一种测定油缸低速性能的试验台

技术领域

本发明涉及液压测试技术领域，特别涉及一种测定油缸低速性能的试验台。

背景技术

油缸是液压传动中普便使用的一种液压元件，近年来随着液压传动用于FAST巨型天眼，太阳能发电跟踪等领域，油缸的低速运行特性受到了特殊关注，这些领域油缸的运动周期需要以天计。在极低的运行速度下，油缸的摩擦力特性，使用的寿命参考，故需要一种特殊的试验台对其进行测试。

一般油缸试验台为模拟负载通常进行油缸对顶试验，为进行速度控制或位置控制需要用到伺服阀，其液压系统复杂、造价高，维护不易。

发明型内容

本发明提供一种测定油缸低速性能的试验台，采用油缸对拉的方式，模拟实际工况，降低能量消耗：油缸的运行速度控制用伺服电机驱动系统来实现，控制油缸在极慢的速度下运行，液压系统调节试验压力；通过匀速运动时油缸所受拉力、介质压力、和油缸摩擦力三者力平衡来求取油缸摩擦力；通过液压系统的换油功能控制试验环境不变，保证油液清洁度与温度稳定，使实验条件不变通过上位机程序实现试验过程的全过程监控，并绘制油缸低速运行的性能曲线图。

具体技术方案为：包括：平行放置的两个被测油缸、拉力传感器组件、柔性连接和滑轮与齿轮组件，两个被测油缸平行放置，两个被测油缸的左端分别连接拉力传感器组件、两个被测油缸的右侧活塞则通过柔性连接相连，所述柔性连接环绕在滑轮与齿轮组件的滑轮上；滑轮与齿轮组件还包含：与滑轮焊接连接的齿轮，位于齿轮水平的外侧设置与齿轮啮合的小齿轮，小齿轮与伺服驱动机构联动，利用伺服驱动机构带动滑轮与齿轮组件工作，并通过环绕在滑轮上的柔性连接拉动被测油缸，通过拉力传感器组件及时获取被测油缸的拉力。

进一步的，两个被测油缸水平放置在安装架上，安装架呈倒T状，安装架的左侧装配用于安装拉力传感器组件的底板、安装架的右侧放置滑轮与齿轮组价。

进一步的，所述拉力传感器组件包括板式拉力传感器、罩壳，罩壳紧固于底板侧面，并留有一定传感器拉伸余量，罩壳内置有板式拉力传感器，板式拉力传感器左端紧固罩壳右端，板式拉力传感器右端与被测油缸缸体尾部连接。

进一步的，两个被测油缸缸体尾部装配缸耳，拉力传感器组件设置有两组，分别与两个被测油缸的缸耳连接，垂直缸耳中心的孔的方向为缸耳轴线方向，沿缸耳轴线方向装配轴销，轴销穿过同心孔、缸耳，实现拉力传感器组件和被测油缸的紧固，两组被测油缸的活塞杆端部设置耳结构，两个耳结构通过柔性连接实现相连。

进一步的，所述滑轮与齿轮组件还包含：轮座、方管、安装座，轮座左侧面通过双头螺柱装配于安装架右侧，轮座上开设双孔结构，滑轮、齿轮和双孔结构同心安装并通过轴销定位；滑轮和齿轮的中心设置轴承；方管相对的两侧面分别与轮座、安装架焊接。

进一步的，所述伺服驱动机构用于使油缸拖动油缸以极低的速度运行，包含：伺服电机和小齿轮，所述伺服驱动机构安装于所述安装座上，所述小齿轮位于所述齿轮的侧面且与所述齿轮啮合，所述小齿轮装配于伺服电机的电机轴上，电机运行，电机轴驱动小齿轮转动，使齿轮和与齿轮焊接的滑轮转动，环绕在滑轮上的柔性连接带动被测缸体沿力的方向运动，并通过拉力传感器组件获取力的大小。

进一步的，所述安装架通过旋转板与支撑架上的连接板轴连接，支撑架上还设置用于支撑和驱动所述安装架的顶杆，采用此结构可以实现安装架水平面的调整。

进一步的，支撑架的右侧放置液压系统，液压系统通过油路对两个被测油缸供油。

进一步的，所述液压系统包含：机泵组、油路阀组、蓄能器组件以及软管，机泵组和油路阀组设置于油箱的上盖板上，蓄能器组件设置于油箱的外侧面；机泵组的进油口连接软管、出油口通过软管与油路阀组的进油口连通，油路阀组还通过硬管与蓄能器组件连通，油路阀组的出油口通过软管与两个被测油缸连通，所述液压系统的测试原理，启动机泵组供油，机泵组的单向阀导通，电磁阀失电导通，两油缸压力腔容积连通，对两个被测油缸充压达到平衡状态，同时对蓄能器充压，停止机泵组供油，试验系统通过蓄能器使压力稳定，通过伺服电机拖动两被测缸匀速运动。

