一種基于順逆載分段控制的結(jié)構(gòu)試驗(yàn)加載作動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于疲勞試驗(yàn)順逆載伺服閥分段控制的加載作動(dòng)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)的加載控制器依據(jù)疲勞試驗(yàn)載荷譜發(fā)出控制信號，同時(shí)根據(jù)加載情況以及載荷譜，判斷液壓缸加載工作狀態(tài)；當(dāng)液壓缸處于逆載工作狀態(tài)時(shí)，加載控制器關(guān)閉副伺服閥油路，打開主伺服閥油路；當(dāng)液壓缸處于順載工作狀態(tài)時(shí)，加載控制器控制主伺服閥油路關(guān)閉，進(jìn)而將液壓缸與系統(tǒng)油源切斷隔離，同時(shí)打開副伺服閥油路；所述系統(tǒng)根據(jù)疲勞試驗(yàn)中不同加載情況來選擇不同伺服閥回路對液壓缸進(jìn)行控制，改變系統(tǒng)節(jié)流特性，以此來減少系統(tǒng)節(jié)流損失，提高系統(tǒng)能源利用效率。
【專利說明】
一種基于順逆載分段控制的結(jié)構(gòu)試驗(yàn)加載作動(dòng)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于電液伺服控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于疲勞試驗(yàn)順逆載伺服閥分段控制的加載作動(dòng)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在飛機(jī)的整個(gè)研制過程中，全尺寸飛機(jī)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)有著非常重要的地位，是所有飛行器起飛前的必經(jīng)之路;全機(jī)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)包括靜力試驗(yàn)和疲勞試驗(yàn);疲勞試驗(yàn)依據(jù)飛機(jī)實(shí)際使用的飛行剖面，編制試驗(yàn)載荷譜，對試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行循環(huán)加載，主要目的是暴露機(jī)體結(jié)構(gòu)疲勞薄弱部位和疲勞損傷的關(guān)鍵部位，從而對試驗(yàn)件進(jìn)行改進(jìn)或者對其壽命進(jìn)行評估，制定合理的修理周期。隨著飛機(jī)機(jī)型的發(fā)展，飛機(jī)尺寸越來越大，加載通道越來越多，試驗(yàn)系統(tǒng)會(huì)變得越來越復(fù)雜，同時(shí)也會(huì)給加載作動(dòng)器的性能提出更高的要求。目前，一般的加載作動(dòng)器方案都是采用一處大型的液壓油源來給整個(gè)加載系統(tǒng)供油的方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]基于此，本發(fā)明公開了一種基于疲勞試驗(yàn)順逆載伺服閥分段控制的加載作動(dòng)系統(tǒng)；
[0004]所述系統(tǒng)包括:定量栗、定速電機(jī)、油箱、伺服閥、液壓缸和閥控液壓缸單元；
[0005]所述定速電機(jī)帶動(dòng)定量栗轉(zhuǎn)動(dòng)，將油箱中的高壓油通過伺服閥供給液壓缸；
[0006]所述系統(tǒng)通過控制閥控液壓缸單元，根據(jù)疲勞試驗(yàn)中不同加載情況選擇不同的伺服閥對液壓缸進(jìn)行控制。
[0007]本發(fā)明提出了專門針對疲勞試驗(yàn)的基于順逆載分段控制的加載作動(dòng)系統(tǒng)以及控制方案;利用對稱液壓缸結(jié)構(gòu)特性以及疲勞試驗(yàn)加載特性，充分利用加載系統(tǒng)順載工況下流體傳動(dòng)特點(diǎn)，采用伺服閥加單向閥油路，大大減小了系統(tǒng)節(jié)流損失，提高了系統(tǒng)能源利用效率。
【附圖說明】
[0008]圖1位本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中基于順逆載分段控制的結(jié)構(gòu)試驗(yàn)加載作動(dòng)系統(tǒng)原理圖；
[0009]圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中液壓缸工作四象限示意圖；
