CN109696308A - 振动环境下航空作动器加载试验装置及其加载方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种振动环境下航空作动器加载试验装置，包括第一反力架、第一连杆、环境试验箱、第二连杆、第二反力架、低通加载装置、第二滑台、力传感器、振动台和第一滑台，被试作动器放置于振动台上，并处于环境试验箱内，被试作动器的杆端通过第二连杆、第二反力架的曲柄与低通加载装置的液压缸连接，尾部通过第一连杆与第一反力架连接，力传感器置于被试作动器杆端与第二连杆之间，在被试作动器和振动台之间设有滑台，低通加载装置工作时，电机和液压泵始终处于运转状态，油液压力通过反比例溢流阀控制，加载力方向由两个高速开关阀控制。本发明解决了振动应力与加载力耦合的问题，消除了高频振动对加载精度的影响。

Description

振动环境下航空作动器加载试验装置及其加载方法

技术领域

本发明属于机械装备可靠性与寿命试验领域，具体涉及一种振动环境下航空作动器加载试验装置及其加载方法。

背景技术

航空作动器作为机、电、液、磁高度一体化的复杂产品，其功能和性能受到电磁场、流场、热场和应力、摩擦、蠕变等多物理场与多因素的综合影响。航空作动器在工作过程中，除经受20Hz～2000Hz的振动环境以外，还会受到各种负载力的影响，诱发产品出现裂纹、泄漏、卡滞等故障，使用寿命大大减小。因此，振动环境下航空作动器加载试验过程中选用合适的试验装置，及正确的试验方法，对于试验结果的准确有效至关重要，其能够为航空作动器的设计改进提供有效的数据支撑。

现有的技术是当工作载荷为恒定载荷时，采用质量块、摩擦盘、弹簧加载方式，通过将加载机构与被试作动器同时置于振动环境下，两个系统不会因为振动导致相对运动，可实现综合应力条件下加载，试验方法简单，实现难度小；对于非恒定载荷可采取同样的实现方式，该试验平台上部的试验室分为两部分，一部分安装试验件的高低温室，另一部分为安装加载元件的常温试验室，加载部分和试验部分通过过渡工装板与振动平台相连，共同振动。这种方法虽然能够有效回避振动与加载力的耦合问题，但实际情况是将加载系统与被试作动器同时置于振动环境下，加载系统极易损坏，不仅影响加载精度，也带来很大的设备维护成本。

发明内容

针对以上情况，本发明提供一种振动环境下航空作动器加载试验装置，克服现有技术的不足，其能够有效屏蔽被试作动器对加载力的扰动，广泛用于振动环境下航空作动器的加载试验。

本发明所采用的技术方案是提供一种振动环境下航空作动器加载试验装置，包括第一反力架、第一连杆、环境试验箱、第二连杆、第二反力架、低通加载装置、第二滑台、力传感器、振动台和第一滑台，所述低通加载装置包括加载液压缸、第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第一高速开关阀、第二高速开关阀、压力油箱、第二电机、第二液压泵、稳压器和电液反比例溢流阀，所述第二电机与第二液压泵相连，所述第二液压泵的入油口连接所述压力油箱，所述第一单向阀连接于第二液压泵的出油口与所述加载液压缸的第一油口之间，且所述第一单向阀从第二液压泵到第一油口单向导通，所述第一高速开关阀连接于所述加载液压缸的第三油口和第四油口之间的管路上，所述第二高速开关阀连接于所述加载液压缸的第四油口与压力油箱之间的管路上，所述第二单向阀设于加载液压缸的活塞之上，且所述第二单向阀从所述加载液压缸的无杆腔到有杆腔单向导通，所述第三单向阀连接于加载液压缸的第五油口与压力油箱之间，且所述第三单向阀从所述压力油箱到第五油口单向导通，所述电液反比例溢流阀连接于所述压力油箱与所述加载液压缸的第二油口之间，且所述电液反比例溢流阀与所述加载液压缸之间的管路连接所述电液反比例溢流阀的控制油路，同时与所述稳压器并联。