进一步的，上述伺服驱动机构、液压系统、拉力传感器组件都与PLC连接，PLC作为控制核心，控制液压系统中机泵组、油路阀组中各阀门的开关，实现对被测油缸的供油；控制伺服驱动机构的运行，驱使被测油缸对拉；同时上位机接收并存储拉力传感器组件所采集的拉力数据，同时将采集的数据与分析软件连接，绘制油缸慢速下的性能曲线与寿命曲线。

与现有技术相比本发明具有以下有益效果：

1）本发明的试验台在测试摩擦力的原理上通过匀速运动下的拉力，负载力和摩擦力的平衡原理来实现，其中通过两个充压试件的对拉来模拟实际工况下的摩擦与磨损。

2）测试过程中实时输出摩擦力，利用PLC对试验台进行数据采集和自动控制与组态软件连接即可实现测试过程的全过程监控。

3）液压系统的无干扰换油功能，在不影响测试系统运行的情况下控制试验环境不变，主要保证油液温度与清洁度不变。

4）伺服电机系统相比于伺服阀速度闭环控制系统更易于实现，极大简化了试验油路和控制系统，减少了能量损失，提高了运动控制精度，提升效率，实现了油缸万分之精度的慢速运动控制，为油缸慢速下特性测试提出了解决方案。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是本发明的支撑架的主视图；

图3a是本发明的安装架的主视以及左视图；

图3b是本发明的安装架的俯视图；

图4a是本发明的拉力传感器组件的主视简图；

图4b是本发明的拉力传感器组件的俯视简图；

图5a是本发明的滑轮与齿轮组件的主视图；

图5b是本发明的滑轮与齿轮组件的俯视图

图6是本发明的液压系统图；

图中：1、支撑架，101、下支撑板，102、调平螺栓，103、支架，

104、上支撑板，105、顶杆，106、连接板；

2、安装架，201、底板，202、旋转板，203、传感器安装座；

3、拉力传感器组件，301、罩壳，302、螺杆Ⅰ，303、端盖，306、螺杆Ⅱ，308、压板，309、支座，312、板式拉力传感器；

4、滑轮与齿轮组件，401、轴承座，402、轮座，403、齿轮，404、滑轮， 411、方管，412、安装座，413、关节轴承；

5、液压系统，51、机泵组，52、油箱组件，521、油箱，53、油路阀组，54、蓄能器组件，541、蓄能器，

6、伺服驱动机构，61、伺服电机，62、小齿轮；

7、柔性连接；

8、被测油缸，801、缸耳。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步说明。

参考图1，本专利包括：支撑架1、安装于支撑架1上的安装架2，安装架2上水平放置两个被测油缸8，两个被测油缸8平行放置，两个被测油缸8通过油路与液压系统5中的油箱521相通，实现被测油缸8的供油，两个被测油缸8的缸体分别与两组拉力传感器组件3连接，两个被测油缸8的活塞杆轴向端部设置缸耳，两个缸耳通过柔性连接7相连，柔性连接7的另一端环绕在滑轮与齿轮组件4的滑轮404上，滑轮与齿轮组件4还包含：与滑轮404焊接连接的齿轮403，齿轮403与伺服驱动机构6联动，伺服驱动机构6运行，带动齿轮403、滑轮404转动，环绕在滑轮404上的柔性连接拉动活塞杆，被测油缸8受到的拉力数据被拉力传感器组件3获取并上传至上位机。

图2所示为支撑架1的主视图，支撑架1包含了底部水平的下支撑板101、下支撑板101底部安装多个调平螺栓102，下支撑板101上固定多个支架103，支架103的另一端为水平的上支撑板104，上支撑板104的左侧设置有楔形的连接板106，连接板106上开设连接孔，上支撑板104的中心为竖直的顶杆105，顶杆105能够用于对安装架2水平面的调整。

图3a、3b分别为安装架2的主视图、俯视图和左视图，安装架2安装于支撑架1上，安装架2左侧面为底板201，安装架2靠近左侧面的位置安装有旋转板202，旋转板202和连接板106通过转轴连接，构成旋转副；安装架2的右侧在重力作用下紧靠在支撑架1右侧的支架103上。

