专利名称：一种超低速运行液压机综合动态摩擦特性的测试系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种摩擦特性的测试系统，具体涉及一种超低速度运行的液压机综合动态摩擦特性的测试系统。
背景技术：
高温超低速模锻技术是制造航空难加工零件的主要工艺手段，要求锻造压力机具备极低速度下(〈O. Olmm/s)稳定驱动的能力。研究表明，压力机在极低速下运行时，由于非线性摩擦力的作用，极易产生爬行、抖动等现象，严重影响锻件的质量。动态摩擦力的建模与补偿控制是消减载荷畸变、确保压机稳定运行的重要方法，成为国内外研究的热点。基于系统综合动态摩擦力精确测试的动态摩擦参数在线辨识是补偿控制研究的基础和关键技术手段。
目前液压机综合动态摩擦性能的测试方法主要存在以下几个方面的问题I、没有出现液压机综合动态摩擦性能测试的国家标准，只有一部的液压缸摩擦力实验方法，即《GB/T 15622-2005液压缸试验方法》。该方法采用两个液压缸对顶的方式进行加载，通过检测两个液压缸两腔的负载压差，计算被测试液压缸的摩擦力。该方法只计算了加载液压缸的摩擦力，考虑的是静态摩擦特性，也不能测试极低速下运行时的摩擦特性，因而不适应于极低速运行状态下压机系统综合动态摩擦力的建模与参数识别。2、所公开的与本专利相关的专利只有《ZL200810237407. O :一种液压缸带载动摩擦力特性的测试系统及测试方法》，该方法采用通过在被测液压缸与闭式机架之间形成的封闭力系来实现摩擦力的测试。该系统在计算摩擦力时，需要考虑封闭机架刚度的影响，计算比较困难；同时，由封闭机架本身结构特征的影响，其动态响应速度比较低，不适宜用于动态摩擦力的测试。综合国内外研究现状，只存在单独对伺服液压缸摩擦力进行测试的相关实践，尚无对液压机，尤其是极低速运行液压机进行动态摩擦特性测试的先例。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能同时考虑压力机动梁与立柱、不同驱动液压缸内部的摩擦力，实现液压机在极低速下运行的综合摩擦特性测试的超低速运行液压机综合动态摩擦特性的测试系统。为了解决上述技术问题，本发明提供的超低速运行液压机综合动态摩擦特性的测试系统，由重量调节机械平台、电液伺服系统及数据采集与分析系统构成，重量调节机械平台上放置重量可调的重物；电液伺服系统驱动重物加载平台进行极慢速往返运动；数据采集与分析系统负责压力、位移等信号的采集及进行数据的存储与分析，所述的重量调节机械平台的结构是底座固定在地面上并通过四根立柱与上梁连接起来形成一个封闭的力系，活动横梁通过导向套与四根所述的立柱间隙配合，所述的活动横梁与设在所述的底座上的液压缸单球铰连接，可调重量的重物安装在所述的活动横梁上；
所述的电液伺服系统的结构是油泵与电机同轴联接，所述的油泵的吸油口 U与油箱相通，所述的油泵的出油口通过过滤器与电液伺服阀的P 口相通，所述的电液伺服阀的A 口或B 口与所述的液压缸的无杆腔相通，所述的电液伺服阀的B 口或A 口与所述的液压缸的有杆腔相通；所述的电液伺服阀的T 口与油箱相通；所述的电液伺服阀的P 口进油管路安装有一个压力补偿器；在所述的电液伺服阀的P 口压油管路与T 口回油管之间联接有比例溢流阀；所述的数据采集与分析系统的结构是4个磁致位移伸缩式传感器安装在所述的活动横梁与所述的上梁之间的四个角点，四个所述的磁致位移伸缩式传感器所测得的所述的活动横梁四个角点的位移值进行加权平均，作为反馈量输入至所述的电液伺服阀，第一压力传感器、第二压力传感器分别用于测量所述的液压缸的有杆腔与无杆腔的压力Pi、P2,所采集的两个压力信号和四个位移信号都通过数据采集卡输入至计算机中，进行数据分析与处理。所述的磁致位移伸缩式传感器的分辨率达O. 2 μ m，实现极低速度下位移的精确 测量。采用上述技术方案的超低速运行液压机综合动态摩擦特性的测试系统，底座固定在地面上并通过四根立柱与上梁连接起来形成一个封闭的力系；活动横梁与四根立柱间隙配合，在与导向套的相互作用下完成活动横梁的垂直导向；间隙配合量根据不同的测试需求预先进行调整；活动横梁与液压缸单球铰连接，随着液压缸的活塞杆上下运动；可调重量的重物通过固定在活动横梁上的螺栓连接在活动衡量上，实现不同载荷作用下系统非线性摩擦特性的测试。