精度弹簧3的压缩对试验件4产生压力，作为一种优选，所述高精度弹簧3可选用弹簧系数为800-1200N/m、弹簧系数精度不低于0.4％的弹簧(弹簧系数精度不低于0.4％的意思是弹簧系数精度的数值≤0.4％，其中，可以理解的是，弹簧系数精度的数值越小，精度越高)，此时根据实验条件所需作用的大小，一般所述高精度弹簧的拉伸长度或压缩长度均为0-50mm就可以达到实验要求的载荷值。
本发明实施例大型液压加载装置施加微小载荷的系统进行试验时，首先将高精度弹簧3处于自由状态，此时试验件4所受的载荷为零，使用液压加载控制器7控制液压作动器的活塞2的位置向上移动距离x，则高精度弹簧3受拉，产生kx的拉力载荷作用于试验件4。作用于试验件4的载荷被力传感器5所测量，通过反馈电缆8反馈回液压加载控制器7实现液压作动器的活塞2的位置闭环控制。可以在液压加载控制器7内选择相应的控制算法以进一步提高精度。
当液压作动器的活塞2的位置从自由端向下移动时，高精度弹簧3受压，产生压力载荷作用于试验件4，过程的其他部分与上述拉力载荷相同。
其中，k为弹簧系数单位：N/m。优选控制的液压作动器的活塞2向上移动的距离x范围在0～50mm，可选取k＝1000N/m左右的高精度弹簧3，弹簧的弹簧系数精度为0.4％左右，则本方法的开环精度为
而采用闭环控制后，精度会进一步提高，所以更能满足1％以内的精度要求。
综上所述，本发明实施例大型液压加载装置施加微小载荷的系统，满足精度要求、且结构较为简单，同时本发明实施例使用的是跟液压加载作动筒载荷量程无关的方法来实现大型液压加载装置对试验件微小载荷的施加，可以应用于火箭、卫星等型号产品。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种大型液压加载装置施加微小载荷的系统，其特征在于：包括大型液压加载装置，所述大型液压加载装置至少包括液压作动器以及控制所述液压作动器动作的液压加载控制器，所述液压作动器包括作动筒以及与所述作动筒配合的活塞，所述活塞与试验件之间设置有高精度弹簧，所述试验件上连接有测量所述高精度弹簧加载于所述试验件上的作用力的力传感器，所述力传感器与所述液压加载控制器连接并向所述液压加载控制器反馈所述试验件上的作用力的值。
2.根据权利要求1所述的大型液压加载装置施加微小载荷的系统，其特征在于：所述液压加载控制器能够根据所述力传感器反馈的作用力的值自动调整控制所述活塞的位移。
3.根据权利要求1所述的大型液压加载装置施加微小载荷的系统，其特征在于：所述高精度弹簧的弹簧系数为800N/m-1200N/m，所述高精度弹簧的弹簧系数的精度不低于0.4％。
4.根据权利要求3所述的大型液压加载装置施加微小载荷的系统，其特征在于：所述高精度弹簧的弹簧系数为1000N/m，所述高精度弹簧的弹簧系数的精度为0.4％。
5.根据权利要求4所述的大型液压加载装置施加微小载荷的系统，其特征在于：所述活塞能够推动所述高精度弹簧拉伸以及压缩。
6.根据权利要求5所述的大型液压加载装置施加微小载荷的系统，其特征在于：所述活塞推动所述高精度弹簧的拉伸长度或压缩长度均为0-50mm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的大型液压加载装置施加微小载荷的系统，其特征在于：所述液压加载控制器分别通过电缆与所述液压作动器和所述力传感器连接。
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