CN110567689B - 高频节能摩擦负载模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高频节能摩擦负载模拟装置，包括安装在主轴上的制动器以及控制制动器的液压系统，还包括采集分析系统参数的控制系统。具有上述结构的摩擦负载模拟装置，其相应迅速直接、干扰因素少。并且制动器制动力强，不会出现高温失效的情况，适合高频采集。整个系统所需油压低，结构紧凑，能量消耗少。

Description

高频节能摩擦负载模拟装置

技术领域

本发明涉及一种模拟动作器力矩负载的实验设备中用于模拟摩擦力矩的装置。

背景技术

模拟负载台是一种用于航空航天领域模拟动作器力矩负载的实验设备，可以用于模拟各种力矩并进行实验采集，其中也包括摩擦力矩负载的模拟。现有的摩擦力矩模拟器一般是使用比例阀溢流阀控制钳式制动器来实现的。钳式制动器制动力小，需要的液压压力高，能量损耗大；比例溢流阀控制的液压系统响应时间长，占用空间也较大。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种高频节能摩擦负载模拟装置，其能耗小、响应速度快。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案为：一种高频节能摩擦负载模拟装置，包括安装在主轴上的制动器以及控制制动器的液压系统，还包括采集分析系统参数的控制系统。

作为一种改进，所述制动器包括壳体以及设置在壳体内相互配合制动的动摩擦副和静摩擦副；所述动摩擦副随主轴转动，所述静摩擦副固定在壳体上与壳体相对静止；所述动摩擦副和静摩擦副均可轴向运动；还包括用于驱动动摩擦副和静摩擦副贴紧从而产生制动力的活塞板；所述活塞板由液压系统驱动。动摩擦副内圆与花键轴连接，使其随主轴转动。平时由于动摩擦副保持旋转状态，使得动摩擦副和静摩擦副之间产生一定间隙从而不产生制动效力。活塞板可在液压系统的驱动下沿主轴轴向运动将动、静摩擦副压紧从而产生摩擦力用于提供摩擦负载。

作为一种改进，所述壳体内设置有活塞腔，所述活塞板设置在活塞腔内并可沿主轴轴向运动；所述活塞腔上设置有驱动进油口和驱动出油口。液压系统的液压油通过进入活塞腔对活塞板进行施压驱动其沿主轴轴向运动。驱动出油口用于泄压。

作为一种优选，所述静摩擦副为前后两片，所述动摩擦副设置在两片静摩擦副之间；所述活塞板与静摩擦副之间设置有复位弹簧；所述壳体上开有冷却进油口和冷却出油口。静摩擦副为前后两片用于与动摩擦副的两个面同时配合摩擦，增大摩擦面积从而增大摩擦力，使得摩擦扭矩也增加。壳体内轴向设置有防转杆，两个静摩擦副上设置有卡接于防转杆上的凹槽，其目的一是避免静摩擦副随主轴转动使得摩擦失效，二是防转杆也起导向作用使得静摩擦副在轴向运动的时候避免歪斜。两个静摩擦副也可以设置卡槽和卡片相互卡接在一起，进一步定位。复位弹簧用于复位活塞板，当活塞腔内泄压时，复位弹簧将活塞板回顶，使得动、静摩擦副重新产生间歇消除制动力。

作为一种改进，所述液压系统包括用于驱动制动器的驱动液压系统和冷却制动器的冷却液压系统。液压系统不仅需要驱动活塞板运动，还需要提供液压油为摩擦副降温，避免其高温失效。

作为一种改进，所述驱动液压系统包括油箱以及驱动液压泵；所述驱动液压泵后连接有伺服阀，所述伺服阀与通过油路驱动制动器进行制动。伺服阀的油路与活塞腔的驱动进油口和驱动出油口连接。

采用流量伺服阀搭建C型桥路控制液压系统油压，通过改变油压的大小调节制动器的制动力矩，改变液压压力控制力的方式是液压系统最快速、直接、干扰因素少的方式，使用流量伺服阀能够保证摩擦力矩高频控制的需求。

作为一种改进，所述冷却液压系统包括油箱以及冷却液压泵，所述冷却液压泵通过油路对制动器进行循环冷却。冷却液压泵利用油路与壳体上的冷却进油口连接，实现循环冷却。

作为一种改进，所述冷却液压系统还包括用于冷却液压油的冷却装置。液压油带走摩擦副产生的热量后，利用冷却装置进行散热。

作为一种改进，所述控制系统包括控制器以及安装在制动器上与控制器连接的角度传感器和扭矩传感器。用于采集制动器的旋转角度及扭矩，并传输至控制器。

作为一种改进，所述控制系统还包括与控制器连接用于检测制动器油路压力的压力传感器。压力传感器设置在伺服阀出口，用于检测油路压力并反馈至控制器，用于调整液压控制制动器扭矩。

