本發(fā)明屬于液壓控制領(lǐng)域，具體涉及一種噴嘴擋板伺服閥前置級(jí)液動(dòng)力測(cè)試裝置和方法。

背景技術(shù)：

伺服閥是伺服系統(tǒng)的核心精密控制元件，它的性能直接影響甚至決定整個(gè)系統(tǒng)的性能。伺服閥能夠精確地將毫安級(jí)的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制伺服機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的大功率液壓流量信號(hào)。噴嘴擋板伺服閥因其響應(yīng)速度快、功率放大率高、線(xiàn)性好、死區(qū)小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航天各運(yùn)載型號(hào)伺服機(jī)構(gòu)中。

前置級(jí)是伺服閥的關(guān)鍵部分，伺服閥工作中產(chǎn)生的前置級(jí)液動(dòng)力能夠決定整個(gè)伺服閥的性能。因此，前置級(jí)液動(dòng)力的精確測(cè)量對(duì)于充分了解伺服閥性能與前置級(jí)關(guān)系乃至整閥特性的研究具有重要意義，為伺服閥的設(shè)計(jì)與性能優(yōu)化提供重要依據(jù)。

噴嘴擋板式伺服閥前置級(jí)包括銜鐵、彈簧管、擋板等。噴嘴擋板伺服閥的工作原理為：通過(guò)輸入一定量的控制電流使前置級(jí)中銜鐵及擋板發(fā)生偏轉(zhuǎn)，兩噴嘴腔形成壓差并引起功率級(jí)的閥芯移動(dòng)，由于力矩平衡閥芯會(huì)精確停留在某一位置，從而使伺服閥輸出與輸入電流成比例的流量。

伺服閥工作中，兩噴嘴射出的液流作用在前置級(jí)的擋板上的合力定義為前置級(jí)液動(dòng)力。經(jīng)檢索，目前沒(méi)有測(cè)量噴嘴擋板伺服閥前置級(jí)液動(dòng)力的設(shè)備、相關(guān)發(fā)明或?qū)嵱眯滦汀?/p>

在伺服閥實(shí)際工作中，前置級(jí)的擋板和噴嘴在裝配后處于伺服閥殼體的密閉結(jié)構(gòu)中，直接測(cè)量密閉結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的液流力本身是一件困難的事情。前置級(jí) 液動(dòng)力的測(cè)量需要精確獲得擋板位移，而裝配后擋板處于密閉空間，同樣不可能通過(guò)直接方法確定銜鐵組件擋板的位移。若測(cè)量液動(dòng)力就要破壞伺服閥結(jié)構(gòu)，這會(huì)改變伺服閥性能，測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性相應(yīng)改變。目前，沒(méi)有伺服閥前置級(jí)液動(dòng)力測(cè)量裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種噴嘴擋板伺服閥前置級(jí)液動(dòng)力測(cè)試裝置和方法，在不破壞伺服閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)的情況下，不對(duì)伺服閥正常工作進(jìn)行干擾的情況下，能夠準(zhǔn)確測(cè)量擋板的受力和位移，從而間接求得伺服閥前置級(jí)液動(dòng)力的大小。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明一種噴嘴擋板伺服閥前置級(jí)液動(dòng)力測(cè)試裝置，該裝置包括噴嘴擋板式伺服閥、十字型測(cè)桿、X軸激光位移傳感器、X軸力傳感器和X軸微位移直線(xiàn)推桿，十字型測(cè)桿垂直固聯(lián)在噴嘴擋板式伺服閥的擋板的上方，底面與擋板上表面緊密連接，十字型測(cè)桿十字的一條邊方向與噴嘴擋板式伺服閥的噴嘴方向平行；X軸力傳感器固定于可調(diào)節(jié)位置式支架I，X軸力傳感器方向平行于噴嘴擋板式伺服閥的噴嘴方向；X軸微位移推桿固定于X軸力傳感器端部，X軸微位移推桿的球頭端部與十字型測(cè)桿該端的端部接觸；X軸激光位移傳感器固定于可調(diào)節(jié)位置式支架II，位于噴嘴擋板式伺服閥的相對(duì)于X軸力傳感器的另一端，X軸激光位移傳感器測(cè)量方向平行于噴嘴擋板式伺服閥的噴嘴方向。

