CN114354159A - 一种自动调节的被动液压加载寿命试验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于液压传动与控制技术，公开了一种自动调节的被动液压加载寿命试验系统，包括加载液压缸、铰接块、气液转换装置组和泵系统，加载液压缸左右两侧的油箱分别与泵系统和气液转换装置组连接，加载液压缸的伸出杆通过铰接块连接被试产品；加载液压缸在气液转换装置组的控制下其伸出杆往复运动；泵系统用于调节气液转换装置组的加载刚度。本发明使用气液转换装置实现液压被动加载，加载液压缸的油液被压入蓄压器，压缩蓄压器内的空气改变蓄压器内的压力值，从而改变加载力的大小。这种被动加载方式不需要额外的能量输入，具有显著的节能效应，本发明适合于大功率作动器的加载寿命试验，特别是寿命试验过程中需要对加载刚度进行调节的应用场合。
Description
技术领域
本发明属于液压传动与控制技术，涉及一种采用被动液压加载的寿命试验系统，具体涉及一种自动调节的被动液压加载寿命试验系统。
背景技术
大型液压加载寿命试验系统是国民生产中的一种重要设备，广泛用于航空作动器的寿命试验，在航空作动器的寿命试验过程中，需要施加一个与作动器位置成比例的加载力，用于模拟航空作动器在工作过程中受到的气动力；同时在试验的不同阶段需要改变加载力与被试产品位置之间的比例系数，即加载刚度，用于模拟不同飞行阶段的情况。
目前，几乎所有的大型加载寿命试验系统均通过液压加载实现，而液压加载主要有以下两种方式：主动加载与被动加载。其中，主动加载通过伺服阀控制加载液压缸两腔的压力，进而控制加载液压缸的输出力，主动加载可以实现任意加载曲线的加载，主动加载寿命试验系统的缺点主要为：
1、系统价格较高且维护复杂，主动加载系统采用伺服阀进行加载力控制，一台大流量伺服成本可达几十万元甚至一百万元，同时伺服阀对加载系统油液清洁度要求很高，油液污染后容易出现故障及异常情况，出现异常后往往需要经过特殊培训的工程师才能维修，维护比较复杂。
2、系统运行时需要消耗大量电能，目前一套主动加载试验系统功率一般为十多千瓦，而寿命试验往往需要持续数月时间，试验过程中会消耗大量的能源；同时，随着加载功率越来越大，寿命试验系统往往还需要配置专门的冷却系统避免系统温度过高，这些辅助设施进一步增加了系统的能耗。
介于上述问题，目前的加载寿命试验系统往往采用被动形式的加载方法，应用较多的被动加载方法有弹簧加载与液压阻尼加载。弹簧加载使用弹簧产生加载力，一般只用于所需加载力较小的情况；液压阻尼加载利用液压节流效应加载，即将加载液压缸两腔通过节流阀连接，当加载液压缸被试验产品带动运动时，油液从加载液压缸一腔通过节流阀流向另一腔，由于节流阀的节流效应，在加载液压缸两腔产生压差，形成加载力。这种加载方法通过节流效应进行加载，产生的加载力与加载液压缸速度相关，并非与位置相关，不符合被试产品的实际情况；同时这种加载方法难以满足加载试验过程中需要对加载刚度进行调节的要求。
发明内容
为了解决上述问题，克服上述提到的现有液压主动加载寿命试验系统使用及维护成本高、使用过程中能耗大以及被动加载寿命试验系统加载力与位置不关联、难以在试验过程中对加载刚度进行调节的缺点，本发明的目的在于提供一种自动调节的被动液压加载寿命试验系统，它采用被动加载的原理，系统成本低、维护性好，试验过程中能耗低，同时能够实现与加载位置成比例的加载力输出并在试验过程中自动调节加载刚度。
本发明所采用的技术方案是：
一种自动调节的被动液压加载寿命试验系统，包括加载液压缸、铰接块、气液转换装置组和泵系统，加载液压缸左右两侧的油箱分别与泵系统和气液转换装置组连接，加载液压缸的伸出杆通过铰接块连接被试产品；加载液压缸在气液转换装置组的控制下其伸出杆往复运动；泵系统用于调节气液转换装置组的加载刚度。
进一步的，气液转换装置组包括至少两个气液转换装置，至少一个气液转换装置连接加载液压缸的左油腔，至少一个气液转换装置连接加载液压缸的右油腔。
