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专利名称：一种固体发动机静强度试验联合加载系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种固体发动机静强度试验联合加载系统，属于固体发动机试验技术领域，用于固体发动机力学强度试验。
背景技术：
静强度试验技术是通过试验的方法，观察和研究结构或构件在静载荷作用下的强度、刚度、稳定性，以及应力、变形分布情况的一门学科。固体发动机静强度试验就是在试验室的条件下，通过试验装置再现载荷及边界条件，观测和研究固体发动机结构的零、部件的应力状态的试验。固体发动机静强度试验不仅是验证结构形式的合理性和结构静力分析正确性的重要手段，而且在为建立新的分析模型和工程理论提供结构特性参数，为研制新型导弹与运载火箭积累设计资料，对改进结构设计，减小结构质量与提高产品可靠性等方面均起着重大作用。联合加载系统是实现试验时的集中载荷或分布载荷的力源设备，是实现固体发动机试验方案的重要环节。联合加载系统的优劣，对提高固体发动机试验质量，缩短试验周期、降低试验成本、保证试验安全等方面都有直接的影响。目前，国内外联合加载系统多以液压传动方式为主。系统以油液作为工作介质， 通过动力元件将机械能转换为压力能，经过管道和控制元件，并借助执行元件将压力能转换成机械能，用机械能驱动负载。液压加载系统包括动力元件(油泵)、执行元件(作动筒)、控制元件(各类控制阀)、辅助元件(油箱、滤油器、油管、接头、压力表、蓄能器和冷却器等)和计算机控制等。同机械、电力传动相比，液压加载技术具有结构紧凑、体积小、容量大、加载动作平稳、惯性小、动作灵敏、启动制动迅速、能够做出各种复杂的机械动作等优点；主要缺点是液压元件难免泄漏；油液的粘度随温度的变化而变化，不宜在高温或过低温下工作；多点协调控制精度低。

发明内容
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种固体发动机静强度试验联合加载系统，适用于各种型号固体发动机的静强度加载试验，解决了传统液压加载系统存在的协调控制精度低、试验安全因素考虑不充分等技术问题。技术方案一种固体发动机静强度试验联合加载系统，其特征在于包括液压能源部分和控制部分；所述液压能源部分包括液压泵1、单向阀2、卸荷阀4、比例溢流阀5、压力变送器、作动筒、高压比例减压阀组10、中压比例减压阀组11、低压比例减压阀组12、水冷却器17、蓄能器18、油箱19和连接管道；与油箱19连接的液压泵1通过单向阀2连接高压比例减压阀组10、中压比例减压阀组11和低压比例减压阀组12的输入端，同时还连接卸荷阀4、比例溢流阀5和蓄能器18 ；卸荷阀4的输入端连接油箱19 ；比例溢流阀5的输入端与液压泵1连接，同时通过水冷却器17连接油箱19，同时还连接高压比例减压阀组10、中压比例减压阀组11和低压比例减压阀组12的输入端；所述的高压比例减压阀组10、中压比例减压阀组11和低压比例减压阀组12上的每个通道各连接一个压力变送器，每个通道的输出端各连接一个作动筒；所述控制部分包括交流电动机20、力传感器23、通讯接口 26、数字量输出驱动电路27、模拟量输出驱动电路28和CPU ；力传感器23的输出信号通过通讯接口沈与CPU连接，模拟信号通过A/D转换器输出至CPU ；CPU的控制信号通过数字量输出驱动电路分别控制换向阀控制线圈22和交流电动机20，同时CPU的控制信号还通过模拟量输出驱动电路 28控制比例阀控制线圈21 ；所述交流电动机20通过连轴器与液压泵1连接。在油箱19与液压泵1之间设有滤油器15。在油箱19与水冷却器17之间设有过滤器16。在油箱19上设有高压压力表7，之间连接压力表开关6。在油箱19上设有油温计13。在油箱19上设有液位报警器14。在单向阀2与蓄能器18之间设有过滤器3。在力传感器23与通讯接口沈之间设有显示器25。有益效果本发明提出的一种固体发动机静强度试验联合加载系统，与现有技术比较具有如下优点(1)采用双闭环多通道液压比例伺服控制技术，系统各通道协调加载精度可达 0.3级以上；(2)系统具有多参数检测、监控和报警功能，能够有效保证产品试验的安全性；(3)系统具有手自动切换和互锁功能，便于检测和维护，并满足各种试验需求；(4)软件采用神经网络控制算法，控制精度和系统响应均满足试验技术指标；(5)集中式水冷却和油液温度检测，能源系统能被控制在有效温度范围；(6)滑盖式开放油箱设计，便于安装、维护与检查。


