CN111006859A - 机闸强度试验台 - Google Patents

Abstract

机闸强度试验台，属于航空航天发动机测试技术领域，由机械部件、液压系统、作动器组件、控制系统、测试系统和监控系统组成，机械部件包括承力平台、承载立柱以及承载横梁，作动器组件安装在承载横梁上，液压系统包括高压油源、液压子站、分油模块及相配管路，分油模块连接作动器组件，控制系统包含液压控制系统和多通道加载控制系统，测试系统为模块化设计，可无限扩展，支持各种信号类型的传感器接入，监控系统分为视频监视子系统和现场通讯子系统，分别用于实时监视试验间和液压油泵间内设备的运行情况、实现厂房操纵间与试验间的双向有线通讯。本发明机械部件可靠可调、试验功能齐全、可实时监测控制并报警。

Description

机闸强度试验台

技术领域

本发明属于航空航天发动机测试技术领域，更具体地，涉及一种机闸强度试验台。

背景技术

随着我国航空技术的不断发展，我国的航空事业取得了巨大的进步，然而涉及到发动机技术方面，却一直是一项软肋，收到国外的技术封锁。发动机的机闸是飞机发动机的重要基础件之一，其性能的好坏对发动机的运行质量有这致命的影响，因袭对飞机发动机机闸的性能测试就显得尤为重要。

由于飞机发动机的机闸通常为薄壁环形件，各个腔体分布在不同的水平面上，要求在不同的压力下进行试验，要保证强度试验的顺利进行难度极大。现有技术中对于机闸的强度试验通常采用内压加载的方发，即夹具密封家住机闸的腔体两端，同时采用大吨位的伺服油缸分别往内外腔体内注入液压油压迫机闸，通过获取内外液压油的压差的方式来获得机闸的强度，这种方式无疑较为落后，智能简单模拟机闸的受力情况，不仅需要保证不同腔体之间不能发生串压对机闸造成损害，同时模拟加载的载荷范围较小，很难满足高强度试验的需求。

于2014.07.30公开的公告号为CN203745184U的名为飞机发动机机闸强度试验的模拟加载平衡装置，该装置通过伺服油缸、环形外管、环形内管、环形活塞、拉杆、内压板及外压板的设置，实现有效模拟机闸的受力情况。但是该申请只公开了机械伺服油缸等组件部分，且没有对承载立柱、横梁等进行的优化设计，缺少对整个试验台除机械部件之外的整体把握。

发明内容

针对上述技术问题，本发明公开一种机械部件可靠可调、试验功能齐全、可实时监控报警的机闸强度试验台。

为了实现上述技术目的，采取如下具体的技术方案：

机闸强度试验台，由机械部件、液压系统、作动器组件、控制系统、测试系统和监控系统组成，所述机械部件包括承力平台、和设置在承力平台上的承载立柱以及设置在承载立柱上的承载横梁，所述作动器组件安装在承载横梁上；

所述液压系统包括为系统提供总压力油的高压油源、控制试验台液压油供油状态的液压子站、和液压子站连接的分油模块及相配管路，所述分油模块连接作动器组件；

所述控制系统包含液压控制系统和多通道加载控制系统；

所述测试系统为模块化设计，可无限扩展，支持各种信号类型的传感器接入；

所述监控系统分为视频监视子系统和现场通讯子系统，分别用于实时监视试验间和液压油泵间内设备的运行情况、实现厂房操纵间与试验间的双向有线通讯。

优选的，所述承力平台采用嵌入地面式建设，底层为钢筋砼地基，上层为若干块铸铁平台及其预埋螺栓，所述承力平台还设置有收油结构，保证试验过程平台清洁。

优选的，所述承载立柱与承载横梁连接，两者连接的位置均可调，且调节间距均为100mm。

优选的，所述承载横梁按照垂直受力方向，设计横梁截面中间为50mm厚立板，上下为30mm厚平板，焊接成工字梁结构，两侧再按设计焊接多块25mm厚长方形侧板。

优选的，所述作动器组件通过控制系统控制液压系统从而获得液压系统提供的从X、Y、Z三向对机闸的作用力，模拟机闸的受力情况。

优选的，所述液压系统的高压油源包含油泵-电机组和液压油箱，所述油泵-电机组配有卸荷及过滤阀组件，该组件由电磁球阀、高压油滤、单向阀及阀块组成，油泵的壳体回油口接总卸油管路经高压油滤回液压油箱，所述液压子站连通高压油源与分油模块，一台液压子站控制两套分油模块油路的通断，每套分油模块可连接十套作动器组件。

