CN115059662A - 一种进口导叶电液伺服系统非线性摩擦阻力模拟测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于燃气轮机进口导叶自动控制领域，公开了一种进口导叶电液伺服系统非线性摩擦阻力模拟测试装置，伺服液压装置横卧固定安装于支座，支座与底座通过螺栓固定连接，电液伺服系统安装在伺服液压装置一侧；伺服液压装置用于为测试装置提供动力；沙箱单元平行活塞杆固定安装于伺服液压杆缸右侧，沙箱单元上方设有可调盖板，可调盖板与角度调节器固定连接，沙箱单元右侧装有测试装置，测试装置由直线电缸提供动力。本发明装置及方法能根据沙箱中不同颗粒介质填入及压缩程度模拟伺服液压缸工作时受到非线性阻尼，利用于测试电液伺服系统及伺服液压缸是否正常运行及各阻尼下运行状态，模拟真实工况进行电液伺服系统服役性能及参数校准。
Description
技术领域
本发明属于燃气轮机进口导叶自动控制领域，尤其涉及一种进口导叶电液伺服系统非线性摩擦阻力模拟测试装置及方法。
背景技术
压气机IGV系统是一种调节压气机进气量和进气方向的装置，主要在燃气轮机启停过程以及机组低速运行时，防止喘振的发生。当燃气轮机用于联合循环时，合适的IGV开度能够维持较高的燃气透平排气温度，从而获得较高的联合循环效率。目前，IGV系统实际使用中，叶片转动是由电液伺服系统的活塞杆推动传动机构实现的，受系统安装尺寸的影响，动力源单一且传动机构相对比较复杂。当传动机构各铰链处处于非完全润滑状态时，往往会产生非线性的摩擦力，增大了电液伺服系统控制的难度。因此，设计一个模拟测试装置，验证及优化电液伺服系统的控制精度是十分有必要的。
目前，针对不同领域不同要求下有一些模拟装置及测试方法。如专利申请号为CN201710411540.2的发明专利公开了一种多场耦合作用下转子非线性动力学特性模拟实验装置，针对微型燃气轮机及高速永磁电机转子轴系的结构特点,提供一种多场耦合作用下转子非线性动力学特性模拟实验装置,对转子在气体轴承支承作用下、气-弹耦合作用下、多种激励力作用下、多变机动状态下的转子非线性动力学特性的模拟,从而为微型燃气轮机及高速永磁电机转子系统动力学仿真计算提供实验参考依据。如专利申请号为CN202010132568.4的发明专利公开了一种模拟非线性风速检测机翼升力装置，对于飞机升空的原理研究，实验室施加的风速往往是线性变化，但在在现实中的风力场中,风速的变化往往不是线性变化的,风速的变化存在陡变的情况，针对这一情况提供了一种模拟非线性风速检测机翼升力装置，从而能在实验室条件下对非线性风速条件下进行机翼升力的研究用以对实际生活进行指导研究。如专利申请号为CN202010132568.4的发明专利公开了一种可调阻尼汽车弹簧多路况模拟装置，通过多路况模拟机构作用可使丰富空气悬挂的展示效果,能够模拟多种工况下空气悬挂应该产生的震动,能够直观的看到空气悬挂内部的结构变化,便于研究空气悬挂的工作原理。如专利申请号为CN202110870506.8的发明专利公开了一种涡轮机阻尼叶片整圈振动特性及阻尼特性模拟实验装置,可由此解决现有技术存在难以对涡轮机阻尼叶片整圈振动特性及阻尼特性进行模拟、实验费用高、操作过程复杂的问题。
以上测试装置及方法针对各自领域不同要求下进行非线性阻力的模拟测试，目前并没有针对为进口导叶系统提供动力及控制方法的伺服液压缸及电液伺服系统提供非线性阻尼模拟测试的装置及方法。进口导叶系统实际运行过程中，叶片转动是由电液伺服系统的活塞杆推动传动机构实现的，受系统安装尺寸的影响，动力源单一且传动机构相对比较复杂。当传动机构各铰链处处于非完全润滑状态时，往往会产生非线性的摩擦力，增大了电液伺服系统控制的难度。