拉力传感器安装在底板201上，图4a、4b所示，拉力传感器组件3包括：罩壳301、位于罩壳301内部的板式拉力传感器312，板式拉力传感器312的左右两侧开设螺纹孔，左侧的螺纹孔内旋入螺杆Ⅰ302，并通过板式拉力传感器312左侧面的端盖303进行限位，螺杆Ⅰ302的另一端穿过罩壳301后端，并通过螺母紧固；板式拉力传感器312的右侧螺纹孔内旋入螺杆Ⅱ306，螺杆Ⅱ306的另一端穿过罩壳301的前端并通过螺母紧固，螺杆Ⅰ302、螺杆Ⅱ306同轴设置。

进一步的，拉力传感器组件中，罩壳301的前端外侧设置有压板308，通过压板308贴合在底板201的传感器安装座203处；在罩壳301前端外侧的中心位置设有支座309，支座309前端开设两个同心孔，支座309前端靠近左侧被测油缸8的缸体尾部，被测油缸8缸体尾部有缸耳801，缸耳801的孔结构和两个同心孔同轴安装，并通过轴销紧固。

进一步的，拉力传感器组件3设置有两组，两组拉力传感器组件3的支座309分别对应一个被测油缸8的缸耳801，缸耳801置于支座的两个同心孔之间，三个孔的圆心同轴，利用轴销穿过同心孔、缸耳801，实现拉力传感器组件与被测油缸8的连接。

图5a所示，滑轮与齿轮组件4还包含：轮座402、方管411、安装座412，轮座402左侧面与双头螺柱一端连接，双头螺柱的另一端连接轴承座401，轴承座401安装于安装架2的右侧面，且双头螺柱与轴承座401、轮座402连接处都设有关节轴承；轮座402上开设双孔结构，滑轮404、齿轮403和双孔结构同心安装并通过轴销定位；滑轮404和齿轮403的中心设置轴承；方管411相对的两侧面分别与轮座402、安装架2焊接。

图1所示，伺服驱动机构6包含：伺服电机61和小齿轮62，伺服驱动机构6安装于安装座412上，小齿轮62位于齿轮403的侧面且与齿轮403啮合，小齿轮62装配于伺服电机61的电机轴上，伺服电机61启动，电机轴带动小齿轮62转动，小齿轮62余齿轮403啮合，从而驱动齿轮403和与齿轮403焊接连接的滑轮404转动，从而实现滑轮404上环绕的柔性连接7拉动被测油缸8。

图6所示，液压系统5还包含：机泵组51、油路阀组53、蓄能器组件54以及软管，机泵组51和油路阀组53设置于油箱521的上盖板上，蓄能器组件54设置于油箱521的外侧面；机泵组51的进油口连接软管、出油口通过软管与油路阀组53的进油口连通，油路阀组上通过6个对称的单向阀实现油路控制，实现油缸对拉过程中的油液密封；油路阀组53还通过硬管与蓄能器组件54连通，油路阀组53的出油口通过软管与两个被测油缸8连通，液压油通过硬管流入蓄能器541后在流回油路阀组，经其下方的回油孔流回油箱。

结合图1-图6，对试验台的测试原理与测试过程进行详细介绍：油路阀组53控制两被测油缸8的有杆腔导通，机泵组51给被测油缸8和蓄能器541供油，使两被测油缸8中的压力相等，通过柔性连接7与滑轮404实现被测油缸8对拉，达到力平衡状态。

启动伺服电机61控制转速带动齿轮403匀速转动，由滑轮404与柔性连接7间的摩擦力实现活塞杆的匀速运动，伺服电机61正反转的过程中被测油缸8的拉力等于摩擦力与油压力产生的理论拉力之和和或差通过对实测数据的处理即可获得摩擦力，试验通过油路阀组53的溢流阀5306调节系统压力。

试验一段时间后，由于油液污染需对系统进行换油保证油液清洁度，换油过程通过油路阀组53的电磁阀5312控制两被测油缸不再连通，机泵组51启动对活塞杆缩回的油缸进行补油，活塞杆伸出的油缸其中的油液回到油箱521，整个实验过程中利用压力传感器5308和压力传感器5311测量两个被测油缸8的压力，

用两个板式拉力传感器312测量被测缸所受拉力采集数据，对数据进行处理记录其摩擦力，长时间进行对拉即可测试被测油缸8的使用寿命，一组油缸测试结束时，利用气阀将被测油缸8中的油液排出。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明权利要求的保护范围之内。