CN114046297B - 一种双向伺服控制的液压增压型水锤波发生器 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种双向伺服控制的液压增压型水锤波发生器，采用增压控制腔、降压控制腔、高压工作腔的三工作腔控制结构，并应用基于电液伺服阀的闭环控制模式，实现高压峰值压力的精确控制和背压的低压精确控制，减小试验误差，提高系统响应速度，准确模拟导管在工作环境下所受的液压脉冲冲击载荷。同时本发明还对发生器活塞结构进行了轻量化设计，并在增压油路、降压油路中分别配置一个蓄压器，提高系统的动态性能，解决了现有的飞机液压导管脉冲疲劳试验装置升压速率低，背压较高、动态响应慢、水锤波形模拟不准确的问题。

Description

一种双向伺服控制的液压增压型水锤波发生器

技术领域

本发明属于航天航天用液压系统动力装置技术领域，具体地说，涉及一种双向伺服控制的液压增压型水锤波发生器。

背景技术

液压系统作为动力装置，因体积小、功率大、控制技术成熟等优点在航空、航天、机械等领域得到了广泛的应用。在航空领域，随着技术的发展，液压系统向高压化、轻量化方向发展，因此，对液压成件和管路系统的安全性、可靠性和抗冲击疲劳寿命提出了更高的要求。飞机在研制、生产，使用、后期维护过程中，需要对各种规格型号的飞机液压导管、成附件在设计工作压力下进行基于水锤波的液压脉冲疲劳试验，以研究导管材料、连接形式、加工工艺等对其连接强度、密封性及疲劳寿命的影响。

国外开展液压导管脉冲疲劳试验起步较早，技术较为成熟，其试验设备功能先进、性能稳定可靠。国内开展飞机液压导管脉冲疲劳试验起步较晚，到20世纪末，相关单位才对飞机导管液压脉冲试验理论、技术等进行系统化研究；国内飞机液压导管脉冲疲劳试验设备生产厂商的技术水平参差不齐，多采用电磁换向阀进行单向开环控制模式，试验压力低，控制精度差，也有部分厂商的设备采用液压增压器的单向控制模式，试验压力和控制精度有所提高，但背压未能实现自主控制，常常低压部分不满足试验规范要求。

综上，我们急需一种双向伺服控制的液压增压型水锤波发生器来解决上述工程问题，以确保飞机液压导管脉冲疲劳试验控制波形和试验精度满足要求，解决飞机液压导管设计验证试验和故障模拟再现试验需要。

发明内容

本发明针对现有技术的上述缺陷和需求，提出了一种双向伺服控制的液压增压型水锤波发生器，液压增压型水锤波发生器采用增压控制腔、降压控制腔、高压工作腔的三工作腔控制结构，并应用基于电液伺服阀的闭环控制模式，实现高压峰值压力的精确控制和背压的低压精确控制，减小试验误差，提高系统响应速度，准确模拟导管在工作环境下所受的液压脉冲冲击载荷。同时本发明还对发生器活塞结构进行了轻量化设计，并在增压油路、降压油路中分别配置一个蓄压器，提高系统的动态性能，解决了现有的飞机液压导管脉冲疲劳试验装置升压速率低，背压较高、动态响应慢、水锤波形模拟不准确的问题。

本发明具体实现内容如下：

本发明提出了一种双向伺服控制的液压增压型水锤波发生器，通过液压泵与油箱连接，用于对试验件输送产生的水锤波；所述液压增压型水锤波发生器包括左端盖、缸体、活塞、右端盖、电液伺服阀、伺服阀基块；

所述左端盖为竖板状结构，所述缸体为横向设置的管筒状结构，所述右端盖为类“П”状结构，且所述类“П”状结构的开口朝向左边的缸体；所述左端盖、缸体和右端盖从左向右依次对接构成一个内部带有密封腔体的一体结构；所述右端盖的类“П”状结构的内腔口径小于缸体的内腔口径；