所述被试作动器放置于振动台的台面之上，且置于环境试验箱内，所述环境试验箱与所述振动台固连在一起，所述被试作动器的第一端通过第二连杆和第二反力架的曲柄与低通加载装置的加载液压缸的活塞杆前端的关节轴承相连，所述被试作动器缸筒的第二端通过第一连杆与第一反力架相连，所述力传感器置于被试作动器第一端与第二连杆之间，在被试作动器和振动平台之间设有第一滑台和第二滑台；以及所述伺服阀连接于所述被试作动器与第一液压泵之间的管路上，所述第一液压泵的入油口与所述油箱连接，且所述伺服阀的回油管路连接所述油箱，所述第一液压泵与所述第一电机相连，所述伺服阀与所述控制系统间通过所述伺服阀驱动信号通道连接，所述被试作动器的第二端与所述振动台相接触的面之间设有位移传感器，且所述位移传感器将位移反馈信号反馈回所述控制系统，所述力传感器将力反馈信号反馈回所述控制系统，所述电液反比例溢流阀将溢流阀压力控制信号反馈回所述控制系统，所述第二电机将液压泵电机驱动信号反馈回所述控制系统，所述第一高速开关阀和第二高速开关阀分别将第一高速开关阀切换信号和第二高速开关阀切换信号反馈回所述控制系统。

优选地，所述低通加载装置采用加载力作为输出。

优选地，所述被试作动器加载控制系统采用位移控制方式控制被试作动器，以小于5Hz的频率进行往复运动。

进一步地，所述加载液压缸采用单出杆非对称液压缸，所述加载液压缸的活塞尺寸满足公式D²-d²＝d²，其中，D代表活塞的大径，d代表活塞杆的直径。

优选地，液压泵采用定量液压泵，其额定流量大于60L/min。

优选地，比例溢流阀为电液反比例溢流阀，其额定流量大于60L/min，响应频率小于30Hz。

优选地，所述第一高速开关阀和第二高速开关阀工作时有开和关两种状态，第一高速开关阀分别连通所述加载液压缸的无杆腔和有杆腔，第二高速开关阀分别连通所述加载液压缸的无杆腔和压力油箱，其响应速度应小于3ms。

本发明的另一发明，提供一种利用前述振动环境下航空作动器加载试验装置的加载方法，包括以下步骤：

S1：第二电机和第二液压泵始终保持运转状态，向加载液压缸的有杆腔提供恒定油液流量；

S2：当所述加载液压缸的活塞杆伸出时，所述加载液压缸在被试作动器的带动下向左伸出，加载力方向向右；

S3：第一高速开关阀关，第二高速开关阀开，连通加载液压缸无杆腔和压力油箱；

S4：加载液压缸向左运动，有杆腔油液通过电液反比例溢流阀流回压力油箱；

S5：压力油箱通过第一单向阀和第二高速开关阀向无杆腔补充油液；

S6：控制系统根据位移传感器的信号，计算理论输出力指令，与力传感器的信号进行比较，向电液反比例溢流阀发送控制信号，控制加载液压缸有杆腔的压力，实现活塞杆伸出；

S7：所述加载液压缸的活塞杆缩回时，所述加载液压缸在被试作动器的带动下向右缩回，加载力方向向左；

S8：第一高速开关阀开，连通加载液压缸有杆腔和无杆腔，第二高速开关阀关；

S9：加载液压缸向右运动，无杆腔油液通过第一高速开关阀和第二单向阀向有杆腔补油；

S10：有杆腔多余油液通过电液反比例溢流阀流回压力油箱；以及

S11：控制系统根据位移传感器的信号，计算理论输出力指令，与力传感器的信号进行比较，向电液反比例溢流阀发送控制信号，控制加载液压缸有杆腔的压力，实现活塞杆缩回。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、解决了振动应力与加载力耦合的问题，实现了航空作动器振动环境下进行加载试验的目的；