发明内容
本发明目的在于提供一种进口导叶电液伺服系统非线性摩擦阻力模拟测试装置及方法,以解决上述的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明的一种进口导叶电液伺服系统非线性摩擦阻力模拟测试装置及方法的具体技术方案如下：
一种进口导叶电液伺服系统非线性摩擦阻力模拟测试装置，包括电液伺服系统、底座、直线电缸、沙箱单元、可调盖板、角度调节器、伺服液压装置；所述伺服液压装置横卧固定安装于支座，支座与底座通过螺栓固定连接，电液伺服系统安装在伺服液压装置一侧；伺服液压装置用于为测试装置提供动力；所述沙箱单元平行活塞杆固定安装于伺服液压杆缸右侧，用于实现对于机构运行时非线性摩擦力的模拟；所述沙箱单元上方设有可调盖板，所述可调盖板与角度调节器固定连接，角度调节器用于实现可调盖板倾斜角度的变化，在盖板下压时改变颗粒介质的空间分布的状态，调节摩擦力的非线性程度，所述沙箱单元右侧装有测试装置，所述测试装置由直线电缸提供动力，所述测试装置与左侧伺服液压装置结构相同，用于测试选定的非线性状态。
进一步的，包括伸缩风琴罩，所述伸缩风琴罩与沙箱单元左右侧箱体使用螺栓固定，用于隔离伺服液压缸的活塞杆和直线电缸的活塞杆与沙箱单元中添加的颗粒介质。
进一步的，包括压力传感器、直线液压缸；所述角度调节器上方具有压力传感器，所述压力传感器用于测量可调盖板下压压力值便于控制可调盖板，所述角度调节器与压力传感器使用螺栓紧固连接为整体。
进一步的，包括龙门架、直线液压缸；所述龙门架固定安装于底座，所述直线液压缸安装于龙门架，直线液压缸的活塞杆与角度调节器整体螺栓连接，直线液压缸为可调盖板上下移动提供动力，实现对于调节颗粒介质的填充空隙，从而改变摩擦力的大小。
进一步的，所述沙箱单元前侧隔板镶嵌高强度玻璃板。
进一步的，所述电液伺服系统与伺服液压装置使用线缆连接，所述伺服液压装置包括伺服液压缸、球状测头和拉压传感器；伺服液压缸的活塞杆一端与伺服液压缸连接，另一端固定安装了拉压传感器和球状测头，活塞杆外部套有伸缩风琴罩。
进一步的，所述直线电缸的活塞杆一端与直线电缸连接，另一端固定安装了拉压传感器和球状测头，直线电缸的活塞杆外部套有伸缩风琴罩。
进一步的，所述伺服液压缸和直线电缸旁都具有位移传感器。
本发明还公开了一种进口导叶电液伺服系统非线性摩擦阻力模拟测试方法，包括如下步骤：
步骤1：启动右侧直线电缸，驱动直线电缸伺服电机推动电缸活塞杆运动，测试直线电缸能否正常运行；通过直线液压缸控制可调盖板升降，测试可调盖板能否正常工作，在结束测试时控制可调盖板上升至最高位置；
步骤2：开启伺服液压缸和直线电缸的球状测头及拉压传感器，向沙箱单元内添加颗粒介质至指定高度，充分包裹球状测头，使球状测头动态清零；
步骤3：通过直线液压缸控制可调盖板下降施加压力，观察压力传感器，当达到测试压力值时停止下压，并锁紧可调盖板；开启直线电缸，驱动直线电缸的活塞杆运动，拉压传感器采集直线电缸的活塞杆推力，位移传感器采集直线电缸的活塞杆位移曲线，球状测头采集颗粒介质非线性摩擦变化曲线；
步骤4：装置复位，通过角度调节器控制可调盖板横向倾角，改变颗粒介质的空间分布的状态，调节摩擦力的非线性程度，开启直线电缸,驱动直线电缸的活塞杆运动，拉压传感器采集直线电缸的活塞杆推力，位移传感器采集直线电缸的活塞杆位移曲线，球状测头采集颗粒介质非线性摩擦变化曲线，并标定此时颗粒介质高度、测试压力值、盖板倾斜角度为测试工况；
