液压加载试验机起始载荷域柔顺加载控制方法与流程

文档序号：11260459阅读：340来源：国知局

本发明涉及一种控制方法，具体涉及一种液压加载试验机起始载荷域柔顺加载控制方法，属于智能控制技术领域。

背景技术：

材料可承载负荷强度是材料性能评估与材料力学测试的一项重要参数，直接关系到材料的力学结构性能。军工行业中，有些功能材料既作为战斗部的高能部件，又作为武器系统的支撑结构件，其力学性能直接关系到武器系统的可靠性与安全性。现有的材料力学负载强度测量一般借用材料试验机，工业上一般以电子伺服式材料试验机为主。电子式材料试验机具有装置结构简单、可进行位移控制、运行过程干净、环保等优点，但加载载荷力小、载荷力控制精度差。相比于电子伺服式材料试验机，液压驱动型加载机具备加载力大、加载精度高、加载过程柔顺性好等优点，特别适合于大吨位加载力、精确控制加载、防爆安全等需求。一种新型材料需评价材料的承载负荷强度，高精度测量到材料的断裂载荷，且要求整个加载卸载过程柔顺。调研现有的进口型或者国产型的材料试验机，均存在吨位较低、无法达到500kn当量的材料试验要求，控制精度低、无法实现全载荷域的柔顺加载，而且不具备材料断裂检测功能与断裂后安全处理功能。

为此，为满足新型材料的力学性能评估，在调研现有材料加载装置的基础上，通过计算仿真分析、结构强度优化设计、液压驱动系统计算与设计、控制系统与软件设计等方面的联合攻关，创新研制了一台多功能、大载荷、高精度加载装置。一般工业应用的液压驱动系统要求液压系统动作快、压力控制精度不高，而材料强度测试设备却要求加载过程慢、全过程柔顺加载，现有技术无法应用到该试验机研制。由于比例阀溢流阀元件的非线性，只在中间具备近似线性特性而在两端存在死区，加载段准线性控制方法在加载起始段存在载荷突跳上升到20kn的问题，需发明一种过程柔顺、速度可控的起始加载段控制方法，实现加载过程的精确控制，满足材料强度精确测量的要求。

技术实现要素：

本发明提供一种液压驱动加载试验机的加载起始段的柔顺控制方法，目的是解决加载起始段载荷突跳、不连续的问题，实现起始加载过程连续、速度可控，满足材料承载负荷测量对全载荷域加载过程柔顺控制的要求。

对本领域的技术人员而言，可以明确知晓的是，为了顺利实施本发明，需要至少具备如下技术条件：

首先，需要能够用于本发明的液压加载试验机的材料加载装置，该材料加载装置必然包括液压驱动系统，此外，该材料加载装置至少应包括：

1.电液比例溢流阀或者带有电液比例溢流阀的变量泵，要求：

1)电液比例溢流阀满足系统最高载荷要求，可按照控制信号准线性控制液压力；

2)电液比例溢流阀并联在高压介质油回路上。

2.电液比例流量阀，要求：

1)电液比例流量阀满足负荷最慢加载要求，满足高压泵驱动回路的位移速度控制需求，控制信号与流量具备单调性；

2)电液比例流量阀串联在高压介质油回路上。

3.高压泵、高压油管、电液换向阀等液压系统附件，要求：

电液换向阀具备打开或者关闭高压油路的功能，高压油管满足系统最高压力要求，电液换向阀等液压附件满足液压系统的基本功能需求。

4.油缸，要求：

油缸具备线性输出载荷功能，油缸缸径尺寸需与输出最大载荷匹配，油缸的介质油压强与加载力具备线性关系。

其次，还需要有一个控制与检测系统的硬件平台，该硬件平台至少应包括：

1)控制程序运行处理器，要求：该处理器可进行汇编语言、c语言、梯形图等一种常见计算机语言编程，满足运行控制算法编程需求，满足算法运行对运行速度的要求；

2)断路器、接触器、空气开关、按钮操作箱等电气系统配件，要求：该配件组建的回路可满足高压泵安全可靠启动与停止的要求；

3)负荷测量传感器，要求：该传感器测量量程不低于系统最高压力范围，测量精度不低于材料力学性能检测最低精度；

4)控制软件编程机与操作平台或软件，要求：可开展控制算法编程，操作平台或软件可按需修正控制算法中的控制参数。

在前述条件的基础上，本发明提供了一种液压加载试验机的起始加载段载荷柔性加载控制方法，包括：加载起始安全位移点确定方法、起始段载荷区域计算方法、起始段区域的比例溢流阀典型值计算方法、起始段区域的比例流量阀典型值计算方法、起始段位移-加载力复合控制方法以及起始段-准线性加载段柔顺切换控制方法。