2、利用电液反比例溢流阀压力控制特性的低通滤波加载装置消除高频振动对加载精度的影响；

3、消除了加载侧向力引起的倾覆力矩、垂直振动引起的径向力以及水平振动引起的位移与加载力耦合的问题。

附图说明

图1为本发明的装置总体结构示意图；

图2为本发明的控制系统工作原理结构示意图。

具体实施方式

为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。

本发明提供一种振动环境下航空作动器加载试验装置，如图1和图2所示，包括第一反力架31、第一连杆30、环境试验箱1、被试作动器4、第二连杆32、第二反力架33、低通加载装置34、第二滑台36、力传感器9、振动台28和第一滑台35，低通加载装置34包括加载液压缸15、第一单向阀20、第二单向阀18、第三单向阀16、第一高速开关阀11、第二高速开关阀12、压力油箱17、第二电机19、第二液压泵21、稳压器22和电液反比例溢流阀23，第二电机19与第二液压泵21相连，第二液压泵21的入油口连接压力油箱17，出油口与第一单向阀20的第一端相连，第一单向阀20的第二端与加载液压缸15的第一油口相连，且第一单向阀20从第二液压泵21到第一油口单向导通，第一高速开关阀11连接于加载液压缸15的第三油口和第四油口之间的管路上，第二高速开关阀12连接于加载液压缸15的第四油口与压力油箱17之间的管路上，第二单向阀18设于加载液压缸15的活塞之上，且第二单向阀18从加载液压缸15的无杆腔到有杆腔单向导通，第三单向阀16连接于加载液压缸15的第五油口与压力油箱17之间，且第三单向阀16从压力油箱17到第五油口单向导通，电液反比例溢流阀23连接于压力油箱17与加载液压缸15的第二油口之间，且电液反比例溢流阀23与加载液压缸15之间的管路连接电液反比例溢流阀23的控制油路，同时与稳压器22并联；被试作动器4放置于振动台28的台面之上，且置于环境试验箱1内，环境试验箱1与振动台28固连在一起，被试作动器4的第一端通过第二连杆32和第二反力架33的曲柄与低通加载装置34的加载液压缸15的活塞杆前端的关节轴承10相连，被试作动器4缸筒的第二端通过第一连杆30与第一反力架31相连，力传感器9置于被试作动器4第一端与第二连杆32之间，在被试作动器4和振动台28之间设计有第一滑台35和第二滑台36，振动台28水平振动时，加载反力由振动台28提供，此时第一连杆30、第一滑台35和第二滑台36均不需要；以及伺服阀5连接于被试作动器4与第一液压泵6之间的管路上，第一液压泵6的入油口与油箱7连接，且伺服阀5的回油管路连接油箱7，第一液压泵6与第一电机8相连，伺服阀5与控制系统27间通过伺服阀驱动信号通道3连接，被试作动器4的第二端与振动台28相接触的面之间设有位移传感器2，且位移传感器2将位移反馈信号29反馈回控制系统27，力传感器9将力反馈信号26反馈回控制系统27，电液反比例溢流阀23将溢流阀压力控制信号25反馈回控制系统27，第二电机19将液压泵电机驱动信号24反馈回控制系统27，第一高速开关阀11和第二高速开关阀12分别将第一高速开关阀切换信号13和第二高速开关阀切换信号14反馈回控制系统27。

低通加载装置34采用加载力作为输出。被试作动器4加载控制系统采用位移控制方式控制被试作动器4，控制其以不高于5Hz的频率进行往复运动。加载液压缸15采用单出杆非对称液压缸，液压缸活塞尺寸满足公式D²-d²＝d²，其中，D代表活塞的大径，d代表活塞杆的直径，液压缸活塞按照上述尺寸进行设计时，可以在加载液压缸的活塞杆伸出或者缩回时，加载液压缸在被试作动器的带动下能更好地向左伸出或者向右缩回，实现两个方向运动时输出力基本一致。

第一液压泵6和第二液压泵21采用定量液压泵，其额定流量应大于60L/min。比例溢流阀选用电液反比例溢流阀23，其额定流量不小于60L/min，响应频率不大于30Hz。第一高速开关阀11和第二高速开关阀12工作时只有开和关两种状态，第一高速开关阀11连通加载液压缸15无杆腔和有杆腔，第二高速开关阀12连通加载液压缸15无杆腔和压力油箱，其响应速度应小于3ms。

被试作动器4安装于环境试验箱1中，用于模拟外部温度环境，同时安装于振动台28上，用于模拟外部振动环境。控制系统27根据位移传感器2的信号向伺服阀5发送控制信号，控制被试作动器以不高于5Hz的频率进行往复运动，第一液压泵6、油箱7、第一电机8用于向被试作动器4提供液压油。加载液压缸15与被试作动器4通过关节轴承10进行连接，以随动加载的方式进行加载。

