CN108561349B - 具有顺逆载能量管控功能的可控加载模块 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种具有顺逆载能量管控功能的可控加载模块，其包括：分为第一缸室和第二缸室的液压缸，第一缸室包括液压缸第一开口，第二缸室包括液压缸第二开口；第一伺服阀，其与高压液源连接，并且该第一伺服阀与液压缸第一开口和液压缸第二开口连接；第二伺服阀，其与液压缸第一开口和液压缸第二开口连接，并且该第二伺服阀与第一单向阀连接，使得流出第二伺服阀的液体通过第一单向阀流回第二伺服阀。

Description

具有顺逆载能量管控功能的可控加载模块

技术领域

本公开涉及一种具有顺逆载能量管控功能的可控加载模块。

背景技术

随着飞机机型的发展，飞机的尺寸不断增大，在开展结构试验时加载通道也随之增多，飞机的全尺寸试验系统变得越来越复杂，同时也对各试验点加载作动器的加载性能、安全性以及能源利用经济性提出了更高要求。全机结构试验包括静力试验和疲劳试验。疲劳试验依据飞机实际使用的飞行剖面，编制试验载荷谱。力载荷谱的特点决定了加载液压缸将处于顺逆载交替变换的工作状态。所谓逆载工作状态就是液压缸在加载时，所受到力的方向与速度方向相反；方向相同时则为顺载。

目前，一般的结构试验加载作动器方案都是采用由一处大型的液压油源来给整个加载系统供油的方式，但越来越多的飞机全尺寸结构实验中采用功率电传作动器。针对大型飞机结构试验，功率电传作动器需要较高的精度，尽可能低的开发成本，而且要有足够高的可靠性和动态响应，通常采用定量泵定速电机阀控一体化加载做动器的方案。

当试验机进行循环加载，可暴露机体结构疲劳薄弱部位和疲劳损伤的关键部位，从而对试验件进行改进或者对其寿命进行评估，制定合理的修理周期。因此，飞机结构试验是一种破坏性试验，当结构试验过程中试件因为强度破坏或试件疲劳引起断裂，或是因为未知故障导致系统停止工作时，试验件上的载荷会产生较大的局部应力，此时如果没有可控协调地对施加载荷进行卸除，可能会对试件造成二次破坏，使试验结果不能真实反映结构在正常加载下的破坏程度，甚至还会威胁到人身安全。因此，具有高效率的加载模块和可控协调卸载模块对飞机结构试验降低开发、试验成本，提高试件安全和人身安全，具有重大的研究意义。

发明内容

为了解决至少一个上述技术问题，本公开提供了一种具有顺逆载能量管控功能的可控加载模块，其包括：分为第一缸室和第二缸室的液压缸，第一缸室包括液压缸第一开口，第二缸室包括液压缸第二开口；第一伺服阀，其与高压液源连接，并且该第一伺服阀与液压缸第一开口和液压缸第二开口连接；第二伺服阀，其与液压缸第一开口和液压缸第二开口连接，并且该第二伺服阀与第一单向阀连接，使得流出第二伺服阀的液体通过第一单向阀流回第二伺服阀。其中，可控加载模块配置为在正常工况加载模式下，在顺载情况下，第一伺服阀断开液压缸与高压液源之间的连接，第二伺服阀打开，从而第一缸室和第二缸室中的高压缸室中的高压液体通过第二伺服阀和第三单向阀进入第一缸室和第二缸室中的低压缸室；以及在逆载情况下，第一伺服阀使得液压缸与高压液源导通，第二伺服阀关闭。

根据本公开的至少一个实施方式，具有顺逆载能量管控功能的可控加载模块还包括：第二单向阀，其设置在第一伺服阀与高压液源连接的管路上；第三单向阀，其设置在第二伺服阀与高压液源连接的管路上；以及第一电磁换向阀，其分别与第二单向阀和第三单向阀连接，以控制第二单向阀和第三单向阀的打开和关闭。

