CN113776771B - 一种液压尾撑系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种液压尾撑系统，包括尾撑机构、液压系统及控制系统，所述的尾撑机构包括拐臂机构和升降立柱，拐臂机构与升降立柱的上端相连，所述的拐臂机构包括α头、β1和β2拐臂和三组驱动油缸，所述的第三组驱动油缸驱动α头绕旋第三转轴转动，形成俯仰角α，模型进行俯仰角α运动；所述的第二组驱动油缸驱动β1拐臂绕着第二旋转轴转动，模型进行侧滑角β1运动；第一组驱动油缸驱动β2拐臂绕第一旋转轴转动，模型进行侧滑角β2角运动。通过β1、β2角组合运动及俯仰角α和升降立柱的组合运动使模型中心在x轴线上运动。本系统用于支撑试验模型，实现试验模型的俯仰、侧滑和升降运动，该系统承具有载能力大、定位精度高的优点。

Description

一种液压尾撑系统

技术领域

本发明属于风洞试验设备领域，具体涉及一种液压尾撑系统。

背景技术

对于截面尺寸较大的风洞，相应的试验模型尺寸也较大。故模型支撑系统承受的载荷也比较大。风洞常用尾撑支撑形式：半弯刀尾撑系统、全弯刀尾撑系统和四边形尾撑系统等。

半弯刀尾撑系统为由电机减速器驱动的小齿轮驱动大齿轮，使支撑模型的半弯刀支撑在弧形导轨上绕固定圆心运动。该系统对于小风洞非常适合，具有阻塞度小，结构简单，试验时支撑系统对模型气动力影响小等优点。但对大风洞而言，大齿轮、弧形导轨和半弯刀加工困难，加工精度难保证。

全弯刀尾撑系统为电机减速器驱动小齿轮，带动模型支撑在大齿轮上运动。该结构的阻塞度较大，在风洞中应用越来越少。

四边形尾撑系统应用四边形运动原理由电机减速器驱动主动杆实现的支撑系统。该系统阻塞度最小，实现较大范围大，主要应用在大角度要求的试验系统中。刚度为该系统的薄弱点，对于大型风洞将更难保证。

故在大风洞中建设一种承载能力大、刚强度好的新型尾撑系统是当前的紧要任务。

发明内容

基于以上不足之处，本发明的目的是提供一种液压尾撑系统，进而解决背景技术的问题。

本发明所采用的技术如下：一种液压尾撑系统，包括尾撑机构、液压系统及控制系统，其中尾撑机构用于支撑模型并执行规定的运动，液压系统为尾撑机构的运动提供动力，控制系统实现尾撑机构的运动控制和液压系统液压动力控制，所述的尾撑机构包括拐臂机构和升降立柱，升降立柱位于地坑中，拐臂机构与升降立柱的上端相连，使用时升降立柱能够将拐臂机构从地坑中提拉到风洞合适的高度，所述的拐臂机构包括α头、β1拐臂、β2拐臂和三组驱动油缸，β2拐臂的一端与升降立柱上平面垂直的第一旋转轴铰接，β1拐臂的一端与β2拐臂的另外一端上平面垂直的第二旋转轴铰接，α头的一端下面与β1拐臂的另外一端下面的第三旋转轴铰接，第一旋转轴和第二旋转轴互相平行，第三旋转轴和第二旋转轴互相垂直，第一组驱动油缸的动作端与升降立柱上端侧壁铰接，第一组驱动油缸的固定端与β2拐臂的侧面中部铰接，第二组驱动油缸的固定端也与β2拐臂的侧面中部铰接，第二组驱动油缸的动作端与β1拐臂侧面铰接，第三组驱动油缸的固定端与β1拐臂上面固定连接，第三组驱动油缸的驱动端与α头上面铰接，所述的铰链固定在β2拐臂的中部侧面，α头的另外一端与模型可拆卸固定连接。

进一步，所述的第三组驱动油缸驱动α头绕旋第三转轴转动，形成俯仰角α，模型进行俯仰角α运动；所述的第二组驱动油缸驱动β1拐臂绕着第二旋转轴转动，模型进行侧滑角β1运动；所述的第一组驱动油缸驱动β2拐臂绕第一旋转轴转动，模型进行侧滑角β2角运动。

进一步，每组油缸采用双油缸对称驱动。

进一步，每轴均采用高精度绝对编码器用于末端反馈控制，进而进行各轴角度定位。

进一步，所述的升降立柱包括升降油缸、上段、中段和下段，上段、中段和下段依次通过法兰固定连接，上段与β2拐臂铰接，中段与地坑内的竖直导轨滑动连接，下段与升降油缸连接。

