液壓伺服變載荷加載試驗臺的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明液壓伺服變載荷加載試驗臺屬于機械液壓領(lǐng)域，涉及一種使用電液伺服系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)壓力、位移兩種反饋雙閉環(huán)控制的疲勞試驗臺。試驗臺由控制系統(tǒng)和四個并聯(lián)的加載機構(gòu)兩大部分組成，四個并聯(lián)的加載機構(gòu)中兩個用于軸向加載，另外兩個用于徑向加載。該控制系統(tǒng)中的工控機與控制器通過數(shù)據(jù)線連接，位移傳感器和大、小力傳感器通過數(shù)據(jù)傳輸線連接到控制器上。加載試驗臺被固定于地面上，用于軸向加載的大力傳感器安裝在一個伺服液壓缸的前端，用于徑向加載的小力傳感器安裝在另一個伺服液壓缸的前端。本發(fā)明四個控制通道可協(xié)同工作，試驗臺結(jié)構(gòu)簡單，原理清晰，造價低廉，能同時對多試件進行疲勞加載，長期工作穩(wěn)定，效率高。
【專利說明】液壓伺服變載荷加載試驗臺
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實發(fā)明屬于機械液壓領(lǐng)域，涉及一種使用電液伺服系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)壓力、位移兩種反饋雙閉環(huán)控制的疲勞試驗臺。
【背景技術(shù)】
[0002]在工程機械中，許多機械零部件都是工作在循環(huán)、交變載荷條件下的，其工作應(yīng)力往往低于材料的屈服強度。零部件在這種循環(huán)、交變載荷下，經(jīng)過較長時間的運行容易產(chǎn)生疲勞破壞，對結(jié)構(gòu)的安全性能產(chǎn)生重大的影響。為了保證這些零部件的可靠性，在將其投入使用前要進行檢測，電液伺服加載試驗臺就是用來檢測這些零部件的專用設(shè)備。
[0003]近年來對于材料或者結(jié)構(gòu)的動、靜疲勞實驗已得到極大的重視，各種不同型號、功能和規(guī)格的疲勞實驗設(shè)備層出不窮，以滿足不同材料或結(jié)構(gòu)的疲勞實驗的需求。幾類主要的疲勞試驗機類型有:電液伺服式、機械式和電磁式。其中電液伺服式的疲勞試驗機的主要優(yōu)點有:響應(yīng)速度快、輸出功率大、測量和控制精度高，但是此類實驗設(shè)備的缺點是在較低噸位的整機價格較高。電磁式的疲勞試驗機的特點是整機工作效率高、易起振、耗能低、控制精度高、波動小以及操作簡便，但是不可以對復(fù)合材料進行疲勞實驗。而機械式疲勞試驗機多用于低頻疲勞實驗，功率小、造價低。但其響應(yīng)慢，且輸出載荷范圍較小等不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)中，電液伺服式疲勞試驗機的技術(shù)不足，發(fā)明一種液壓伺服變載荷加載試驗臺，加載液壓缸可水平放置或垂直放置，任意兩液壓缸可以實現(xiàn)協(xié)同加載，用于低循環(huán)疲勞強度試驗?？梢詫Υ蟪叽绲氖綐舆M行測試，具有較大的靈活性。能同時對多試件進行疲勞加載實驗，有助于節(jié)省時間、提高工作效率。設(shè)備可以根據(jù)用戶設(shè)定好的指令自動運行，油路壓力可調(diào)并且可以保持穩(wěn)定，配有冷卻設(shè)備，可以持續(xù)運行。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種液壓伺服變載荷加載試驗臺，其特征在于:試驗臺由控制系統(tǒng)和四個并聯(lián)的加載機構(gòu)兩大部分組成，四個并聯(lián)的加載機構(gòu)中兩個用于軸向加載，另外兩個用于徑向加載；
[0006]該控制系統(tǒng)中的工控機23與控制器22通過數(shù)據(jù)線連接，位移傳感器17和大、小力傳感器18、19通過數(shù)據(jù)傳輸線連接到控制器22上，實現(xiàn)加載過程中力和位移雙閉環(huán)控制；通過工控機23中的數(shù)據(jù)采集板卡，分別把力、位移、壓力值顯示在軟件儀表中，控制器22對液壓伺服閥16進行控制，形成PID控制；
