CN212748550U - 一种基于伺服泵的大吨位长时间保载试验系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于伺服泵的大吨位长时间保载试验系统，属于材料力学试验装置。每个液压泵分别连接伺服电机和单向阀，其中三组单向阀中每个单向阀分别与压力表、流量阀联接，另外一组单向阀与液压泵之间通过溢流阀与板式换热器连接；单向阀经压力传感器和两个压力管滤器分别与蓄能器和电磁换向阀连接，电磁换向阀经液控单向阀与油缸连接，油缸的活塞杆与拉力加载板连接，油缸与液控单向阀、电磁换向阀、板式换热器和回油过滤器连接，四组单向阀分别通过先导式溢流阀、先导式比例溢流阀与板式换热器连接。优点是结构新颖，通过控制伺服电机的转速和液压泵输出的流量，最终实现载荷的精确平稳控制，应用于大吨位长时间保载试验。

Description

一种基于伺服泵的大吨位长时间保载试验系统

技术领域

本实用新型属于材料力学试验装置技术领域。

背景技术

依据中华人民共和国国家计量技术规范JJF1011-2006《力值与硬度计量术语及定义》，材料试验机是指：对材料，零件和部件进行机械性能和工艺性能实验的设备。机械性能试验，包括材料的压缩，拉伸，弯曲等力学性能试验。试验中，一般将材料做成标准形状的试样，例如圆柱形。

所谓大吨位，一般认为是指拉力相当于1千吨以上物质所产生的重量，即拉力大于1千万牛。长时间是指一般认为是试验持续时间为一周即7天以上。保载的意思是，载荷保持不变，然而绝对不变的载荷是不存在的，因为绳索的拉力是由液压缸的活塞杆的牵引实现的，活塞杆的运动和运动趋势是由液压油推动活塞实现的，而液压缸不可避免地存在液压油的泄漏，从而拉力会随时间逐渐减小，也就需要试验系统随时补充泄漏的液压油。

目前传统的大吨位长时间保载试验，液压泵由三相交流异步电动机带动，因为三相异步电动机的转速固定，因此液压泵也以同样的转速转动，因此单位时间向液压系统供给的油量是固定的，而为了保持拉力的不变，液压缸需要补充的液压油量往往很小且不固定，这就造成了液压油流量的大量浪费，还会导致油温升高进而造成油内生成泡沫等有害现象，严重损害液压油寿命。

传统的三相交流异步电动机、液压泵组件的另一个缺点是，保载力的大小控制，是通过液压电磁阀实现的。以图1为例，当拉力减小时，需要向液压缸左腔内的补充液压油，由于传统电动机无法控制流量，必然导致进入左腔内的液压油过多，从而导致拉力过大，电磁换向阀换向，让液压油从右腔进入，左腔排出。然而反向输入的油量也不精确，导致每次换向都会造成流量突变和拉力突变，长时间内，力值的变化不稳定，且与目标载荷偏离过大，不能满足保载要求。

因此，传统的以三相交流异步电动机为动力源的大吨位长时间保载系统，存在油液补充量不能精确控制从而大量浪费流量，以及力的控制不稳定、不精确问题。

发明内容

本实用新型提供一种基于伺服泵的大吨位长时间保载试验系统，以解决传统的以三相交流异步电动机为动力源的材料力学性能试验机在大吨位长时间保载时存在油液补充量不能精确控制，以及力的控制不稳且不精确的问题。

