[發明專利]一種測試舵機的正反拖動式電液比例加載裝置

無效

• 申請號: 200910089423.4
• 申請日: 2009-07-20
• 公開（公告）號: CN101614623A
• 公開（公告）日: 2009-12-30
• 發明（設計）人: 汪首坤;王軍政;趙江波
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01M19/00
• 分類號: G01M19/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心
• 代理人: 張利萍

技術領域

本發明涉及一種測試舵機的正反拖動式電液比例加載裝置，屬于舵機加載控制技術領域。

背景技術

舵機也稱為伺服制動器，它是方向控制系統的重要執行機構，廣泛的應用在船舶、飛機和導彈等的控制系統中。舵機性能試驗通常需要在一定角度范圍內進行力矩加載，要求加載裝置施加的負載力矩隨著旋轉角度改變而發生線性規律變化。加載方式可分為正向加載和反向加載兩種：正向加載力矩方向與舵機運動方向一致(也稱為負負載)，而反向加載力矩方向與舵機運動方向相反。

上述加載試驗通常采用電機或電液伺服加載和彈性扭簧加載來實現，它們都存在不足之處：伺服加載成本較高，系統結構和控制過程比較復雜，多余力難以很好消除；扭簧加載雖然成本低，但是加載精度差，加載梯度調整困難。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有加載方法的不足，而提供一種測試舵機的正反拖動式電液比例加載裝置。實現了在±60°范圍內正向和反向的線性規律加載力矩。

本發明的一種測試舵機的正反拖動式電液比例加載裝置，包括泵站5、比例溢流閥4、電磁換向閥3、帶活塞桿的液壓缸2、壓力傳感器7、擺臂1、擺臂支架10、扭矩傳感器8、傳感器支架11、舵軸連接件12、底座9和測試箱13。

泵站5的高壓油管和回油管分別與比例溢流閥4的進油口和回油口連接，泵站5為閥控缸系統提供具有一定壓力和流量的液壓油；壓力傳感器7并行安裝在比例溢流閥4的進油口，壓力傳感器7用于測試供油壓力大小；電磁換向閥3一端的供油口和回油口分別連接比例溢流閥4進油口和泵站5的回油管，另一端的兩個控油口分別為帶活塞桿的液壓缸2的有桿腔和無桿腔提供高壓油；帶活塞桿的液壓缸2的無桿腔一端通過關節軸承與底座9連接，其活塞桿通過耳軸方式與擺臂1的一端連接，擺臂1的另一端、扭矩傳感器8、舵軸連接件12依次通過聯軸器連接在一起，三者的回轉軸線重合且與底座9平行，三者的回轉軸線到帶活塞桿的液壓缸2與底座9相連的旋轉軸的垂線垂直與底座9；擺臂1和扭矩傳感器8分別通過擺臂支架10和傳感器支架11與底座9固定，測控箱13通過程序設計可控制泵站5的啟動和停止、調節比例溢流閥4的溢流量從而調節加載壓力、控制電磁換向閥3改變向有桿腔或無桿腔供油從而控制加載方向、采集壓力傳感器7和扭矩傳感器8的壓力和扭矩信號。

在比例溢流閥4的進油口處并行安裝蓄能器6，用于補充瞬時流量，保持工作壓力恒定，改善加載動態特性。

本發明利用比例溢流閥控液壓缸的正反拖動式原理進行加載工作：舵機與本發明的舵軸連接件12連接，它在旋轉運動過程中驅動擺臂1拖動液壓缸2伸縮運動，它受到了液壓缸2產生的正向或反向拖動力，通過測控系統，控制比例溢流閥4調節泵站5輸出的壓力而調節加載力矩梯度大小，控制電磁換向閥3改變向有桿腔或無桿腔供油而控制加載方向，從而實現了正向和反向的加載力矩。電磁換向閥3處于左位工作時，液壓缸2無桿腔通高壓油，拖動力矩方向與擺臂1旋轉方向一致，實現正向拖動力矩；電磁換向閥3處于右位工作時，液壓缸2有桿腔通高壓油，拖動力矩方向與擺臂1旋轉方向相反，實現反向拖動力矩。在擺臂1處于零位(擺臂1與測試舵機用機械臺架的底座平面垂直)時拖動力經過回轉中心，有效拖動力矩為零；當擺臂1旋轉一定角度后，垂直作用在擺臂1上的有效力矩隨旋轉角度發生變化，根據幾何推導可證明，在供油壓力固定時，本發明的結構實現了在小角度范圍內的線性加載力矩。

本裝置的結構實現的小角度范圍內拖動力矩與旋轉角度的線性關系數學證明如下：

設a為擺臂長度，b為回轉中心至液壓缸2底座支點距離，當擺臂1旋轉角度為θ時，根據三角公式，液壓缸2全長(從底座中心至活塞桿連接點處)X可表示為

β為液壓缸2與擺臂1的夾角，在他們構成的三角形中，存在以下幾何關系

設供油壓力為P，液壓缸2活塞有效作用面積為S，則液壓缸2輸出力作用在擺臂1上的有效垂直分力F可表示為

F＝PSsin(β)(3)

拖動力矩T為有效垂直分力F與擺臂1長度的乘積，即

T＝F×a(4)

將式(1)～(4)聯立起來，可推導出拖動力矩與旋轉角度的表達式