[0007]加載試驗臺被固定于地面上，底座25與地面相連接，伺服液壓缸20通過六個螺栓與底座25連接,用于軸向加載的大力傳感器18安裝在一個伺服液壓缸20的前端,用于徑向加載的小力傳感器19安裝在另一個伺服液壓缸20的前端；伺服液壓缸20的后部與位移傳感器17連接，伺服液壓缸20的上方設(shè)有過度塊27，過度塊27的兩端通過螺紋與兩個壓力變送器24連接，過度塊27的上方與伺服閥16通過四個螺栓連接。[0008]本發(fā)明的有益效果是可以施加正弦波、余弦波、三角波、方波以及隨即波的周期載荷。本試驗臺外形美觀、結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡單方便、使用壽命長，且可以獲得高頻加載動力。與同噸位的電液伺服式疲勞試驗機相比具有更大的加載力極限和頻率?？梢员ＷC在高頻、大加載力或者位移條件下，保證波形不失真。可對礦用各型減速機輸出端施加軸向及徑向變動載荷以進行可靠性驗證，也可用于其他產(chǎn)品類似的試驗；可以在測試過程中實現(xiàn)力和位移閉環(huán)控制、加載載荷可調(diào)、加載頻率可調(diào)、操作簡便、成本較低且效率高的疲勞試驗機。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明液壓伺服變載荷加載試驗臺液壓回路原理圖。
[0010]圖2為本發(fā)明液壓伺服變載荷加載試驗臺加載機構(gòu)示意圖。
[0011]圖中:1-油箱、2-吸油過濾器、3-避震吼、4-齒輪泵、5-電動機、6-電磁溢流閥、7-微型高壓軟管、8-壓力表開關(guān)總成、9-壓力表、10-單向閥、11-蓄能器控制閥組、12-蓄能器、13-壓力傳感器、14-電磁球閥、15-壓力過濾器、16-伺服閥、17-位移傳感器、18-大力傳感器、19-小力傳感器、20-伺服液壓缸、21-回油過濾器、22-控制器、23-工控機、24-壓力變送器、25-底座、26-伺服放大器、27-過度塊。
【具體實施方式】
[0012]以下結(jié)合附圖和技術(shù)方案對本發(fā)明的實施作進一步詳細描述。
[0013]該液壓伺服變載荷加載試驗臺由控制系統(tǒng)和加載機構(gòu)兩個部分組成；
[0014]所述液壓伺服變載荷加載試驗臺具有四個并聯(lián)的加載機構(gòu)，其中兩個用于軸向加載，另外兩個用于徑向加載。每個加載機構(gòu)通過螺栓和擋板固定于水平地面上，伺服液壓缸20與底座25之間用12個螺栓連接。用于軸向加載的伺服液壓缸20的前端安裝大力傳感器18，用于徑向加載的伺服液壓缸20前端與小力傳感器19連接。伺服液壓缸20的后部安裝位移傳感器17，伺服閥16以及壓力變送器24被固定于伺服液壓缸20的上方。
[0015]所述控制系統(tǒng)中，工控機23與控制器22通過PCI數(shù)據(jù)卡連接并傳遞信號，位移傳感器17，大、小力傳感器18、19通過數(shù)據(jù)傳輸線連接到控制器22上，本實施例中，大力傳感器18為125KN，小力傳感器19為50KN，它們將檢測到的伺服液壓缸20的力和位移信號傳遞給控制器22。該液壓伺服變載荷加載試驗臺的控制使用力伺服控制，力、位移和壓力傳感器采集的原始數(shù)據(jù)通過控制器22、數(shù)據(jù)采集板卡，分別把力、位移、壓力值顯示在軟件儀表中，同時對液壓伺服閥16進行控制，形成PID控制。該力伺服控制通過模糊PID自適應(yīng)控制器來實現(xiàn)；模糊PID自適應(yīng)控制器對加載機構(gòu)的力和位移進行實時跟蹤，從而實現(xiàn)對加載機構(gòu)的伺服閉環(huán)控制，動態(tài)控制精度±1%。