裝置還包括Y軸激光位移傳感器、Y軸力傳感器和Y軸微位移直線(xiàn)推桿，Y軸力傳感器固定于可調(diào)節(jié)位置式支架IV，Y軸力傳感器方向垂直于噴嘴擋板式伺服閥的噴嘴方向；Y軸微位移推桿固定于Y軸力傳感器端部，Y軸微位移推桿的球頭端部與十字型測(cè)桿該端的端部接觸；Y軸激光位移傳感器固定于可 調(diào)節(jié)位置式支架III，位于噴嘴擋板式伺服閥的相對(duì)于Y軸力傳感器的另一端，Y軸激光位移傳感器測(cè)量方向垂直于噴嘴擋板式伺服閥的噴嘴方向。

X軸激光位移傳感器、Y軸激光位移傳感器與十字型測(cè)桿的測(cè)量點(diǎn)在同一高度。

一種噴嘴擋板伺服閥前置級(jí)液動(dòng)力測(cè)試方法，包括以下步驟：

步驟一、將平行于噴嘴擋板式伺服閥噴嘴方向的X軸微位移推桿位置進(jìn)行移動(dòng)，遠(yuǎn)離十字測(cè)桿，在伺服閥正常工作情況下，噴嘴向擋板噴射液流，會(huì)產(chǎn)生平行于噴嘴擋板式伺服閥噴嘴方向上液動(dòng)力F2，F(xiàn)2對(duì)擋板的液動(dòng)力的產(chǎn)生導(dǎo)致?lián)醢逦恢靡訟為旋轉(zhuǎn)點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，X軸激光位移傳感器記錄十字型測(cè)桿產(chǎn)生位移D2；

步驟二、調(diào)節(jié)平行于噴嘴擋板式伺服閥噴嘴方向的X軸微位移直線(xiàn)推桿，保證X軸微位移直線(xiàn)推桿與十字測(cè)桿觸碰但無(wú)相互作用力，且觸碰點(diǎn)與激光位移傳感器射出的激光點(diǎn)位置一致，此時(shí)X軸微位移直線(xiàn)推桿對(duì)十字型測(cè)桿施加一定的推力，十字型推桿會(huì)由此移動(dòng)一定的位移D1，當(dāng)D1與上步驟D2的位移相等時(shí)，使X軸微位移直線(xiàn)推桿保持推力F1，由于十字型測(cè)桿與銜鐵組件剛性連接，此時(shí)銜鐵組件也會(huì)相應(yīng)以A為中心旋轉(zhuǎn)，因此可知：

F2＝F1×L1/L2

L1為A點(diǎn)到十字型測(cè)桿2的豎直高度；

步驟三、將垂直于噴嘴擋板式伺服閥噴嘴方向的Y軸微位移推桿位置進(jìn)行移動(dòng)，遠(yuǎn)離十字型測(cè)桿，在伺服閥正常工作情況下，由于噴嘴向擋板噴射液流，會(huì)產(chǎn)生Y方向上液動(dòng)力F3，F(xiàn)3對(duì)擋板的液動(dòng)力的產(chǎn)生導(dǎo)致?lián)醢逦恢靡訟為旋轉(zhuǎn)點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，十字型測(cè)桿會(huì)以A為旋轉(zhuǎn)點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生位移為D3，X軸激光位移傳感器記錄此時(shí)D3具體數(shù)值；