步骤5：启动待测试电液伺服系统，通过系统控制电液伺服阀，调节液压回路的系统压力，实现伺服液压缸活塞杆的往复运动，测试电液伺服系统及伺服液压缸能否正常运行；
步骤6：关闭电液伺服系统，装置复位；通过直线液压缸控制可调盖板上升至最高位置，向沙箱单元内添加颗粒介质至测试指定高度，充分包裹球状测头，开启球状侧头及拉压传感器，使球状侧头动态清零；
步骤7：通过直线液压缸控制可调盖板下降施加压力，观察压力传感器，当达到测试压力值时停止下压，并锁紧可调盖板；开启待测试电液伺服系统,驱动伺服液压缸活塞杆运动，拉压传感器采集伺服液压缸的活塞杆推力，位移传感器采集伺服液压缸的活塞杆位移曲线，若出现异常信号波形则停止测试，并记录异常测试压力值；
步骤8：装置复位，逐渐增大可调盖板下压压力，重复步骤3测试电液伺服系统正常可靠运行的极限压力值；
步骤9：装置复位，通过角度调节器控制可调盖板横向倾角，改变颗粒介质的空间分布的状态，调节摩擦力的非线性程度，开启待测试电液伺服系统,驱动伺服液压缸的活塞杆运动，拉压传感器采集伺服液压缸的活塞杆推力，位移传感器采集伺服液压缸的活塞杆位移曲线，测试非线性条件下的电液伺服系统性能。
本发明的一种进口导叶电液伺服系统非线性摩擦阻力模拟测试装置及方法具有以下优点：本发明装置及方法能根据沙箱中不同颗粒介质填入及压缩程度模拟伺服液压缸工作时受到非线性阻尼，利用于测试电液伺服系统及伺服液压缸是否正常运行及各阻尼下运行状态，模拟真实工况进行电液伺服系统服役性能及参数校准。
附图说明
图1为本发明的进口导叶电液伺服系统非线性摩擦阻力模拟测试装置结构示意图；
图2为本发明的伺服液压缸结构示意图；
图中标记说明：1、底座；2、龙门架；3、伸缩风琴罩；4、直线电缸；5、沙箱单元；6、可调盖板；7、角度调节器；8、压力传感器；9、直线液压缸；10、支座；1000、伺服液压装置；1001、球状测头；1002、拉压传感器；1003、伺服液压缸。
具体实施方式
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种进口导叶电液伺服系统非线性摩擦阻力模拟测试装置及方法做进一步详细的描述。
本发明针对进口导叶电液伺服系统的应用环境和使用需求，提出一种非线性摩擦阻力模拟测试装置及方法。本发明采用沙箱单元，模拟机构运行时非线性摩擦力，测试电液伺服系统在非线性的到位精度及响应时间。
如图1所示，一种进口导叶电液伺服系统非线性摩擦阻力模拟测试装置，包括电液伺服系统、底座1、龙门架2、伸缩风琴罩3、直线电缸4、沙箱单元5、可调盖板6、角度调节器7、压力传感器8、直线液压缸9、伺服液压装置1000。伺服液压装置1000横卧固定安装于支座10，支座10与底座1通过螺栓固定连接，电液伺服系统安装在伺服液压装置1000一侧。伺服液压装置1000用于为测试装置提供动力；沙箱单元5平行活塞杆固定安装于伺服液压杆缸1000右侧，用于实现对于机构运行时非线性摩擦力的模拟；伸缩风琴罩3与沙箱单元5左右侧箱体使用螺栓固定，用于隔离伺服液压缸1000的活塞杆和直线电缸4的活塞杆与沙箱单元5中添加的颗粒介质；沙箱单元5上方设有可调盖板6，可调盖板6与角度调节器7使用螺栓连接，角度调节器7可以实现可调盖板6倾斜角度的变化，在盖板6下压时改变颗粒介质的空间分布的状态，调节摩擦力的非线性程度，角度调节器7上方的压力传感器8可以测量可调盖板6下压压力值便于控制可调盖板6。