所述活塞为一端开口一端密封的筒状结构，活塞的外筒形状与右端盖的类“П”状结构的内腔契合，且所述活塞密封的一端可伸缩地伸入到右端盖的类“П”状结构的内腔中并与右端盖形成密封的高压工作腔；

所述活塞开口的一侧与左端盖形成增压控制腔；

在所述活塞开口的一端的外侧设置有密封限位部；所述活塞通过密封限位部与缸体的内腔可活动地密封连接，且通过密封限位部与缸体和右端盖的连接处形成限位结构并构成降压控制腔；

所述伺服阀基块固定安装在所述左端盖、缸体和右端盖的上端；所述电液伺服阀设置伺服阀基块上；

在所述电液伺服阀上设置有供油接口和回油接口；

所述伺服阀基块和左端盖内设置有连通并对接构成增压油路的管路通路；所述增压油路的一端通过所述电液伺服阀上的供油接口和液压泵、油箱连接，增压油路的另一端通过左端盖连通到增压控制腔中；

所述伺服阀基块和右端盖内还设置有连通并对接构成降压油路的管路通路；所述降压油路的一端通过所述电液伺服阀上的回油接口和油箱连接，降压油路的另一端通过右端盖连通到降压控制腔中；

所述电液伺服阀上还分别设置有第一蓄压器、第二蓄压器；所述第一蓄压器连接在所述回油接口与所述油箱之间；所述第二蓄压器连接在所述供油接口和液压泵之间；

所述右端盖的右端面上设置有用于与试验件连通的工作腔输出接口。

为了更好地实现本发明，进一步地，还包括排气堵头；所述右端盖上设置有将高压工作腔与外界连通的排气孔，所述排气堵头可拆卸地安装在排气孔上。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述排气堵头与所述排气孔通过螺纹配合，形成可拆卸的密封连接结构。

为了更好地实现本发明，进一步地，还包括连接拉杆；在所述左端盖、缸体和右端盖上设置对应的螺纹通孔，所述连接拉杆穿过螺纹通孔形成将左端盖、缸体和右端盖固定连接为一体的结构。

为了更好地实现本发明，进一步地，还包括电磁换向阀；所述电磁换向阀设置在所述增压油路上。

为了更好地实现本发明，进一步地，还包括单向阀，所述单向阀设置在所述电液伺服阀和液压泵之间。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述左端盖右侧与缸体连接处设置有密封件；所述右端盖的左侧与缸体连接处安装有密封件。

本发明与现有技术相比具有以下优点及有益效果：

提出了一种双向伺服控制的液压增压型水锤波发生器，采用增压控制腔、降压控制腔、高压工作腔的三工作腔控制结构，并应用基于电液伺服阀的闭环控制模式，实现高压峰值压力的精确控制和背压的低压精确控制，减小试验误差，提高系统响应速度，准确模拟导管在工作环境下所受的液压脉冲冲击载荷。同时本发明还对发生器活塞结构进行了轻量化设计，并在增压油路、降压油路中分别配置一个蓄压器，提高系统的动态性能，解决了现有的飞机液压导管脉冲疲劳试验装置升压速率低，背压较高、动态响应慢、水锤波形模拟不准确的问题。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的左视图；

图3为图1的增压工作状态图；

图4为图1的降压工作状态图；

图5为本发明的液压控制原理图；

图6为本发明的实施例的液压连接线路图。

图中，1、左端盖，2、缸体，3、活塞，4、右端盖，5、排气堵头，6、第一蓄压器，7、第二蓄压器，8、电液伺服阀，9、 伺服阀基块，10、电磁换向阀，11、增压油路，12、增压控制腔，13、降压控制腔，14、高压工作腔，15、工作腔输出接口，16、排气孔，17、降压油路，18、连接拉杆，19、供油接口，20、回油接口，21、单向阀，22、液压泵，23、油箱，24、试验件。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术工作人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；也可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

