液压冲击试验台系统设计研究

　　0　引言

　　本文介绍的液压冲击试验台用来测试某缓冲力与冲击速度近似成正比的被试件的工作性能,试验时要求冲击头对被试件连续进行20次冲击试验,冲击头先以慢速接近被试件,然后迅速达到并保持0.5 m/s的速度(此时的缓冲力为21 kN)对被试件进行冲击,冲击行程s=70 mm,记录冲击过程中被试件的缓冲力、温度、速度并画出示功图。

　　1　液压冲击试验台的基本组成

　　该试验台主要由试验机架、液压缸、油源系统(油箱、泵组件及恒温系统)、测控系统(检测元件及控制装置)及辅助系统组成。其中试验机架用于安装被试件和液压缸等元件,液压缸用于完成对被试件的冲击(以下称液压缸活塞杆端为冲击头),油源系统给液压缸供油并保持油温恒定,测控系统完成对试验台的控制、数据采集处理和环境参数的监测等工作。

　　2　试验台液压系统设计

　　2.1　设计思想

　　在调研和初定方案时发现,由于被试件所受的冲击速度快、行程短、负载大,对试验台动态响应的要求较高。对于这样一个在负载变化条件下要求速度恒定的系统,由于阀和控制系统的动态响应问题,如果采用伺服控制系统来实现该试验台的功能并不能很好地满足系统的要求,而且造价高;由于负载大,用伺服电机带动滚珠丝杠的方案也不能完全满足要求。相比之下,本设计方案的结构简单、思路巧妙,通过选取合适的元件参数,可以实现系统的功能要求。所设计的试验台液压系统如图1所示。

　　驱动电机带动可控变量液压泵为系统提供一个恒流量的压力油源。在初始阶段,调节节流阀9的开度和溢流阀4的设定压力产生合适的压差,使冲击头慢速运动,然后选择合适的时机给电磁阀8通电,增大液压缸的流量,使冲击头快速运动,进入冲击过程。溢流阀4在初始阶段起到定压的作用,在冲击过程中起到安全卸压的作用。

　　2.2　试验台工作原理

　　将被试件安装在试验机架上,起动电机,试验台开始运行;工控机控制电磁阀10左侧和电磁阀7通电,冲击头开始以慢速接近被试件;上升到一定程度,传感器17发出信号,工控机收到信号控制电磁阀8通电,冲击头以高速冲击被试件,工控机通过安装在活塞杆端的力传感器实时采集冲击力信号,通过液压缸中的位移传感器实时采集位移信号并计算出冲击速度;冲击头继续上升,碰到上止点行程开关16,此时工控机控制阀10断电卸载,同时控制阀8断电;接着控制阀10右侧通电,冲击头换向,慢速返回;当冲击头碰到下止点行程开关18,控制阀10断电,冲击头回到初始位置,数据采集程序中的计数器加1;当计数器为20时,工控机控制阀7断电,然后停止电机,自动打印试验结果。