角度调节器7与压力传感器8使用螺栓紧固连接为整体，直线液压缸9的活塞杆与角度调节器7整体螺栓连接，直线液压缸9为可调盖板6上下移动提供动力，实现对于调节颗粒介质的填充空隙，从而改变摩擦力的大小。直线液压缸9安装于龙门架2，龙门架固定安装于底座1。位于沙箱单元5上方。沙箱单元5前侧隔板镶嵌高强度玻璃板，用于观察装置运行情况及颗粒介质空间状态。沙箱单元5右侧装有相同配置的测试装置，右侧测试装置由直线电缸4提供动力，测试装置与左侧伺服液压装置1000结构相同，用于测试选定的非线性状态。
待测试的电液伺服系统与伺服液压装置1000使用线缆连接，伺服液压装置1000包括伺服液压缸1003、球状测头1001和拉压传感器1002；伺服液压缸1003的活塞杆一端与伺服液压缸1003连接，另一端固定安装了拉压传感器1002和球状测头1001，活塞杆外部套有伸缩风琴罩3，用于隔离伺服液压缸1003的活塞杆与沙箱单元5中添加的颗粒介质。同样，直线电缸4的活塞杆一端与直线电缸4连接，另一端固定安装了拉压传感器1002和球状测头1001，直线电缸4的活塞杆外部套有伸缩风琴罩3，用于隔离直线电缸4的活塞杆与沙箱单元5中添加的颗粒介质。伺服液压缸1003和直线电缸4旁都具有位移传感器。
测试步骤：选定某种非线性状态
1、 启动右侧直线电缸4，驱动直线电缸伺服电机推动电缸活塞杆运动，测试直线电缸4能否正常运行。通过直线液压缸9控制可调盖板6升降，测试可调盖板6能否正常工作，在结束测试时控制可调盖板6上升至最高位置。
2、 开启伺服液压缸1003和直线电缸4的球状测头1001及拉压传感器1002，向沙箱单元5内添加颗粒介质至指定高度，充分包裹球状测头1001，使球状测头1001动态清零。
3、 通过直线液压缸9控制可调盖板6下降施加压力，观察压力传感器8，当达到测试压力值时停止下压，并锁紧可调盖板6。开启直线电缸4，驱动直线电缸4的活塞杆运动，拉压传感器1002采集直线电缸4的活塞杆推力，位移传感器采集直线电缸4的活塞杆位移曲线，球状测头1001采集颗粒介质非线性摩擦变化曲线。
4、 装置复位，通过角度调节器7控制可调盖板6横向倾角，改变颗粒介质的空间分布的状态，调节摩擦力的非线性程度，开启直线电缸4,驱动电缸活塞杆运动，拉压传感器1002采集直线电缸4的活塞杆推力，位移传感器采集直线电缸4的活塞杆位移曲线，球状测头1001采集颗粒介质非线性摩擦变化曲线，并标定此时颗粒介质高度、测试压力值、盖板倾斜角度为测试工况。
5、 启动待测试电液伺服系统，通过系统控制电液伺服阀，调节液压回路的系统压力，实现伺服液压缸1003活塞杆的往复运动，测试电液伺服系统及伺服液压缸1003能否正常运行。
6、 关闭电液伺服系统，装置复位。通过直线液压缸9控制可调盖板6上升至最高位置，向沙箱单元5内添加颗粒介质至测试指定高度，充分包裹球状测头1001。开启球状侧头1001及拉压传感器1002，使球状侧头1001动态清零。
7、 通过直线液压缸9控制可调盖板6下降施加压力，观察压力传感器8，当达到测试压力值时停止下压，并锁紧可调盖板6。开启待测试电液伺服系统,驱动伺服液压缸1003的活塞杆运动，拉压传感器1002采集伺服液压缸1003的活塞杆推力，位移传感器采集伺服液压缸1003的活塞杆位移曲线。若出现异常信号波形则停止测试，并记录异常测试压力值。