本发明的有益之处在于：具有上述结构的摩擦负载模拟装置，其相应迅速直接、干扰因素少。并且制动器制动力强，不会出现高温失效的情况，适合高频采集。整个系统所需油压低，结构紧凑，能量消耗少。

附图说明

图1为本发明的原理示意图。

图2为本发明的控制示意图。

图3为制动器的爆炸图。

图4为伺服阀流量降压曲线。

图中标记：1前壳体、2防转柱、3活塞板、4复位弹簧、5静摩擦副、 6动摩擦副、7花键轴、8后壳体。

101油箱、102驱动液压泵、103冷却液压泵、104制动器、105角度传感器、106扭矩传感器、107伺服阀、108蓄能器、109压力传感器、110 冷却装置。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

实施例1如图1、图3所示，本发明包括安装在主轴上的制动器104 以及控制制动器104的液压系统，还包括采集分析系统参数的控制系统。本实施例提供的是一种双工位试验台的摩擦负载模拟装置，因此制动器 104为并联的两个分别安装在两个主轴上。

制动器104包括壳体(包括前壳体1和后壳体8)以及设置在壳体内相互配合制动的动摩擦副6和静摩擦副5；所述动摩擦副6随主轴转动，所述静摩擦副5固定在壳体上与壳体相对静止；所述动摩擦副6和静摩擦副5均可轴向运动；还包括用于驱动动摩擦副6和静摩擦副5贴紧从而产生制动力的活塞板3；所述活塞板3由液压系统驱动。动摩擦副6内圆与花键轴7连接，使其随主轴转动。平时由于动摩擦副6保持旋转状态，使得动摩擦副6和静摩擦副5之间产生一定间隙从而不产生制动效力。活塞板3可在液压系统的驱动下沿主轴轴向运动将动摩擦副6和静摩擦副5 压紧从而产生摩擦力用于提供摩擦负载。

壳体内设置有活塞腔，所述活塞板3设置在活塞腔内并可沿主轴轴向运动；所述活塞腔上设置有驱动进油口和驱动出油口(设置在前壳体1 上)。液压系统的液压油通过进入活塞腔对活塞板3进行施压驱动其沿主轴轴向运动。驱动出油口用于泄压。

静摩擦副5为前后两片，所述动摩擦副6设置在两片静摩擦副5之间；所述活塞板3与前一块静摩擦副5之间设置有复位弹簧4；所述后壳体88 上开有冷却进油口和冷却出油口。静摩擦副5为前后两片用于与动摩擦副6的两个面同时配合摩擦，增大摩擦面积从而增大摩擦力，使得摩擦扭矩也增加。壳体内轴向设置有防转杆2，两个静摩擦副5上设置有卡接于防转杆上的凹槽，其目的一是避免静摩擦副5随主轴转动使得摩擦失效，二是防转杆2也起导向作用使得静摩擦副5在轴向运动的时候避免歪斜。两个静摩擦副5也可以设置卡槽和卡片相互卡接在一起，进一步定位。复位弹簧4用于复位活塞板3，当活塞腔内泄压时，复位弹簧4将活塞板3回顶，使得动摩擦副6和静摩擦副5重新产生间歇消除制动力。另外制动器104还涉及到多个用于密封的密封部件和用于安装连接的部件，本领域技术人员均能按照需求进行布置和调整，本申请就不再赘述。

液压系统包括用于驱动制动器的驱动液压系统和冷却制动器的冷却液压系统。

驱动液压系统包括油箱101以及驱动液压泵102；所述驱动液压泵102 后连接有伺服阀107，所述伺服阀107与通过油路驱动制动器104进行制动。伺服阀107和节流阀搭建成C型半桥控制，用于调节制动器104活塞腔的油压。本实施例中由于是双工位两个制动器104，因此伺服阀107搭建的C型半桥控制也为并联的两组。驱动液压泵出口设置有蓄能器108，保证双通道试验台在一套液压泵源的情况下实现两个制动器104的同时测试而相互不受影响。

冷却液压系统包括油箱101以及冷却液压泵103，所述冷却液压泵103 通过油路对制动器104进行循环冷却。冷却液压系统还包括用于冷却液压油的冷却装置110。冷却装置110可以选择风冷或者液冷。冷却液压泵103 通过油路与制动器104壳体上的冷却进油口连接，冷却出油口与液压回路连接，并在回到油箱101之前经冷却装置110冷却，以便循环使用提高散热效果。

