一种基于顺逆载分段控制的结构试验加载作动系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于疲劳试验顺逆载伺服阀分段控制的加载作动系统，所述系统的加载控制器依据疲劳试验载荷谱发出控制信号，同时根据加载情况以及载荷谱，判断液压缸加载工作状态；当液压缸处于逆载工作状态时，加载控制器关闭副伺服阀油路，打开主伺服阀油路；当液压缸处于顺载工作状态时，加载控制器控制主伺服阀油路关闭，进而将液压缸与系统油源切断隔离，同时打开副伺服阀油路；所述系统根据疲劳试验中不同加载情况来选择不同伺服阀回路对液压缸进行控制，改变系统节流特性，以此来减少系统节流损失，提高系统能源利用效率。
【专利说明】
一种基于顺逆载分段控制的结构试验加载作动系统
技术领域
[0001]本发明属于电液伺服控制技术领域，特别涉及一种基于疲劳试验顺逆载伺服阀分段控制的加载作动系统。
【背景技术】
[0002]在飞机的整个研制过程中，全尺寸飞机结构试验有着非常重要的地位，是所有飞行器起飞前的必经之路;全机结构试验包括静力试验和疲劳试验;疲劳试验依据飞机实际使用的飞行剖面，编制试验载荷谱，对试验机进行循环加载，主要目的是暴露机体结构疲劳薄弱部位和疲劳损伤的关键部位，从而对试验件进行改进或者对其寿命进行评估，制定合理的修理周期。随着飞机机型的发展，飞机尺寸越来越大，加载通道越来越多，试验系统会变得越来越复杂，同时也会给加载作动器的性能提出更高的要求。目前，一般的加载作动器方案都是采用一处大型的液压油源来给整个加载系统供油的方式。
【发明内容】
[0003]基于此，本发明公开了一种基于疲劳试验顺逆载伺服阀分段控制的加载作动系统；
[0004]所述系统包括:定量栗、定速电机、油箱、伺服阀、液压缸和阀控液压缸单元；
[0005]所述定速电机带动定量栗转动，将油箱中的高压油通过伺服阀供给液压缸；
[0006]所述系统通过控制阀控液压缸单元，根据疲劳试验中不同加载情况选择不同的伺服阀对液压缸进行控制。
[0007]本发明提出了专门针对疲劳试验的基于顺逆载分段控制的加载作动系统以及控制方案;利用对称液压缸结构特性以及疲劳试验加载特性，充分利用加载系统顺载工况下流体传动特点，采用伺服阀加单向阀油路，大大减小了系统节流损失，提高了系统能源利用效率。
【附图说明】
[0008]图1位本发明一个实施例中基于顺逆载分段控制的结构试验加载作动系统原理图；
[0009]图2为本发明一个实施例中液压缸工作四象限示意图；
[0010]其中1-油箱，2-定量栗，3-定速电机，4-溢流阀，5-单向阀，6-蓄能器，7-主伺服阀，8-单向阀，9-副伺服阀，I O-液压缸。
【具体实施方式】
[0011]在一个实施例中，本发明公开了一种基于疲劳试验顺逆载伺服阀分段控制的加载作动系统；
[0012]所述系统包括:定量栗、定速电机、油箱、伺服阀、液压缸和阀控液压缸单元；
[0013]所述定速电机带动定量栗转动，将油箱中的高压油通过伺服阀供给液压缸；
[0014]所述系统通过控制阀控液压缸单元，根据疲劳试验中不同加载情况选择不同的伺服阀对液压缸进行控制。
[0015]在本实施例中，如图1所示的加载作动系统原理图，采用双伺服阀对加载系统液压缸进行控制;通过典型的阀控缸系统，根据疲劳试验中不同加载情况来选择不同伺服阀回路对液压缸进行控制，改变系统节流特性，以此来减少系统节流损失，提高系统能源利用效率。
[0016]在一个实施例中，所述系统还包括有蓄能器，所述蓄能器用于储存油箱中的高压油，当蓄能器充满高压油之后，定速电机停止转动，蓄能器将之前储存的高压油通过伺服阀供给液压缸。
[0017]在本实施例中，所述油箱中的低压液压油栗为高压油，其中的高压油一部分供给蓄能器储存起来，另一部分通过伺服阀供给液压缸，供液压缸加载作动使用；当蓄能器充满之后，电机停止转动，蓄能器将之前储存的高压油通过伺服阀(主伺服阀或者副伺服阀之一)供给液压缸。
[0018]在一个实施例中，所述伺服阀包括主伺服阀和副伺服阀。
