CN109723699A - 一种喷嘴挡板伺服阀前置级流量系数测试装置及方法 - Google Patents

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本发明属于液压控制技术领域，具体涉及一种喷嘴挡板伺服阀前置级流量系数测试装置及方法。本发明装置包括高精度推杆、微力传感器、挡板模拟装置、喷嘴安装座、底座、控制喷嘴、喷嘴堵塞、流量传感器、压力传感器、温度传感器、液压源；本发明方法包括：步骤一、使挡板模拟装置低速缓慢靠近控制喷嘴，关注微力传感器的反馈力值；步骤二、开始试验；步骤三、得到不同工况下喷嘴的流量系数：步骤四、得到不同挡板间隙、不同油液温度和不同供油压力下伺服阀喷嘴流量系数。本发明能够准确测得喷嘴在不同挡板间隙、不同供油压力及不同温度下的喷嘴流量系数。

Description

一种喷嘴挡板伺服阀前置级流量系数测试装置及方法
技术领域
本发明属于液压控制技术领域，具体涉及一种喷嘴挡板伺服阀前置级流量系数测试装置及方法。
背景技术
伺服阀是伺服系统的核心精密控制元件，它的性能直接影响甚至决定整个系统的性能。伺服阀能够精确地将毫安级的电流信号转换为控制伺服机构运动的大功率液压流量信号。喷嘴挡板伺服阀因其响应速度快、功率放大率高、线性好、死区小等优点，广泛应用于航天各运载型号伺服机构中。
喷嘴挡板伺服阀的前置级为喷嘴挡板液压放大器，控制喷嘴是喷嘴挡板液压放大器中最关键的零件，关键部位结构尺寸极小，加工难度极大，其性能直接决定液压放大器的性能，从而直接影响整个伺服系统的表现。一直以来，缺少前置级控制喷嘴性能参数测试工具制约着伺服阀的设计、生产和调试环节，批量加工的喷嘴性能是否一致，在实际工况下如变化的喷嘴挡板工作副距离，变化的油液压力及变化的油液温度而引起喷嘴性能如流量系数的变化情况根本无法测量。
1、相关现有技术的内容
伺服阀工作中，喷嘴射出的液流作用在前置级挡板的工作副上的流量压力特性会根据不同喷嘴形态和不同挡板距离而变化，即流量系数会变化。一直以来喷嘴的研制过程存在一定的未知性，缺少数据支持，经检索，目前没有对喷嘴挡板伺服阀前置级在不同挡板间隙、不同供油压力和不同温度下三个维度的流量系数进行测试的设备、相关发明或实用新型。
2、该现有技术所存在的问题和缺陷
在伺服阀实际工作中，前置级的挡板和喷嘴在装配后处于伺服阀壳体的密闭结构中，直接测量密闭结构中流量系数本身是一件困难的事情，否则就要破坏伺服阀结构，这会改变伺服阀性能，导致其工作状态改变，测试结果准确性相应改变。目前，没有伺服阀前置级流量系数全方位测量装置。
发明内容
本发明解决的技术问题：本发明提供一种喷嘴挡板伺服阀前置级流量系数测试装置及方法，在不破坏伺服阀内部结构的情况下，不对伺服阀正常工作进行干扰的情况下，在无需压装无需破坏喷嘴情况下，能够准确测得喷嘴在不同挡板间隙、不同供油压力及不同温度下的喷嘴流量系数。
本发明采用的技术方案：
一种喷嘴挡板伺服阀前置级流量系数测试装置，包括高精度推杆、微力传感器、挡板模拟装置、喷嘴安装座、底座、控制喷嘴、喷嘴堵塞、流量传感器、压力传感器、温度传感器、液压源；高度可调的高精度推杆、微力传感器和挡板模拟装置三者依次固定连接，挡板模拟装置位于控制喷嘴的喷嘴孔正上方；喷嘴安装座安装在底座的中心凹槽内，喷嘴堵塞安装在喷嘴安装座内部底部，控制喷嘴固定安装在喷嘴堵塞上；流量传感器置于底座的流道中，用来实时记录通过控制喷嘴的流量，底座下端与液压源连接，压力传感器和温度传感器置于液压源中，用来实时记录液压源压力和温度。
所述高精度推杆、微力传感器、挡板模拟装置三者连接方向与控制喷嘴安装方向一致且挡板模拟装置的底面和控制喷嘴射流口环带平面保持水平且完全平行。
所述挡板模拟装置与喷嘴孔有存在间隙。
所述微力传感器能够实时测试挡板模拟装置的受力。
所述喷嘴安装座内孔较大，可允许不同尺寸控制喷嘴进行测量；喷嘴安装座的内径顶孔用来对控制喷嘴进行限位，有密封圈密封，保证喷嘴在测试过程位置不变。
一种喷嘴挡板伺服阀前置级流量系数测试方法，包括如下步骤：
步骤一、关闭液压源，将被试控制喷嘴安装至测试装置，利用高精度控制推杆，使挡板模拟装置低速缓慢靠近控制喷嘴，关注微力传感器的反馈力值；
步骤二、打开液压源，将液压源调至一定压力，开始试验；