8、 装置复位，逐渐增大可调盖板6下压压力，重复步骤3测试电液伺服系统正常可靠运行的极限压力值。
9、 装置复位，通过角度调节器7控制可调盖板6横向倾角，改变颗粒介质的空间分布的状态，调节摩擦力的非线性程度，开启待测试电液伺服系统,驱动伺服液压缸1003活塞杆运动，拉压传感器1002采集伺服液压缸1003的活塞杆推力，位移传感器采集伺服液压缸1003的活塞杆位移曲线。测试非线性条件下的电液伺服系统性能。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。
Claims (9)
1.一种进口导叶电液伺服系统非线性摩擦阻力模拟测试装置，包括电液伺服系统、底座（1）、直线电缸（4）、沙箱单元（5）、可调盖板（6）、角度调节器（7）、伺服液压装置（1000）；所述伺服液压装置（1000）横卧固定安装于支座（10），支座（10）与底座（1）通过螺栓固定连接，电液伺服系统安装在伺服液压装置（1000）一侧；伺服液压装置（1000）用于为测试装置提供动力；其特征在于，所述沙箱单元（5）平行活塞杆固定安装于伺服液压杆缸（1000）右侧，用于实现对于机构运行时非线性摩擦力的模拟；所述沙箱单元（5）上方设有可调盖板（6），所述可调盖板（6）与角度调节器（7）固定连接，角度调节器（7）用于实现可调盖板（6）倾斜角度的变化，在盖板（6）下压时改变颗粒介质的空间分布的状态，调节摩擦力的非线性程度，所述沙箱单元（5）右侧装有测试装置，所述测试装置由直线电缸（4）提供动力，所述测试装置与左侧伺服液压装置（1000）结构相同，用于测试选定的非线性状态。
2.根据权利要求1所述的进口导叶电液伺服系统非线性摩擦阻力模拟测试装置，其特征在于，包括伸缩风琴罩（3），所述伸缩风琴罩（3）与沙箱单元（5）左右侧箱体使用螺栓固定，用于隔离伺服液压缸（1000）的活塞杆和直线电缸（4）的活塞杆与沙箱单元（5）中添加的颗粒介质。
3.根据权利要求1所述的进口导叶电液伺服系统非线性摩擦阻力模拟测试装置，其特征在于，包括压力传感器（8）、直线液压缸（9）；所述角度调节器（7）上方具有压力传感器（8），所述压力传感器（8）用于测量可调盖板（6）下压压力值便于控制可调盖板（6），所述角度调节器（7）与压力传感器（8）使用螺栓紧固连接为整体。
4.根据权利要求1所述的进口导叶电液伺服系统非线性摩擦阻力模拟测试装置，其特征在于，包括龙门架（2）、直线液压缸（9）；所述龙门架（2）固定安装于底座（1），所述直线液压缸（9）安装于龙门架（2），直线液压缸（9）的活塞杆与角度调节器（7）整体螺栓连接，直线液压缸（9）为可调盖板（6）上下移动提供动力，实现对于调节颗粒介质的填充空隙，从而改变摩擦力的大小。
5.根据权利要求1所述的进口导叶电液伺服系统非线性摩擦阻力模拟测试装置，其特征在于，所述沙箱单元（5）前侧隔板镶嵌高强度玻璃板。
6.根据权利要求1所述的进口导叶电液伺服系统非线性摩擦阻力模拟测试装置，其特征在于，所述电液伺服系统与伺服液压装置（1000）使用线缆连接，所述伺服液压装置（1000）包括伺服液压缸（1003）、球状测头（1001）和拉压传感器（1002）；伺服液压缸（1003）的活塞杆一端与伺服液压缸（1003）连接，另一端固定安装了拉压传感器（1002）和球状测头（1001），活塞杆外部套有伸缩风琴罩（3）。
7.根据权利要求1所述的进口导叶电液伺服系统非线性摩擦阻力模拟测试装置，其特征在于，所述直线电缸（4）的活塞杆一端与直线电缸（4）连接，另一端固定安装了拉压传感器（1002）和球状测头（1001），直线电缸（4）的活塞杆外部套有伸缩风琴罩（3）。
