一种风洞试验模型角度液压系统

技术领域

本发明涉及液压技术领域，特别涉及一种风洞试验模型角度液压系统。

背景技术

针对现有技术中的8m×6m风洞特大试验模型角度装置，其作为是一套独立运行的模型支撑装置，通过偏航转轴的协调运动，模型可以实现在±30°侧滑角连续变化，并通过尾支杆和俯仰角度头的协调设计，模型的攻角实现0°～120°攻角的变化。

然而在大量的试验过程中，逐步发现了一些问题，这些问题对试验效果、拆装方便性、可维护性方面存在一些影响或者隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种风洞试验模型角度液压系统，其可靠性显著提升，运动可靠，满足安全运行的要求。

为实现上述目的，本发明提供的风洞试验模型角度液压系统，包括：

油箱；

α向机构油缸、β向机构前油缸和β向机构后油缸，分别设有两个油缸，每个油缸的有杆腔和无杆腔均连通有单向阀，单向阀可供油液由油箱向油缸的方向流动；

α向机构油缸、β向机构前油缸和β向机构后油缸三者和油箱之间分别连通有伺服阀和换向阀，

α向机构油缸、β向机构前油缸和β向机构后油缸三者各自对应的四个单向阀并联后和伺服阀的第一工作口连通，伺服阀的第二工作口和供液管线连通，伺服阀的第三工作口和回液管线连通，供液管线和回液管线连通于油箱，

当伺服阀处于第一工作位置时，伺服阀的第一工作口和第三工作口连通，伺服阀的第二工作口断开，当伺服阀处于第二工作位置时，伺服阀的第一工作口和第二工作口连通，伺服阀的第三工作口断开；

在α向机构油缸的四个单向阀中，和两个有杆腔对应的两个单向阀并联后和换向阀的第一口连通，和两个无杆腔对应的两个单向阀并联后和换向阀的第二口连通，换向阀的第三口和供液管线连通，换向阀的第四口和回液管线连通，

在β向机构前油缸和β向机构后油缸两者各自对应的四个单向阀中，分别和有杆腔和无杆腔对应的两个单向阀并联后和换向阀的第一口连通，另外两个单向阀并联后和换向阀的第二口连通，换向阀的第三口和供液管线连通，换向阀的第四口和回液管线连通，

当换向阀处于第一工作位置时，换向阀的第一口和第三口连通，换向阀的第二口和第四口连通，当换向阀处于第二工作位置时，换向阀的第一口和第四口连通，换向阀的第二口和第三口连通。

可选地，还包括：

Y向机构油缸，包括第一腔和具有伸缩杆的第二腔，第一腔和油箱之间连通有控油管路，控油管路连通有换位阀，控油管路并联有子管路，子管路的两端分别连通控油管路和第二腔，子管路连通有溢流阀，溢流阀的溢流端口和回油管路连通，回油管路和油箱连通。

可选地，子管路还连通有电磁阀和转换阀，换位阀和第一腔之间还连通有单向阀体，

换位阀的第一油液口和第二油液口分别和控油管路连通，电磁阀的第一油口和控油管路连通，电磁阀的第二油口和子管路连通，转换阀的第一工作油口和单向阀体连通，转换阀的第二工作油口和控油管路连通，转换阀的第三工作油口、电磁阀的第三油口和换位阀的第三油液口三者连通；

当换位阀处于第一工作位置时，换位阀的第一油液口和第二油液口连通，当换位阀处于第二工作位置时，换位阀的第一油液口和第三油液口连通；

当电磁阀处于第一工作位置时，电磁阀的第一油口和第二油口连通，当电磁阀处于第二工作位置时，电磁阀的第一油口和第三油口连通；

当转换阀处于第一工作位置时，转换阀的第一工作油口和第二工作油口连通，转换阀的第三工作油口断开，当转换阀处于第二工作位置时，转换阀的第一工作油口和第三工作油口连通，转换阀的第二工作油口断开。

可选地，换位阀和单向阀体之间还连通有单向阀门，单向阀门和子管路之间连通有控油阀，控油阀的第一端口和第二端口将单向阀门和子管路导通，控油阀的第三端口和油箱连通；

当控油阀处于第一工作位置时，控油阀的第一端口和第二端口连通，控油阀的第三端口断开，当控油阀处于第二工作位置时，控油阀的第一端口和第三端口连通，控油阀的第二端口断开。