进一步的，泵系统包括油箱、伺服电机、液压泵、单向阀、第一两位两通液压开关阀和第二两位两通液压开关阀，伺服电机连接并控制液压泵，液压泵的进油口连接油箱，液压泵的出油口通过单向阀和第一两位两通液压开关阀连接加载液压缸的左油腔或右油腔，加载液压缸的另一个油腔通过第二两位两通液压开关阀连接油箱和液压泵的进油口。
进一步的，加载液压缸的左油腔与右油腔之间在外部的管路上通过节流阀连接。
进一步的，还包括控制器，控制器连接加载液压缸伸出杆上安装的各类传感器并收集其数据，控制器连接并控制第一两位两通液压开关阀、第二两位两通液压开关阀、伺服电机和气液转换装置组，控制器通过控制上述结构按需调节加载液压缸的加载刚度。
进一步的，气液转换装置包括进气阀、蓄能器和液压开关阀，蓄能器是一端为气腔、另一端为油腔、中间通过活动结构隔开的装置，蓄能器的气腔通过进气阀连接高压气源，蓄能器的油腔通过液压开关阀连接加载液压缸的油腔；控制器连接并控制进气阀和液压开关阀。
进一步的，气液转换装置组包括第一气液转换装置、第二气液转换装置、第三气液转换装置和第四气液转换装置，其中，第一气液转换装置和第二气液转换装置并联后连接加载液压缸的左油腔，第三气液转换装置和第四气液转换装置并联后连接加载液压缸的右油腔。
进一步的，加载液压缸伸出杆上安装的传感器包括位置传感器和力传感器。
进一步的，控制器是西门子S7-300系列PLC控制器，其型号为315-2DP。
与背景技术相比，本发明具有的有益效果是：
1、使用气液转换装置实现液压被动加载，试验时加载液压缸被被试产品拖动，加载液压缸的油液被压入蓄压器，压缩蓄压器内的空气改变蓄压器内的压力值，从而改变加载力的大小。这种被动加载方式不需要额外的能量输入，具有显著的节能效应，以常规10kW加载系统为例，一次寿命试验需要进行5000h，则一次寿命试验可节约能源50000kW·h。
2、本加载系统中气液转换装置可以通过三位四通气压换向阀自动调节蓄压器充气压力的大小，同时通过两位两通液压开关阀改变与加载缸相连接的气液转换装置数量，因此可以实现加载刚度的自动调节，可满足寿命试验不同阶段对加载力有不同要求的使用场景。
3、通过控制器自动调节，本加载系统可根据预设的不同加载阶段自动调节所需的加载刚度，同时通过传感器自动记录加载位移、加载力等试验数据，具有很高的自动化程度。
4、本发明适合于大功率作动器的加载寿命试验，特别是寿命试验过程中需要对加载刚度进行调节的应用场合。
附图说明
图1是本发明的系统原理图；
图2是本发明中气液转换装置原理图；
图中：1、油箱，2、伺服电机，3、液压泵，4、单向阀，5-1、5-2、两位两通液压开关阀，6、节流阀，7-1、第一气液转换装置，7-2、第二气液转换装置，7-3、第三气液转换装置，7-4、第四气液转换装置，8、加载液压缸，9、位置传感器，10、力传感器，11、铰接块，12、被试产品，13、控制器。
具体实施方案
本部分是本发明的实施例，用于解释和说明本发明的技术方案。
一种自动调节的被动液压加载寿命试验系统，包括加载液压缸8、铰接块11、气液转换装置组7和泵系统，加载液压缸8左右两侧的油箱分别与泵系统和气液转换装置组7连接，加载液压缸8的伸出杆通过铰接块11连接被试产品12；加载液压缸8在气液转换装置组7的控制下其伸出杆往复运动；泵系统用于调节气液转换装置组7的加载刚度。
气液转换装置组7包括至少两个气液转换装置，至少一个气液转换装置连接加载液压缸8的左油腔，至少一个气液转换装置连接加载液压缸8的右油腔。
泵系统包括油箱1、伺服电机2、液压泵3、单向阀4、第一两位两通液压开关阀5-1和第二两位两通液压开关阀5-2，伺服电机2连接并控制液压泵3，液压泵3的进油口连接油箱1，液压泵3的出油口通过单向阀4和第一两位两通液压开关阀5-1连接加载液压缸8的左油腔或右油腔，加载液压缸8的另一个油腔通过第二两位两通液压开关阀5-2连接油箱1和液压泵3的进油口。
加载液压缸8的左油腔与右油腔之间在外部的管路上通过节流阀6连接。
还包括控制器13，控制器13连接加载液压缸8伸出杆上安装的各类传感器并收集其数据，控制器13连接并控制第一两位两通液压开关阀5-1、第二两位两通液压开关阀5-2、伺服电机2和气液转换装置组7，控制器13通过控制上述结构按需调节加载液压缸8的加载刚度。