步骤三、高精度推杆对挡板模拟装置位移进行控制，并记录挡板初始位移位移Xf和实时位移Xfo；微力传感器记录挡板所受力值；高精度流量传感器对液流流量Q进行测试；压力传感器能够测试喷嘴腔压力Pc；液流从小孔射出后背压Po很小，可以近似为0MPa，通过喷嘴直径DN和挡板位移变化Xf-Xfo可求得喷嘴处的节流面积AN，通过记录整理上述数据，应用节流公式：
得到不同工况下喷嘴的流量系数：
步骤四、在不同供油压力下和不同供油压力下，对不同结构的控制喷嘴重复步骤一、二和三的测试步骤，经过数据计算，即可得到不同挡板间隙、不同油液温度和不同供油压力下伺服阀喷嘴流量系数。
所述步骤一中，在力值从零有突变时，说明挡板模拟装置下表面已触碰喷嘴顶端，此时停止推进高精度控制推杆，默认此时挡板与喷嘴间隙为0。
所述步骤二中，使高精度控制推杆以0.1μm/s速度高精度控制挡板模拟装置远离控制喷嘴，实时记录控制喷嘴和挡板模拟装置之间距离，利用流量传感器记录通过控制喷嘴的流量，实时利用压力传感器和温度传感器记录液压源的供油压力和油液温度。
本发明的有益效果：
(1)通过高精度推杆、微力传感器、挡板模拟装置，可以保证试验起始点为喷嘴和挡板刚好接触但之间没有作用力的位置。
(2)通过螺纹连接的喷嘴安装座、底座和喷嘴堵塞，能够保证不同尺寸的控制喷嘴均能够被测试。
(3)流量传感器、压力传感器、温度传感器能够实时测试喷嘴流量、液压源压力和液压源温度数据。
(4)解决了无法测量伺服阀喷嘴流量系数的难题。通过一定的测试方法，可间接求得喷嘴在不同挡板间隙、不同供油压力及不同温度下的喷嘴流量系数。避免了直接测量对伺服阀正常工作状态的干扰；
附图说明
图1为本发明提供的一种喷嘴挡板伺服阀前置级流量系数测试装置结构示意图；
图中：1-高精度推杆、2-微力传感器、3-挡板模拟装置、4-喷嘴安装座、5-底座、6-控制喷嘴、7-喷嘴堵塞、8-流量传感器、9-压力传感器、10-温度传感器、11-液压源。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种喷嘴挡板伺服阀前置级流量系数测试装置及方法作进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种喷嘴挡板伺服阀前置级流量系数测试装置，包括高精度推杆1、微力传感器2、挡板模拟装置3、喷嘴安装座4、底座5、控制喷嘴6、喷嘴堵塞7、流量传感器8、压力传感器9、温度传感器10、液压源11；
高度可调的高精度推杆1、微力传感器2和挡板模拟装置3三者依次固定连接，挡板模拟装置3位于控制喷嘴6的喷嘴孔正上方，挡板模拟装置3与喷嘴孔6有微小距离，高精度推杆1、微力传感器2、挡板模拟装置3三者连接方向与控制喷嘴6安装方向一致且挡板模拟装置3的底面和控制喷嘴6射流口环带平面保持水平且完全平行，微力传感器2能够实时测试挡板模拟装置的受力；喷嘴安装座4通过螺纹连接安装在底座5的中心凹槽内，喷嘴堵塞7通过螺纹连接安装在喷嘴安装座4内部底部，控制喷嘴6固定安装在喷嘴堵塞7上，且喷嘴安装座4的内径顶孔用来对控制喷嘴6进行限位，有密封圈密封，保证喷嘴在测试过程位置不变；喷嘴安装座4内孔较大，可允许不同尺寸控制喷嘴6进行测量；流量传感器8置于底座5的流道中，用来实时记录通过控制喷嘴6的流量，底座5下端与液压源11连接，压力传感器9和温度传感器10置于液压源11中，用来实时记录液压源压力和温度。
本发明提供的一种喷嘴挡板伺服阀前置级流量系数测试方法，包括如下步骤：
步骤一、关闭液压源11，将被试控制喷嘴6安装至测试装置，利用高精度控制推杆1，使挡板模拟装置3低速缓慢靠近控制喷嘴6，关注微力传感器2的反馈力值。在力值从零有突变时，说明挡板模拟装置3下表面已触碰喷嘴6顶端，此时停止推进推杆1，默认此时挡板与喷嘴间隙为0。
步骤二、打开液压源11，将液压源调至一定压力，开始试验。使推杆1以0.1μm/s速度高精度控制挡板模拟装置3远离控制喷嘴6，实时记录控制喷嘴6和挡板模拟装置3之间距离，利用流量传感器8记录通过控制喷嘴6的流量，实时利用压力传感器9和温度传感器10记录液压源11的供油压力和油液温度。
步骤三、高精度推杆1对挡板模拟装置3位移进行控制，并记录挡板初始位移位移Xf和实时位移Xfo。微力传感器2记录挡板所受力值。高精度流量传感器8对液流流量Q进行测试。压力传感器9能够测试喷嘴腔压力Pc。液流从小孔射出后背压Po很小，可以近似为0MPa，通过喷嘴直径DN和挡板位移变化Xf-Xfo可求得喷嘴处的节流面积AN，通过记录整理上述数据，应用节流公式：