可选地，油箱和供液管线之间还连通有第一管线，第一管线并联有第二管线和第三管线，第二管线连通有球阀、测压接头和过滤器，第三管线连通有溢流阀体，第二管线和第三管线均和油箱连通。

可选地，油箱和第一管线之间连通有两个油泵组件，油泵组件包括：依次连通的吸油过滤器、阀门、电机组和单向吸油阀，两个油泵组件将油箱中的油液吸入第一管线中。

可选地，第一管线还连通有倒装式管路过滤器，第一管线连通有溢流回路，溢流回路连通有比例溢流阀，溢流回路的一端连通在倒装式管路过滤器和供液管线之间，另一端和油箱连通。

可选地，第一管线连通有溢流子回路，溢流子回路依次连通有截止阀、蓄能器和高压截止阀，溢流子回路的一端连通在溢流回路和供液管线之间，另一端和油箱连通。

可选地，还包括加热器和冷却装置，加热器用以对油箱进行加热，

冷却装置包括：高压截止阀、板式换热器、电磁水阀、压力继电器和叶片泵，电磁水阀连通于冷却液路，以使冷却液体到达板式换热器处，板式换热器的一端连通油箱，另一端依次连通高压截止阀、压力继电器和叶片泵，叶片泵可实现油液循环。

可选地，油箱的内部还设置有液位计单向阀、液位液位液温计、液位控制继电器和温度传感器。

相对于上述背景技术，本发明提供的风洞试验模型角度液压系统，α向机构油缸、β向机构前油缸和β向机构后油缸分别设有两个油缸，每个油缸的有杆腔和无杆腔均连通有单向阀，单向阀可供油液由油箱向油缸的方向流动，通过分别控制伺服阀和换向阀，能够确保α向机构油缸、β向机构前油缸和β向机构后油缸的单独运行，从而确保运动可靠，满足安全运行的要求。

在一些实施方式中，风洞试验模型角度液压系统还包括：Y向机构油缸，包括第一腔和具有伸缩杆的第二腔，第一腔和油箱之间连通有控油管路，控油管路连通有换位阀，控油管路并联有子管路，子管路的两端分别连通控油管路和第二腔，子管路连通有溢流阀，溢流阀的溢流端口和回油管路连通，回油管路和油箱连通。如此设置，能够通过液压控制，较好的实现液压缸精确控制，实现α向机构油缸、β向机构前油缸、β向机构后油缸和Y向机构油缸的协调运动，满足安全运行要求，实现故障监控等。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的风洞试验模型角度液压系统的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本申请实施例提供的风洞试验模型角度液压系统，参考说明书图1所示，包括：油箱1、α向机构油缸、β向机构前油缸和β向机构后油缸，油箱1作为提供油液的部件，其容积可设置在1000L左右。

α向机构油缸、β向机构前油缸和β向机构后油缸分别设有两个油缸，每个油缸的有杆腔和无杆腔均连通有单向阀23，单向阀23可供油液由油箱1向油缸的方向流动。

α向机构油缸、β向机构前油缸和β向机构后油缸三者和油箱1之间分别连通有伺服阀21和换向阀22。

α向机构油缸、β向机构前油缸和β向机构后油缸三者各自对应的四个单向阀23并联后和伺服阀21的第一工作口连通，伺服阀21的第二工作口和供液管线连通，伺服阀21的第三工作口和回液管线连通，供液管线和回液管线连通于油箱1。

当伺服阀21处于第一工作位置时，伺服阀21的第一工作口和第三工作口连通，伺服阀21的第二工作口断开，当伺服阀21处于第二工作位置时，伺服阀21的第一工作口和第二工作口连通，伺服阀21的第三工作口断开。

在α向机构油缸的四个单向阀23中，和两个有杆腔对应的两个单向阀23并联后和换向阀22的第一口连通，和两个无杆腔对应的两个单向阀23并联后和换向阀22的第二口连通，换向阀22的第三口和供液管线连通，换向阀22的第四口和回液管线连通。