[0019]在一个实施例中，所述系统还包括有加载控制器，所述加载控制器用于判断液压缸的加载工作状态，并控制主伺服油路和副伺服阀油路的打开和关闭。
[0020]在本实施例中，所述加载控制器用于对系统所采集力数据、压力信号进行分析处理，同时根据加载指令，对伺服阀发出电信号，进而通过控制伺服阀开口大小来控制液压缸加载力大小，对溢流阀发出电信号，控制系统溢流压力。所述加载控制器还用于根据系统要求液压缸对被试验对象在一定时间内施加的力的大小的变化情况和加载力的变化情况与液压缸速度方向的关系，判断液压缸处于顺载或逆载工作状态。
[0021]在一个实施例中，当液压缸处于逆载工作状态时，加载控制器控制副伺服阀油路关闭，主伺服阀油路打开。
[0022]在本实施例中，对于阀控加载系统，由于伺服阀节流特性，液压缸高低腔压力之和始终等于系统油源压力;所以系统在进行疲劳试验，加载指令为正弦载荷谱时，当液压缸处于逆载工作状态时，高压腔容积增大，低压腔容积减少，且此过程中高低压腔不发生改变，此时系统高压油进入高压腔，低压腔低压油进入油箱，伺服阀节流作用较小，能量损耗较低。
[0023]在一个实施例中，当液压缸处于顺载工作状态时，加载控制器控制主伺服阀油路关闭，进而将液压缸与系统油源切断隔离，同时打开副伺服阀油路。
[0024]在本实施例中，当液压缸处于顺载工作状态时，高压腔容积减少，低压腔容积增大，此时如果将系统高压油经过伺服阀节流后进入低压腔，高压腔高压油也全部经过伺服阀节流后直接回到油箱的话，伺服阀节流作用将会非常明显，能源利用率显著降低，造成了系统能源很大浪费，对于全机结构疲劳试验将是不可忽略的一部分能量。考虑到对称液压缸结构特性，当液压缸处于顺载工况时，由于两腔截面积相等，所以高压腔液压油流出流量与低压腔低压油流入流量相等；在通过主伺服阀控制液压缸基础上，增加副阀及单向阀进行顺载工况下的控制；在顺载工况下，高压腔容积减少，低压腔容积增大，通过切换伺服阀控制，将液压缸与系统高压油源隔离，通过副伺服阀油路直接控制液压缸。
[0025]在一个实施例中，在飞机全尺寸结构疲劳实验中，加载系统采用的力载荷谱特点决定了加载液压缸将处于顺逆载交替变换的工作状态;所谓逆载工作状态就是液压缸在加载时，所受到力的方向与速度方向相反;方向相同时即为顺载；
[0026]如图2所示，为疲劳试验加载过程中，液压缸工作四象限示意图。其中，第1、iii象限液压缸速度方向与负载力方向相反，为逆载;第i1、iv象限速度方向与负载力方向相同，为顺载。
[0027]对于对称液压缸，其两腔液压油作用有效面积相等，导致了在液压缸活塞运动过程中，液压缸流入与流出的流量始终相等；由于液压缸两腔充满不同压力的液压油，所以产生了加载力；在液压缸加载系统中，通过伺服阀控制液压缸高低两腔的液压油压力进而实现对加载力的控制；
[0028]对称加载液压缸，由于液压缸两腔有效面积相等，所以加载力与高低压腔压差成正比;对于阀控加载系统，由于伺服阀节流特性，液压缸高低腔压力之和始终等于系统油源压力;所以系统在进行疲劳试验，加载指令为正弦载荷谱时，当液压缸处于逆载工况，高压腔容积增大，低压腔容积减少，且此过程中高低压腔不发生改变，此时系统高压油进入高压腔，低压腔低压油进入油箱，伺服阀节流作用较小，能量损耗较低；当液压缸处于顺载工况时，高压腔容积减少，低压腔容积增大，此时如果将系统高压油经过伺服阀节流后进入低压腔，高压腔高压油也全部经过伺服阀节流后直接回到油箱的话，伺服阀节流作用将会非常明显，能源利用率显著降低，造成了系统能源很大浪费，对于全机结构疲劳试验将是不可忽略的一部分能量。考虑到对称液压缸结构特性，当液压缸处于顺载工况时，由于两腔截面积相等，所以高压腔液压油流出流量与低压腔低压油流入流量相等;在通过主伺服阀控制液压缸基础上，增加副阀及单向阀进行顺载工况下的控制；在顺载工况下，高压腔容积减少，低压腔容积增大，通过切换伺服阀控制，将液压缸与系统高压油源隔离，通过副伺服阀油路直接控制液压缸。