本实用新型采取的技术方案是：包括液压泵、伺服电机、液压油箱、油缸、拉力加载板、蓄能器、压力管滤器、压力传感器、压力表、单向阀、吸油过滤器、流量阀、回油过滤器、板式换热器、溢流阀、先导式溢流阀、先导式比例溢流阀、电磁换向阀、液控单向阀，其中四组液压泵中每个液压泵都分别连接一个伺服电机和单向阀、并分别经过吸油过滤器与液压油箱连接，其中三组单向阀中每个单向阀分别与压力表联接、并且与流量阀联接，该流量阀还与液压油箱连接，另外一组单向阀与液压泵之间通过溢流阀与板式换热器连接；四组单向阀经压力传感器和两个压力管滤器分别与蓄能器和电磁换向阀连接，该电磁换向阀经液控单向阀与油缸连接，油缸的活塞杆与拉力加载板连接，该拉力加载板用于连接被测绳索试样；油缸与回油管连接，回油管经液控单向阀、电磁换向阀、板式换热器和回油过滤器与液压油箱连接，四组单向阀分别通过先导式溢流阀、先导式比例溢流阀与板式换热器连接。

本实用新型所述液压泵采用径向柱塞油泵。

本实用新型的优点是结构新颖，利用伺服电机代替三相异步交流电动机，与液压泵构成组件，简称为伺服泵，将该伺服泵技术应用在大吨位长时间保载试验中，通过控制伺服电机的转速，进而控制液压泵输出的流量，最终实现载荷的精确平稳控制，能对包括绳索在内的多种类型的材料试样进行试验，保证绳索材料所承受的拉力在长时间内更精确地保持动态稳定，避免了三相交流异步电动机和液压泵组在保载时无法长时间精确维持保载力的问题。

附图说明

图1是本实用新型的液压系统原理图，图中相同图形符号、相同作用的部件只标记一次。

具体实施方式

包括液压泵1、伺服电机2、液压油箱3、油缸4、拉力加载板5、蓄能器8、压力管滤器9、压力传感器10、压力表11、单向阀12、吸油过滤器13、流量阀14、回油过滤器15、板式换热器16、溢流阀17、先导式溢流阀18、先导式比例溢流阀19、电磁换向阀20、液控单向阀21，其中四组液压泵1中每个液压泵1都分别连接一个伺服电机2和单向阀12、并分别经过吸油过滤器13与液压油箱3连接，其中三组单向阀12中每个单向阀12分别与压力表11联接、并且与流量阀14联接，该流量阀14还与液压油箱3连接，另外一组单向阀12与液压泵1之间通过溢流阀17与板式换热器16连接；四组单向阀12经压力传感器10和两个压力管滤器9分别与蓄能器8和电磁换向阀20连接，该电磁换向阀20经液控单向阀21与油缸4连接，油缸4的活塞杆与拉力加载板5连接，该拉力加载板5用于连接被测绳索试样6；油缸4与回油管连接，回油管经液控单向阀21、电磁换向阀20、板式换热器16和回油过滤器15与液压油箱3连接，四组单向阀12分别通过先导式溢流阀18、先导式比例溢流阀19与板式换热器16连接；

所述液压泵1采用径向柱塞油泵。

工作原理

相关部件的作用：蓄能器8的作用是，系统中压力过高，将吸收一些多余的液压油，降低系统压力；系统压力过低，将放出一些液压油，升高系统压力，总体目标是维持系统压力的恒定。压力管滤器9的作用是，在高压管路中充当过滤器，过滤精度要高比系统中的其他部位的过滤器更高。压力传感器10与压力表11的作用相同，都是测量管路中的油液压力，区别是：压力传感器10能将压力以数值形式实时反馈给控制系统，压力表11只能用于肉眼观察。单向阀12的作用是，保证液压油在管路中沿着一个方向流动，不能回流。流量阀14的作用是，让油泵输出的多余液压油实时流回油箱。回油过滤器15的作用是，对从电磁换向阀流回油箱的油液进行过滤。板式换热器16的作用是，给液压油降温。溢流阀17，先导式溢流阀18，先导式比例溢流阀19的作用相同，都是起安全阀的作用，只是结构和所处压力等级不同，当其对应的管路压力高于限定压力，这三个溢流阀会分别打开，通过泄漏多余的液压油，降低管路压力。液控单向阀21的作用是，启动过程和保载过程，保证液压油只能从左侧油管进入油缸4的左腔，不能反向，卸载过程则可以实现所在管路的反向流动，即让液压油从左腔流回电磁换向阀20。