在β向机构前油缸和β向机构后油缸两者各自对应的四个单向阀23中，分别和有杆腔和无杆腔对应的两个单向阀23并联后和换向阀22的第一口连通，另外两个单向阀23并联后和换向阀22的第二口连通，换向阀22的第三口和供液管线连通，换向阀22的第四口和回液管线连通。

当换向阀22处于第一工作位置时，换向阀22的第一口和第三口连通，换向阀22的第二口和第四口连通，当换向阀22处于第二工作位置时，换向阀22的第一口和第四口连通，换向阀22的第二口和第三口连通。

参考说明书图1，图中示出的换向阀22处于第三工作位置，此时第一口、第二口、第三口和第四口相互断开，α向机构油缸、β向机构前油缸和β向机构后油缸并不会发生相应动作。图中示出的伺服阀21处于第一工作位置，即伺服阀21的第一工作口和第三工作口连通，伺服阀21的第二工作口断开。

本文的风洞试验模型角度液压系统还包括Y向机构油缸，Y向机构油缸包括第一腔和具有伸缩杆的第二腔，第一腔和油箱1之间连通有控油管路，控油管路连通有换位阀25，控油管路并联有子管路，子管路的两端分别连通控油管路和第二腔，子管路连通有溢流阀28，溢流阀28的溢流端口和回油管路连通，回油管路和油箱1连通。

子管路还连通有电磁阀26和转换阀29，换位阀25和第一腔之间还连通有单向阀体24。

换位阀25的第一油液口和第二油液口分别和控油管路连通，电磁阀26的第一油口和控油管路连通，电磁阀26的第二油口和子管路连通，转换阀29的第一工作油口和单向阀体24连通，转换阀29的第二工作油口和控油管路连通，转换阀29的第三工作油口、电磁阀26的第三油口和换位阀25的第三油液口三者连通。

当换位阀25处于第一工作位置时，换位阀25的第一油液口和第二油液口连通，当换位阀25处于第二工作位置时，换位阀25的第一油液口和第三油液口连通。

当电磁阀26处于第一工作位置时，电磁阀26的第一油口和第二油口连通，当电磁阀26处于第二工作位置时，电磁阀26的第一油口和第三油口连通。

当转换阀29处于第一工作位置时，转换阀29的第一工作油口和第二工作油口连通，转换阀29的第三工作油口断开，当转换阀29处于第二工作位置时，转换阀29的第一工作油口和第三工作油口连通，转换阀29的第二工作油口断开。

在换位阀25和单向阀体24之间还连通有单向阀门，在说明书图1中，单向阀门位于单向阀体24的下方，两者相互串联，单向阀门和子管路之间连通有控油阀，控油阀的第一端口和第二端口将单向阀门和子管路导通，控油阀的第三端口和油箱1连通。

当控油阀处于第一工作位置时，控油阀的第一端口和第二端口连通，控油阀的第三端口断开，当控油阀处于第二工作位置时，控油阀的第一端口和第三端口连通，控油阀的第二端口断开。

当控油阀处于第一工作位置时，控油阀的第一端口和第二端口将单向阀门和子管路导通，控油阀的第三端口和油箱1之间通过卸油管路连通，油液经过控油阀顺着卸油管路回流至油箱1中。

可以看出，Y向机构油缸仅设有一个油缸，其入液经溢流阀28，通过油液压力表27测压，该油缸的出液处具有串联的单向阀体24和单向阀门，单向阀体24连接转换阀29，并接入子管路；单向阀门连接并联的换位阀25和电磁阀26，之后接入子管路，且与转换阀29连接；同时，单向阀门连接一个控油阀（对应的电磁铁为12DT），该控油阀接入子管路，并通过卸油管路回油，卸油管路具有蓄能器。

为了方便描述对α向机构油缸、β向机构前油缸、β向机构后油缸和Y向机构油缸的控制，可参考下表一，表一为风洞试验模型角度液压系统控制图，DT表示电磁阀内的元件，具体标号可与说明书图1中的标注对应，加号和减号分别表示得电时执行和失电时执行。