图1 本发明液压能源部分原理图1-液压泵、2-单向阀、3-过滤器、4-卸荷阀、5-比例溢流阀、6-压力表开关、7-高压压力表、8-压力变送器、9-作动筒、10-高压比例减压阀组、11-中压比例减压阀组、12-低压比例减压阀组、13-油温计、14-液位报警器、15-滤油器、16-过滤器、17-水冷却器、 18-蓄能器、19-油箱；图2 本发明控制部分原理图20-交流电动机、21-比例阀控制线圈、22-换向阀控制线圈、23-力传感器、24-试件、25-显示仪表、26-通讯接口、27-数字量输出驱动电路、28-模拟量输出驱动电路。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述如图1所示，本发明的液压能源部分包括液压泵1，型号A2F12 ；单向阀2，型号 CIT-06A1 ；卸荷阀 4，型号 0111-0631/^2/^-2400 ；比例溢流阀 5，型号 RZM0—033/315 ；压力变送器，作动筒，型号ZDT-31. 5MPa ；高压比例减压阀组10，型号RZG0-033/315 ；中压比例减压阀组11，型号RZGO-010/210 ；低压比例减压阀组12，型号RZG0-010/100)；水冷却器17，型号LQ-3. 1 ；蓄能器18，型号NXQA-2. 5/31. 5 ；油箱19，型号BU630LVW ；和连接管道；与油箱 19连接的液压泵1通过单向阀2连接高压比例减压阀组10、中压比例减压阀组11和低压比例减压阀组12的输入端，同时还连接卸荷阀4、比例溢流阀5和蓄能器18 ；卸荷阀4的输入端连接油箱19 ；比例溢流阀5的输入端与液压泵1连接，同时通过水冷却器17连接油箱 19，同时还连接高压比例减压阀组10、中压比例减压阀组11和低压比例减压阀组12的输入端；所述的高压比例减压阀组10、中压比例减压阀组11和低压比例减压阀组12上的每个通道各连接一个压力变送器，每个通道的输出端各连接一个作动筒；如图2所示，所述控制部分包括交流电动机20，型号Y160L-4 ；力传感器23，型号 JKL-4 ；通讯接口 26、数字量输出驱动电路27、模拟量输出驱动电路28和CPU ；力传感器23 的输出信号通过通讯接口 26与CPU连接，模拟信号通过A/D转换器输出至CPU ；CPU的控制信号通过两路数字量输出驱动电路分别控制换向阀控制线圈22和交流电动机20，同时CPU 的控制信号还通过模拟量输出驱动电路观控制比例阀控制线圈21 ；所述交流电动机20通过连轴器与液压泵1连接，提供液压压力可达35MPa，通过比例溢流阀的设置，将压力限制在正常使用的范围，每个通道的压力由通道比例减压阀进行调节。通过换向阀的换向实现每个通道作动筒的拉或者压。整个油液管路设置有出油过滤器、精滤器、回油过滤器，保证液压油液不被污染。蓄能器起到稳压作用。循环水冷却器可以有效降低油温，平衡温度上升。在油箱19与液压泵1之间设有滤油器15，型号MF-12 ；在油箱19与水冷却器17之间设有过滤器16，型号SRFA_250*20FY ；在油箱19上设有高压压力表7，之间连接压力表开关6，型号NUL-02 ；在油箱19上设有油温计13，型号WSSX-411 ；在油箱19上设有液位报警器14，型号IJDM ；在单向阀2与蓄能器18之间设有过滤器3，型号ZU_H40*5DLP ；在力传感器23与通讯接口沈之间设有显示器25，型号IND331 ；能源部分设计有专门的能源柜，油箱设计在能源柜一侧，固定在一个框架上，油箱采用滑盖开放式油箱，其上安装有出油滤、液位仪、液位报警器、温度传感器和回油滤等器件，主要实现油液的存储、过滤和散热等功能。在油箱下面设置有安装底板，电机通过连轴器与液压泵连接，液压泵输出经过一个单向阀后，进入精滤器，精滤器的输出连接至系统油路块，系统油路块固定在安装底板上，系统油路块安装有比例溢流阀、卸荷阀和蓄能器等元件，主要实现系统油压的可靠控制。系统油液经过系统控制阀到达通道控制阀，每个液压通道的控制阀(比例阀、换向阀)分别连接在两组通道油路块(每组6个)上，每个通道输出都安装有液压快速接头，可以直接通过油管连接到液压缸，经过对每个通道阀体的控制实现液压系统对试验件的加载。每个液压通道设计有独立的压力传感器对通道油液进行监测，保证加载试验过程中不会因为反馈问题而出现加载故障等情况的发生。各个通道的回油与系统回油连接在一起，经过一个水冷却器冷却处理后，到达系统回油滤进行油液过滤， 最后，进入油箱。