更进一步的方案是：

1)加载起始安全位移点确定方法，具体为：

a)调整快速位移速度到合适水平；

b)实验前，测量承压材料顶端的位移值h1，设置距离承压材料位移安全位移，设为h2，目标安全位移点为h3；

h3＝h1-h2

c)软件上设置快速位移目标位移点；

d)启动快速位移运动过程，当到达快速位移目标位移点时，快速位移停止。

2)起始段载荷区域计算方法，要求：

a)液压试验机进行快速位移运动，测量冲头与承压件接触瞬间的载荷值；

b)测量三次，取其平均值f1，低于f1压力段为起始段载荷区域。

3)起始段区域的比例溢流阀典型值计算方法，具体为：

a)研究比例溢流阀的压力特性曲线，固定比例流量阀开度值bl0，实验能达到f1时比例溢流阀的最小开度by1；

b)根据经验选取一个较低值by0，进行一次加载实验，若接触后压力远超过f1，则降低by0，重新进行实验；

c)实验后，若接触后压力仍超过f1，则降低by1重新进行实验，直到接触力刚打到f1，此时对应比例溢流阀开度为起始域比例溢流阀开度典型值by1。

4)起始段区域的比例流量阀典型值计算方法，具体为：

a)研究比例溢流阀的流量特性曲线，固定比例溢流阀开度值by1，加载实验中能可控达到f1值的比例流量阀开度、且加载过程中空程位移速度满足要求，即为比例流量阀的典型开度；

b)根据经验选取一个较低值bl0，进行一次加载实验，若接触后压力瞬间达到f1，则降低bl0，重新进行实验；

c)实验后，若接触后压力仍瞬间达到f1，则降低bl0，重新进行实验，直到加载过程柔顺加载到f1时；

d)若接触后，压力不变或者加载速度过慢，则提高bl0，重新进行实验；

e)实验后，若接触后压力仍不变或者力加载速度过慢，则提高bl0，重新进行实验，直到加载过程柔顺加载到f1时的比例流量阀开度为慢速加载比例流量阀开度特征值bl1；

f)设置慢速位移过程中比例流量阀开度bl2(初值为bl1)、比例溢流阀开度by1，进行慢速位移实验，若慢速位移太慢，则适当提高bl2；其中，由于比例流量阀的非线性特点，bl2不应比bl1大很多。

5)起始段位移-加载力复合控制方法，具体为：

a)设置比例溢流阀起始段开度值by1，比例流量阀位移控制开度bl1，比例流量阀加载力控制开度bl2，起始段加载终止载荷f1；

b)加载过程启动，系统按照bl1设置的流量进行慢速位移控制；

c)当检测到加载力有2kn的变化时，系统按照bl2设置的流量进行慢速加载控制；

d)加载到f1，起始区域加载过程结束。

6)起始段-准线性加载段的柔顺切换控制方法，具体为：

a)实验确定准线性加载过程中比例流量阀典型值bl3；

b)当加载到f1，起始段加载过程结束；

c)将bl1作为比例溢流阀初值，按照线性加载过程确定的溢流阀段距值，实时更新比例溢流阀开度值；

d)设置比例流量阀开度为bl3。

通过本发明，提供了一种液压加载试验机的起始载荷柔顺控制方法，解决了全载荷域加载过程中起始段跳跃、台阶加载的问题，满足实验室或者工业科研生产对载荷精确加载的需求。本发明的起始段载荷柔顺控制方法已经在实际工作中得到应用，实现了加载起始段的柔顺控制，满足了材料可负荷加载力测量与其他力学性能评估对大吨位、精密型试验机的要求。

附图说明

图1为本发明整体流程示意图。

图2为液压驱动系统简易原理图。

图3为加载起始安全位移点确定方法流程图。

图4为起始段区域的比例溢流阀与比例流量阀典型值计算方法流程图。

图5为起始段-准线性加载段柔顺切换控制方法控制流程图。

图6为起始段-准线性加载段柔顺切换控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如附图1-6所示，一种液压加载试验机的起始加载段载荷柔性加载控制方法，包括：加载起始安全位移点确定方法、起始段载荷区域计算方法、起始段区域的比例溢流阀典型值计算方法、起始段区域的比例流量阀典型值计算方法、起始段位移-加载力复合控制方法以及起始段-准线性加载段柔顺切换控制方法。