根据本公开的另一个实施方式，具有顺逆载能量管控功能的可控加载模块还包括：第二电磁换向阀，其设置在第二伺服阀与液压缸第一开口和液压缸第二开口连接的管路上，其中，该第二电磁换向阀在正常工况的顺载加载模式下，使得液压缸和第二伺服阀导通；第一换向阀，其连接在第一伺服阀和液压缸第一开口之间，以控制第一伺服阀和液压缸第一开口的导通和关断；以及第二换向阀，其连接在第一伺服阀和液压缸第二开口之间，以控制第一伺服阀和液压缸第二开口的导通和关断。其中，第一电磁换向阀分别与第一换向阀和第二换向阀连接，以控制第一换向阀和第二换向阀的打开和关闭。在第一伺服阀故障的情况下，第一电磁换向阀控制第二单向阀、第一换向阀和第二换向阀关闭和第三单向阀打开，高压液源通过第二伺服阀和第二电磁换向阀为液压缸供给液体，以及在第二伺服阀故障的情况下，关断第二伺服阀与液压缸的连接。

根据本公开的又一个实施方式，具有顺逆载能量管控功能的可控加载模块还包括：蓄能器，其分别与第二单向阀、第三单向阀和高压液源连接，在高压液源故障的情况下，第一电磁换向阀控制第二单向阀、第一换向阀和第二换向阀关闭以及第三单向阀打开，蓄能器通过第三单向阀提供可控卸荷压力。

根据本公开的又一个实施方式，具有顺逆载能量管控功能的可控加载模块还包括：第一溢流阀，其分别与第一换向阀、液压缸第一开口和第二电磁换向阀连接；以及第二溢流阀，其分别与第二换向阀、液压缸第二开口和第二电磁换向阀连接。

根据本公开的又一个实施方式，具有顺逆载能量管控功能的可控加载模块还包括：可调节流阀，其与回流管路连接；电磁开关阀，其与可调节流阀连接；第四单向阀，其分别与液压缸第一开口和电磁开关阀连接；以及第五单向阀，其分别与液压缸第二开口和电磁开关阀连接。

根据本公开的又一个实施方式，第一伺服阀是三位四通伺服阀，以及第二伺服阀是三位五通伺服阀。

根据本公开的又一个实施方式，第一电磁换向阀是两位四通电磁换向阀。

根据本公开的又一个实施方式，第二单向阀和第三单向阀均是液控单向阀。

根据本公开的又一个实施方式，第二电磁换向阀是三位四通电磁换向阀；以及第一换向阀和第二换向阀均是常断液控换向阀。

附图说明

附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是根据本公开至少一个实施方式的具有顺逆载能量管控功能的可控加载模块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。

在本公开的至少一个实施方式中，本公开提供了一种具有顺逆载能量管控功能的可控加载模块，如图1所示，其包括分为第一缸室和第二缸室的液压缸17，第一缸室包括液压缸第一开口18，第二缸室包括液压缸第二开口19；第一伺服阀4，其与高压液源连接，并且该第一伺服阀4与液压缸第一开口18和液压缸第二开口19连接；第二伺服阀9，其与液压缸第一开口18和液压缸第二开口19连接，并且该第二伺服阀9与第一单向阀8连接，使得流出第二伺服阀9的液体通过第一单向阀8流回第二伺服阀9。

根据本公开另外一个实施方式，如图1所示，上述第一伺服阀4是三位四通伺服阀；第二伺服阀9是三位五通伺服阀。

本公开采用主副双伺服阀加载方案，实现在加载过程中顺逆载的状态切换以提高对能量的利用效率。在正常工况加载模式下，上述加载模块处于双阀控制模式，液压缸17的工作状态随着疲劳试验中顺逆载的进行而往复切换。当液压缸17在顺载工况下，高压腔容积减少，低压腔容积增大，第一伺服阀4关闭，将液压缸17与系统高压液源隔离，第二伺服阀9打开，通过第二伺服阀9直接控制液压缸17，高压腔中的高压液体经过第二伺服阀9以及第一单向阀8后，再通过第二伺服阀9然后进入液压缸17的低压腔。当系统处于逆载工况时，伺服阀4打开，第二伺服阀9关闭，液压缸17恢复到系统高压液源供给状态，高压液体通过第一伺服阀4流入液压缸17，从而完成加载；同时，液体由液压缸17流出，经过第一伺服阀4进入回流管路。通过顺逆载工况时双阀的不断切换，不仅提高了对高压液体能量的利用效率，同时降低了系统的节流损失，体现了节能的理念。