[0029]本实施例通过分析对称液压缸在不同工作象限高低压腔压力及容积变化规律，设计一种专门针对疲劳试验用的加载作动器液压系统原理，提出优化的能量控管方案，以减少系统不同加载工况下的节流损失;尤其针对在顺载工况时采用副伺服阀油路进行能量的优化利用;具体工作过程为:
[0030]加载控制器依据疲劳试验载荷谱发出控制信号，同时判断根据加载情况以及载荷谱，判断液压缸加载工作状态；当液压缸处于逆载工作状态时，加载控制器关闭副伺服阀油路，打开主伺服阀油路;此时系统有电机带动栗产生的高压油通过伺服阀进入液压缸;因为液压缸处于逆载工作状态，所以系统高压油经过伺服阀一定节流作用以后进入液压缸高压腔;低压腔液压油通过伺服阀节流后流出回到油箱；
[0031]当液压缸处于顺载工作状态时，加载控制器控制主伺服阀油路关闭，进而将液压缸与系统油源切断隔离，同时打开副伺服阀油路;此时液压缸处于顺载工作状态，高压腔的高压油经过伺服阀(B到T)节流后流出，并通过单向阀流回到伺服阀(P到A)进而直接进入低压腔;整个加载过程中，液压缸系统与油源隔离，完成了加载，避免了系统高压油通过伺服阀引起的较大节流作用，直接利用高压腔流出的高压油补充低压腔，实现了系统能量的节约。
[0032]本发明所述的系统考虑到疲劳试验载荷谱加载对称性，以及对称液压缸顺逆载流量对称性，在相同载荷谱情况下，采用主副阀分段控制液压缸加载，在系统泄漏流量较小的情况下，系统所需流量可节省近50%;在疲劳试验整个加载周期中，将产生非常大的节约效应。
[0033]以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制;尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解;其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替代;而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术的精神范围。
【主权项】
1.一种基于疲劳试验顺逆载伺服阀分段控制的加载作动系统，其特征在于，所述系统包括:定量栗、定速电机、油箱、伺服阀、液压缸和阀控液压缸单元； 所述定速电机带动定量栗转动，将油箱中的高压油通过伺服阀供给液压缸； 所述系统通过控制阀控液压缸单元，根据疲劳试验中不同加载情况选择不同的伺服阀对液压缸进行控制。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于:所述系统还包括有蓄能器，所述蓄能器用于储存油箱中的高压油，当蓄能器充满高压油之后，定速电机停止转动，蓄能器将之前储存的高压油通过伺服阀供给液压缸。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于:所述伺服阀包括主伺服阀和副伺服阀。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于:所述系统还包括有加载控制器，所述加载控制器用于判断液压缸的加载工作状态，并控制主伺服油路和副伺服阀油路的打开和关闭。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于:当液压缸处于逆载工作状态时，加载控制器控制副伺服阀油路关闭，主伺服阀油路打开。6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于:当液压缸处于顺载工作状态时，加载控制器控制主伺服阀油路关闭，进而将液压缸与系统油源切断隔离，同时打开副伺服阀油路。
【文档编号】F15B1/02GK106089820SQ201610709191
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月23日
【发明人】尚耀星, 吴嘉康, 焦宗夏
【申请人】北京航空航天大学