优选的，所述控制系统的液压控制系统可本地/远程对高压油源和/或液压子站启停、低/高压转换进行控制，通过总线连接操作台，所述液压子站均可与多通道加载控制系统进行硬件安全联锁保护，所述多通道加载控制系统包含若干个控制系统通道数，每个通道均带力反馈和位移反馈。

优选的，所述控制系统主要由远程控制机、工业以太网交换机、PLC控制器及模块、各类传感器、触摸屏组成。

优选的，所述控制系统与测试系统通讯连接，与测试系统交换数据，所述测试系统运用传感器对数据进行采集，主要实现了试验件和设备的相关测试参数测量功能。

优选的，所述监控系统的监视子系统的摄像设备设置在试验间和液压油泵间，经视频监视交换机、硬盘录像机将数据传入监视显示屏和计算机，所述现场通讯子系统包含设置在操纵间和试验间的IP对讲分机，并经通讯交换机将信号连接传至IP对讲主机、地址盒、麦克风。

本发明的有益效果为：

(1)兼顾承载立柱与承载横梁的连接位置均可调，立柱、横梁调节间距均为100mm，横梁的设计便于作动器组件安装及位置调整，满足强度要求的同时优于1mm变形要求；

(2)高压油源为系统提供总压力油，通过2台液压子站分别控制2个试验台的液压油供油状态，每台子站连接2套分油模块，每套分油模块可连接10套作动器组件；每台液压子站具有高、低压转换和高、低压无级调节及压力脉动隔离功能，可以同时满足多个独立试验任务的需要；

(3)液压系统具备低液位保护、高压保护、超温保护、油污报警等功能，能在本地触摸屏上设置旁路冷却启停方式和声光电自动报警；

(4)液压控制系统可本地/远程对高压油源启停、低/高压转换进行控制，通过总线连接操作台，实时监控油源的运行情况；实时监测并显示油源压力、温度、油污染报警状态；可本地/远程对液压子站启停、低/高压转换和快速卸载进行控制；可实现2台液压子站独立控制；每个子站均可与多通道加载控制系统进行硬件安全联锁保护；

(5)多通道加载控制系统具有良好的操作性和维修性，可同时满足静力试验、疲劳试验等多类型地面测试试验的要求；

(6)监控系统实时监视试验间和液压油泵间设备的运行情况，实现厂房操纵间与试验间的双向有线通讯，且留有一定通道余量，方便后期扩展。

附图说明

图1为本发明机闸强度试验台结构示意图；

图2为本发明单块承力平台结构示意图；

图3为本发明带安装底板的承载立柱结构示意图；

图4为本发明实施例中三种长度横梁结构示意图；

图5为本发明机闸强度试验加载示意图；

图6为本发明监控系统结构部署示意图。

1、承力平台；2、承载立柱；3、承载横梁。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明。除非特别说明，本发明实施例中采用的原料和方法为本领域常规市购的原料和常规使用的方法。

实施例1

如图1所示，机闸强度试验台，由机械部件、液压系统、作动器组件、控制系统、测试系统和监控系统组成，机械部件包括承力平台1、和设置在承力平台1上的承载立柱2以及设置在承载立柱2上的承载横梁3，作动器组件安装在承载横梁3上；液压系统包括为系统提供总压力油的高压油源、控制试验台液压油供油状态的液压子站、和液压子站连接的分油模块及相配管路，分油模块连接作动器组件；控制系统包含液压控制系统和多通道加载控制系统；测试系统为模块化设计，可无限扩展，支持各种信号类型的传感器接入；监控系统分为视频监视子系统和现场通讯子系统，分别用于实时监视试验间和液压油泵间内设备的运行情况、实现厂房操纵间与试验间的双向有线通讯。