进一步，各段内部均设计为网格框架结构，外表面包覆有蒙皮。

进一步，所述的上段其横截面为对称翼型。

本发明的优点及有益效果：本系统应用在大型风洞中，模型及风载较大的情况，用于支撑试验模型，实现试验模型的俯仰、侧滑和升降运动，具有4个自由度，能够承担尾撑、腹撑和背撑等试验项目。具有承载能力大、刚强度好、定位精度高的优点。

附图说明

图1为本发明的一种液压尾撑系统结构图；

图2为拐臂机构的结构图；

图3为模型的侧滑角运动图；

图4为模型的俯仰角运动图；

图5为升降立柱的结构图；

图6为升降立柱上段截面图。

具体实施方式

下面根据说明书附图举例对本发明做进一步的说明：

实施例1

如图1-2所示，一种液压尾撑系统，包括尾撑机构、液压系统及控制系统，其中尾撑机构用于支撑模型并执行规定的运动，液压系统为尾撑机构的运动提供动力，控制系统实现尾撑机构的运动控制和液压系统液压动力控制，所述的尾撑机构包括拐臂机构1-1和升降立柱2-2，升降立柱2-2位于地坑中，拐臂机构(1-1)与升降立柱2-2的上端相连，使用时升降立柱2-2能够将拐臂机构1-1从地坑中提拉到风洞合适的高度，所述的拐臂机构1-1包括α头1、β1拐臂3、β2拐臂7和三组驱动油缸，β2拐臂7的一端与升降立柱2-2上平面垂直的第一旋转轴9铰接，β1拐臂3的一端与β2拐臂7的另外一端上平面垂直的第二旋转轴4铰接，α头1的一端下面与β1拐臂3的另外一端下面的第三旋转轴2铰接，第一旋转轴9和第二旋转轴4互相平行，第三旋转轴2和第二旋转轴4互相垂直，第一组驱动油缸8的动作端与升降立柱2-2上端侧壁铰接，第一组驱动油缸8的固定端通过铰链与β2拐臂7的侧面中部铰接，第二组驱动油缸6的固定端通过铰链也与β2拐臂7的侧面中部铰接，第二组驱动油缸6的动作端与β1拐臂3侧面铰接，第三组驱动油缸5的固定端与β1拐臂3上面固定连接，第三组驱动油缸5的驱动端与α头1上面铰接，所述的铰链固定在β2拐臂7的中部侧面，α头1的另外一端与模型可拆卸固定连接。

如图3-4所示，所述的第三组驱动油缸5驱动α头1绕旋第三转轴2转动，形成俯仰角α，模型进行俯仰角α运动；所述的第二组驱动油缸6驱动β1拐臂3绕着第二旋转轴4转动，模型进行侧滑角β1运动；所述的第一组驱动油缸8驱动β2拐臂7绕第一旋转轴9转动，模型进行侧滑角β2角运动。通过β1、β2角组合运动及俯仰角α和升降立柱的组合运动使模型中心在x轴线上运动。

如图5-6所示，所述的升降立柱2-2包括升降油缸12、上段11、中段13和下段14，上段11、中段13和下段14依次通过法兰固定连接，上段11与β2拐臂7铰接，中段13与地坑内的竖直导轨15滑动连接，下段14与升降油缸12连接。各段内部均设计为网格框架结构，外表面包覆有蒙皮，这样既具有高的强度和刚度，又能尽量的降低重量，减轻液压动力负担。由于上段11大部分要进入风洞，考虑到对流场的影响，上段11的横截面为对称翼型。

为保证大载荷下油缸的稳定性和动力对称性，各运动采用双油缸对称驱动。

每轴均采用高精度绝对编码器用于末端反馈控制，进而进行各轴角度定位。

尾撑机构安装于地平以下深17.5m的地坑中，使用时，升降油缸将机构从地坑中提拉进入风洞合适的位置，停放时，机构可降至距地面约3.6m高处，地坑底部设有缓冲器，用于机构长期驻停。

