一种用于伺服油缸的性能试验系统及方法

技术领域

本发明涉及液压缸试验技术领域，特别涉及一种用于伺服油缸的性能试验系统及方法。

背景技术

液压试验台主要用于液压泵、液压马达、液压阀、液压油缸的性能检测试验，可测试多种规格系列的液压元件。其广泛应用于航空航天、船舶、矿山冶金、海洋装备、智能装备等各行各业的机械液压装置的性能测验中。随着现代科技及制造业的快速发展，带有压力操控的设备项目工程越来越多，液压试验台在验证设备性能及可靠性上起到至关重要的作用。

直翼推进器是舰艇上的关键装置，伺服油缸作为直翼推进器的核心部件，其性能直接影响舰艇的作战。舰艇上的伺服油缸由于其特殊的使用工况，其响应速度快、随动精度高，这些特性对试验台提出了新的要求。现在的伺服油缸试验一般使用常规试验台进行试验,缺乏能针对伺服油缸运动特性的试验装置。

发明内容

本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种采用伺服控制的电动缸模拟调距桨运动方式、同时通过在伺服油缸上加装传感器采集信号上传控制模块，进行实时监测、记录，从设计上实现了伺服油缸工况模拟，可以验证伺服油缸的性能及可靠性的用于伺服油缸的性能试验系统及方法。

具体技术方案如下：一种用于伺服油缸的性能试验系统，包括液压系统，液压系统包括液压泵，伺服滑阀，电动缸和控制模块，液压泵与伺服滑阀连通，伺服滑阀的油口与伺服油缸连通，控制伺服油缸的活塞杆伸缩，所述电动缸与伺服滑阀的阀芯连接，用于调节阀芯位置，电动缸与控制模块连接。