[0010]其中1-油箱，2-定量栗，3-定速電機(jī)，4-溢流閥，5-單向閥，6-蓄能器，7-主伺服閥，8-單向閥，9-副伺服閥，I O-液壓缸。
【具體實(shí)施方式】
[0011]在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明公開了一種基于疲勞試驗(yàn)順逆載伺服閥分段控制的加載作動(dòng)系統(tǒng)；
[0012]所述系統(tǒng)包括:定量栗、定速電機(jī)、油箱、伺服閥、液壓缸和閥控液壓缸單元；
[0013]所述定速電機(jī)帶動(dòng)定量栗轉(zhuǎn)動(dòng)，將油箱中的高壓油通過伺服閥供給液壓缸；
[0014]所述系統(tǒng)通過控制閥控液壓缸單元，根據(jù)疲勞試驗(yàn)中不同加載情況選擇不同的伺服閥對液壓缸進(jìn)行控制。
[0015]在本實(shí)施例中，如圖1所示的加載作動(dòng)系統(tǒng)原理圖，采用雙伺服閥對加載系統(tǒng)液壓缸進(jìn)行控制;通過典型的閥控缸系統(tǒng)，根據(jù)疲勞試驗(yàn)中不同加載情況來選擇不同伺服閥回路對液壓缸進(jìn)行控制，改變系統(tǒng)節(jié)流特性，以此來減少系統(tǒng)節(jié)流損失，提高系統(tǒng)能源利用效率。
[0016]在一個(gè)實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還包括有蓄能器，所述蓄能器用于儲(chǔ)存油箱中的高壓油，當(dāng)蓄能器充滿高壓油之后，定速電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，蓄能器將之前儲(chǔ)存的高壓油通過伺服閥供給液壓缸。
[0017]在本實(shí)施例中，所述油箱中的低壓液壓油栗為高壓油，其中的高壓油一部分供給蓄能器儲(chǔ)存起來，另一部分通過伺服閥供給液壓缸，供液壓缸加載作動(dòng)使用；當(dāng)蓄能器充滿之后，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，蓄能器將之前儲(chǔ)存的高壓油通過伺服閥(主伺服閥或者副伺服閥之一)供給液壓缸。
[0018]在一個(gè)實(shí)施例中，所述伺服閥包括主伺服閥和副伺服閥。
[0019]在一個(gè)實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還包括有加載控制器，所述加載控制器用于判斷液壓缸的加載工作狀態(tài)，并控制主伺服油路和副伺服閥油路的打開和關(guān)閉。
[0020]在本實(shí)施例中，所述加載控制器用于對系統(tǒng)所采集力數(shù)據(jù)、壓力信號進(jìn)行分析處理，同時(shí)根據(jù)加載指令，對伺服閥發(fā)出電信號，進(jìn)而通過控制伺服閥開口大小來控制液壓缸加載力大小，對溢流閥發(fā)出電信號，控制系統(tǒng)溢流壓力。所述加載控制器還用于根據(jù)系統(tǒng)要求液壓缸對被試驗(yàn)對象在一定時(shí)間內(nèi)施加的力的大小的變化情況和加載力的變化情況與液壓缸速度方向的關(guān)系，判斷液壓缸處于順載或逆載工作狀態(tài)。
[0021]在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)液壓缸處于逆載工作狀態(tài)時(shí)，加載控制器控制副伺服閥油路關(guān)閉，主伺服閥油路打開。
[0022]在本實(shí)施例中，對于閥控加載系統(tǒng)，由于伺服閥節(jié)流特性，液壓缸高低腔壓力之和始終等于系統(tǒng)油源壓力;所以系統(tǒng)在進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，加載指令為正弦載荷譜時(shí)，當(dāng)液壓缸處于逆載工作狀態(tài)時(shí)，高壓腔容積增大，低壓腔容積減少，且此過程中高低壓腔不發(fā)生改變，此時(shí)系統(tǒng)高壓油進(jìn)入高壓腔，低壓腔低壓油進(jìn)入油箱，伺服閥節(jié)流作用較小，能量損耗較低。
[0023]在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)液壓缸處于順載工作狀態(tài)時(shí)，加載控制器控制主伺服閥油路關(guān)閉，進(jìn)而將液壓缸與系統(tǒng)油源切斷隔離，同時(shí)打開副伺服閥油路。