步驟四、調(diào)節(jié)垂直于噴嘴擋板式伺服閥噴嘴方向的Y軸微位移直線(xiàn)推桿，保證Y軸微位移直線(xiàn)推桿與十字型測(cè)桿觸碰但無(wú)相互作用力，且觸碰點(diǎn)與激光位移傳感器射出的激光點(diǎn)位置一致，此時(shí)使Y軸微位移直線(xiàn)推桿對(duì)十字型測(cè)桿施加一定的推力，十字型推桿會(huì)由此移動(dòng)一定的位移D4，當(dāng)D4與步驟三中的D3的位移相等時(shí)，使Y軸微位移直線(xiàn)推桿保持推力F4，工作狀態(tài)下伺服閥在Y方向的液動(dòng)力F3：

F3＝F4×L1/L2；

步驟五、通過(guò)下式即可計(jì)算出工作狀態(tài)下伺服閥擋板所受的液動(dòng)力的合力F和方向θ：

tanθ＝F2/F3

F為合力,θ為與垂直于噴嘴擋板式伺服閥1噴嘴方向的夾角。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果在于：擋板位移測(cè)量裝置利用十字型測(cè)桿，通過(guò)測(cè)量伺服閥外部的十字型測(cè)桿的位移和受力可求得密閉環(huán)境下?lián)醢宓奈灰坪褪芰?。解決了無(wú)法測(cè)量伺服閥前置級(jí)液動(dòng)力的難題。通過(guò)擋板的受力和位移及固定的換算關(guān)系，可間接求得噴嘴擋板伺服閥在工作狀態(tài)下所受前置級(jí)液動(dòng)力。避免了直接測(cè)量對(duì)伺服閥正常工作狀態(tài)的干擾，避免影響擋板的受力、位移特性。本發(fā)明中推桿產(chǎn)生力矩、液動(dòng)力產(chǎn)生力矩、彈簧管產(chǎn)生力矩及擋板位移存在固定的換算關(guān)系：伺服閥不工作時(shí)，推桿輸出力對(duì)旋轉(zhuǎn)中心產(chǎn)生力矩等于彈簧管產(chǎn)生的力矩；伺服閥工作時(shí)，在達(dá)到相同擋板位移時(shí)，液動(dòng)力對(duì)旋轉(zhuǎn)中心產(chǎn)生的力矩等于彈簧管產(chǎn)生的力矩。十字型測(cè)桿與擋板屬于剛性連接，十字型測(cè)桿位移與擋板位移的比例等于十字型測(cè)桿到旋轉(zhuǎn)中心距離與擋板受力點(diǎn)到旋轉(zhuǎn)中心距離的比例。經(jīng)換算與計(jì)算，可求得伺服閥工作中液動(dòng)力的大小。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明提供的一種噴嘴擋板伺服閥前置級(jí)液動(dòng)力測(cè)試裝置示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的一種噴嘴擋板密閉伺服閥內(nèi)各部件組合圖。

圖中：1-噴嘴擋板伺服閥；2-十字型測(cè)桿；3-X軸激光位移傳感器；4-Y軸激光位移傳感器；5-X軸微位移推桿；6-Y軸微位移推桿；7-X軸力傳感器；8-Y軸力傳感器；9-可調(diào)節(jié)位置式支架I；10-可調(diào)節(jié)位置式支架II；11-可調(diào)節(jié)位置式支架III、12-可調(diào)節(jié)位置式支架IV；13-銜鐵；14-彈簧管；15-擋板；16-噴嘴。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示，本發(fā)明一種噴嘴擋板伺服閥前置級(jí)液動(dòng)力測(cè)試裝置，該裝置包括噴嘴擋板式伺服閥1、十字型測(cè)桿2、X軸激光位移傳感器3、X軸力傳感器7和X軸微位移直線(xiàn)推桿5，十字型測(cè)桿2垂直固聯(lián)在噴嘴擋板式伺服閥1的擋板的上方，底面與擋板上表面緊密連接，十字型測(cè)桿2十字的一條邊方向與噴嘴擋板式伺服閥1的噴嘴方向平行；X軸力傳感器7固定于可調(diào)節(jié)位置式支架I9，X軸力傳感器7方向平行于噴嘴擋板式伺服閥1的噴嘴方向；X軸微位移推桿5固定于X軸力傳感器7端部，X軸微位移推桿5的球頭端部與十字型測(cè)桿2該端的端部接觸；X軸激光位移傳感器3固定于可調(diào)節(jié)位置式支架II10，位于噴嘴擋板式伺服閥1的相對(duì)于X軸力傳感器7的另一端，X軸激光位移傳感器3測(cè)量方向平行于噴嘴擋板式伺服閥1的噴嘴方向。

