采用比例溢流阀差动控制的拉压试验机液压加载系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种采用比例溢流阀差动控制的拉压试验机液压加载系统。包括液压泵站，低压过滤器，回油单向阀，高压比例溢流阀，分流阀，两个低压比例溢流阀，进油单向阀，两个电磁换向阀，两个拉压力传感器，两个液压缸，两个位移传感器，力位移复合控制器。采用比例溢流阀差动控制以及压力阀对液压缸压力位移复合控制，提高试验机的微小力控制与加载力控制精度，在拉压力试验机静态、准静态加载时实时控制加载过程中的加载力和液压缸同步位移，实现对任意加载曲线的控制以及多液压缸的同步控制。本发明能够使拉压试验机适应各种复杂的加载工况。适合于加载力变化范围大，调节精度高以及液压缸经常需要在静态、准静态加载时进行同步控制的场合。
【专利说明】
采用比例溢流阀差动控制的拉压试验机液压加载系统
技术领域
[0001]本发明涉及液压传动与控制技术，尤其涉及一种采用比例溢流阀差动控制的拉压试验机液压加载系统。
【背景技术】
[0002]大型压力(拉力)试验机是国民生产中的一种重要设备，广泛用于金属、混凝土等工程材料的力学性能试验以及验证油田、深海等复杂工况下设备工作可靠性的加载模拟试验，这样的设备往往要求即能有大的输出力又能有较小的压力控制精度，其控制性能对试验结果有着重要的影响。
[0003]目前，几乎所有的大型压力(拉力)试验机均由液压缸加载驱动，而对于液压缸压力的控制主要有以下两种方式:伺服阀控制与溢流阀控制。其中，伺服阀控制性能好，系统动态响应快，并且能同时对多缸加载的试验机各个缸之间进行位移同步控制。不过对于大功率的拉压试验机其流量也相对较大，而大流量的伺服阀价格特别昂贵，且伺服系统对油液要求很高，故限制了其应用范围。使用溢流阀控制的系统结构简单，元件可靠，经久耐用，故得到了广泛的应用。然而使用单一溢流阀对液压缸进口压力进行控制的系统也存在以下一些缺点:
(I)对微小输出力缺乏控制性，输出力分辨率不高
由于试验机液压缸仅由进口处单一的溢流阀控制，所以其输出压力与溢流阀设定压力有直接关系。而普通溢流阀都存在2%—5%的开启压力死区，因而使用这种控制方法的试验机也会存在2%—5%的最小输出压力死区，并且系统的最大输出压力越大，所能控制的最小输出压力也越大。同样，试验机输出力的分辨率也与使用的溢流阀分辨率有关，目前普通比例溢流阀的分辨率在1%左右，所以使用这种控制方法想获得小于1%的分辨率也是很困难的。
[0004](2)无法进行同步控制
大型的拉压试验机其加载液压缸一般为2—4个，各个缸之间的同步目前主要通过机械强制同步来实现，即液压缸作用在可在刚度很高的立柱上滑动的横梁上，用横梁强制各个液压缸实现同步，由于横梁与立柱的刚度要求很高，因而这种结构的试验机体积庞大，设备笨重。目前也有使用分流阀或者同步阀来进行同步调节的，不过分流阀或同步阀都属于流量调节阀，当液压缸进行静态或准静态加压时，流经调节阀的流量为零或者很小，此时分流阀或同步阀的调节性能很差，甚至无法进行同步控制。
【发明内容】
[0005]为了克服上述提到的现有压力试验机加载系统对微小力缺乏控制性、输出力分辨率不高以及无法进行同步控制的缺点，本发明的目的在于提供一种采用比例溢流阀差动控制的拉压试验机液压加载系统，它有良好输出力微调性能并且可以在液压缸静态或准静态加载时进行多缸位移同步控制的液压系统。
[0006]为了达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案是:
本发明包括液压栗站，低压过滤器，回油单向阀，高压比例溢流阀，分流阀，两个低压比例溢流阀，进油单向阀，两个电磁换向阀，两个拉压力传感器，两个液压缸，两个位移传感器，力位移复合控制器。
[0007]两个三位四通电磁换向阀的A、B油口分别接各自液压缸的无杆腔和有杆腔，两个三位四通电磁换向阀的P油口连接并串接进油单向阀后连接到高压比例溢流阀的进油口和液压栗站，高压溢流阀的出油口接油箱，两个三位四通电磁换向阀的T油口一路分别与各自低压比例溢流阀进油口相连，另一路与分流阀相连，分流阀的进油口接液压栗站;两个低压溢流阀的出油口连接后串接回油单向阀经低压过滤器后接油箱;两个液压缸的活塞杆上分别接有拉压力传感器，两个液压缸的无杆腔分别接有位移传感器;力位移复合控制器分别与两个拉压力传感器、两个位移传感器、两个低压比例溢流阀和高压比例溢流阀电连接。
