一種負階躍力試驗系統的制作方法
【專利摘要】一種負階躍力試驗系統，包括被測設備，力傳感器和負階躍力發生裝置；負階躍力發生裝置包括向被測設備施加壓力并將力傳感器和被測設備所受壓力調整至預定的初始作用力的推力機構，位于推力機構與被測設備之間完成負階躍力卸載的推力卸載機構，和位于推力機構與推力卸載機構之間的卸荷機構；推力機構抵緊承力墻，承力墻能夠防止裝置整體在推力機構施加初始作用力的過程中發生位移；卸荷機構包括置于推力機構與推力卸載機構之間的卸荷件，和將卸荷件推離推力機構與推力卸載機構而使作用在被測設備和力傳感器上的初始力消失的卸力機構；卸荷件分別與推力機構和推力卸載機構接觸。本發明具有初始力精確、初始作用力大而且力的下降沿時間可調的優點。
【專利說明】一種負階躍力試驗系統
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種負階躍力試驗系統。
【背景技術】
[0002]衛星的發射及空間方位的變換是依靠控制發動機的點火時間和方向來控制的。在應用一臺發動機之前需要利用傳感測試系統進行大量的檢測試驗以準確測定發動機的推力情況，檢驗發動機的性能。在傳感測試系統的研制過程中需要對其進行技術檢定，同時在使用中或存儲后也要進行性能復測，稱為標定或校準。標定和校準的實質都是在明確傳感器輸出與輸入關系的前提下，利用標準器具對傳感器進行標度。傳感測試系統標定可分為靜態標定和動態標定。動態標定主要是研究傳感器的動態響應以及與動態響應有關的參數。傳感器的動態標定系統一般由標準力源、標準傳感器、信號調節器以及采集系統組成。根據標準動態力發生裝置輸出力信號的形式可以分為穩態正弦激振力源，脈沖式力源和階躍式力源。由于階躍信號具有相當寬的有效頻帶，因此可以對高頻響的傳感器進行試驗，并在試驗中激發傳感器的固有振動。更重要的是，階躍式力源容易實現，尤其是負階躍力，從而使負階躍力源在傳感器的動態標定中得到廣泛的應用。
[0003]浙江大學研制的“1200KN標準負階躍力源系統”，采用的是落錘沖擊卸荷的方法來產生負階躍力。具體的結構如圖3所示:負階躍力源系統，包括支座3’，支座3’下方放置待測力傳感器4’，待測力傳感器4’下方依次設置墊塊5’，卸荷部件6’和施力部件7’，墊塊5’和支座3’之間設有沖桿2’，落錘I’對準沖桿2’做自由落體運動；施力部件V將卸荷部件6’、墊塊5’和待測力傳感器4’向支座3’壓緊。施力部件產生的壓緊力F。通過卸荷部件和墊塊施加在待測力傳感器上，使待測力傳感器承受所需的靜荷載。當落錘I’落下與沖桿2’發生碰撞，撞擊力通過沖桿2’傳遞給墊塊5’，墊塊5’因此受到與靜荷載相反的作用力。一方面，墊塊在撞擊力的作用下向下運動而脫離傳感器，使傳感器受力變小直至為零；另一方面，使卸荷部件動作，從而使墊塊收到的向上的作用力逐漸減小直至為零，從而加速墊塊向下運動。但是，這種負階躍力源系統存在以下缺點:1、卸荷部件通常為易斷裂的脆性材料，因此施力部件產生的壓緊力F。必須在卸荷部件能夠承受的范圍之內，也就是初始的靜載荷受限，初始作用力不大。2、卸荷方式采用落錘沖擊致使脆性材料斷裂的方式，很難保證短的下降沿時間。3、由于墊塊的作用，實際作用在力傳感器上的力下降沿時間大于材料斷裂時間，且下降沿時間不可調。
【發明內容】
[0004]為克服現有技術的上述缺點，本發明提供了一種初始力精確、初始作用力大而且力的下降沿時間可調的負階躍力試驗系統。
[0005]一種負階躍力試驗系統，包括被測設備，固定于被測設備上的力傳感器和頂推力傳感器對被測設備施加作用力的負階躍力發生裝置；