根据本公开的又一个实施方式，如图1所示，具有顺逆载能量管控功能的可控加载模块还包括设置在第一伺服阀4与高压液源连接的管路上的第二单向阀5；设置在第二伺服阀9与高压液源连接的管路上的第三单向阀7；以及分别与第二单向阀5和第三单向阀7通过控制管路连接的第一电磁换向阀1。其中，该第一电磁换向阀1控制第二单向阀5和第三单向阀7的打开和关闭。上述第二单向阀5和第三单向阀7均可以是液控单向阀。上述第一电磁换向阀1可以是两位四通电磁换向阀。

根据本公开的又一个实施方式，具有顺逆载能量管控功能的可控加载模块还包括：设置在第二伺服阀9与液压缸第一开口18和液压缸第二开口19连接的管路上的第二电磁换向阀12，其中，该第二电磁换向阀12在正常工况的顺载加载模式下，使得液压缸17和第二伺服阀9导通；第一换向阀10，其连接在第一伺服阀4和液压缸第一开口18之间，以控制第一伺服阀4和液压缸第一开口18的导通和关断；以及第二换向阀11，其连接在第一伺服阀4和液压缸第二开口19之间，以控制第一伺服阀4和液压缸第二开口19的导通和关断。其中，第一电磁换向阀1分别与第一换向阀10和第二换向阀11连接，以控制第一换向阀10和第二换向阀11的打开和关闭。

上述第二电磁换向阀12可以是三位四通电磁换向阀；上述第一换向阀10和第二换向阀11均可以是常断液控换向阀。

在正常工作模式下，第一电磁换向阀1得电，控制第二单向阀5、第一换向阀10和第二换向阀11导通。因此，当系统处于逆载工况时，第二电磁换向阀12关闭，第一伺服阀4打开，高压液体顺次通过第二单向阀5、第一伺服阀4、第一换向阀10或第二换向阀11、最后流入液压缸17完成加载。当系统处于顺载工况时，第二电磁换向阀12导通第二伺服阀9与液压缸17，使得液体从液压缸17的高压腔顺次通过第二电磁换向阀12、第二伺服阀9、第一单向阀8、第二伺服阀9、第二电磁换向阀12，最后流入液压缸17的低压腔，完成加载。第二电磁换向阀12在正常加载模式下主要起到液压缸在不同加载方向切换时，顺载管路的切换。

在高压液源和供电正常条件下，本公开所提供的系统为双阀系统。一旦任一伺服阀发生故障，另一伺服阀皆能独立继续完成对工件的加载。如果第一伺服阀4故障，第一电磁换向阀1失电，实现关闭第二单向阀5、第一换向阀10和第二换向阀11，同时第三单向阀7打开。当系统处于逆载工况时，切换第二伺服阀9的工作位置，使得高压液源通过第三单向阀7、第二伺服阀9和第二电磁换向阀12为液压缸17供给高压液体，完成对工件的加载试验。当系统处于顺载工况时，液压缸17中的高压液体经过第二电磁换向阀12、第二伺服阀9以及第一单向阀8后，再顺次通过第二伺服阀9和第二电磁换向阀12，然后进入液压缸17的低压腔，从而完成对工件的加载试验。

若第二伺服阀9故障，控制第二电磁换向阀12，关断第二伺服阀9与液压缸17的连接，从而封闭右侧管路系统，依靠对第一伺服阀4的单独伺服控制继续完成加载试验。当系统处于顺载工况时，高压液体依次通过第二单向阀5、第一伺服阀4、第一换向阀10，流入液压缸第一开口18；回流则从液压缸第二开口19流出，经过第二换向阀11、第二伺服阀4，进入回流管路。当系统处于逆载工况时，高压液体依次通过第二单向阀5、第一伺服阀4、第二换向阀11，流入液压缸第二开口19；回流则从液压缸第一开口18流出，经过第一换向阀10、第二伺服阀4，进入回流管路。上述液体的流经路径并不是唯一的，根据具体连接管路的不同，会有所差异。但是，无论如何，本公开提供的液压管路设计，左侧管路在第二伺服阀9故障时，可以保证单独完成对工件的顺向和逆向加载试验。