作为优选方案，所述伺服滑阀具有第一油口，第二油口和进油口，第一油口和第二油口用于与伺服油缸的有杆腔和无杆腔连通，进油口与液压泵连通。

作为优选方案，所述液压系统包括溢流阀，溢流阀设置在液压泵和伺服滑阀之间。

作为优选方案，所述液压系统包括温度计，压力表和流量计。

作为优选方案，性能试验系统还包括压力传感器和位移传感器，压力传感器和位移传感器设置在伺服油缸上且与控制模块电性连接。

作为优选方案，所述伺服滑阀和电动缸设置在试验台架上。

一种用于伺服油缸的性能试验方法，包括以下步骤：

S100：获取伺服油缸的阀芯和阀体数据；

S200：用电动缸调节伺服滑阀的阀芯到达中位，此时伺服滑阀的第一油口和第二油口皆不通，伺服油缸活塞杆在伺服油缸内置弹簧的预压作用下保持中位；

S300：设定系统压力，启动液压站，控制模块检测流量信号，通过比例阀控制流量达到试验要求；

S400：启动控制模块中的预设程序，控制电动缸开始试验，控制模块记录伺服油缸位移曲线。

作为优选方案，在步骤S200中，所述伺服滑阀调试时阀芯预开口的精度为0.02～0.03mm。

作为优选方案，所述伺服油缸用于船舶的调距桨。

作为优选方案，性能试验时，所述伺服油缸安装在试验台架上。

本发明的技术效果：本发明的用于伺服油缸的性能试验系统及方法能够模拟伺服油缸工况，实时监测、记录试验数据，从而验证伺服油缸的性能及可靠性。

附图说明

图1是本实施例的一种用于伺服油缸的性能试验系统的原理图。

图2是本实施例的控制模块的原理图。

图3是本实施例的伺服滑阀的阀芯示意图。

图4是本实施例的伺服油缸形成记录示意图。

图5是本实施例的伺服油缸的试验台架的侧视图。

图6是本实施例的伺服油缸的试验台架的立体图。

图7是本实施例的油池的示意图。

图8是本实施例的漏液点的示意图。

图9是本实施例的过滤型防油罩的示意图。

图10是本实施例的试验杆组的示意图。

图11是本实施例的试验杆组的另一示意图。

图12是本实施例的横向伺服油缸试验时的示意图。

图13是本实施例的纵向伺服油缸试验时的示意图。

具体实施方式

下面，结合实例对本发明的实质性特点和优势作进一步的说明，但本发明并不局限于所列的实施例。

如图1至图4所示，本实施例的一种用于伺服油缸的性能试验系统，包括液压系统，液压系统包括液压泵1，伺服滑阀2，电动缸3和控制模块，液压泵1与伺服滑阀2连通，伺服滑阀2的油口与伺服油缸连通，控制伺服油缸10的活塞杆伸缩。所述电动缸3与伺服滑阀2的阀芯21连接，用于调节阀芯21位置，电动缸3与控制模块连接。液压系统的能源形式一般有两种：恒流源和恒压源，恒流源系统的工作压力随外负载变化，而恒压源系统的工作压力由溢流阀调定，通过调节控制阀的节流口来使之与外负载相应。因此，恒压源系统存在溢流损失和节流损失，效率没有恒流源系统高，但恒压源系统的线性度好，在性能要求比较高的场合多采用此形式。伺服油缸组件对系统性能(线性度、响应、精度)要求较高，因此采用恒压源形式。通过恒压变量泵调节流量变化模拟舰船在怠速和全速工况下螺距调节的时间要求，即流量越大，油缸运动越快，调距时间越短。

上述技术方案中，通过液压泵1可将液压站的液压油提供给性能试验系统，通过伺服滑阀2控制伺服油缸的活塞杆伸缩，电动缸3作为调节伺服滑阀阀芯执行器，采用伺服电机控制，其精度可以达到0.01mm，满足伺服油缸组件滑阀调试时阀芯预开口211达到0.02～0.03mm的精度要求。此开口K为正开口,目的是为了增加流量增益,开口再减小就相当于零开口，没有流量增益，开口过大会造成中位泄露，并且通过仿真模型和试验证明,并不是开口越大，流量增益越高。控制模块通过工控机预设运功函数，驱动电动缸3模拟调距桨的运动轨迹控制阀芯进行比例控制。本实施例中，所述控制模块包括工控机，PLC模块，电源模块和显示器，工控机分别与PLC模块、电源模块和显示器连接。

本实施例中，所述伺服滑阀2具有第一油口A，第二油口B和进油口P，第一油口A和第二油口B用于与伺服油缸的有杆腔和无杆腔连通，进油口P与液压泵1连通。本实施例中第一油口A连接伺服油缸有杆腔，第二油口B连接伺服油缸无杆腔，当阀芯21处于中位伺服油缸停止，阀芯21向左运动第二油口B进油，第一油口A回油，伺服油缸活塞杆伸出；阀芯向左运动，第一油口A进油，第二油口B回油，伺服油缸活塞杆缩回。所述液压系统包括溢流阀4，溢流阀4设置在液压泵1和伺服滑阀2之间。所述液压系统包括温度计41，压力表42和流量计43，分别用于测量温度，压力和流量数据，液压系统还包括过滤器44，用于过滤油液。性能试验系统还包括压力传感器和位移传感器，压力传感器和位移传感器设置在伺服油缸上且与控制模块电性连接。通过在伺服油缸上加装的压力传感器及磁致式位移传感器采集信号上传工控机，进行实时监测、记录，从设计上实现了伺服油缸组件工况模拟。

本实施例的一种用于伺服油缸的性能试验方法，包括以下步骤：S100：获取伺服油缸的阀芯和阀体数据；S200：用电动缸3调节伺服滑阀2的阀芯到达中位，此时伺服滑阀2的第一油口A和第二油口B皆不通，伺服油缸活塞杆在伺服油缸10内置弹簧的预压作用下保持中位；S300：设定系统压力，启动液压站，控制模块检测流量信号，通过比例阀控制流量达到试验要求；S400：启动控制模块中的预设程序，控制电动缸开始试验，控制模块记录伺服油缸位移曲线。

上述技术方案中，试验开始前，将所述伺服油缸安装在试验台架上，所述伺服油缸用于船舶的调距桨。由于横向伺服油缸和纵向伺服油缸共同驱动调距桨，可先对横向伺服油缸进行测试，然后再对纵向伺服油缸进行测试，横向伺服油缸试验结束后，更换纵向伺服油缸，重复上述过程。所述控制模块中预设程序可设置在工控机中，预设程序为电动缸的运动轨迹，即右满舵为横向油缸活塞杆缩回到底，左满舵为横向油缸活塞杆伸出到顶，根据需求可以模拟各种工况。本实施例中，在步骤S200中，所述伺服滑阀调试时阀芯预开口的精度为0.02～0.03mm。

如图4所示，通过上述技术方案可获得两个油缸的位移曲线，使用工控机复合两条曲线，计算出本次试验的横向、纵向油缸的实际总行程。由于横向和纵向伺服油缸的运动确定，调距桨各部件间传动、运动形式确定，可通过计算得到在没有制造和安装误差的情况下，两种油缸的运动轨迹，通过对比理论总行程曲线和实际总行程曲线，可以判断该组油缸是否合格。并且可以根据各横、纵油缸的实际行程曲线配对得到合格的总行程曲线。