为了减小强电对控制信号的影响，将三相交流电机的控制电路设计在能源柜内部，通过时间继电器实现电机的星三角启动转换。 控制部份设计有专门的控制柜，工控机主机安装在控制柜中间，显示器、鼠标、键盘通过延长线引至控制柜旁边的操作平台，控制柜面板设计有系统压力显示仪表、油箱温度显示仪表以及12通道对应的载荷显示仪表。这些仪表显示测量值，时时显示，并且通过通讯方式实现与计算机的数据传递。控制柜面板还设计有加载系统的手动/自动切换、电机启动/停止、系统卸荷、系统调压、报警、急停等按钮，以实现固体发动机静强度试验联合加载的各种功能。针对每个液压通道的状态设置有对应的状态指示和控制一体的按钮开关，并且每个通道的比例减压阀故障报警状态不但作为计算机监测信号，而且被引至控制柜面板上，使关键元件的异常状态能够被及时发现并便于检修。工控机数字量输出板卡通过控制电路实现对电机的启动/停止的控制，通过驱动电路实现对系统各个换向阀和卸荷阀的控制。模拟量输出板卡通过驱动电路实现对比例溢流阀和比例减压阀的控制。数字量输入板卡主要检测各个比例阀在状态和报警状态的监测。模拟量输入板卡主要实现对系统、通道压力以及温度的监测。
权利要求
1.一种固体发动机静强度试验联合加载系统，其特征在于包括液压能源部分和控制部分；所述液压能源部分包括液压泵(1)、单向阀O)、卸荷阀G)、比例溢流阀(5)、压力变送器、作动筒、高压比例减压阀组(10)、中压比例减压阀组(11)、低压比例减压阀组(12)、水冷却器(17)、蓄能器(18)、油箱(19)和连接管道；与油箱(19)连接的液压泵(1)通过单向阀⑵连接高压比例减压阀组(10)、中压比例减压阀组(11)和低压比例减压阀组(12) 的输入端，同时还连接卸荷阀G)、比例溢流阀(5)和蓄能器(18)；卸荷阀的输入端连接油箱(19)；比例溢流阀(5)的输入端与液压泵⑴连接，同时通过水冷却器(17)连接油箱(19)，同时还连接高压比例减压阀组(10)、中压比例减压阀组(11)和低压比例减压阀组 (12)的输入端；所述的高压比例减压阀组(10)、中压比例减压阀组(11)和低压比例减压阀组(1 上的每个通道各连接一个压力变送器，每个通道的输出端各连接一个作动筒；所述控制部分包括交流电动机(20)、力传感器(23)、通讯接口( )、数字量输出驱动电路(XT)、模拟量输出驱动电路08)和CPU ；力传感器03)的输出信号通过通讯接口 06) 与CPU连接，模拟信号通过A/D转换器输出至CPU ；CPU的控制信号通过数字量输出驱动电路分别控制换向阀控制线圈0 和交流电动机OO)，同时CPU的控制信号还通过模拟量输出驱动电路08)控制比例阀控制线圈；所述交流电动机OO)通过连轴器与液压泵(1)连接。
2.根据权利要求1所述固体发动机静强度试验联合加载系统，其特征在于在油箱 (19)与液压泵(1)之间设有滤油器(15)。
3.根据权利要求1所述固体发动机静强度试验联合加载系统，其特征在于在油箱 (19)与水冷却器(17)之间设有过滤器(16)。
4.根据权利要求1所述固体发动机静强度试验联合加载系统，其特征在于在油箱 (19)上设有高压压力表(7)，之间连接压力表开关(6)。
5.根据权利要求1所述固体发动机静强度试验联合加载系统，其特征在于在油箱 (19)上设有油温计(13)。
6.根据权利要求1所述固体发动机静强度试验联合加载系统，其特征在于在油箱 (19)上设有液位报警器(14)。
7.根据权利要求1所述固体发动机静强度试验联合加载系统，其特征在于在单向阀 (2)与蓄能器(18)之间设有过滤器(3)。
8.根据权利要求1所述固体发动机静强度试验联合加载系统，其特征在于在力传感器03)与通讯接口 06)之间设有显示器05)。
全文摘要
本发明涉及一种固体发动机静强度试验联合加载系统，其特征在于包括液压能源部分和控制部分，液压能源部分包括柱塞泵、电动机、油路块、蓄能器、过滤器、比例溢流阀、比例减压阀、换向阀、冷却器、作动筒；控制部分包括交流电动机、力传感器、通讯接口、数字量输出驱动电路、模拟量输出驱动电路和CPU。本发明提出一种固体发动机静强度试验联合加载系统，适用于各种型号固体发动机的静强度加载试验，解决了传统液压加载系统存在的协调控制精度低、试验安全因素考虑不充分等技术问题。
文档编号G01N3/02GK102435490SQ20111029143
公开日2012年5月2日 申请日期2011年9月29日 优先权日2011年9月29日
发明者刘兵, 施宇翔, 杨瑄, 翟江源, 陈昭明, 陶俊强, 龚晓宏 申请人:中国航天科技集团公司第四研究院四○一所