液压系统：恒压变量泵在电机的驱动下，将液压油从油箱中吸出，系统升压，调整溢流阀使其调节压力高于工作压力2MPa，油液通过高压过滤器过滤，提供给伺服油缸控制系统。油泵的启停可分为手动、自动两种工作方式。手动工作方式一般为调试时使用。油源的输出最高工作压力由油泵压力调节旋钮手动调定；工作时，压力达到最高工作压力时油泵没有流量输出，从而达到节能目的，压力的波动由油泵自动调节，瞬间大流量冲击由蓄能器补充。当系统压力过高或过低时电子压力开关报警，油源控制系统自动停泵。输出油液由高压过滤器过滤，其过滤精度为5μm。回油油液由回油过滤器过滤，其过滤精度为10μm。

控制系统：

a)PLC控制系统

PLC控制系统主要用于液压站的控制以及状态监测，由西门子PLC、控制柜、接触器、软启动器组成。

b)液压冷却/加热系统

用于控制液压油油温，主要由冷却器、冷却水电动阀门、加热器等组成。

c)机构控制系统

主要由现场控制台和PAC分布式控制系统组成。现场控制台主要是提供现场机构控制的操作平台；PAC分布式控制系统位于机构悬臂和垂直机构处，主要完成机构运动功能和系统工作状态的监控；

d)远程计算机

系统的人机界面，操作人员可在其上控制整个系统和监控系统状态。

e)电源系统

为系统各单元供电，包括UPS电源、配电柜、传感器、保护单元等组成。

Claims (7)

1.一种液压尾撑系统，包括尾撑机构、液压系统及控制系统，其中尾撑机构用于支撑模型并执行俯仰、侧滑和升降运动，液压系统为尾撑机构的运动提供动力，控制系统实现尾撑机构的运动控制和液压系统液压动力控制，其特征在于：所述的尾撑机构包括拐臂机构(1-1)和升降立柱(2-2)，升降立柱(2-2)位于地坑中，拐臂机构(1-1)与升降立柱(2-2)的上端相连，使用时升降立柱(2-2)能够将拐臂机构(1-1)从地坑中提拉到风洞合适的高度，所述的拐臂机构(1-1)包括俯仰角接头(1)、第一支臂(3)、第二支臂(7)和三组驱动油缸，第二支臂(7)的一端与升降立柱(2-2)上平面垂直的第一旋转轴(9)铰接，第一支臂(3)的一端与第二支臂(7)的另外一端上平面垂直的第二旋转轴(4)铰接，俯仰角接头(1)的一端下面与第一支臂(3)的另外一端下面的第三旋转轴(2)铰接，第一旋转轴(9)和第二旋转轴(4)互相平行，第三旋转轴(2)和第二旋转轴(4)互相垂直，第一组驱动油缸(8)的动作端与升降立柱(2-2)上端侧壁铰接，第一组驱动油缸(8)的固定端与第二支臂(7)的侧面中部铰接，第二组驱动油缸(6)的固定端也与第二支臂(7)的侧面中部铰接，第二组驱动油缸(6)的动作端与第一支臂(3)侧面铰接，第三组驱动油缸(5)的固定端与第一支臂(3)上面固定连接，第三组驱动油缸(5)的驱动端与俯仰角接头(1)上面铰接，所述的铰链固定在第二支臂(7)的中部侧面，俯仰角接头(1)的另外一端与模型可拆卸固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种液压尾撑系统，其特征在于：所述的第三组驱动油缸(5)驱动俯仰角接头(1)绕旋第三转轴(2)转动，形成俯仰角α，模型进行俯仰角α运动；所述的第二组驱动油缸(6)驱动第一支臂(3)绕着第二旋转轴(4)转动，模型进行侧滑角β1运动；所述的第一组驱动油缸(8)驱动第二支臂(7)绕第一旋转轴(9)转动，模型进行侧滑角β2角运动。

3.根据权利要求2所述的一种液压尾撑系统，其特征在于：每组油缸采用双油缸对称驱动。

4.根据权利要求3所述的一种液压尾撑系统，其特征在于：每轴均采用高精度绝对编码器用于末端反馈控制，进而进行各轴角度定位。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种液压尾撑系统，其特征在于：所述的升降立柱(2-2)包括升降油缸(12)、上段(11)、中段(13)和下段(14)，上段(11)、中段(13)和下段(14)依次通过法兰固定连接，上段(11)与第二支臂(7)铰接，中段(13)与地坑内的竖直导轨(15)滑动连接，下段(14)与升降油缸(12)连接。

6.根据权利要求5所述的一种液压尾撑系统，其特征在于：各段内部均设计为网格框架结构，外表面包覆有蒙皮。

7.根据权利要求5所述的一种液压尾撑系统，其特征在于：所述的上段(11)其横截面为对称翼型。

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