本实施例提出了一种双向伺服控制的液压增压型水锤波发生器，通过液压泵22与油箱23连接，用于对试验件24输送产生的水锤波；如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，所述液压增压型水锤波发生器包括左端盖1、缸体2、活塞3、右端盖4、电液伺服阀8、伺服阀基块9；

所述左端盖1为竖板状结构，所述缸体2为横向设置的管筒状结构，所述右端盖4为类“П”状结构，且所述类“П”状结构的开口朝向左边的缸体2；所述左端盖1、缸体2和右端盖4从左向右依次对接构成一个内部带有密封腔体的一体结构；所述右端盖4的类“П”状结构的内腔口径小于缸体2的内腔口径；

所述活塞3为一端开口一端密封的筒状结构，活塞3的外筒形状与右端盖4的类“П”状结构的内腔契合，且所述活塞3密封的一端可伸缩地伸入到右端盖4的类“П”状结构的内腔中并与右端盖4形成密封的高压工作腔14；

所述活塞3开口的一侧与左端盖1形成增压控制腔12；

在所述活塞3开口的一端的外侧设置有密封限位部；所述活塞3通过密封限位部与缸体2的内腔可活动地密封连接，且通过密封限位部与缸体2和右端盖4的连接处形成限位结构并构成降压控制腔13；

所述伺服阀基块9固定安装在所述左端盖1、缸体2和右端盖4的上端；所述电液伺服阀8设置伺服阀基块9上；

在所述电液伺服阀8上设置有供油接口19和回油接口20；

所述伺服阀基块9和左端盖1内设置有连通并对接构成增压油路11的管路通路；所述增压油路11的一端通过所述电液伺服阀8上的供油接口19和液压泵22、油箱23连接，增压油路11的另一端通过左端盖1连通到增压控制腔12中；

所述伺服阀基块9和右端盖4内还设置有连通并对接构成降压油路17的管路通路；所述降压油路17的一端通过所述电液伺服阀8上的回油接口20和油箱23连接，降压油路17的另一端通过右端盖4连通到降压控制腔13中；

所述电液伺服阀8上还分别设置有第一蓄压器6、第二蓄压器7；所述第一蓄压器6连接在所述回油接口20与所述油箱23之间；所述第二蓄压器7连接在所述供油接口19和液压泵22之间；

所述右端盖4的右端面上设置有用于与试验件24连通的工作腔输出接口15。

工作原理：电液伺服阀8通过4颗T型螺栓安装固定在伺服阀基块9上； 伺服阀基块9通过8颗T型螺栓安装固定在左端盖1和右端盖4上；电磁换向阀10通过4颗T型螺栓安装固定在左端盖1上；第一蓄压器6通过螺纹孔安装在伺服阀基块9上，与降压油路17相通；第二蓄压器7通过螺纹孔安装在伺服阀基块9上，与增压油路11相通；排气堵头5安装在右端盖4上的排气孔16上，通过螺纹配合，形成密封。

其中，左端盖1、缸体2和活塞3之间构成增压控制腔12；活塞3、缸体2与右端盖4之间构成降压控制腔13；活塞3与右端盖4之间构成高压工作腔14。

增压油路11由伺服阀基块9左侧油路、左端盖1内油路和电磁换向阀10油路构成，连通电液伺服阀8与增压控制腔12；

降压油路17由伺服阀基块9右侧油路、右端盖4上部油路构成，连通电液伺服阀8与降压控制腔14；

本发明工作时，先连接单向阀21、液压泵22、油箱23和试验件24。

如图1、图2、图3、图5、图6所示，为本发明的增压过程：来自液压泵22的高压液压油通过单向阀21和供油接口19，经电液伺服阀8、增压油路11、电磁换向阀10进入增压控制腔12；降压控制腔13中的油液通过降压油路17、电液伺服阀8，经回油接口20回流进入油箱；高压工作腔14中的油液通过工作腔输出接口15与试验件24连通，输出高压油。

