[其他]机液负载模拟器

说明书

机液负载模拟器属于液压自控装置中施力系统的一类，多用于元部件、结构物和自控系统的加载及疲劳试验和强度试验。在航空、航天、舰船、冶金、土木建筑、机床、汽车、农业机械等众多工业领域中都可使用。

原有的同类装置都是电液伺服系统，本发明较电液伺服系统结构简单、造价低廉、操作方便、寿命长、抗污染能力强和噪音低。由于动静态品质与电液系统相同，而造价仅相当于前者的十分之一，加之上述其它优点，本发明将会得到广泛推广和使用。

由于本发明从原理到结构都是全新的，因此具有新颖性的特点。

下面介绍本发明的技术关键部分。附图1展示了本发明的结构图，全装置共分四大部分。

1.位置信号发生器（1）

附图1中左上角点画线所包围的部分为位置信号发生器，用来将电信号转化成机械位移信号，故也叫做电－位变换器。它是一种小型电液位置系统。这种系统的特点是（Ⅰ）可带动较大负载，因其活塞有效面积为 4.4×10^－4m²，在能源压力为1×10⁷Pa时，其静态输出力可达4.4×10³N。可见用以带动下一级阀芯的运动是不成问题的。因而，液动力和摩擦的存在不会对系统的动、静特性带来影响；（Ⅱ）输出位移大，本系统可输出±2.5×10^－2m的机械位移，足够下一级需要；（Ⅲ）输入电信号可以很小，不需要功率放大；（Ⅳ）快速性好，本系统的频宽可达26HZ以上；（Ⅴ）静差小，本系统静差小于最大输出值的1％以下。若采用力矩马达其输出力在±30～100N之间，位移在±1×10^－3m以内，频宽5HZ左右，静差和滞环都很大，而且需要备有大功率的电子放大器，两者在价格上相当，因此本设备暂不使用力矩马达。

2.机液负载模拟器本体（8）

附图1中右上部分为机液负载模拟器本体，其左上端的阀芯与位置信号发生器的输出活塞杆相连接，阀套的中间输入口与油源相通，Ps为油源压力，两端输出口与油箱相通，Po为回油压力。滑阀阀套固连在液压缸（2）的活塞杆左端，油路在活塞杆内，液压缸外壳与不动的支座固连。活塞杆的右侧与弹簧（3）的左端固连，弹簧（3）的右端与力传感器（5）相连，力传感器的右端直接与受力对象（6）相连接。由附图1看出这部分结构简单，但却可以完成下列功能：（Ⅰ）能输出与阀芯位移成正比的力；（Ⅱ）当受力对象作机械运动时所引起的多余力（力干扰）能够自动消除，因为当受力对象运动时（例如向左），则弹簧（3）受到压缩必至产生多余的力，但由于位置信号发生器的基座通过连杆与弹簧（3）右端相联，故随着受力对象的左移，位置信号发生器也向左移动相同距离，即相当于机液负载模拟器的阀芯向左偏移了同一距离。由于一比一的位置负反馈，此时液压缸的活塞也向左移动同一距离，因而弹簧（3）没有被压缩，故多余力瞬间即可消失。由于本装置具有很高的快速性，故两个动作几乎同时发生，因而多余力的残存值很小。另外，由附图1看出，本装置由于采用了位置闭环和力开环，因此稳定性好，快速性好，并且结构简单、干扰小。本装置的主要数据如下：阀芯直径为1.1×10^－2m；预开口为3.5×10^－4m，采用全周边开口；液压缸活塞的有效面积为3.5×10^－3m²；最大行程为9×10^－2m；最大输出力为±2×10⁴N。附图中7为载波放大器。

3.静态补偿网络（12）

附图1的左下侧为静态补偿网络，它是由两个运算放大器组成。其功能是提高系统的静态精度。因为由于本装置的本体部分采用的是力开环，因此弹簧等的非线性因素都会在力输出中显示出来。若采用通常的闭环控制又会失去前述的机液负载模拟器的各种优点。故本发明设计一种特殊的静态补偿网络，其特点是在动态过程中，此补偿网络基本上不起作用，因此保留了开环快、稳、噪音小等优点；但当系统进入稳态后，静态补偿网络将起主要作用，而在动态过程中起主要作用的、并由输入端a引入的输入信号将被完全抑制掉。因此使系统具有很高的静态精度。由于动态过程中仍然相当于原来的开环控制，故系统的动态品质未受影响，又由于整个系统未引入一个微分型校正，故系统噪音小，而总共只用了五个运算放大器，故结构简单，造价低。

4.消扰通道（13）