如图2所示，承力平台1采用嵌入地面式建设，底层为钢筋砼地基，上层为若干块铸铁平台及其预埋螺栓，承力平台1由4块3m×6m×0.35m铸铁平台拼装成整体平台，总面积72㎡。承力平台1表面两对角线高度差为1mm，兼顾相邻承力平台1之间的最大安装间隙为1mm。承力平台1承载能力为250kN/㎡；在承力平台1周边布置供回油管路和测试线缆的地沟；承力平台1设置有收油结构，保证试验过程平台清洁。平台表面T型槽的槽间距为200mm，槽宽28，使用M25式T型螺栓。承力平台1与地基采用地脚螺栓固定，平台表面与地面齐平，采用整体铸造工艺，铸件需要消除内应力处理，铸件不允许有缺陷，平台非工作面进行防锈处理，承力平台1承载能力为100kN/㎡。铸铁平台的材料使用HT250铸铁；其有效厚度等于350mm，实体铸铁厚度设计为150mm，铸铁平台附带有足够数量的T型槽用螺栓和互连螺栓和相应的螺母；铸铁平台表面粗糙度不高于Ra3.2。

如图3所示为带安装底板的承载立柱2结构示意图，承载立柱2与承载横梁3连接，两者连接的位置均可调，且调节间距均为100mm。单根横梁最大承载为160kN，在160KN载荷、最大跨度安装的条件下横梁的中心部位位移为0.7125mm。按照垂直受力方向，设计横梁截面中间为50mm厚立板，上下为30mm厚平板，焊接成工字梁结构，两侧再按设计焊接多块25mm厚长方形侧板。如图4所示，根据实际使用经验，设计8根5.0m长横梁，另外考虑2根4.0m长、2根3.0m长横梁，比较实用，机闸强度试验加载示意图见图5。在工程设计时，兼顾立柱与横梁的连接位置均可调，横梁的设计便于作动器组件安装及位置调整，作动器组件通过控制系统控制液压系统从而获得液压系统提供的从X、Y、Z三向对机闸的作用力，模拟机闸的受力情况，横梁采用碳钢材料，其非工作面进行防锈处理。本实施例承载横梁3在160kN载荷下的应力为111MPa左右，小于Q235材料的屈服极限，满足强度要求，横梁的综合位移为0.7125mm，优于1mm变形要求。

本实施例提供作动器16套，列表如下：

序号	油缸规格	数量	说明
				1	5kN，±75mm，双出杆作动器(1阀位)，0.001Hz～5Hz，带保护模块	2套	低频
2	10kN，±75mm，双出杆作动器(1阀位)，0.001Hz～5Hz，带保护模块	2套	低频
				3	20kN，±75mm，双出杆作动器(1阀位)，0.001Hz～5Hz，带保护模块	2套	低频
4	30kN，±75mm，双出杆作动器(1阀位)，0.001Hz～5Hz，带保护模块	2套	低频
				5	40kN，±75mm，单出杆作动器(1阀位)，0.001Hz～5Hz，带保护模块	2套	低频
6	60kN，±75mm，双出杆作动器(1阀位)，0.001Hz～5Hz，带保护模块	2套	低频
				7	100kN，±75mm，单出杆作动器(1阀位)，0.001Hz～5Hz，带保护模块	2套	低频
8	160kN，±75mm，单出杆作动器(1阀位)，0.001Hz～5Hz，带保护模块	2套	低频
					总计	16套