材料试验所涉及的载荷是指加载到试样上的力，变形，位移等物理量，以绳索形状材料的拉力试验为例进行说明，所涉及的载荷是力的大小。

试验过程分为3个阶段，启动过程，保载过程，卸载过程。

(1)启动过程：如图1所示，液压泵1共有4组，原因是油缸尺寸大，快速充满需要多个油泵共同工作；每个液压泵1都连接一个伺服电机2；伺服电机以较高速度带动油泵旋转，将液压油从油箱3中吸出，该过程途径吸油过滤器13，目的是将将较粗的杂质滤除；液压泵1的作用是将低压油转换成高压油以后，输出到液压系统的各级管路，在电磁换向阀20的控制下，最终进入油缸4的左侧腔，当左侧腔充满以后，液压油推动活塞向右运动，活塞杆从油缸右侧伸出，与拉力加载板5连接，拉力加载板5与被测绳索试样6的一段连接，被测绳索试样6的另一端与固定端7连接，从而在活塞杆向右的运动牵引下，被测绳索试验6逐渐拉直，拉直之后，活塞杆在左腔液压油的推力下，有继续向右运动的微小位移，被测绳索试样6内部的拉力快速升高，到达目标拉力值，例如1000吨(1千万牛)；此后系统的任务就是将绳索的拉力值维持在1000吨，保持足够长的时间以后再卸载。

(2)保载过程：如果被测绳索试样6内部拉力首次达到1000吨以后，油缸4左侧腔不再进油，那么就会出现活塞杆带着拉力加载板5逐渐向左运动的现象，导致绳索内部拉力减小。这个现象的原因包括：油缸4左腔的液压油会通过活塞边缘的缝隙泄漏到右侧腔，而液压系统内部各个部分都存在类似的泄漏，导致左侧腔的压力低于绳索的拉力，加载板5和活塞杆向左产生运动，导致绳索内部拉力减小。因此，为了维持左侧油腔的压力，就必须让油泵持续不断地弥补损失的液压油，考虑到液压油的泄漏量很小，让伺服电机2缓慢转动，带动液压泵1缓慢转动，从而为油缸4提供少量的液压油补偿。如果某时刻液压油泄漏量较大大，伺服电机2加快转速，快速地提供较多的液压油补偿。

(3)卸载过程：电磁换向阀20换向，控制高压油从油缸4的右侧腔进入，推动活塞向左运动，油缸左腔的低压油从左侧口流出，通过换向阀21，经过各级管路，流回油箱3。

Claims (2)

1.一种基于伺服泵的大吨位长时间保载试验系统，其特征在于：包括液压泵、伺服电机、液压油箱、油缸、拉力加载板、蓄能器、压力管滤器、压力传感器、压力表、单向阀、吸油过滤器、流量阀、回油过滤器、板式换热器、溢流阀、先导式溢流阀、先导式比例溢流阀、电磁换向阀、液控单向阀，其中四组液压泵中每个液压泵都分别连接一个伺服电机和单向阀、并分别经过吸油过滤器与液压油箱连接，其中三组单向阀中每个单向阀分别与压力表联接、并且与流量阀联接，该流量阀还与液压油箱连接，另外一组单向阀与液压泵之间通过溢流阀与板式换热器连接；四组单向阀经压力传感器和两个压力管滤器分别与蓄能器和电磁换向阀连接，该电磁换向阀经液控单向阀与油缸连接，油缸的活塞杆与拉力加载板连接，该拉力加载板用于连接被测绳索试样；油缸与回油管连接，回油管经液控单向阀、电磁换向阀、板式换热器和回油过滤器与液压油箱连接，四组单向阀分别通过先导式溢流阀、先导式比例溢流阀与板式换热器连接。

2.根据权利要求1所述的基于伺服泵的大吨位长时间保载试验系统，其特征在于：所述液压泵采用径向柱塞油泵。

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