如图5至13所示，本实施例的一种伺服油缸的试验台架包括基座5，安装架6和支撑架7，安装架6和支撑架7相对设置在基座5上，所述安装架6包括第一安装孔61和第二安装孔62，第二安装孔62对称设置在第一安装孔61两侧，所述支撑架7设有定位孔71，定位孔71分别与第二安装孔62对应设置，所述基座5底部设有油池51，基座5上设有排油口52，油池51通过排油口52与油箱8连通。上述技术方案中，伺服油缸10和伺服滑阀2设置在安装架6上，通过对称设置的第二安装孔62，能够使安装架用于横向伺服油缸和纵向伺服油缸，横向、纵向伺服油缸试验时(如图12和13所示)，伺服滑阀的位置对称，在试验横向伺服油缸或纵向伺服油缸时，无需拆装更换安装架6，提高了工作效率。安装时，伺服油缸通过行车吊装，用6颗螺钉安装在安装架上。通过在基座5下方设置油池51，能够使伺服滑阀2漏出的油液进入油池内，在油池底部开排油口，并利用高度差油池里的油液在重力作用下回油箱，长期进行跑合试验时油液进行回用。所述基座5采用槽钢焊接成型，基座底面用薄钢板焊接成油池。本实施例中，所述安装架6和支撑架7竖直设置。

本实施例中，所述安装架6设置在试验台架的重心位置，使其试验时更稳定，验长2300mm，宽1200mm，总重约240Kg，可随试验要求放置在车间、高低温箱、摆动平台上。所述第二安装孔62安装伺服滑阀2，伺服滑阀2的漏液点22设有过滤型防油罩23，防止油液喷射造成的污染和浪费。过滤型防油罩23卡设在伺服滑阀2的环形槽24上，便于组装。所述过滤型防油罩23包括固定环231和滤网232，滤网232设置在固定环231上，滤网232环绕成圆柱状包覆漏液点22，固定环为铜丝制成。

本实施例中，所述第一安装孔61安装伺服油缸10，定位孔71安装电动缸3，伺服油缸10、电动缸3和伺服滑阀2之间通过试验杆组9连接。通过试验杆组9使电动缸3能够带动伺服油缸和伺服滑阀。所述试验杆组9包括短连杆91、横连杆92和调节杆93，所述短连杆91一端与电动缸3连接，另一端与横连杆92连接，横连杆92一端与伺服油缸10连接，所述调节杆93分别与横连杆92和伺服滑阀2连接。所述调节杆93具有螺纹调节双头杆931。调节杆93通过带两端不同旋向的螺纹调节双头杆调节伺服滑阀2阀芯21中位(向右旋调近，向左旋调远)，以弥补加工误差造成油缸中位和滑阀中位差。其同时还作为伺服滑阀2的控制杆，直接控制伺服滑阀阀芯的位置，进行阀口开闭的控制。横连杆92作为连接伺服油缸活塞杆、伺服滑阀活塞杆、电动缸丝杆的结构杆，同时还起着限制伺服滑阀阀芯在液压力的作用下窜动的作用，即确定伺服滑阀阀芯的位置。试验杆组9分别通过销轴20与伺服油缸、电动缸和伺服滑阀连接。

工作时，电动缸3通过短连杆91来传递作用力到横连杆92上，从而带动调节杆93带动伺服滑阀2阀芯做往复直线运动，短连杆91和横连杆92间采用轴孔配合，配合公差为D8/h8，杆组和销轴的材料选择调质处理的45#。调节杆和横杆、伺服滑阀采用销轴与关节轴承连接，保证伺服油缸、伺服滑阀、电动缸在相对运动时不会因为加工及安装时的误差发生卡滞。试验杆组等效于一个四杆机构，电动缸作为原动件相当于一个只有一个自由度的移动副、从动件伺服滑阀阀芯也相当于一个只有一个自由度的移动副、横连杆连接的伺服油缸活塞杆同样相当于一个自由度的移动副，调节杆和伺服滑阀间的销轴、电动杆丝和短连杆间的销轴不影响输出件(伺服滑阀阀芯)的运动看做局部自由度，所以按照机械自由度计算方法：自由度F＝3n-2p

需要指出的是，上述较佳实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。