如图1、图2、图4、图5、图6所示，为本发明的降压过程：来自液压泵22的高压液压油通过单向阀21和供油接口19，经电液伺服阀8、降压油路17进入降压控制腔13；增压控制腔12中的油液通过电磁换向阀10、增压油路11、电液伺服阀8，经回油接口20回流进入油箱；高压工作腔14中的油液通过工作腔输出接口15与试验件24连通，输出低压油。

实施例2：

本实施例在上述实施例1的基础上，为了更好地实现本发明，进一步地，如图1、图3、图4所示，还包括排气堵头5；所述右端盖4上设置有将高压工作腔14与外界连通的排气孔16，所述排气堵头5可拆卸地安装在排气孔16上。

工作原理：通过排气孔16可以对高压工作腔14进行手动的排气放气，也可以通过排气孔16反向对高压工作腔14进行加压。

本实施例的其他部分与上述实施例1相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例在上述实施例1-2任一项的基础上，为了保证增压控制腔12、降压控制腔13和高压工作腔14的密封性能，左端盖1右侧外沿安装密封件，活塞3左侧外沿安装密封圈与缸体2内壁保持密封滑动配合，右端盖4左端外沿安装密封件，与缸体2内壁保持密封滑动配合，同时活塞3右侧外沿与右端盖4内壁保持一段密封滑动配合，保证了活塞3移动平稳和密封可靠。为了安全可靠，左端盖1开有八个螺纹通孔，右端盖4上对应位置开有八个通孔，左端盖1、右端盖4和缸体2通过8根连接拉杆18连接固定成一体，保证左端盖1、缸体2及右端盖4之间的紧密配合。

本实施例的其他部分与上述实施例1-2任一项相同，故不再赘述。

实施例4：

本实施例在上述实施例1-3任一项的基础上，通过控制电液伺服阀8来控制增压控制腔12和降压控制腔13的进油和回油，从而精确控制活塞两侧的增压控制腔12和降压控制腔13的压力差，通过一定增压比传递压力，实现对高压工作腔14油压压力的精确控制。试验前，将试验件连接到工作腔输出接口15，打开排气堵头5，通过试验件24向高压工作腔14注油，并排尽试验件24和高压工作腔14内空气，同时使活塞3运动到最左侧的左端盖1处，然后拧紧排气堵头5和试验件24堵帽。在液压导管脉冲试验高压加载阶段，通过控制电液伺服阀8、电磁换向阀10，使高压液压油通过供油接口29，经电液伺服阀8、增压油路11、电磁换向阀10进入增压控制腔12；降压控制腔13中的油液通过降压油路17、电液伺服阀8，经回油接口20回流进入油箱23，工作过程中，增压控制腔12内油液不断增加，压力上升，推动活塞3向右端盖4方向运动，高压工作腔14体积缩小，压力上升，输出高压油，实现脉冲峰值压力的精确控制。在液压导管脉冲试验降压加载阶段，通过控制电液伺服阀8，切换油液流向，使高压液压油通过供油接口19，经电液伺服阀8、降压油路17进入降压控制腔13；高压控制腔14中的油液通过电磁换向阀8、增压油路11、电液伺服阀8，经回油接口20进入油箱23；工作过程中，降压控制腔13内油液不断增加，压力上升，推动活塞3向左端盖1方向运动，高压工作腔14体积增大，压力下降，输出低压油，实现降压和背压的精确控制。

本实施例的其他部分与上述实施例1-3任一项相同，故不再赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种双向伺服控制的液压增压型水锤波发生器，通过液压泵（22）与油箱（23）连接，用于对试验件（24）输送产生的水锤波；其特征在于，包括左端盖（1）、缸体（2）、活塞（3）、右端盖（4）、电液伺服阀（8）、伺服阀基块（9）；