表一：风洞试验模型角度液压系统控制图

说明书图1所示的各个电磁阀的状态为初始状态，当需要相应的机构伸出或收回时，则对应于说明书图1中的电磁阀应执行相应的动作；例如，针对表一中“α向机构油缸出”，则2DT、3DT和4DT为加号，表明2DT、3DT和4DT得电，发生动作，对应于说明书图1中的2DT、3DT和4DT动作，3DT动作导致伺服阀21向左运动，4DT动作导致换向阀22向左运动，此时即可观察出α向机构油缸的油液流向，最终实现α向机构油缸伸出。

其中，1DT和2DT所对应的是油源的控制，本文对此并不涉及。同样的，在表一中，“主泵电机组启动”、“系统一级调压8MPa”、“系统二级调压16MPa”和“系统三级调压21.5MPa”的相关内容本文并不具体展开。

针对Y向机构油缸的伸出和缩回控制，当需要对Y向机构油缸的位置精确控制时，则15DT动作，液压油从控油管路中经过换位阀25，并通过换位阀25的15DT控制的方向，进入Y向机构油缸的第一腔（无杆腔），油缸伸出。

当Y向机构油缸手动或者备用动作时（此时不需要位置精确控制），13DT动作。液压油从控油管路中经过电磁阀26，并通过电磁阀26的13DT控制的方向，进入Y向机构油缸的第一腔（无杆腔），油缸伸出。

其中，单向阀体24和转换阀29之间的管路用于回油，可以作为控压油路，用来控制单向阀体24及其下面的单向阀门的开启。同样地，单向阀门和控油阀之间的管路同样用于回油，作为控压油路，用来控制单向阀体24及其下面的单向阀门的开启。

当Y向机构油缸回缩时，同样有两个回路。当需要位置精确控制时，控油管路中的高压油通过溢流阀28进入Y向机构油缸的第二腔（有杆腔），第二腔的压力油推动活塞缩回。此时，单向阀体24及其下面的单向阀门在上述两条控压油路的压力油作用下，已经完全打开。

第二腔的液压油通过单向阀体24及其下面的单向阀门进入换位阀25，同时换位阀25中的DT16得到相应的控制信号，换位阀25的开口满足动作的需要，经过换位阀25流回卸油管路。

油箱1和供液管线之间还连通有第一管线，第一管线并联有第二管线和第三管线，第二管线连通有球阀48、测压接头49和过滤器34，第三管线连通有溢流阀体2，第二管线和第三管线均和油箱1连通。

为了避免管线过长，还可以在供液管线和第一管线之间连接有进油管19，并通过快换插头20将进油管19的两端分别连通供液管线和第一管线，油箱1中的油液经第一管线进入进油管19，并由进油管19进入供液管线中。

油箱1和第一管线之间连通有两个油泵组件，油泵组件包括：依次连通的吸油过滤器3、阀门4、电机组5和单向吸油阀6，两个油泵组件将油箱1中的油液吸入第一管线中。

第一管线还连通有倒装式管路过滤器9，第一管线连通有溢流回路，溢流回路连通有比例溢流阀33，溢流回路的一端连通在倒装式管路过滤器9和供液管线之间，另一端和油箱1连通。

第一管线连通有溢流子回路，溢流子回路依次连通有截止阀14、蓄能器30和高压截止阀32，溢流子回路的一端连通在溢流回路和供液管线之间，另一端和油箱1连通。

为防止流量瞬间增大，造成油源供油量不足，设置一组蓄能器30辅助供油能源，蓄能器组共四只器件，每只容积63L，最高工作压力31.5MPa。

油液的温度控制对油液的品质及液压系统的正常运行是非常必要的。本液压系统建议油温波动值限制在±5℃，长期稳定运行温度为35℃，基准温度不能高于45℃，也不能低于25℃。

参考说明书图1，油源通过两台电机组5分别带动两台油泵工作，每台电机功率为45kW，每台油泵流量为100L/min，最高工作压力为25MPa；油源可由三级溢流阀（溢流阀体2、溢流阀28、比例溢流阀33）进行调压，升压方式为卸荷—中压—高压逐级升压，降压方式为高压—中压—卸荷逐级降压，由三级溢流阀（比例溢流阀33）进行调压，可以减小调压时的压力冲击；与三级溢流阀（比例溢流阀33）并联设置一安全阀，对系统的压力起到限压作用，以防系统压力过高损坏元器件。