气液转换装置包括进气阀、蓄能器和液压开关阀，蓄能器是一端为气腔、另一端为油腔、中间通过活动结构隔开的装置，蓄能器的气腔通过进气阀连接高压气源，蓄能器的油腔通过液压开关阀连接加载液压缸8的油腔；控制器13连接并控制进气阀和液压开关阀。
气液转换装置组7包括第一气液转换装置7-1、第二气液转换装置7-2、第三气液转换装置7-3和第四气液转换装置7-4，其中，第一气液转换装置7-1和第二气液转换装置7-2并联后连接加载液压缸8的左油腔，第三气液转换装置7-3和第四气液转换装置7-4并联后连接加载液压缸8的右油腔。
加载液压缸8伸出杆上安装的传感器包括位置传感器9和力传感器10。
控制器13是西门子S7-300系列PLC控制器，其型号为315-2DP。
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
如图1所示，包括油箱1，伺服电机2，液压泵3，单向阀4，两个两位两通液压开关阀，节流阀6，四套气液转换装置，加载液压缸8，位置传感器9，力传感器10，铰接块11，被试产品12，控制器13；
伺服电机2与液压泵3相连，液压泵3的进出油口分别与油箱1以及单向阀4相连，单向阀4的另一端与两位两通液压开关阀5-1的b口相连，第一两位两通液压开关阀5-1的a口与加载液压缸8的左油腔相连，加载液压缸8的右油腔与两位两通液压开关阀5-2的a口相连，第二两位两通液压开关阀5-2的b口与油箱1相连，节流阀6跨接在加载液压缸8的左右油腔，加载液压缸8的左油腔与第一气液转换装置7-1和第二气液转换装置7-2相连，加载液压缸8的右油腔与第三气液转换装置7-3和第四气液转换装置7-4相连；位置传感器9、力传感器10安装在加载液压缸8的伸出杆上，加载液压缸8的伸出杆通过铰接块11与被试产品12相连；控制器13分别与伺服电机2、两个两位两通液压开关阀、四套气液转换装置、位置传感器9和力传感器10电连接。
当进行试验前，打开节流阀6，控制器输出指令使第一两位两通液压开关阀5-1工作在左位，第二两位两通液压开关阀5-2工作在右位，启动伺服电机2，液压泵3输出液压油，液压油一路进入第一气液转换装置7-1和第二气液转换装置7-2，另一路通过节流阀6进入第三气液转换装置7-3和第四气液转换装置7-4。进行试验时，关闭节流阀6，控制器输出指令使第一两位两通液压开关阀5-1工作在右位，第二两位两通液压开关阀5-2工作在右位，关闭伺服电机2；此时加载液压缸8左腔与第一气液转换装置7-1和第二气液转换装置7-2相连，加载液压缸8右腔与第三气液转换装置7-3和第四气液转换装置7-4连。当被试产品拖动加载液压缸右移时，第一气液转换装置7-1和第二气液转换装置7-2中的油液流入加载液压缸8左腔，第一气液转换装置7-1和第二气液转换装置7-2的蓄压器中的油液变少，气腔体积变大，气体膨胀压力降低，同时加载液压缸8右腔油液流入第三气液转换装置7-3和第四气液转换装置7-4，第三气液转换装置7-3和第四气液转换装置7-4的蓄压器中的油液变多，气腔体积变小，气体压缩压力升高，因此加载作动筒8右腔压力高于左腔压力，加载作动筒输出向左的加载力。当被试产品拖动加载液压缸左移时的情况与被试产品拖动加载液压缸右移时的情况刚好相反。
如图2所示，气液转换装置包括两位两通液压开关阀、蓄能器、三位四通气压换向阀和放气口；三位四通气压换向阀的p口与系统外部的高压气源连接，三位四通气压换向阀的t口通过放气口与大气相连，三位四通气压换向阀的a口被堵死，三位四通气压换向阀的b口与蓄能器的气腔相连，蓄能器的油腔与两位两通液压开关阀相连，两位两通液压开关阀的另一端与加载液压缸8相连；两位两通液压开关阀，三位四通气压换向阀与控制器13电连接。通过理论分析可知，加载系统的加载刚度与气液转换装置的充气压力相关，当充气压力变高时，系统的加载刚度也随之变大；当充气压力变低时，系统的加载刚度也随之变小，因此当需要增大系统加载刚度时，控制器控制三位四通气压换向阀工作在右位，蓄能器的气腔与外部气源相连，外部气源通过三位四通气压换向阀向蓄压器的气腔充气，提高蓄压器的充气压力；当需要减小系统加载刚度时，控制器控制三位四通气压换向阀工作在左位，蓄能器的气腔与放气口相连，蓄压器通过放气口进行放气，降低蓄压器的充气压力。