負階躍力發生裝置包括向被測設備施加壓力并將力傳感器和被測設備所受壓力調整至預定的初始作用力的推力機構，位于推力機構與被測設備之間完成負階躍力卸載的推力卸載機構，和位于推力機構與推力卸載機構之間的卸荷機構；推力機構抵緊承力墻，承力墻能夠防止裝置整體在推力機構施加初始作用力的過程中發生位移；
卸荷機構包括置于推力機構與推力卸載機構之間的卸荷件，和將卸荷件推離推力機構與推力卸載機構而使作用在被測設備和力傳感器上的初始力消失的卸力機構；卸荷件分別與推力機構和推力卸載機構接觸。
[0006]進一步，推力機構為單活塞桿液壓缸，推力機構包括液壓缸缸體，將缸體內腔分隔為第一液壓腔和第二液壓腔的液壓活塞，與液壓活塞固定連接的液壓活塞桿和液壓控制回路；液壓活塞桿的外露端抵緊卸荷件的側面，推力機構施加預緊力時，液壓控制回路控制液壓活塞向靠近被測設備的方向運動，試驗完成后，液壓控制回路控制液壓活塞向遠離被測設備的方向復位；
推力卸載機構為雙活塞桿氣壓缸，包括氣壓缸的缸體，將缸體內腔分隔為靠近卸荷件的第一氣壓腔和靠近被測設備的第二氣壓腔的氣壓活塞，分別固定于氣壓活塞兩端的第一氣壓活塞桿和第二氣壓活塞桿，以及氣壓控制回路；第一氣壓活塞桿的外露端抵緊卸荷件的側面，第二氣壓活塞桿頂推力傳感器和被測設備；在推力機構施加初始推力的過程中，氣壓控制回路向第二氣壓腔充入高壓氣體；
液壓活塞桿、第一氣壓活塞桿和第二氣壓活塞桿位于同一直線。
[0007]進一步，液壓活塞桿的外露端固定有能夠夾持卸荷件的加載爪架，加載爪架的兩端分別設有夾緊卸荷件的第一加載爪和第二加載爪，第一加載爪和第二加載爪允許卸力機構推動卸荷件。
[0008]第一加載爪和第二加載爪可以通過電機或者氣缸控制，夾緊卸荷件時第一加載爪和第二加載爪相互靠近，松開卸荷件時第一加載爪和第二加載爪相互遠離。
[0009]進一步，第一氣壓活塞桿的外露端固定有受載板，為了使卸荷件盡快脫離受載板，受載板與卸荷件接觸的一面呈斜面，斜面的頂部靠近推力機構、斜面的底部遠離推力機構。
[0010]進一步，卸荷件的兩端設有與加載爪接觸的平面。卸荷件呈圓柱體。
[0011]進一步，卸力機構包括卸力氣缸、將卸力氣缸內腔分隔為上氣錘腔和下氣錘腔的卸力活塞、卸力活塞桿和固定于卸力活塞桿的外露端的落錘、以及氣壓卸力控制回路。工作時，氣壓卸力控制回路控制落錘撞擊卸荷件，從而將卸荷件從推力機構和推力卸載機構之間推離，實現卸載。
[0012]進一步，卸力機構還包括夾緊卸力活塞桿的抱緊爪，和當卸力氣壓控制回路使落錘撞擊卸荷件時控制抱緊爪松開、并當卸力活塞桿復位后控制抱緊爪夾緊卸力活塞桿的控制器。
[0013]進一步，推力機構、推力卸載機構和被測設備沿水平向布置，卸力機構沿豎直向布置，卸力機構位于卸荷件上方，落錘對準卸荷件，落錘向下運動擊落卸荷件。
[0014]本發明的工作過程是:先將卸荷件置于加載爪架上，第一加載爪和第二加載爪相向運動夾緊卸荷件，卸荷件側面抵緊加載爪架且兩個加載爪與卸荷件兩端的平面貼緊，從而夾緊卸荷件。推力機構的液壓控制回路向第一液壓腔充入高壓液壓油，控制液壓活塞向被測設備的方向運動，液壓活塞桿帶動卸荷件向靠近推力卸載機構的方向運動，卸荷件抵緊受載板并推動受載板和氣壓活塞向靠近被測設備的方向運動、從而對被測設備和力傳感器施加壓力。當氣壓活塞與被測設備之間的壓力達到預設的預緊力后，松開第一加載爪和第二加載爪。卸荷件在預緊力的壓緊作用下、由于摩擦力作用不會脫離推力機構和推力卸載機構。然后開啟氣壓控制回路對第二氣壓腔通入高壓氣體，之后液壓控制回路繼續向第一液壓腔充入高壓液壓油，直到力傳感器承受的的作用力等于初始作用力為止。此時，被測設備所承受的外力達到預設的初始作用力。