所述左端盖（1）为竖板状结构，所述缸体（2）为横向设置的管筒状结构，所述右端盖（4）为类“П”状结构，且所述类“П”状结构的开口朝向左边的缸体（2）；所述左端盖（1）、缸体（2）和右端盖（4）从左向右依次对接构成一个内部带有密封腔体的一体结构；所述右端盖（4）的类“П”状结构的内腔口径小于缸体（2）的内腔口径；

所述活塞（3）为一端开口一端密封的筒状结构，活塞（3）的外筒形状与右端盖（4）的类“П”状结构的内腔契合，且所述活塞（3）密封的一端可伸缩地伸入到右端盖（4）的类“П”状结构的内腔中并与右端盖（4）形成密封的高压工作腔（14）；

所述活塞（3）开口的一侧与左端盖（1）形成增压控制腔（12）；

在所述活塞（3）开口的一端的外侧设置有密封限位部；所述活塞（3）通过密封限位部与缸体（2）的内腔可活动地密封连接，且通过密封限位部与缸体（2）和右端盖（4）的连接处形成限位结构并构成降压控制腔（13）；

所述伺服阀基块（9）固定安装在所述左端盖（1）、缸体（2）和右端盖（4）的上端；所述电液伺服阀（8）设置伺服阀基块（9）上；

在所述电液伺服阀（8）上设置有供油接口（19）和回油接口（20）；

所述伺服阀基块（9）和左端盖（1）内设置有连通并对接构成增压油路（11）的管路通路；所述增压油路（11）的一端通过所述电液伺服阀（8）上的供油接口（19）和液压泵（22）、油箱（23）连接，增压油路（11）的另一端通过左端盖（1）连通到增压控制腔（12）中；

所述伺服阀基块（9）和右端盖（4）内还设置有连通并对接构成降压油路（17）的管路通路；所述降压油路（17）的一端通过所述电液伺服阀（8）上的回油接口（20）和油箱（23）连接，降压油路（17）的另一端通过右端盖（4）连通到降压控制腔（13）中；

所述电液伺服阀（8）上还分别设置有第一蓄压器（6）、第二蓄压器（7）；所述第一蓄压器（6）连接在所述回油接口（20）与所述油箱（23）之间；所述第二蓄压器（7）连接在所述供油接口（19）和液压泵（22）之间；

所述右端盖（4）的右端面上设置有用于与试验件（24）连通的工作腔输出接口（15）。

2.如权利要求1所述的一种双向伺服控制的液压增压型水锤波发生器，其特征在于，还包括排气堵头（5）；所述右端盖（4）上设置有将高压工作腔（14）与外界连通的排气孔（16），所述排气堵头（5）可拆卸地安装在排气孔（16）上。

3.如权利要求2所述的一种双向伺服控制的液压增压型水锤波发生器，其特征在于，所述排气堵头（5）与所述排气孔（16）通过螺纹配合，形成可拆卸的密封连接结构。

4.如权利要求1所述的一种双向伺服控制的液压增压型水锤波发生器，其特征在于，还包括连接拉杆（18）；在所述左端盖（1）、缸体（2）和右端盖（4）上设置对应的螺纹通孔，所述连接拉杆（18）穿过螺纹通孔形成将左端盖（1）、缸体（2）和右端盖（4）固定连接为一体的结构。

5.如权利要求1所述的一种双向伺服控制的液压增压型水锤波发生器，其特征在于，还包括电磁换向阀（10）；所述电磁换向阀（10）设置在所述增压油路（11）上。

6.如权利要求1所述的一种双向伺服控制的液压增压型水锤波发生器，其特征在于，还包括单向阀（21），所述单向阀（21）设置在所述电液伺服阀（8）和液压泵（22）之间。

7.如权利要求1所述的一种双向伺服控制的液压增压型水锤波发生器，其特征在于，所述左端盖（1）右侧与缸体（2）连接处设置有密封件；所述右端盖（4）的左侧与缸体（2）连接处安装有密封件。

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