8.根据权利要求6所述的进口导叶电液伺服系统非线性摩擦阻力模拟测试装置，其特征在于，所述伺服液压缸（1003）和直线电缸（4）旁都具有位移传感器。
9.一种利用如权利要求1-8任一项所述的进口导叶电液伺服系统非线性摩擦阻力模拟测试装置进行进口导叶电液伺服系统非线性摩擦阻力模拟测试的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：启动右侧直线电缸（4），驱动直线电缸伺服电机推动电缸活塞杆运动，测试直线电缸（4）能否正常运行；通过直线液压缸（9）控制可调盖板（6）升降，测试可调盖板（6）能否正常工作，在结束测试时控制可调盖板（6）上升至最高位置；
步骤2：开启伺服液压缸（1003）和直线电缸（4）的球状测头（1001）及拉压传感器（1002），向沙箱单元（5）内添加颗粒介质至指定高度，充分包裹球状测头（1001），使球状测头（1001）动态清零；
步骤3：通过直线液压缸（9）控制可调盖板（6）下降施加压力，观察压力传感器（8），当达到测试压力值时停止下压，并锁紧可调盖板（6）；开启直线电缸（4），驱动直线电缸（4）的活塞杆运动，拉压传感器（1002）采集直线电缸（4）的活塞杆推力，位移传感器采集直线电缸（4）的活塞杆位移曲线，球状测头（1001）采集颗粒介质非线性摩擦变化曲线；
步骤4：装置复位，通过角度调节器（7）控制可调盖板（6）横向倾角，改变颗粒介质的空间分布的状态，调节摩擦力的非线性程度，开启直线电缸（4），驱动直线电缸（4）的活塞杆运动，拉压传感器（1002）采集直线电缸（4）的活塞杆推力，位移传感器采集直线电缸（4）的活塞杆位移曲线，球状测头（1001）采集颗粒介质非线性摩擦变化曲线，并标定此时颗粒介质高度、测试压力值、盖板倾斜角度为测试工况；
步骤5：启动待测试电液伺服系统，通过系统控制电液伺服阀，调节液压回路的系统压力，实现伺服液压缸（1003）活塞杆的往复运动，测试电液伺服系统及伺服液压缸（1003）能否正常运行；
步骤6：关闭电液伺服系统，装置复位；通过直线液压缸（9）控制可调盖板（6）上升至最高位置，向沙箱单元（5）内添加颗粒介质至测试指定高度，充分包裹球状测头（1001），开启球状侧头（1001）及拉压传感器（1002），使球状侧头（1001）动态清零；
步骤7：通过直线液压缸（9）控制可调盖板（6）下降施加压力，观察压力传感器（8），当达到测试压力值时停止下压，并锁紧可调盖板（6）；开启待测试电液伺服系统,驱动伺服液压缸（1003）活塞杆运动，拉压传感器（1002）采集伺服液压缸（1003）的活塞杆推力，位移传感器采集伺服液压缸（1003）的活塞杆位移曲线，若出现异常信号波形则停止测试，并记录异常测试压力值；
步骤8：装置复位，逐渐增大可调盖板（6）下压压力，重复步骤3测试电液伺服系统正常可靠运行的极限压力值；
步骤9：装置复位，通过角度调节器（7）控制可调盖板（6）横向倾角，改变颗粒介质的空间分布的状态，调节摩擦力的非线性程度，开启待测试电液伺服系统,驱动伺服液压缸（1003）的活塞杆运动，拉压传感器（1002）采集伺服液压缸（1003）的活塞杆推力，位移传感器采集伺服液压缸（1003）的活塞杆位移曲线，测试非线性条件下的电液伺服系统性能。
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