基于直动式数字阀的电液静力加载系统研究

　　静力试验是产品研制阶段必不可少的一个环节,其目的是鉴定产品结构的设计静强度,并为验证强度和刚度的计算方法以及结构的合理性提供必要的数据和资料。结构静力试验是研究工程结构在静载荷作用下的强度、刚度和稳定性等问题的主要手段之一,对于几何形状和受力情况都较复杂的工程构件,结构静力试验是决定其静特性唯一方便而有效的方法。另外,静力试验的结果可以作为验证结构计算模型好坏的标准之一,并可用于指导改进计算模型,提高计算模型的可靠性。因此,在许多领域(尤其是航空、航天)中,在大型结构件的设计研制过程中以及正式交付使用前,都要进行静力试验。液压加载凭借良好的平稳性和运行中的低噪声,在工程试验中得到极为广泛的应用。液压加载控制技术由20世纪50年代的经典PID控制逐步发展形成智能PID控制、自适应PID控制、模糊PID、自调整PID、单神经元PID等。随着计算机技术的发展,近二三十年电液控制技术经历了一场由模拟控制方式向数字控制方式的转变。作者介绍了一种基于直动式数字阀的电液静力加载系统,具有精度高、响应快,可实现直接数字控制等优点。

　　1 系统组成及工作原理

　　电液数字静力加载系统由电液加载作动器、液压油源及电液伺服计算机控制系统三部分组成,其中电液加载作动器由双向对称液压油缸和直动式数字伺服阀及力传感器、位移传感器集成,在控制系统的控制下,实现拉压加载,是系统的执行器。加载伺服油缸最终安装于机架底座的十字滑架上,见图1。油缸的移动范围为?150 mmX600 mm。油缸通过前端盖的耳轴安装于油缸架的轴承座上,可以在给定的角度内自由摆动,油缸的端部通过一球耳环及连接杆与被加载对象联接,这样可以保证油缸的作用力始终与其轴线重合,不出现侧向偏载。为了保证当油缸及油缸架与滑架T形槽之间的紧固螺栓松开时能自由移动油缸,在十字滑架有相对滑动的表面上贴专用减摩材料。500 kg电液数字伺服加载系统工作原理图如图2示。其工作原理:由泵站提供动力,工控机(上位机)完成参数设定,载荷传感器及位移传感器输出反馈给前置控制器完成加载量的控制及过载、过位移保护。伺服阀根据前置控制器的控制信号,控制步进电机转动从而带动阀芯运动,控制流量或压力,驱动液压缸加载。

　　伺服阀采用直动式数字伺服阀,见图3。将步进电机的输入通过一个偏心轮机构作用于阀芯,偏心轮机构的旋转运动转化为阀芯的直线往复运动,从而实现步进电机对阀芯运动的直接控制。

　　2 系统数学模型

　　加载系统实质上为一四通滑阀控制双作用对称液压缸模型,如图4所示。根据阀控缸的动态方程建立系统数学模型。