电液伺服阀的P 口进油管路安装一个压力补偿器，通过油泵出口压力与电液伺服阀A 口或B 口出口压力的比较与调节，实现电液伺服阀进出口压差的稳定；在电液伺服阀的P 口压油管路与T 口回油管之间联接有比例溢流阀。4个磁致位移伸缩式传感器安装在活动横梁与上梁之间，传感器分辨率达O. 2μπι，可实现极低速度下位移的精确测量；四个磁致位移伸缩式传感器所测得的活动横梁四个角点的位移值进行加权平均，作为反馈量输入至电液伺服阀，实现系统的闭环驱动。第一压力传感器、第二压力传感器分别用于测量液压缸有杆腔与无杆腔的压力P:、Ρ2。所采集的两个压力信号和四个位移信号都通过数据采集卡输入至计算机中，进行数据分析与处理。本发明同时考虑立柱与活动横梁及不同结构液压缸内部的综合动态摩擦力特性。该测试系统可以实现超低速稳定驱动的功能。通过高精密磁滞位移传感器、闭环电液伺服阀控制、压力补偿器对伺服阀进出口的压力补偿及电磁比例溢流阀的背压调节等功能，实现超低速稳定驱动。加载重量可调，可以实现不同载荷作用下压力机系统综合摩擦特性的测试，还可研究极低速驱动下下诸如压差(Λ P= I Pl-P21 )、密封材料、润滑条件等因素对液压机综合摩擦特性的影响规律。综上所述，本发明是一种能同时考虑压力机动梁与立柱、不同驱动液压缸内部的摩擦力，实现液压机在极低速下运行的综合摩擦特性测试的超低速运行液压机综合动态摩擦特性的测试系统。


图I是液压机综合摩擦特性动态测试系统原理图。
图2是重量调节机械平台结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步的分析说明。参见图I和图2，一种超低速运行液压机综合动态摩擦特性的测试系统，由重量调节机械平台、电液伺服系统及数据采集与分析系统构成，重量调节机械平台上放置重量可调的重物；电液伺服系统驱动重物加载平台进行极慢速往返运动；数据采集与分析系统负责压力、位移等信号的采集及进行数据的存储与分析，其结构分别如下重量调节机械平台的结构是底座I固定在地面上并通过四根立柱2与上梁8连接起来形成一个封闭的力系，活动横梁4通过导向套6与四根立柱2间隙配合，活动横梁4与设在底座I上的液压缸5单球铰连接，可调重量的重物7安装在活动横梁4上；电液伺服系统的结构是油泵19与电机21同轴联接，油泵19的吸油口 U与油箱20相通，油泵19的出油口通过过滤器18与电液伺服阀15的P 口相通，电液伺服阀15的A 口与液压缸5的无杆腔相通，电液伺服阀15的B 口与液压缸5的有杆腔相通，或电液伺服阀15的B 口与液压缸5的无杆腔相通，电液伺服阀15的A 口与液压缸5的有杆腔相通，电液伺服阀15的T 口与油箱相通；电液伺服阀15的P 口进油管路安装有一个压力补偿器16 ；在电液伺服阀15的P 口压油管路与T 口回油管之间联接有比例溢流阀17 ；数据采集与分析系统的结构是4个磁致位移伸缩式传感器3、11安装在活动横梁4与上梁8之间的四个角点，磁致位移伸缩式传感器3、11的分辨率达0.2μπι，实现极低速度下位移的精确测量，四个磁致位移伸缩式传感器3、11所测得的活动横梁4四个角点的位移值进行加权平均，作为反馈量输入至电液伺服阀15，第一压力传感器12、第二压力传感器13分别用于测量液压缸5的有杆腔与无杆腔的压力Pp P2，所采集的两个压力信号和四个位移信号都通过数据采集卡10输入至计算机9中，进行数据分析与处理。参见图I和图2，本发明的工作原理如下四根立柱2与上梁8、底座I刚性连接，构成整体框架形式。被测的液压缸5垂直固定在底座I上，液压缸5的活塞杆与活动横梁4利用单球铰相连。活动横梁4依靠导向套6导向，可调重量的重物7放置于活动横梁4上，随活动横梁4上下移动。活动横梁4四个角点的位移由磁致位移伸缩式传感器3、11测出，活动横梁4的速度、加速度可通过编程对位移分别求解一阶导数和二阶导数获得。正弦信号或者阶跃信号通过D/A转换器形成输入信号；四个磁致位移伸缩式传感器3、11所测得的活动横梁4四个角点的位移信号通过加权平均后，形成反馈信号，并与输入信号进行对比，经放大器输入到电液伺服阀15中形成速度的闭环控制，使得液压缸5的活塞杆按照既定的速度进行运动；液压缸5两腔压力Pp P2分别由第一压力传感器12、第二压力传感器13测出，然后经A/D转换器、数据采集卡10输入到计算机9进行处理。完成活动横梁4极低速驱动的液压伺服控制系统通过变量泵即油泵19从油箱20吸油，经过过滤器18、压力补偿器16进入电液伺服阀15。输入信号与由四个磁致位移伸缩式传感器3、11反馈回来的位移信号形成对比，经放大器进行信号放大后，输入至电液伺服阀15，形成输出速度的闭环控制；压力补偿器16用于调节电液伺服阀15进出口的压差，保持压差的稳定；比例溢流阀17安装在电液伺服阀15的回油端，保证活动横梁4运动的稳定性。