根据本公开的又一个实施方式，具有顺逆载能量管控功能的可控加载模块还可以包括分别与第二单向阀5、第三单向阀7和高压液源连接的蓄能器6。在高压液源故障的情况下，第一电磁换向阀1控制第二单向阀5、第一换向阀10和第二换向阀关闭11以及第三单向阀7打开，蓄能器6通过第三单向阀7提供可控卸荷压力。

在电源供电工作正常条件下，高压液源供给出现故障，无法为加载系统提供高压液体时，通过微机控制第一电磁换向阀1掉电，关闭第二单向阀5、第一换向阀10和第二换向阀11，则以第一伺服阀4为主导的左路加载系统关闭，减少整个系统的流量。同时，第三单向阀7打开，使得蓄能器6通过第三单向阀7全力为第二伺服阀9提供可控卸荷压力，以保证整个液压系统压力的安全卸除。

根据本公开的又一个实施方式，具有顺逆载能量管控功能的可控加载模块包括第一溢流阀13，其分别与第一换向阀10、液压缸第一开口18和第二电磁换向阀12连接；以及第二溢流阀14，其分别与第二换向阀11、液压缸第二开口19和第二电磁换向阀12连接。

若高压液源失控或系统管路、伺服阀阻塞而导致系统内压力急剧升高，一旦超过第一溢流阀13或第二溢流阀14所设置的安全阈值，第一溢流阀13或第二溢流阀14将自动打开，实现对系统的物理安全限压，起到可靠的保护作用，保证系统在任何意外条件下系统压力不会超过安全阈值。

根据本公开的又一个实施方式，具有顺逆载能量管控功能的可控加载模块包括与回流管路连接的可调节流阀2；与可调节流阀2连接的电磁开关阀3；第四单向阀15，其分别与液压缸第一开口18和电磁开关阀3连接；以及第五单向阀16，其分别与液压缸第二开口19和电磁开关阀3连接。

若整个系统供电出现故障，或最极端条件下第一伺服阀4和第二伺服阀9皆发生故障无法实现电控卸荷，此时电磁开关阀3掉电，将液压缸17和可调节流阀2连通。第四单向阀15和第五单向阀16通过对液压缸两腔压力大小比较做逻辑判断，通过机械方式利用可调节流阀2将缸内压力卸除，保证在电源供应故障条件下通过机械方式同样实现对系统的可控卸荷，保障设备及实验人员的安全。在任何实验条件下结束实验前，电磁开关阀3掉电，将使液压缸17两腔与回流管路连通，以保证卸除缸内残余压力，实现加载系统的可靠关闭。

本公开提出了一种具有余度配置的高效可控卸载作动器，在正常模式下，采用主副双伺服阀加载方案，依据顺逆载不同工作时间段切换不同的伺服阀提高对系统能源利用率。本公开提供的系统具有高可靠余度备份，即使在加载过程中有任一伺服阀发生故障，另一伺服阀都均可单独完成加载工作。同时，在卸载过程中另一伺服阀可切换至卸载状态，实现可控协调的卸载保护。溢流阀的设置使得系统在任何情况下都不会超过安全阈值。单独卸压管路的设计则使得系统在供电故障下可以安全卸除液压缸内的残余压力。本公开提供的系统具有高安全性，保证实验人员和设备不受伤害。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (9)

1.一种具有顺逆载能量管控功能的可控加载模块，其特征在于，所述具有顺逆载能量管控功能的可控加载模块包括：

液压缸，所述液压缸分为第一缸室和第二缸室，所述第一缸室包括液压缸第一开口，所述第二缸室包括液压缸第二开口；

第一伺服阀，所述第一伺服阀与高压液源连接，并且所述第一伺服阀与所述液压缸第一开口和所述液压缸第二开口连接；

第二伺服阀，所述第二伺服阀与所述液压缸第一开口和所述液压缸第二开口连接，并且所述第二伺服阀与第一单向阀连接，使得流出所述第二伺服阀的液体通过所述第一单向阀流回所述第二伺服阀，

其中，所述可控加载模块配置为在正常工况加载模式下，在顺载情况下，所述第一伺服阀断开所述液压缸与所述高压液源之间的连接，所述第二伺服阀打开，从而所述第一缸室和所述第二缸室中的高压缸室中的高压液体通过所述第二伺服阀和所述第一单向阀进入所述第一缸室和所述第二缸室中的低压缸室；以及在逆载情况下，所述第一伺服阀使得所述液压缸与所述高压液源导通，所述第二伺服阀关闭；