液压泵出口设置单向吸油阀6，防止液压油回流，保护液压泵；单向吸油阀6后设液压滤波器7及蓄能装置8，消除压力脉动；第一管线设置滤油器18，在回液管线上设有回油滤油器10，并在第二管线上设有过滤器34，滤油器18和过滤器34可具体为带滤芯堵塞发讯器，发讯器具备同时向控制台发讯和目示指示功能；第一管线上设置压力传感器11检测油路压力，压力传感器11处还可设有压力表开关12和耐震压力表13，还设置了温度传感器43检测油箱油液的温度，压力和温度的数值可以通过控制台上的数显表方便地读出。

为避免回液管线过长，回液管线可以连接有机构回油管16，机构回油管16和油箱1连通，回液管线和机构回油管16两者可通过快换接头17连接。

风洞试验模型角度液压系统还包括加热器38和冷却装置，加热器用以对油箱1进行加热，加热器38可具体为电加热器，其加热温升快，在使用时要注意，不要让油液过度加热，油温一旦达到基准温度的下限值，即刻停止加热。

加热器38直接作用于油箱1，由于环境温度最低可能到达-5℃，在油箱1的温度在低于10℃时，油液粘度较高，不利于液压泵的吸油和启动，需加热将油温提高到25℃以上，若采用电加热器38加热，则一小时温度可升高10℃。

为很好地控制油液的温度，油源中采用单独循环的冷却系统，油温冷却采用板式换热器35，板式换热器35冷却效果好，且冷却效率高，冷却水可为自来水，不能循环使用，否则会大大降低冷却器的冷却效果；冷却装置包括：高压截止阀、板式换热器35、电磁水阀36、压力继电器37和叶片泵44，电磁水阀36连通于冷却液路，以使冷却液体到达板式换热器35处，冷却液路还可设有压力表47，板式换热器35的一端连通油箱1，另一端依次连通高压截止阀、压力继电器37和叶片泵44，叶片泵44连接有电机45，电机45可具体为5.5Kw的电机，叶片泵44可实现油液循环。

本系统使用的液压油为YH-10航空液压油，这种液压油的粘－温特性好。由于该液压系统为液压伺服系统，因而对油液的清洁度要求较高，为保证油源油液的精度达到5μm的要求，在油泵的吸油口设置吸油过滤器3，压力管路中设置10μm的滤油器18，两根回油管上设置5μm的滤油器（回油滤油器10和过滤器34）。在向油箱1注油时，必须经过过滤精度为3μm的充油机，不允许将未经过滤的油液直接注入油箱1；油箱1材料为不锈钢，全封闭式机构，密封性好，灰尘、漏油滴难以进入油箱1，油箱1的底部还可设有放油阀46。

油箱1的内部还设置有液位计单向阀40、液位液位液温计41、液位控制继电器42和温度传感器43，由此充分满足对液压系统的温控和液位控制。此外，油箱1还具有空气滤清器39，避免杂质进入油箱1而导致液压系统精度在长时间使用后精度降低。

本申请记载的风洞试验模型角度液压系统，能够避免油源在启动（升压）和关闭（降压）过程中，在转换压力级别时管路内部压力波动较大，避免蓄能器附件管路剧烈振动，以及洞内特大攻角装置支撑模型的明显抖动。

利用相关电磁阀对应的电磁铁输入电压的实现连续无级变化，使阀芯产生不同推力，从而得到连续变化的液压压力。在启动时，油源压力是从零持续上升至最大压力，关闭时油源压力从最大压力持续降到零，中间过程没有任何压力阶跃，油源压力达到无级调压。由此更好的保护模型安全，提高试验的安全性。

与此同时，还可以实现各向油缸的精度保证：

机构攻角α控制精度：＜2.5′；

角度运动匀速且稳定，在0~1°/s范围可调；

保证Y向机构上下运动应平稳、灵活，不出现别卡、爬行现象，实现速度40mm/S，定位精度1mm；

液压伺服系统额定工作压力最高压力可达到21MPa,实际使用16MPa，即安全压力远大于实际使用压力。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本申请所提供的风洞试验模型角度液压系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。