該裝置還包括Y軸激光位移傳感器4、Y軸力傳感器8和Y軸微位移直線(xiàn)推桿6，Y軸力傳感器8固定于可調(diào)節(jié)位置式支架IV12，Y軸力傳感器8方向垂直于噴嘴擋板式伺服閥1的噴嘴方向；Y軸微位移推桿6固定于Y軸力傳感器8端部，Y軸微位移推桿6的球頭端部與十字型測(cè)桿2該端的端部接觸；Y軸激光位移傳感器4固定于可調(diào)節(jié)位置式支架III11，位于噴嘴擋板式伺服閥1 的相對(duì)于Y軸力傳感器8的另一端，Y軸激光位移傳感器4測(cè)量方向垂直于噴嘴擋板式伺服閥1的噴嘴方向。

優(yōu)選地，X軸激光位移傳感器3、Y軸激光位移傳感器4與十字型測(cè)桿2的測(cè)量點(diǎn)在同一高度。

優(yōu)選地，X軸微位移推桿5、Y軸微位移推桿6與十字測(cè)桿的測(cè)量點(diǎn)在同一高度，推桿球頭端部與測(cè)量點(diǎn)觸碰。

優(yōu)選地，十字型測(cè)桿2還可以是其他可代替的起到同樣效果的結(jié)構(gòu)，如形狀、材料等。

如圖2所示，一種噴嘴擋板伺服閥前置級(jí)液動(dòng)力測(cè)試方法，包括以下步驟：

步驟一、將X方向上即平行于噴嘴擋板式伺服閥1噴嘴方向的X軸微位移推桿5位置進(jìn)行移動(dòng)，遠(yuǎn)離十字測(cè)桿，在伺服閥正常工作情況下，由于噴嘴向擋板噴射液流，會(huì)產(chǎn)生X方向上液動(dòng)力F2，F(xiàn)2對(duì)擋板的液動(dòng)力的產(chǎn)生導(dǎo)致?lián)醢逦恢靡訟為旋轉(zhuǎn)點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。此時(shí)由于B₁和B₂為固定點(diǎn)，因此彈簧管會(huì)產(chǎn)生一定彈簧力矩T2與與液動(dòng)力產(chǎn)生力矩平衡，公式為：

F2×L2＝T2

L2為A點(diǎn)到噴嘴16高度的豎直距離；

由于各部件剛性連接，因此十字型測(cè)桿會(huì)以A為旋轉(zhuǎn)點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生位移為D2，X軸激光位移傳感器記錄此時(shí)D2具體數(shù)值；

步驟二、調(diào)節(jié)X方向上的X軸微位移直線(xiàn)推桿5，保證X軸微位移直線(xiàn)推桿5與十字型測(cè)桿2觸碰但無(wú)相互作用力，且觸碰點(diǎn)與激光位移傳感器射出的激光點(diǎn)位置一致，此時(shí)X軸微位移直線(xiàn)推桿5對(duì)十字型測(cè)桿施加一定的推力，十字型推桿會(huì)由此移動(dòng)一定的位移D1，當(dāng)D1與上步驟D2的位移相等時(shí)，使X軸微位移直線(xiàn)推桿5保持推力F1，由于十字型測(cè)桿2與銜鐵組件剛性連接，此時(shí)銜鐵組件也會(huì)相應(yīng)以A為中心旋轉(zhuǎn)，因此可知：