[0008]所述液压栗站包括四个油箱，联轴器，电动机，背压栗，高压栗，高压过滤器;高压栗与背压栗通过各自联轴器与电动机连接，高压栗的出油口经高压过滤器与进油单向阀连接，背压栗的出油口与分流阀的进油口连接，高压栗的进油口和背压栗的进油口分别接油箱。
[0009]所述力位移复合控制器，选用西门子S7-300系列PLC控制器，其型号为315-2DP。
[0010]与【背景技术】相比，本发明具有的有益效果是:
I)使用高低压比例溢流阀差动加载可以避免现有使用单一溢流阀输出较小加载力时存在控制死区的问题，并且使用低压溢流阀对系统输出力进行精调可以提高系统控制精度。系统低压溢流阀压力调节范围选择为高压溢流阀开启压力死区最大值，即5%。高、低压溢流阀开启压力死区与分辨率分别为5%和1%，那么使用高低压比例溢流阀差动加载的输出压力死区为系统最大压力(也就是高压比例溢流阀最大压力)的5%Χ5%=2.5%。，输出力的分辨率为5% X 1%=0.5%0，相比于单一溢流阀加载系统，输出压力死区减小为原来的1/20，输出力分辨率提高了 20倍。
[0011]2)使用比例溢流阀差动加载可以对输出力以及位移进行复合控制，系统无需再使用流量调节阀进行同步控制，这样既避免了系统在静态或者准静态加载时由于系统流量过小而导致的位置调节性能变差也简化了液压系统，降低了设备成本。
[0012]3)本加载系统可以自动跟随任意设定好的加载曲线进行加载，并且能够自动记录试验中的数据，提高了系统的自动化程度。
[0013]本发明适合于加载力变化范围大，调节精度高以及液压缸经常需要在静态或者准静态加载时进行同步控制的应用场合。
【附图说明】
[0014]图1是本发明的系统原理图。
[0015]图中:1-1、1-2、1-3、1-4、油箱，2_1、2_2联轴器，3、电动机，4、背压栗，5、低压过滤器，6、回油单向阀，7、高压栗，8、高压过滤器，9、高压比例溢流阀，10、分流阀，11-1、11-2、低压比例溢流阀，12、进油单向阀，13-1、13-2、电磁换向阀，14-1、14-2、拉压力传感器，15-1、
15-2、液压缸，16-1、16-2、位移传感器，17、力位移复合控制器。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
[0017]如图1所示，包括液压栗站，低压过滤器5，回油单向阀6，高压比例溢流阀9，分流阀10，两个低压比例溢流阀11-1、11-2，进油单向阀12，两个电磁换向阀13-1、13-2，两个拉压力传感器14-1、14-2，两个液压缸15-1、15-2，两个位移传感器16-1、16-2，力位移复合控制器17 ；
两个三位四通电磁换向阀13-1、13-2的A、B油口分别接各自液压缸15-1、15_2的无杆腔和有杆腔，两个三位四通电磁换向阀13-1、13-2的P油口连接并串接进油单向阀12后连接到高压比例溢流阀9的进油口和液压栗站，高压溢流阀9的出油口接油箱1-4，两个三位四通电磁换向阀13-1、13-2的T油口一路分别与各自低压比例溢流阀11-2、11-1进油口相连，另一路与分流阀10相连，分流阀10的进油口接液压栗站;两个低压溢流阀11-1、11-2的出油口连接后串接回油单向阀6经低压过滤器5后接油箱1-3;两个液压缸15-1、15-2的活塞杆上分别接有拉压力传感器14-1、14-2，两个液压缸15-1、15-2的无杆腔分别接有位移传感器16-1、
16-2 ；力位移复合控制器17分别与两个拉压力传感器14-1、14-2、两个位移传感器16-1、16-
2、两个低压比例溢流阀11 -1、11 -2和高压比例溢流阀9电连接。
[0018]当系统需要输出压力时，两个三位四通电磁换向阀13-1、13-2切换到右路，高压栗7输出的压力经高压比例溢流阀9调定后进入液压缸15-1、15-2无杆腔，背压栗4输出的压力经分流阀10分成两股，分别经过低压比例溢流阀11-1、11-2调定后进入液压缸15-1、15-2有杆腔；当系统需要输出拉力时，两只三位四通电磁换向阀13-1、13-2切换到左路，高压栗7输出的压力经高压比例溢流阀9调定后进入液压缸15-1、15-2有杆腔，背压栗4输出的压力经分流阀10分成两股，分别经过低压比例溢流阀11-1、11-2调定后进入液压缸15-1、15-2无杆腔；由于加载液压缸的两腔压力均由比例溢流阀调定，因而可以抵消溢流阀固有的开启压力死区，而使用高压溢流阀对输出力进行粗调使用低压溢流阀对输出力进行精调可以避免由于比例溢流阀分辨率不够而造成的系统精度降低。