当加载液压缸15的活塞杆伸出时，振动环境下航空作动器加载试验装置的加载方法，包括以下步骤：

S1：第二电机19和第二液压泵21始终保持运转状态，向加载液压缸15的有杆腔提供恒定油液流量；

S2：加载液压缸15在被试作动器4的带动下向左伸出，加载力方向向右；

S3：第一高速开关阀11为关状态，第二高速开关阀12为开状态，连通加载液压缸15无杆腔和压力油箱17；

S4：加载液压缸15向左运动，有杆腔油液通过电液反比例溢流阀23流回压力油箱17；

S5：压力油箱17通过第一单向阀20和第二高速开关阀12向无杆腔补充油液；

S6：控制系统27根据位移传感器2的信号，计算理论输出力指令，与力传感器9的信号进行比较，向电液反比例溢流阀23发送控制信号，控制加载液压缸15有杆腔的压力，稳压器22用于减缓压力波动，从而控制加载力，实现加载控制。

当加载液压缸15的活塞杆缩回时，振动环境下航空作动器加载试验装置的加载方法，包括以下步骤：

S1：第二电机19和第二液压泵21始终保持运转状态，向加载液压缸15的有杆腔提供恒定油液流量；

S2：加载液压缸15在被试作动器4的带动下向右缩回，加载力方向向左；

S3：第一高速开关阀11切换为开状态，连通加载液压缸15有杆腔和无杆腔，第二高速开关阀12切换为关状态；

S4：加载液压缸15向右运动，无杆腔油液通过第一高速开关阀11和第二单向阀18向有杆腔补充油液；

S5：由于无杆腔面积大于有杆腔面积，有杆腔多余油液通过电液反比例溢流阀23流回压力油箱17；

S6：控制系统27根据位移传感器2的信号，计算理论输出力指令，与力传感器9的信号进行比较，向电液反比例溢流阀23发送控制信号，控制加载液压缸15有杆腔的压力，稳压器22用于减缓压力波动，从而控制加载力，实现加载控制。而且，在一个工作过程中，通常需要既控制加载液压缸15的活塞杆的伸出，又控制控制加载液压缸15的活塞杆的缩回，所以上述两个控制过程是一个有机统一的整体。

第二电机19和第二液压泵21主要为向加载液压缸15有杆腔提供一个恒定的油液流量，从而保证在加载液压缸15换向时、此时运动速度为0，电液反比例溢流阀23仍然有一定的油液流量通过。这样可以避免电液反比例溢流阀23在流量为零或很小时，由于其压力-流量特性不稳定而导致的压力波动较大的问题。

在加载过程中，通过电液反比例溢流阀23的压力控制，对被试作动器4低频运动产生的扰动进行控制，而对振动台28产生的高频扰动，则不进行控制，而是依靠电液反比例溢流阀23本身的结构特性，实现对高频扰动的衰减。通过设计合理的系统结构和参数，可以将高频扰动对加载力的影响抑制在一定的精度范围内。

以上所述是本申请的优选实施方式，不以此限定本发明的保护范围，应当指出，对于该技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (8)

1.一种振动环境下航空作动器加载试验装置，其特征在于，包括第一反力架、第一连杆、环境试验箱、第二连杆、第二反力架、低通加载装置、第二滑台、力传感器、振动台和第一滑台，

所述低通加载装置包括加载液压缸、第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第一高速开关阀、第二高速开关阀、压力油箱、第二电机、第二液压泵、稳压器和电液反比例溢流阀，所述第二电机与第二液压泵相连，所述第二液压泵的入油口连接所述压力油箱，所述第一单向阀连接于第二液压泵的出油口与所述加载液压缸的第一油口之间，且所述第一单向阀从第二液压泵到第一油口单向导通，所述第一高速开关阀连接于所述加载液压缸的第三油口和第四油口之间的管路上，所述第二高速开关阀连接于所述加载液压缸的第四油口与压力油箱之间的管路上，所述第二单向阀设于加载液压缸的活塞之上，且所述第二单向阀从所述加载液压缸的无杆腔到有杆腔单向导通，所述第三单向阀连接于加载液压缸的第五油口与压力油箱之间，且所述第三单向阀从所述压力油箱到第五油口单向导通，所述电液反比例溢流阀连接于所述压力油箱与所述加载液压缸的第二油口之间，且所述电液反比例溢流阀与所述加载液压缸之间的管路连接所述电液反比例溢流阀的控制油路，同时与所述稳压器并联；