[0015]然后啟動卸力機構使落錘下落，落錘撞擊并擊落卸荷件，推力機構和推力卸載機構之間失去連接，作用力無法傳遞。氣壓活塞被第二氣壓腔內的高壓氣體推向推力機構，力傳感器和被測設備上的初始作用力瞬間消失，從而實現負階躍力的卸載。
[0016]本發明的技術構思是:使用剛性的卸荷件將推力機構的壓力傳遞至推力卸載機構和被測設備，推力機構采用液壓缸，能夠施加的作用力大，且反應靈敏，施加的力度精確、可控。推力卸載機構采用氣壓缸，卸荷時反應迅速，下降沿時間短，并可通過調節第二氣壓腔內的氣壓值來調節下降沿時間。液壓活塞桿、卸荷件、受載板、氣壓活塞、第一氣壓活塞桿和第二氣壓活塞桿均采用剛性材料制成，力在傳遞過程中無損失，初始作用力精確。
[0017]本裝置除了用于力傳感器的校準外，還可以用于模擬飛行器中的發動機熄火時發動機輸出的動態力和飛行器本體動態響應的測量。
[0018]本發明具有初始力精確、初始作用力大而且力的下降沿時間可調的優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是本發明的示意圖。
[0020]圖2是加載爪架安裝有卸荷件的示意圖。
[0021]圖3是浙江大學研制的1200KN標準負階躍力源系統的示意圖。
【具體實施方式】
[0022]參照圖1-2，進一步說明本發明:
如圖1所示，一種負階躍力試驗系統，包括被測設備22，固定于被測設備上的力傳感器21和頂推力傳感器21對被測設備22施加作用力的負階躍力發生裝置；
負階躍力發生裝置包括向被測設備22施加壓力并將力傳感器21和被測設備22所受壓力調整至預定的初始作用力的推力機構，位于推力機構與被測設備22之間完成負階躍力卸載的推力卸載機構，和位于推力機構與推力卸載機構之間的卸荷機構；推力機構抵緊承力墻29，承力墻29能夠防止裝置整體在推力機構施加初始作用力的過程中發生位移；
卸荷機構包括置于推力機構與推力卸載機構之間的卸荷件27，和將卸荷件27推離推力機構與推力卸載機構而使作用在被測設備22和力傳感器21上的初始力消失的卸力機構；卸荷件27分別與推力機構和推力卸載機構接觸。
[0023]推力機構為單活塞桿液壓缸，推力機構包括液壓缸缸體，將缸體內腔分隔為第一液壓腔I和第二液壓腔4的液壓活塞2，與液壓活塞2固定連接的液壓活塞桿2A和液壓控制回路；液壓活塞桿的外露端抵緊卸荷件27的側面，推力機構施加預緊力時，液壓控制回路控制液壓活塞2向靠近被測設備22的方向運動，試驗完成后，液壓控制回路控制液壓活塞2向遠離被測設備22的方向復位；
推力卸載機構為雙活塞桿氣壓缸，包括，氣壓缸缸體，將缸體內腔分隔為靠近卸荷件27的第一氣壓腔25和靠近被測設備22的第二氣壓腔23的氣壓活塞24,分別固定于氣壓活塞24兩端的第一氣壓活塞桿24A和第二氣壓活塞桿24B，以及氣壓控制回路；第一氣壓活塞桿24A的外露端抵緊卸荷件27的側面，第二氣壓活塞桿24B頂推力傳感器21和被測設備22 ；在推力機構施加初始推力的過程中，氣壓控制回路向第二氣壓腔23充入高壓氣體；
液壓活塞桿2A、第一氣壓活塞桿24A和第二氣壓活塞桿24B位于同一直線。
[0024]如圖2所示，液壓活塞桿2A的外露端固定有能夠夾持卸荷件27的加載爪架28，力口載爪架28的兩端分別設有夾緊卸荷件27的第一加載爪281和第二加載爪282，第一加載爪281和第二加載爪282允許卸力機構推動卸荷件27。第一加載爪281和第二加載爪282可以通過電機或者氣缸控制，夾緊卸荷件27時第一加載爪281和第二加載爪282相互靠近，松開卸荷件27時第一加載爪281和第二加載爪282相互遠離。