[0016]該試驗臺可以同時對兩臺被測設(shè)備進行軸向和徑向變載荷加載，以進行疲勞可靠性驗證，四個通道獨立控制，模擬各種條件進行加載，加載波形有正弦波、三角波、方波和隨機波形，可協(xié)同加載，徑向加載力達到50ΚΝ，0.1-15Ηζ，軸向加載力達到30ΚΝ，0.1_20Ηζ。該試驗臺可以實現(xiàn)加載過程中力和位移雙閉環(huán)控制?？梢詫崿F(xiàn)的波形、加載力、頻率等可以根據(jù)需要進行設(shè)定，該試驗臺能夠自動進行數(shù)據(jù)采集及處理、預(yù)存技術(shù)參數(shù)、生成報表等功能，同時可以進行存儲并方便歷史查詢，可與數(shù)據(jù)庫相連接，將系統(tǒng)控制設(shè)置的參數(shù)以及加載過程中的狀態(tài)參數(shù)顯示，以便對加載過程進行人工干預(yù)，達到預(yù)期的實驗效果。[0017]本發(fā)明的工作原理如圖1所示,主電動機5啟動,帶動主齒輪泵4向系統(tǒng)供油，液壓油從油箱I中抽出，經(jīng)過吸油過濾器2和避震喉3進入齒輪泵4的吸油腔，為了不讓電動機帶載啟動，防止電流過大，在10秒內(nèi)，電磁溢流閥6不帶電，系統(tǒng)將處于卸荷狀態(tài)，10秒后自動帶點，電磁溢流閥6開始工作，調(diào)節(jié)壓力逐漸升至設(shè)定好的工作壓力，其中，一部分油液向蓄能器12供油，蓄能器12是否有油液流入由蓄能器閥組11控制，另一部分經(jīng)過單向閥10向加載系統(tǒng)供油，若兩個電磁球閥14同時打開,可同時對一個被測對象進行軸向和徑向加載。若打開一個電磁球閥14,貝U可以對被測對象進行軸向或者徑向加載。壓力表9通過微型高壓軟管7連入回路，測量回路壓力，使用壓力表總成開關(guān)8來控制。當(dāng)蓄能器12壓力達到預(yù)設(shè)的工作壓力時，壓力傳感器13發(fā)出信號給電磁溢流閥6，使其斷電，使主齒輪泵5處于卸荷狀態(tài)，由蓄能器12向系統(tǒng)供油，可以提高效率，降低油液的溫升。當(dāng)系統(tǒng)壓力低于某一設(shè)定值時，壓力傳感器13發(fā)出信號，電磁溢流閥6帶電,主齒輪泵5繼續(xù)向加載系統(tǒng)和蓄能器12供油，如此循環(huán)往復(fù)。
[0018]用戶可以根據(jù)實驗要求，在控制臺上設(shè)定加載過程的壓力和位移，也可以設(shè)定所需要加載的波形。工控機23會在顯示器上顯示出位移傳感器17及大、小力傳感器18、19檢測到的信號，并對實驗數(shù)據(jù)進行儲存和分析。在控制臺上設(shè)有電動機5的開關(guān)按鈕，以及危險狀況下的急停按鈕。
[0019]本發(fā)明采用了四通道獨立式伺服控制器技術(shù)，控制精度可達到± I %，傳感器檢測精度達到0.1 %，數(shù)據(jù)采集精度高、范圍大、可靠性好。便于遠距離工件的疲勞加載，同時，力口載被測試件時，可以提高伺服響應(yīng)頻率。元件、管路和接頭等采用不銹鋼制造，操作臺采用噴塑處理。本試驗臺具有外形美觀、結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡單方便、使用壽命長等特點。
【權(quán)利要求】
1.一種液壓伺服變載荷加載試驗臺，其特征在于:試驗臺由控制系統(tǒng)和四個并聯(lián)的加載機構(gòu)兩大部分組成，四個并聯(lián)的加載機構(gòu)中兩個用于軸向加載，另外兩個用于徑向加載； 該控制系統(tǒng)中的工控機(23)與控制器(22)通過數(shù)據(jù)線連接，位移傳感器(17)和大、小力傳感器(18、19)通過數(shù)據(jù)傳輸線連接到控制器(22)上，實現(xiàn)加載過程中力和位移雙閉環(huán)控制；通過工控機(23)中的數(shù)據(jù)采集板卡，分別把力、位移、壓力值顯示在軟件儀表中，控制器(22)對液壓伺服閥16進行控制，形成PID控制； 加載試驗臺被固定于地面上，底座(25)與地面相連接，伺服液壓缸(20)通過六個螺栓與底座(25)連接,用于軸向加載的大力傳感器(18)安裝在一個伺服液壓缸(20)的前端，用于徑向加載的小力傳感器(19)安裝在另一個伺服液壓缸(20)的前端；伺服液壓缸(20)的后部與位移傳感器(17)連接，伺服液壓缸(20)的上方設(shè)有過度塊(27)，過度塊(27)的兩端通過螺紋與兩個壓力變送器(24)連接，過度塊(27)的上方與伺服閥(16)通過四個螺栓連接。
【文檔編號】F15B19/00GK104006034SQ201410255389
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月10日
【發(fā)明者】張宏, 李巍, 高銘, 熊子奇 申請人:大連理工大學(xué)