F1×L1＝T1

當(dāng)D1＝D2時(shí)，可知銜鐵組件與上步驟旋轉(zhuǎn)角度完全相等，因此可知此時(shí)彈簧管產(chǎn)生彈性力矩T1與上步驟中彈性力矩T2相等。則可以有此公式：

T2＝T1

則F2×L2＝F1×L1

L1為A點(diǎn)到十字型測(cè)桿2的豎直高度；

由于L1和L2為已知幾何長(zhǎng)度，F(xiàn)1為與推桿連接的力傳感器顯示的推力值，因此通過(guò)計(jì)算，伺服閥液動(dòng)力F2即可求得，此數(shù)值即為工作狀態(tài)下伺服閥在X方向的液動(dòng)力；

步驟三、將Y方向上即垂直于噴嘴擋板式伺服閥1噴嘴方向的Y軸微位移推桿6位置進(jìn)行移動(dòng)，遠(yuǎn)離十字型測(cè)桿2，在伺服閥正常工作情況下，由于噴嘴向擋板噴射液流，會(huì)產(chǎn)生Y方向上液動(dòng)力F3，F(xiàn)3對(duì)擋板的液動(dòng)力的產(chǎn)生導(dǎo)致?lián)醢逦恢靡訟為旋轉(zhuǎn)點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，因此彈簧管會(huì)產(chǎn)生一定彈簧力矩T3與與液動(dòng)力產(chǎn)生力矩平衡，公式為：

F3×L2＝T3

L2為A點(diǎn)到噴嘴16高度的豎直距離；

由于各部件剛性連接，因此十字型測(cè)桿2會(huì)以A為旋轉(zhuǎn)點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生位移為D3，X軸激光位移傳感器記錄此時(shí)D3具體數(shù)值；

步驟四、調(diào)節(jié)Y方向即垂直于噴嘴擋板式伺服閥1噴嘴方向的Y軸微位移直線(xiàn)推桿6，保證Y軸微位移直線(xiàn)推桿6與十字型測(cè)桿2觸碰但無(wú)相互作用力，且觸碰點(diǎn)與激光位移傳感器射出的激光點(diǎn)位置一致，此時(shí)Y軸微位移直線(xiàn)推桿6對(duì)十字型測(cè)桿施加一定的推力，十字型推桿會(huì)由此移動(dòng)一定的位移D4，當(dāng)D4與步驟三中的D3的位移相等時(shí)，使Y軸微位移直線(xiàn)推桿6保持推力F4，由于 十字型測(cè)桿2與銜鐵組件剛性連接，此時(shí)銜鐵組件也會(huì)相應(yīng)以A為中心旋轉(zhuǎn)，因此可知：

F4×L1＝T4

T4為此時(shí)彈簧管產(chǎn)生彈性力矩；

當(dāng)D1＝D2時(shí)，可知銜鐵組件與上步驟旋轉(zhuǎn)角度完全相等，因此可知此時(shí)彈簧管產(chǎn)生彈性力矩T4與上步驟中彈性力矩T2相等，則可以有此公式：

T3＝T4

則F3×L2＝F4×L1

由于L1和L2為已知幾何長(zhǎng)度，F(xiàn)4為與推桿連接的力傳感器顯示的推力值，因此通過(guò)計(jì)算，伺服閥液動(dòng)力F3即可求得，此數(shù)值即為工作狀態(tài)下伺服閥在Y方向的液動(dòng)力；

步驟五、當(dāng)分別求得X和Y方向的液動(dòng)力大小時(shí)，通過(guò)下式即可計(jì)算出工作狀態(tài)下伺服閥擋板所受的液動(dòng)力的合力和方向：

tanθ＝F2/F3

F為合力,θ為與y軸即垂直于噴嘴擋板式伺服閥1噴嘴方向的夾角。

上面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，顯然本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)并不受上述方式的限制，是一種適用于各類(lèi)噴嘴擋板伺服閥的液動(dòng)力測(cè)試裝置。只要采用了本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的非實(shí)質(zhì)性改進(jìn)，或者未經(jīng)改進(jìn)，將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場(chǎng)合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。