所述可控加载模块还包括：

第二单向阀，所述第二单向阀设置在所述第一伺服阀与所述高压液源连接的管路上；

第三单向阀，所述第三单向阀设置在所述第二伺服阀与所述高压液源连接的管路上；以及

第一电磁换向阀，所述第一电磁换向阀分别与所述第二单向阀和所述第三单向阀连接，以控制所述第二单向阀和所述第三单向阀的打开和关闭。

2.根据权利要求1所述的具有顺逆载能量管控功能的可控加载模块，其特征在于，所述具有顺逆载能量管控功能的可控加载模块还包括：

第二电磁换向阀，所述第二电磁换向阀设置在所述第二伺服阀与所述液压缸第一开口和所述液压缸第二开口连接的管路上，其中，所述第二电磁换向阀在正常工况的顺载加载模式下，使得所述液压缸和所述第二伺服阀导通；

第一换向阀，所述第一换向阀连接在所述第一伺服阀和所述液压缸第一开口之间，以控制所述第一伺服阀和所述液压缸第一开口的导通和关断；以及

第二换向阀，所述第二换向阀连接在所述第一伺服阀和所述液压缸第二开口之间，以控制所述第一伺服阀和所述液压缸第二开口的导通和关断，

其中，所述第一电磁换向阀分别与所述第一换向阀和所述第二换向阀连接，以控制所述第一换向阀和所述第二换向阀的打开和关闭，

在所述第一伺服阀故障的情况下，所述第一电磁换向阀控制所述第二单向阀、所述第一换向阀和所述第二换向阀关闭以及所述第三单向阀打开，所述高压液源通过所述第二伺服阀和所述第二电磁换向阀为所述液压缸供给液体，以及

在所述第二伺服阀故障的情况下，关断所述第二伺服阀与所述液压缸的连接。

3.根据权利要求2所述的具有顺逆载能量管控功能的可控加载模块，其特征在于，所述具有顺逆载能量管控功能的可控加载模块还包括：

蓄能器，所述蓄能器分别与所述第二单向阀、所述第三单向阀和所述高压液源连接，

在所述高压液源故障的情况下，所述第一电磁换向阀控制所述第二单向阀、所述第一换向阀和所述第二换向阀关闭以及所述第三单向阀打开，所述蓄能器通过所述第三单向阀提供可控卸荷压力。

4.根据权利要求3所述的具有顺逆载能量管控功能的可控加载模块，其特征在于，所述具有顺逆载能量管控功能的可控加载模块还包括：

第一溢流阀，所述第一溢流阀分别与所述第一换向阀、所述液压缸第一开口和所述第二电磁换向阀连接；以及

第二溢流阀，所述第二溢流阀分别与所述第二换向阀、所述液压缸第二开口和所述第二电磁换向阀连接。

5.根据权利要求4所述的具有顺逆载能量管控功能的可控加载模块，其特征在于，所述具有顺逆载能量管控功能的可控加载模块还包括：

可调节流阀，所述可调节流阀与回流管路连接；

电磁开关阀，所述电磁开关阀与所述可调节流阀连接；

第四单向阀，所述第四单向阀分别与所述液压缸第一开口和所述电磁开关阀连接；以及

第五单向阀，所述第五单向阀分别与所述液压缸第二开口和所述电磁开关阀连接。

6.根据权利要求1所述的具有顺逆载能量管控功能的可控加载模块，其特征在于，

所述第一伺服阀是三位四通伺服阀；

所述第二伺服阀是三位五通伺服阀。

7.根据权利要求1至6任一项所述的具有顺逆载能量管控功能的可控加载模块，其特征在于，所述第一电磁换向阀是两位四通电磁换向阀。

8.根据权利要求1所述的具有顺逆载能量管控功能的可控加载模块，其特征在于，所述第二单向阀和所述第三单向阀均是液控单向阀。

9.根据权利要求2所述的具有顺逆载能量管控功能的可控加载模块，其特征在于，所述第二电磁换向阀是三位四通电磁换向阀；以及所述第一换向阀和所述第二换向阀均是常断液控换向阀。