得到不同工况下喷嘴的流量系数：
步骤四、在不同供油压力下和不同供油压力下，对不同结构的控制喷嘴重复步骤1、2和3的测试步骤，经过数据计算，即可得到不同挡板间隙、不同油液温度和不同供油压力下伺服阀喷嘴流量系数。
上面结合附图和实施例对本发明进行了描述，显然本发明的具体实现并不受上述方式的限制，是一种适用于各类喷嘴挡板伺服阀控制喷嘴的流量系数测试装置。只要采用了本发明的构思和技术方案进行的非实质性改进，或者未经改进，将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种喷嘴挡板伺服阀前置级流量系数测试装置，其特征在于：包括高精度推杆(1)、微力传感器(2)、挡板模拟装置(3)、喷嘴安装座(4)、底座(5)、控制喷嘴(6)、喷嘴堵塞(7)、流量传感器(8)、压力传感器(9)、温度传感器(10)、液压源(11)；高度可调的高精度推杆(1)、微力传感器(2)和挡板模拟装置(3)三者依次固定连接，挡板模拟装置(3)位于控制喷嘴(6)的喷嘴孔正上方；喷嘴安装座(4)安装在底座(5)的中心凹槽内，喷嘴堵塞(7)安装在喷嘴安装座(4)内部底部，控制喷嘴(6)固定安装在喷嘴堵塞(7)上；流量传感器(8)置于底座(5)的流道中，用来实时记录通过控制喷嘴(6)的流量，底座(5)下端与液压源(11)连接，压力传感器(9)和温度传感器(10)置于液压源(11)中，用来实时记录液压源压力和温度。
2.根据权利要求1所述的一种喷嘴挡板伺服阀前置级流量系数测试装置，其特征在于：所述高精度推杆(1)、微力传感器(2)、挡板模拟装置(3)三者连接方向与控制喷嘴(6)安装方向一致且挡板模拟装置(3)的底面和控制喷嘴(6)射流口环带平面保持水平且完全平行。
3.根据权利要求2所述的一种喷嘴挡板伺服阀前置级流量系数测试装置，其特征在于：所述挡板模拟装置(3)与喷嘴孔(6)有存在间隙。
4.根据权利要求1所述的一种喷嘴挡板伺服阀前置级流量系数测试装置，其特征在于：所述微力传感器(2)能够实时测试挡板模拟装置(3)的受力。
5.根据权利要求1所述的一种喷嘴挡板伺服阀前置级流量系数测试装置，其特征在于：所述喷嘴安装座(4)内孔较大，可允许不同尺寸控制喷嘴(6)进行测量；喷嘴安装座(4)的内径顶孔用来对控制喷嘴(6)进行限位，有密封圈密封，保证喷嘴在测试过程位置不变。
6.一种喷嘴挡板伺服阀前置级流量系数测试方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、关闭液压源(11)，将被试控制喷嘴(6)安装至测试装置，利用高精度控制推杆(1)，使挡板模拟装置(3)低速缓慢靠近控制喷嘴(6)，关注微力传感器(2)的反馈力值；
步骤二、打开液压源(11)，将液压源调至一定压力，开始试验；
步骤三、高精度推杆(1)对挡板模拟装置(3)位移进行控制，并记录挡板初始位移位移Xf和实时位移Xfo；微力传感器(2)记录挡板所受力值；高精度流量传感器(8)对液流流量Q进行测试；压力传感器(9)能够测试喷嘴腔压力Pc；液流从小孔射出后背压Po很小，可以近似为0MPa，通过喷嘴直径DN和挡板位移变化Xf-Xfo可求得喷嘴处的节流面积AN，通过记录整理上述数据，应用节流公式：得到不同工况下喷嘴的流量系数：
步骤四、在不同供油压力下和不同供油压力下，对不同结构的控制喷嘴重复步骤一、二和三的测试步骤，经过数据计算，即可得到不同挡板间隙、不同油液温度和不同供油压力下伺服阀喷嘴流量系数。
7.根据权利要求6所述的一种喷嘴挡板伺服阀前置级流量系数测试方法，其特征在于：所述步骤一中，在力值从零有突变时，说明挡板模拟装置(3)下表面已触碰喷嘴(6)顶端，此时停止推进高精度控制推杆(1)，默认此时挡板与喷嘴间隙为0。
8.根据权利要求7所述的一种喷嘴挡板伺服阀前置级流量系数测试方法，其特征在于：所述步骤二中，使高精度控制推杆(1)以0.1μm/s速度高精度控制挡板模拟装置(3)远离控制喷嘴(6)，实时记录控制喷嘴(6)和挡板模拟装置(3)之间距离，利用流量传感器(8)记录通过控制喷嘴(6)的流量，实时利用压力传感器(9)和温度传感器(10)记录液压源(11)的供油压力和油液温度。
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