干货丨结构疲劳试验作动器开发

作者:达科机电设备(北京)有限公司发布时间:2019-05-06

干货丨结构疲劳试验作动器开发——来自IND4汽车人高超的

2017-06-18 07:12 来源:IND4汽车

原标题:干货丨结构疲劳试验作动器开发——来自IND4汽车人高超的

本人在《振动疲劳试验(三)时域耐久(下)》中简要介绍了如何通过降成本的方式搭建自己的多自由度液压振动台,就是一个液压油缸配上伺服阀控制流量加上位移传感器,通过控制位移激励信号来模拟测试件的加速度时域信号。

本篇文章是回到了多自由液压振动台的基本单元,达科机电 ,即单个液压作动器的低成本开发方法,但是这里的作动器是通过施加一定的力来做结构疲劳试验的。

干货丨结构疲劳试验作动器开发

图1 标准专业的作动器

如果仔细观察上图,我们会发现这样的液压作动器上会自带一个力传感器(右侧缸杆和铰接之间的圆柱形状物体),还有阀块和伺服阀(连接在缸体上放的黑色矩形块和矩形块上的),当然伺服阀不一定非得安装在作动器上,伺服阀通过液压软管连接到作动器上也可以。

其实这个作动器里边还有一个高精度的位移传感器,只是安装在缸体里边,一端连着缸体侧,另一端连着缸杆侧,我们可以看到上图左端铰接右侧与缸体连接处有一个线缆接头,这个位置就是位移传感器接头。我们可以看到在阀块上有一个白色的软管接头,在我们看不见的另一侧还有一个接头,分别对应进出油口,外界具有一定压力的液压油会通过进油管首先进入伺服阀,伺服阀根据传感器输送过来的电信号控制缸体大小腔的流量从而控制精确的力和位移信号。

而我们在进行结构件的耐久性试验过程中我们通常用到的是力传感器,即我们设置多大的力给作动器的软件,作动器通过闭环的反馈调节控制力传感器尽最大能力按照要求的去逼近我们给的命令信号,而位移传感器在这里仅仅是个监控作用,当我们的试验样件逐步失效的时候,这时候位移信号的工作范围会逐步增大,超过我们设定的限值后试验自动停止,这就是最普通的作动器基本的工作过程。

干货丨结构疲劳试验作动器开发

图2 液压作动器使用

为什么要进行自主开发低成本作动器呢?

我们知道国外几个主流的作动器品牌中的单个作动器都是很贵的,当然都很好用。我们发现整个过程我们就是需要一个油缸,一个伺服阀,一个力传感器,一个位移传感器,当然大前提是已经具备了泵站,管路和分油器蓄能器等必须部分,但是这部分必须部分也可以制作,仅仅是单纯的硬件投资,本文主要介绍作动器部分,如果我们的作动器用了好几年用坏了,我们该怎么办?这时候必须想到的是维修,如果是比较便宜的更换配件的话还是比较好的,如果时间年限过长无法维修,那我们是联系作动器厂家询价购买一个新的作动器么?这时候我们得到的价格往往很贵,因为你已经购买了他的作动器,你后期服务、配件、增加通道等正常情况下都是继续从这个厂家购买,这时候会出现漫天要价的情况,即设备厂家这次是吃定你了。

如果我们再回过头来看看,我们需要的就是一个油缸,一个伺服阀加上阀块,一个力传感器,一个位移传感器,完全可以自己准备这些物料去搭配一个疲劳试验作动器。针对油缸,我们每个人经常见这些油缸,我们走在路上看到很多工程机械,这些机械全靠液压缸去推动某些部件去干活,这里我以常见的装载机为例,如下图是一个连接铲斗油缸,这个油缸的常用压力工作范围能到6000PSI。我们的液压系统工作范围一般是3000PSI,所以使用这种油缸使用起来很安全。

干货丨结构疲劳试验作动器开发

图3 工程机械油缸

我们完全可以找生产装载机油缸的厂家仅买一个油缸回来,把这个油缸制作成一个真正的疲劳试验作动器。

我们可直接联系供应商购买伺服阀(需要根据实验需求确定流量大小)和阀块(可直接机加工)和相应的管路连接到油缸上,外观看起来是泵站的液压油先进入伺服阀再进入油缸,这个过程伺服阀的油路通道需要和阀块的油路通道配合好。这时候我们需要一个力传感器,通常的力传感器里边都是贴的应变片桥路,有时候我们拆开了力传感器发现应变片那么小,线路那么小,根本无法观察清楚具体是怎么连接的,即使是这样也不用担心,我们完全可以在我们买来的油缸的杠杆末端贴上一个半桥应变片,即一个应变片沿着杠杆的轴线,一个应变片垂直于杠杆的轴线,如果我们想再准确一点的话,可以贴两组半桥组成一个全桥,全桥对应两根电源线和两根信号线,我们需要接入到控制器上,这时候我们需要知道控制器相应接口的线脚定义(需要阅读控制器的说明文档),通过线脚定义得出哪个位置提供激励,哪个位置接收传感器过来的电压,连到控制器后我们必须有个标定过程,这时候需要提前备好标定工装,油缸连上标准的力传感器,我们去进行标定,这时候桥路通道在软件里对应的单位应该直接设置成力的单位,忽视掉微应变这个单位表示方式。用这个力传感器去标定这个桥路,标定的时候推荐用点斜式直线的方法,当力为0的时候将应变桥路清0,然后给一个小的力,这时候应变桥路显示的力和力传感器上的不一致,直接调节放大系数,直到显示的力和力传感器上的力一致,这个过程就算我们的桥路标定好了,这时候我们可以任意增大一些力,然后看看应变桥路的力和力传感器的力是否一致,通常情况下偏差比较小的,重复先和线性非常好,这时候油缸上的应变桥路力传感器算是标定好了。当然了,这里只是要点介绍,真正操作起来会遇到各种各样的问题,然后出现各种各样的尝试和解决。

位移传感器和桥路力传感器原理一样,建议同样选个电压式的位移传感器,也是有一个标定调试的过程,连接方式和应变桥路一致。