液压系统主要由高压油源、液压子站2台、分油模块4套、相配管路及液压系统电气控制等组成。高压油源为系统提供总压力油，通过2台液压子站分别控制2个试验台的液压油供油状态，每台子站连接2套分油模块，每套分油模块可连接10套作动器组件。每台油泵-电机组都配有一套卸荷及过滤阀块组件，它是由电磁球阀、高压油滤、单向阀及阀块等组成，电磁球阀起卸荷作用，单向阀可以防止逆流发生，避免造成油滤及泵的损坏。泵站出油口处装有过滤精度为3μm的高压油滤，高压油滤配有压差发讯器，同时还装有蓄能器，用于消脉和稳压作用，每台油泵的壳体回油口接总卸油管路经过滤精度为10μm的油滤回液压油箱，防止回油背压高造成泵的轴封损坏，液压子站连通高压油源与分油模块，1台液压子站控制两套分油模块油路的通断。

液压油箱为不锈钢封闭常压油箱，油箱的容积大于等于系统总流量的3倍，选用2000L。油箱底部带有一定斜度的除屑装置，最低处为放油出口，这样可以使细小污染物及水分游离沉淀到最低处，利于清除，油箱分为三个区域，分别为回油区、稳流区和吸油区，经过冷却的回油通过稳流后，再经过不锈钢滤气网消除气泡后流到吸油区提供给恒压变量柱塞泵，油箱顶部设有空气滤清器和带压差发讯器的回油油滤，油箱侧面装有液位计，用于目测油箱里的液位，油箱吸油区装有温度传感器，用于给系统提供油温。压力、油温和液位能在电控柜的触摸屏上和远程的计算机显示屏上实时显示，当污染超标、油温超标、液位超标时能自动报警，液位过低、油温超限、油压超限时自动停机保护。油泵系统采用板式水冷却方式。控制油箱最高油温≤55℃，冷却器进水温度≤30℃，泵站可以长期连续的昼夜运行。

泵站有二种操作控制方式：(1)在泵房内的本地操作，即在电控柜上的按钮操作，其压力温度等参数能在电控柜上的触摸屏上实时显示；(2)远程操作，即在控制间的远程操作柜上用计算机进行操作和控制，其压力、油温、液位在计算机显示屏上实时显示，当污染超标、油温超限、液位超限能自动报警，液位过低时自动停泵以保护油源不受吸空损伤。

根据工作需要可以多台泵电机组同时工作，也可以单台泵电机组工作，泵站可以在系统带载工况下启停另一组泵。

液压子站设置在高压油源和分油模块之间，用于控制各试验台的液压油供油状态，将来自总站的液压油分成2路供给2套分油模块，并将分油模块的回油输送回油箱。子站可实现高压油源与分油模块之间油路的通断控制；对输入的液压油进行过滤，提高液压油清洁度；对各输出管路进行压力调节；为各试验台提供压力脉动隔离；具有快速卸载功能，保护试验安全。本实施例液压子站数2台，每台子站连接2套分油模块，其中一台子站的启停不能影响另一台子站的正常工作。每台液压子站(带蓄能器)具有高、低压转换和高、低压无级调节及压力脉动隔离功能，可以同时满足多个独立试验任务的需要。

控制系统的液压控制系统可本地/远程对高压油源和/或液压子站启停、低/高压转换进行控制，通过总线连接操作台，液压子站均可与多通道加载控制系统进行硬件安全联锁保护，本实施例多通道加载控制系统具有40个控制系统通道数，每个控制通道均带力反馈和位移反馈。

控制系统主要由远程控制机、工业以太网交换机、PLC控制器及模块、各类传感器、触摸屏组成。

测试系统的各模块可任意组合，单台仪器可测量振动、应变、振弦、位移、温度、索力、风速、风向、倾角、湿度、电导率、数字信号等，根据需要可随意增加通道数量，多台仪器并行工作，上千通道同步采集。测试系统主要实现试验件和设备的相关测试参数测量、参数处理、数据通讯、参数标定、通道配置、数据显示、数据记录、参数报警监测、历史数据回访、试验流程管理等功能。