[0024]在本實(shí)施例中，當(dāng)液壓缸處于順載工作狀態(tài)時(shí)，高壓腔容積減少，低壓腔容積增大，此時(shí)如果將系統(tǒng)高壓油經(jīng)過伺服閥節(jié)流后進(jìn)入低壓腔，高壓腔高壓油也全部經(jīng)過伺服閥節(jié)流后直接回到油箱的話，伺服閥節(jié)流作用將會(huì)非常明顯，能源利用率顯著降低，造成了系統(tǒng)能源很大浪費(fèi)，對于全機(jī)結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)將是不可忽略的一部分能量。考慮到對稱液壓缸結(jié)構(gòu)特性，當(dāng)液壓缸處于順載工況時(shí)，由于兩腔截面積相等，所以高壓腔液壓油流出流量與低壓腔低壓油流入流量相等；在通過主伺服閥控制液壓缸基礎(chǔ)上，增加副閥及單向閥進(jìn)行順載工況下的控制；在順載工況下，高壓腔容積減少，低壓腔容積增大，通過切換伺服閥控制，將液壓缸與系統(tǒng)高壓油源隔離，通過副伺服閥油路直接控制液壓缸。
[0025]在一個(gè)實(shí)施例中，在飛機(jī)全尺寸結(jié)構(gòu)疲勞實(shí)驗(yàn)中，加載系統(tǒng)采用的力載荷譜特點(diǎn)決定了加載液壓缸將處于順逆載交替變換的工作狀態(tài);所謂逆載工作狀態(tài)就是液壓缸在加載時(shí)，所受到力的方向與速度方向相反;方向相同時(shí)即為順載；
[0026]如圖2所示，為疲勞試驗(yàn)加載過程中，液壓缸工作四象限示意圖。其中，第1、iii象限液壓缸速度方向與負(fù)載力方向相反，為逆載;第i1、iv象限速度方向與負(fù)載力方向相同，為順載。
[0027]對于對稱液壓缸，其兩腔液壓油作用有效面積相等，導(dǎo)致了在液壓缸活塞運(yùn)動(dòng)過程中，液壓缸流入與流出的流量始終相等；由于液壓缸兩腔充滿不同壓力的液壓油，所以產(chǎn)生了加載力；在液壓缸加載系統(tǒng)中，通過伺服閥控制液壓缸高低兩腔的液壓油壓力進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對加載力的控制；
[0028]對稱加載液壓缸，由于液壓缸兩腔有效面積相等，所以加載力與高低壓腔壓差成正比;對于閥控加載系統(tǒng)，由于伺服閥節(jié)流特性，液壓缸高低腔壓力之和始終等于系統(tǒng)油源壓力;所以系統(tǒng)在進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，加載指令為正弦載荷譜時(shí)，當(dāng)液壓缸處于逆載工況，高壓腔容積增大，低壓腔容積減少，且此過程中高低壓腔不發(fā)生改變，此時(shí)系統(tǒng)高壓油進(jìn)入高壓腔，低壓腔低壓油進(jìn)入油箱，伺服閥節(jié)流作用較小，能量損耗較低；當(dāng)液壓缸處于順載工況時(shí)，高壓腔容積減少，低壓腔容積增大，此時(shí)如果將系統(tǒng)高壓油經(jīng)過伺服閥節(jié)流后進(jìn)入低壓腔，高壓腔高壓油也全部經(jīng)過伺服閥節(jié)流后直接回到油箱的話，伺服閥節(jié)流作用將會(huì)非常明顯，能源利用率顯著降低，造成了系統(tǒng)能源很大浪費(fèi)，對于全機(jī)結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)將是不可忽略的一部分能量。考慮到對稱液壓缸結(jié)構(gòu)特性，當(dāng)液壓缸處于順載工況時(shí)，由于兩腔截面積相等，所以高壓腔液壓油流出流量與低壓腔低壓油流入流量相等;在通過主伺服閥控制液壓缸基礎(chǔ)上，增加副閥及單向閥進(jìn)行順載工況下的控制；在順載工況下，高壓腔容積減少，低壓腔容積增大，通過切換伺服閥控制，將液壓缸與系統(tǒng)高壓油源隔離，通過副伺服閥油路直接控制液壓缸。
[0029]本實(shí)施例通過分析對稱液壓缸在不同工作象限高低壓腔壓力及容積變化規(guī)律，設(shè)計(jì)一種專門針對疲勞試驗(yàn)用的加載作動(dòng)器液壓系統(tǒng)原理，提出優(yōu)化的能量控管方案，以減少系統(tǒng)不同加載工況下的節(jié)流損失;尤其針對在順載工況時(shí)采用副伺服閥油路進(jìn)行能量的優(yōu)化利用;具體工作過程為:
[0030]加載控制器依據(jù)疲勞試驗(yàn)載荷譜發(fā)出控制信號，同時(shí)判斷根據(jù)加載情況以及載荷譜，判斷液壓缸加載工作狀態(tài)；當(dāng)液壓缸處于逆載工作狀態(tài)時(shí)，加載控制器關(guān)閉副伺服閥油路，打開主伺服閥油路;此時(shí)系統(tǒng)有電機(jī)帶動(dòng)栗產(chǎn)生的高壓油通過伺服閥進(jìn)入液壓缸;因?yàn)橐簤焊滋幱谀孑d工作狀態(tài)，所以系統(tǒng)高壓油經(jīng)過伺服閥一定節(jié)流作用以后進(jìn)入液壓缸高壓腔;低壓腔液壓油通過伺服閥節(jié)流后流出回到油箱；
[0031]當(dāng)液壓缸處于順載工作狀態(tài)時(shí)，加載控制器控制主伺服閥油路關(guān)閉，進(jìn)而將液壓缸與系統(tǒng)油源切斷隔離，同時(shí)打開副伺服閥油路;此時(shí)液壓缸處于順載工作狀態(tài)，高壓腔的高壓油經(jīng)過伺服閥(B到T)節(jié)流后流出，并通過單向閥流回到伺服閥(P到A)進(jìn)而直接進(jìn)入低壓腔;整個(gè)加載過程中，液壓缸系統(tǒng)與油源隔離，完成了加載，避免了系統(tǒng)高壓油通過伺服閥引起的較大節(jié)流作用，直接利用高壓腔流出的高壓油補(bǔ)充低壓腔，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)能量的節(jié)約。
[0032]本發(fā)明所述的系統(tǒng)考慮到疲勞試驗(yàn)載荷譜加載對稱性，以及對稱液壓缸順逆載流量對稱性，在相同載荷譜情況下，采用主副閥分段控制液壓缸加載，在系統(tǒng)泄漏流量較小的情況下，系統(tǒng)所需流量可節(jié)省近50%;在疲勞試驗(yàn)整個(gè)加載周期中，將產(chǎn)生非常大的節(jié)約效應(yīng)。
[0033]以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制;盡管參照上述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解;其依然可以對上述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替代;而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)的精神范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于疲勞試驗(yàn)順逆載伺服閥分段控制的加載作動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括:定量栗、定速電機(jī)、油箱、伺服閥、液壓缸和閥控液壓缸單元； 所述定速電機(jī)帶動(dòng)定量栗轉(zhuǎn)動(dòng)，將油箱中的高壓油通過伺服閥供給液壓缸； 所述系統(tǒng)通過控制閥控液壓缸單元，根據(jù)疲勞試驗(yàn)中不同加載情況選擇不同的伺服閥對液壓缸進(jìn)行控制。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)還包括有蓄能器，所述蓄能器用于儲(chǔ)存油箱中的高壓油，當(dāng)蓄能器充滿高壓油之后，定速電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，蓄能器將之前儲(chǔ)存的高壓油通過伺服閥供給液壓缸。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于:所述伺服閥包括主伺服閥和副伺服閥。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)還包括有加載控制器，所述加載控制器用于判斷液壓缸的加載工作狀態(tài)，并控制主伺服油路和副伺服閥油路的打開和關(guān)閉。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于:當(dāng)液壓缸處于逆載工作狀態(tài)時(shí)，加載控制器控制副伺服閥油路關(guān)閉，主伺服閥油路打開。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于:當(dāng)液壓缸處于順載工作狀態(tài)時(shí)，加載控制器控制主伺服閥油路關(guān)閉，進(jìn)而將液壓缸與系統(tǒng)油源切斷隔離，同時(shí)打開副伺服閥油路。
【文檔編號】F15B1/02GK106089820SQ201610709191
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月23日
【發(fā)明人】尚耀星, 吳嘉康, 焦宗夏
【申請人】北京航空航天大學(xué)