所述控制器13，选用西门子S7-300系列PLC控制器，其型号为315-2DP。试验过程中控制器13采集位置传感器9与力传感器10的信号，结合试验控制曲线，自动计算出气液转换装置所需的充气压力，进而通过调节三位四通气压换向阀调节蓄压器的充气压力，实现对加载刚度的自动控制。另外，控制器13还可以自动跟踪不同试验阶段设定的加载刚度曲线并对试验数据进行自动记录。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种自动调节的被动液压加载寿命试验系统，其特征在于，包括加载液压缸(8)、铰接块(11)、气液转换装置组(7)和泵系统，加载液压缸(8)左右两侧的油箱分别与泵系统和气液转换装置组(7)连接，加载液压缸(8)的伸出杆通过铰接块(11)连接被试产品(12)；加载液压缸(8)在气液转换装置组(7)的控制下其伸出杆往复运动；泵系统用于调节气液转换装置组(7)的加载刚度。
2.根据权利要求1所述的一种自动调节的被动液压加载寿命试验系统，其特征在于，气液转换装置组(7)包括至少两个气液转换装置，至少一个气液转换装置连接加载液压缸(8)的左油腔，至少一个气液转换装置连接加载液压缸(8)的右油腔。
3.根据权利要求2所述的一种自动调节的被动液压加载寿命试验系统，其特征在于，气液转换装置组(7)包括第一气液转换装置(7-1)、第二气液转换装置(7-2)、第三气液转换装置(7-3)和第四气液转换装置(7-4)，其中，第一气液转换装置(7-1)和第二气液转换装置(7-2)并联后连接加载液压缸(8)的左油腔，第三气液转换装置(7-3)和第四气液转换装置(7-4)并联后连接加载液压缸(8)的右油腔。
4.根据权利要求2所述的一种自动调节的被动液压加载寿命试验系统，其特征在于，泵系统包括油箱(1)、伺服电机(2)、液压泵(3)、单向阀(4)、第一两位两通液压开关阀(5-1)和第二两位两通液压开关阀(5-2)，伺服电机(2)连接并控制液压泵(3)，液压泵(3)的进油口连接油箱(1)，液压泵(3)的出油口通过单向阀(4)和第一两位两通液压开关阀(5-1)连接加载液压缸(8)的左油腔或右油腔，加载液压缸(8)的另一个油腔通过第二两位两通液压开关阀(5-2)连接油箱(1)和液压泵(3)的进油口。
5.根据权利要求4所述的一种自动调节的被动液压加载寿命试验系统，其特征在于，还包括控制器(13)，控制器(13)连接加载液压缸(8)伸出杆上安装的各类传感器并收集其数据，控制器(13)连接并控制第一两位两通液压开关阀(5-1)、第二两位两通液压开关阀(5-2)、伺服电机(2)和气液转换装置组(7)，控制器(13)通过控制上述结构按需调节加载液压缸(8)的加载刚度。
6.根据权利要求5所述的一种自动调节的被动液压加载寿命试验系统，其特征在于，气液转换装置包括进气阀、蓄能器和液压开关阀，蓄能器是一端为气腔、另一端为油腔、中间通过活动结构隔开的装置，蓄能器的气腔通过进气阀连接高压气源，蓄能器的油腔通过液压开关阀连接加载液压缸(8)的油腔；控制器(13)连接并控制进气阀和液压开关阀。
7.根据权利要求5所述的一种自动调节的被动液压加载寿命试验系统，其特征在于，加载液压缸(8)伸出杆上安装的传感器包括位置传感器(9)和力传感器(10)。
8.根据权利要求5所述的一种自动调节的被动液压加载寿命试验系统，其特征在于，控制器(13)是西门子S7-300系列PLC控制器，其型号为315-2DP。
9.根据权利要求1所述的一种自动调节的被动液压加载寿命试验系统，其特征在于，加载液压缸(8)的左油腔与右油腔之间在外部的管路上通过节流阀(6)连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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