[0025]第一氣壓活塞桿24A的外露端固定有受載板26，為了使卸荷件27盡快脫離受載板26，受載板26與卸荷件27接觸的一面呈斜面，斜面的頂部靠近推力部、斜面的底部遠離推力部。
[0026]卸荷件27的兩端設有與加載爪281、282接觸的平面。卸荷件27呈圓柱體，圓柱體的側面分別與加載爪架28以及受載板26線接觸。當然，卸荷件27也可以呈棱柱體，棱柱體的棱邊與加載爪架以及受載板接觸。或者卸荷件27還可以是兩端切制有平面的球體或橢球體，此時，卸荷件27的球面或者橢球面與加載爪架28以及受載板26點接觸。
[0027]卸力機構包括卸力氣缸、將卸力氣缸內腔分隔為上氣錘腔12和下氣錘腔14的卸力活塞13、卸力活塞桿13A和固定于卸力活塞桿13A的外露端的落錘16、以及氣壓卸力控制回路。工作時，氣壓卸力控制回路控制落錘16撞擊卸荷件27，從而將卸荷件27從推力機構和推力卸載機構之間推離，實現卸載。當然，卸力機構也可以采用人工方式實現，如操作人員手持落錘，人工用落錘擊落卸荷件。卸力機構還可以是通過電機等方式控制落錘升降以擊落卸荷件。
[0028]卸力機構還包括夾緊卸力活塞桿13A的抱緊爪15，和當卸力氣壓控制回路使落錘16撞擊卸荷件27時控制抱緊爪15松開、并當卸力活塞桿13A復位后控制抱緊爪15夾緊卸力活塞桿13A的控制器。抱緊爪15可以是常用的各種夾緊裝置，如機械手等。
[0029]推力機構、推力卸載機構和被測設備沿水平向布置，卸力機構沿豎直向布置，卸力機構位于卸荷件27上方，落錘16對準卸荷件27，落錘16向下運動擊落卸荷件27。
[0030]裝置所需的高壓氣由空氣壓縮機提供?？諝鈮嚎s機產生的壓縮空氣分為三路，第一路供給上氣錘腔12和下氣錘腔14，其中，開關閥7用于控制是否向上氣錘腔12和下氣錘腔14進氣，換向閥9用于控制上氣錘腔12和下氣錘腔14的工作狀態，減壓閥8用于控制上氣錘腔12和下氣錘腔14內的氣壓；第二路供給儲氣罐19和第二氣壓腔23，其中伺服閥18用于控制儲氣罐19和第二氣壓腔23內的氣壓；第三路供給第一氣壓腔25，其中換向閥17用于控制第一氣壓腔25的工作狀態。第二氣壓腔23設有壓力傳感器20，上氣錘腔12設有壓力傳感器11。
[0031]裝置所需的液壓油由液壓泵提供，液壓油經過伺服閥6后進入蓄能器5和靠近承力墻的第一液壓腔1，產生初始時的輸出推力，其中，換向閥10用來控制第一液壓腔I和第二液壓腔4的工作狀態，伺服閥6用來調整蓄能器5和第一液壓腔I內的壓力。第一液壓腔I設有壓力傳感器3. 本發明的工作過程是:先將卸荷件27置于加載爪架28上，第一加載爪281和第二加載爪281相向運動夾緊卸荷件27，卸荷件27側面抵緊加載爪架28且兩個加載爪281、282與卸荷件27兩端的平面貼緊，從而夾緊卸荷件27。推力機構的液壓控制回路向第一液壓腔I充入高壓液壓油，控制液壓活塞2向被測設備22的方向運動，液壓活塞桿2帶動卸荷件27向靠近推力卸載機構的方向運動，卸荷件27抵緊受載板26并推動受載板26和氣壓活塞24向靠近被測設備22的方向運動、從而對被測設備22和力傳感器21施加壓力。當氣壓活塞24與被測設備22之間的壓力達到預設的預緊力后，松開第一加載爪281和第二加載爪282。卸荷件27在預緊力的壓緊作用下、由于摩擦力作用不會脫離推力機構和推力卸載機構。然后開啟氣壓控制回路對第二氣壓腔23通入高壓氣體，之后液壓控制回路繼續向第一液壓腔I充入高壓液壓油，直到力傳感器21承受的的作用力等于初始作用力為止。此時，被測設備22所承受的外力達到預設的初始作用力。