对活动横梁4和液压缸5的活塞杆整体受力分析，根据牛顿第二定律可获得综合摩擦力大小为
F = Pi 4 - P2A2- (m - ms)g (m ms )a(I)式中，m为重物质量(可调)；ms 为加载平台和液压缸活塞杆的总质量夂为液压缸无杆腔面积；A2为液压缸有杆腔面积；g为重力加速度；a为加载平台的加速度；此测试系统工作过程如下电液伺服阀15控制液压缸5上下运动，重物7以及活动横梁4跟随液压缸5的活塞上下运动，第一压力传感器12、第二压力传感器13采集的液压缸5的上下腔压力信号、磁致位移伸缩式传感器3、11的加载平台位移信号经A/D转换器、数据采集卡10送入计算机9，安装在计算机9内的可编程软件根据(I)式获得综合摩擦力大小，实时绘制出Fr-V (摩擦力-速度)、Fr-t (摩擦力-时间)、v_t (速度-时间)、Fr-AP(摩擦力-压力差)等曲线并输出。
权利要求
1.一种超低速运行液压机综合动态摩擦特性的测试系统，由重量调节机械平台、电液伺服系统及数据采集与分析系统构成，重量调节机械平台上放置重量可调的重物；电液伺服系统驱动重物加载平台进行极慢速往返运动；数据采集与分析系统负责压力、位移等信号的采集及进行数据的存储与分析，其特征是 所述的重量调节机械平台的结构是底座(I)固定在地面上并通过四根立柱(2)与上梁(8)连接起来形成一个封闭的力系，活动横梁(4)通过导向套(6)与四根所述的立柱(2)间隙配合，所述的活动横梁(4)与设在所述的底座(I)上的液压缸(5)单球铰连接，可调重量的重物(7)安装在所述的活动横梁(4)上； 所述的电液伺服系统的结构是油泵(19)与电机(21)同轴联接，所述的油泵(19)的吸油口 U与油箱(20)相通，所述的油泵(19)的出油口通过过滤器(18)与电液伺服阀(15)的P 口相通，所述的电液伺服阀(15)的A 口或B 口与所述的液压缸(5)的无杆腔相通，所述的电液伺服阀(15)的B 口或A 口与所述的液压缸(5)的有杆腔相通；所述的电液伺服阀(15)的T 口与油箱相通；所述的电液伺服阀(15)的P 口进油管路安装有一个压力补偿器(16);在所述的电液伺服阀(15)的P 口压油管路与T 口回油管之间联接有比例溢流阀(17)； 所述的数据采集与分析系统的结构是4个磁致位移伸缩式传感器(3、11)安装在所述的活动横梁(4)与所述的上梁(8)之间的四个角点，四个所述的磁致位移伸缩式传感器(3、11)所测得的所述的活动横梁(4)四个角点的位移值进行加权平均，作为反馈量输入至所述的电液伺服阀(15)，第一压力传感器(12)、第二压力传感器(13)分别用于测量所述的液压缸(5)的有杆腔与无杆腔的压力PpP2，所采集的两个压力信号和四个位移信号都通过数据采集卡(10)输入至计算机(9)中，进行数据分析与处理。
2.根据权利要求I所述的超低速运行液压机综合动态摩擦特性的测试系统，其特征是所述的磁致位移伸缩式传感器(3、11)的分辨率达O. 2 μ m，实现极低速度下位移的精确测量。
全文摘要
本发明公开了一种超低速运行液压机综合动态摩擦特性的测试系统，由重量调节机械平台、电液伺服系统及数据采集分析系统构成。本发明可实现极低速驱动下液压机综合摩擦性能的动态测试，包括立柱与活动横梁及液压缸内部非线性摩擦的动态特性。通过高精度磁滞位移传感器、闭环电液伺服控制、压力补偿器及比例溢流阀，实现活动横梁的极低速稳定驱动。通过调节加载重物的质量、立柱与导套的间隙量及采用不同被测液压缸，输入不同的驱动信号后，可实现包括立柱与活动横梁及液压缸内部非线性摩擦在内的液压机系统综合动态摩擦性能的测试。
文档编号G01M99/00GK102879216SQ20121035646
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月24日 优先权日2012年9月24日
发明者李毅波, 黄明辉, 潘晴, 陈敏, 湛利华 申请人:中南大学