控制系统与测试系统通讯连接，与测试系统交换数据，测试系统运用传感器对数据进行采集，主要实现了试验件和设备的相关测试参数测量功能。

如图6所示，监控系统的监视子系统的摄像设备设置在试验间和液压油泵间，经视频监视交换机、硬盘录像机将数据传入监视显示屏和计算机，用于实时监视试验间和液压油泵间内设备的运行情况；现场通讯子系统包含设置在操纵间和试验间的IP对讲分机，并经通讯交换机将信号连接传至IP对讲主机、地址盒、麦克风，实现厂房操纵间与试验间的双向有线通讯；具备试验台内使用扬声器进行广播的功能。监控系统中视频监视子系统和现场通讯子系统均留有一定通道余量，方便后期扩展。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.机闸强度试验台，由机械部件、液压系统、作动器组件、控制系统、测试系统和监控系统组成，其特征在于，所述机械部件包括承力平台、和设置在承力平台上的承载立柱以及设置在承载立柱上的承载横梁，所述作动器组件安装在承载横梁上；

所述液压系统包括为系统提供总压力油的高压油源、控制试验台液压油供油状态的液压子站、和液压子站连接的分油模块及相配管路，所述分油模块连接作动器组件；

所述控制系统包含液压控制系统和多通道加载控制系统；

所述测试系统为模块化设计，可无限扩展，支持各种信号类型的传感器接入；

所述监控系统分为视频监视子系统和现场通讯子系统，分别用于实时监视试验间和液压油泵间内设备的运行情况、实现厂房操纵间与试验间的双向有线通讯。

2.根据权利要求1所述的机闸强度试验台，其特征在于，所述承力平台采用嵌入地面式建设，底层为钢筋砼地基，上层为若干块铸铁平台及其预埋螺栓，所述承力平台还设置有收油结构，保证试验过程平台清洁。

3.根据权利要求1所述的机闸强度试验台，其特征在于，所述承载立柱与承载横梁连接，两者连接的位置均可调，且调节间距均为100mm。

4.根据权利要求3所述的机闸强度试验台，其特征在于，所述承载横梁按照垂直受力方向，设计横梁截面中间为50mm厚立板，上下为30mm厚平板，焊接成工字梁结构，两侧再按设计焊接多块25mm厚长方形侧板。

5.根据权利要求1所述的机闸强度试验台，其特征在于，所述作动器组件通过控制系统控制液压系统从而获得液压系统提供的从X、Y、Z三向对机闸的作用力，模拟机闸的受力情况。

6.根据权利要求1所述的机闸强度试验台，其特征在于，所述液压系统的高压油源包含油泵-电机组和液压油箱，所述油泵-电机组配有卸荷及过滤阀组件，该组件由电磁球阀、高压油滤、单向阀及阀块组成，油泵的壳体回油口接总卸油管路经高压油滤回液压油箱，所述液压子站连通高压油源与分油模块，一台液压子站控制两套分油模块油路的通断，每套分油模块可连接十套作动器组件。

7.根据权利要求1所述的机闸强度试验台，其特征在于，所述控制系统的液压控制系统可本地/远程对高压油源和/或液压子站启停、低/高压转换进行控制，通过总线连接操作台，所述液压子站均可与多通道加载控制系统进行硬件安全联锁保护，所述多通道加载控制系统包含若干个控制系统通道数，每个通道均带力反馈和位移反馈。

8.根据权利要求7所述的机闸强度试验台，其特征在于，所述控制系统主要由远程控制机、工业以太网交换机、PLC控制器及其模块、各类传感器、触摸屏组成。

9.根据权利要求8所述的机闸强度试验台，其特征在于，所述控制系统与测试系统通讯连接，与测试系统交换数据，所述测试系统运用传感器对数据进行采集，主要实现了试验件和设备的相关测试参数测量功能。

10.根据权利要求1所述的机闸强度试验台，其特征在于，所述监控系统的监视子系统的摄像设备设置在试验间和液压油泵间，经视频监视交换机、硬盘录像机将数据传入监视显示屏和计算机，所述现场通讯子系统包含设置在操纵间和试验间的IP对讲分机，并经通讯交换机将信号连接传至IP对讲主机、地址盒、麦克风。

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