所述被试作动器放置于振动台的台面之上，且置于环境试验箱内，所述环境试验箱与所述振动台固连在一起，所述被试作动器的第一端通过第二连杆和第二反力架的曲柄与低通加载装置的加载液压缸的活塞杆前端的关节轴承相连，所述被试作动器缸筒的第二端通过第一连杆与第一反力架相连，所述力传感器置于被试作动器第一端与第二连杆之间，在被试作动器和振动平台之间设有第一滑台和第二滑台；以及

所述伺服阀连接于所述被试作动器与第一液压泵之间的管路上，所述第一液压泵的入油口与所述油箱连接，且所述伺服阀的回油管路连接所述油箱，所述第一液压泵与所述第一电机相连，所述伺服阀与所述控制系统间通过所述伺服阀驱动信号通道连接，所述被试作动器的第二端与所述振动台相接触的面之间设有位移传感器，且所述位移传感器将位移反馈信号反馈回所述控制系统，所述力传感器将力反馈信号反馈回所述控制系统，所述电液反比例溢流阀将溢流阀压力控制信号反馈回所述控制系统，所述第二电机将液压泵电机驱动信号反馈回所述控制系统，所述第一高速开关阀和第二高速开关阀分别将第一高速开关阀切换信号和第二高速开关阀切换信号反馈回所述控制系统。

2.根据权利要求1所述的振动环境下航空作动器加载试验装置，其特征在于，所述低通加载装置采用加载力作为输出。

3.根据权利要求1所述的振动环境下航空作动器加载试验装置，其特征在于，所述被试作动器加载控制系统采用位移控制方式控制被试作动器，以小于5Hz的频率进行往复运动。

4.根据权利要求1所述的振动环境下航空作动器加载试验装置，其特征在于，所述加载液压缸采用单出杆非对称液压缸，所述加载液压缸的活塞尺寸满足公式D²-d²＝d²，其中，D代表活塞的大径，d代表活塞杆的直径。

5.根据权利要求1所述的振动环境下航空作动器加载试验装置，其特征在于，液压泵采用定量液压泵，其额定流量大于60L/min。

6.根据权利要求5所述的振动环境下航空作动器加载试验装置，其特征在于，比例溢流阀为电液反比例溢流阀，其额定流量大于60L/min，响应频率小于30Hz。

7.根据权利要求1所述的振动环境下航空作动器加载试验装置，其特征在于，所述第一高速开关阀和第二高速开关阀工作时有开和关两种状态，第一高速开关阀分别连通加载液压缸的无杆腔和有杆腔，第二高速开关阀分别连通加载液压缸的无杆腔和压力油箱。

8.一种利用权利要求1至7之一所述的振动环境下航空作动器加载试验装置的加载方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：第二电机和第二液压泵始终保持运转状态，向加载液压缸的有杆腔提供恒定油液流量；

S2：当所述加载液压缸的活塞杆伸出时，所述加载液压缸在被试作动器的带动下向左伸出，加载力方向向右；

S3：第一高速开关阀关，第二高速开关阀开，连通加载液压缸无杆腔和压力油箱；

S4：加载液压缸向左运动，有杆腔油液通过电液反比例溢流阀流回压力油箱；

S5：压力油箱通过第一单向阀和第二高速开关阀向无杆腔补充油液；

S6：控制系统根据位移传感器的信号，计算理论输出力指令，与力传感器的信号进行比较，向电液反比例溢流阀发送控制信号，控制加载液压缸有杆腔的压力，实现活塞杆伸出；

S7：所述加载液压缸的活塞杆缩回时，所述加载液压缸在被试作动器的带动下向右缩回，加载力方向向左；

S8：第一高速开关阀开，连通加载液压缸有杆腔和无杆腔，第二高速开关阀关；

S9：加载液压缸向右运动，无杆腔油液通过第一高速开关阀和第二单向阀向有杆腔补油；

S10：有杆腔多余油液通过电液反比例溢流阀流回压力油箱；以及

S11：控制系统根据位移传感器的信号，计算理论输出力指令，与力传感器的信号进行比较，向电液反比例溢流阀发送控制信号，控制加载液压缸有杆腔的压力，实现活塞杆缩回。