控制系统包括控制器以及安装在制动器104上与控制器连接的角度传感器105和扭矩传感器106，还包括与控制器连接用于检测制动器104 油路压力的压力传感器。控制器可选用PLC控制器。控制原理如图2所示，液压系统伺服阀受输入信号和各自工位扭矩传感器和压力传感器的控制。 K1、K2为系数，扭矩传感器和压力传感器反馈的信息加上系数套入PID 微积分公式对伺服阀进行自动化控制，从而对制动器的摩擦扭矩进行自动调节。

本实施例中，制动器额定扭矩：1808N.m；初始释放压力：14.5bar，完全释放压力：20.7bar；制动器实际最大扭矩Tmax＝1808×67％＝1211.36 N.m；系统实际需求最大扭矩：1000N.m。

根据滑动摩擦力计算公式：

f＝μN (公式：5.3.1.1)

μ是动摩擦因数，N是正压力，单位N)；

下面是液压力所产生的最小摩擦力矩T₁，最大摩擦力矩T₂；

T₁＝F_液min×L＝P_min×S×L (公式：5.3.1.2)

得到：

T₁＝1211.36-1000＝211.36N.m

T₂＝F_液max×L＝P_max×S×L (公式：5.3.1.3)

其中释放压力已知，P_max＝14.5bar；

T₂＝1211.36；

L为力臂值，单位米，S为活塞缸面积，单位cm²；

计算出：

P_min＝14.5×211.36/1211.36＝2.53bar；

根据制动器性能参数图，得知制动器释放容积：

V_释＝16.4cm³。

本实施例选用的伺服阀为Parker喷嘴挡板二级四通伺服阀。

图4为伺服阀流量压降曲线。系统最大负载压是制动器完全释放压力：20.7bar，综合考虑系统的响应和效率，伺服阀按2MPa压降选择，伺服阀在100％信号，单 边阀口压降35bar时的流量为4L/min；

系统额定流量Q：

Q＝Qn×sqr(P/Pn) (公式：5.3.2.1)

得到：

Q＝4×sqr2/3.5＝3.024L/min；

得到：

系统实际最大负载流量按90％Q＝2.7L/min。

伺服阀参数如下表所示。

Specifications

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种高频节能摩擦负载模拟装置，其特征在于：包括安装在主轴上的制动器以及控制制动器的液压系统，还包括采集分析系统参数的控制系统；所述制动器包括壳体以及设置在壳体内相互配合制动的动摩擦副和静摩擦副；所述动摩擦副随主轴转动，所述静摩擦副固定在壳体上与壳体相对静止；所述动摩擦副和静摩擦副均可轴向运动；还包括用于驱动动摩擦副和静摩擦副贴紧从而产生制动力的活塞板；所述活塞板由液压系统驱动；所述静摩擦副为前后两片，所述动摩擦副设置在两片静摩擦副之间；所述活塞板与静摩擦副之间设置有复位弹簧；所述壳体上开有冷却进油口和冷却出油口；壳体内轴向设置有防转杆，两个静摩擦副上设置有卡接于防转杆上的凹槽；两个静摩擦副设置卡槽和卡片相互卡接在一起。

2.根据权利要求1所述的一种高频节能摩擦负载模拟装置，其特征在于：所述壳体内设置有活塞腔，所述活塞板设置在活塞腔内并可沿主轴轴向运动；所述活塞腔上设置有驱动进油口和驱动出油口。

3.根据权利要求1所述的一种高频节能摩擦负载模拟装置，其特征在于：所述液压系统包括用于驱动制动器的驱动液压系统和冷却制动器的冷却液压系统。

4.根据权利要求3所述的一种高频节能摩擦负载模拟装置，其特征在于：所述驱动液压系统包括油箱以及驱动液压泵；所述驱动液压泵后连接有伺服阀，所述伺服阀与通过油路驱动制动器进行制动。

5.根据权利要求3所述的一种高频节能摩擦负载模拟装置，其特征在于：所述冷却液压系统包括油箱以及冷却液压泵，所述冷却液压泵通过油路对制动器进行循环冷却。

6.根据权利要求3所述的一种高频节能摩擦负载模拟装置，其特征在于：所述冷却液压系统还包括用于冷却液压油的冷却装置。

7.根据权利要求1所述的一种高频节能摩擦负载模拟装置，其特征在于：所述控制系统包括控制器以及安装在制动器上与控制器连接的角度传感器和扭矩传感器。

8.根据权利要求7所述的一种高频节能摩擦负载模拟装置，其特征在于：所述控制系统还包括与控制器连接用于检测制动器油路压力的压力传感器。

Images