[0019]所述液压栗站包括四个油箱1-1、1-2、1-3、1-4，联轴器2-1、2-2，电动机3，背压栗4，高压栗7，高压过滤器8;高压栗7与背压栗4通过各自联轴器2-1、2-2与电动机3连接，高压栗7的出油口经高压过滤器8与进油单向阀12连接，背压栗4的出油口与分流阀10的进油口连接，高压栗7的进油口和背压栗4的进油口分别接油箱1-1、1-2。由于高压栗7压力高，流量较大，是主工作栗，因而选择恒功率变量栗以降低系统能耗;而背压栗4压力低，流量较小，仅需维持系统背压，属于辅助工作栗，因而选择定量栗以简化系统结构，降低系统成本。
[0020]所述力位移复合控制器17，选用西门子S7-300系列PLC控制器，其型号为315-2DP。
[0021]力位移复合控制机构包括与液压缸15-1、15-2连接的位移传感器16-1、16-2以及测量液压缸输出力的拉压力传感器14-1、14-2，力位移复合控制器17根据输入控制信号给定高压比例溢流阀9信号，再通过计算两个液压缸位移传感器16-1、16-2的差值并结合两个拉压力传感器14-1、14-2与设定输出值的差值产生两个低压比例溢流阀11-1、11-2的控制信号以实现对系统的力位移复合控制。另外，力位移复合控制器17还可以自动跟踪任意设定的力变化曲线并对实验数据进行自动记录。
[0022]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。
【主权项】
1.采用比例溢流阀差动控制的拉压试验机液压加载系统，其特征在于:包括液压栗站，低压过滤器(5)，回油单向阀(6)，高压比例溢流阀(9)，分流阀(10)，两个低压比例溢流阀(11-1、11-2)，进油单向阀(12)，两个电磁换向阀(13-1、13-2)，两个拉压力传感器(14-1、14-2)，两个液压缸(15-1、15-2)，两个位移传感器(16-1、16-2)，力位移复合控制器(17); 两个三位四通电磁换向阀(I 3-1、13-2)的A、B油口分别接各自液压缸(I 5-1、15-2)的无杆腔和有杆腔，两个三位四通电磁换向阀(13-1、13-2)的P油口连接并串接进油单向阀(12)后连接到高压比例溢流阀(9)的进油口和液压栗站，高压溢流阀(9)的出油口接油箱，两个三位四通电磁换向阀(13-1、13-2)的T油口 一路分别与各自低压比例溢流阀(11-2、11-1)进油口相连，另一路与分流阀(10)相连，分流阀(10)的进油口接液压栗站;两个低压溢流阀(11-1、11-2)的出油口连接后串接回油单向阀(6)经低压过滤器(5)后接油箱;两个液压缸(15-1、15-2)的活塞杆上分别接有拉压力传感器(14-1、14-2)，两个液压缸(15-1、15_2)的无杆腔分别接有位移传感器(16-1、16-2);力位移复合控制器(17)分别与两个拉压力传感器(14-1、14-2)、两个位移传感器(16-1、16-2)、两个低压比例溢流阀(11_1、11_2)和高压比例溢流阀(9)电连接。2.根据权利要求1所述的采用比例溢流阀差动控制的拉压试验机液压加载系统，其特征在于:所述液压栗站包括四个油箱(1-1、1-2、1-3、1-4)，联轴器(2-1、2-2)，电动机(3)，背压栗(4)，高压栗(7)，高压过滤器(8);高压栗(7)与背压栗(4)通过各自联轴器(2-1、2-2)与电动机(3)连接，高压栗(7)的出油口经高压过滤器(8)与进油单向阀(12)连接，背压栗(4)的出油口与分流阀(10)的进油口连接，高压栗(7)的进油口和背压栗(4)的进油口分别接油箱(H、卜2)03.根据权利要求1所述的采用比例溢流阀差动控制的拉压试验机液压加载系统，其特征在于:所述力位移复合控制器(17)，选用西门子S7-300系列PLC控制器，其型号为315-2DP。
【文档编号】F15B13/06GK106015139SQ201610571994
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月20日
【发明人】周华, 姚叶明, 陈英龙
【申请人】浙江大学