[0032]然后啟動卸力機構使落錘16下落，落錘16撞擊并擊落卸荷件27，推力機構和推力卸載機構之間失去連接，作用力無法傳遞。氣壓活塞24被第二氣壓腔23內的高壓氣體推向推力機構，力傳感器21和被測設備22上的初始作用力瞬間消失，從而實現負階躍力的卸載。
[0033]本發明的技術構思是:使用剛性的卸荷件27將推力機構的壓力傳遞至推力卸載機構和被測設備22，推力機構采用液壓缸，能夠施加的作用力大，且反應靈敏，施加的力度精確、可控。推力卸載機構采用氣壓缸，卸荷時反應迅速，下降沿時間短，并可通過調節第二氣壓腔內的氣壓值來調節下降沿時間。液壓活塞桿2A、卸荷件27、受載板26、氣壓活塞24、第一氣壓活塞桿24A和第二氣壓活塞桿24B均采用剛性材料制成，力在傳遞過程中無損失，初始作用力精確。
[0034]本發明具有初始力精確、初始作用力大而且力的下降沿時間可調的優點。
[0035]本說明書實施例所述的內容僅僅是對發明構思的實現形式的列舉，本發明的保護范圍不應當被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本發明的保護范圍也及于本領域技術人員根據本發明構思所能夠想到的等同技術手段。
【權利要求】
1.一種負階躍力試驗系統，包括被測設備，固定于被測設備上的力傳感器和頂推力傳感器對被測設備施加作用力的負階躍力發生裝置； 其特征在于:負階躍力發生裝置包括向被測設備施加壓力并將力傳感器和被測設備所受壓力調整至預定的初始作用力的推力機構，位于推力機構與被測設備之間完成負階躍力卸載的推力卸載機構，和位于推力機構與推力卸載機構之間的卸荷機構；推力機構抵緊承力墻，承力墻能夠防止裝置整體在推力機構施加初始作用力的過程中發生位移； 卸荷機構包括置于推力機構與推力卸載機構之間的卸荷件，和將卸荷件推離推力機構與推力卸載機構而使作用在被測設備和力傳感器上的初始力消失的卸力機構；卸荷件分別與推力機構和推力卸載機構接觸。
2.如權利要求1所述的負階躍力試驗系統，其特征在于:推力機構為單活塞桿液壓缸，推力機構包括液壓缸缸體，將缸體內腔分隔為第一液壓腔和第二液壓腔的液壓活塞，與液壓活塞固定連接的液壓活塞桿和液壓控制回路；液壓活塞桿的外露端抵緊卸荷件的側面，推力機構施加預緊力時，液壓控制回路控制液壓活塞向靠近被測設備的方向運動，試驗完成后，液壓控制回路控制液壓活塞向遠離被測設備的方向復位； 推力卸載機構為雙活塞桿氣壓缸，包括氣壓缸的缸體，將缸體內腔分隔為靠近卸荷件的第一氣壓腔和靠近被測設備的第二氣壓腔的氣壓活塞，分別固定于氣壓活塞兩端的第一氣壓活塞桿和第二氣壓活塞桿，以及氣壓控制回路；第一氣壓活塞桿的外露端抵緊卸荷件的側面，第二氣壓活塞桿頂推力傳感器和被測設備；在推力機構施加初始推力的過程中，氣壓控制回路向第二氣壓腔充入高壓氣體； 液壓活塞桿、第一氣壓活塞桿和第二氣壓活塞桿位于同一直線。
3.如權利要求2所述的負階躍力試驗系統，其特征在于:液壓活塞桿的外露端固定有能夠夾持卸荷件的加載爪架，加載爪架的兩端分別設有夾緊卸荷件的第一加載爪和第二加載爪，第一加載爪和第二加載爪允許卸力機構推動卸荷件。
4.如權利要求3所述的負階躍力試驗系統，其特征在于:第一氣壓活塞桿的外露端固定有受載板，為了使卸荷件盡快脫離受載板，受載板與卸荷件接觸的一面呈斜面，斜面的頂部靠近推力機構、斜面的底部遠離推力機構。
5.如權利要求4所述的負階躍力試驗系統，其特征在于:卸荷件的兩端設有與加載爪接觸的平面。
6.如權利要求5所述的負階躍力試驗系統，其特征在于:卸力機構包括卸力氣缸、將卸力氣缸內腔分隔為上氣錘腔和下氣錘腔的卸力活塞、卸力活塞桿和固定于卸力活塞桿的外露端的落錘、以及氣壓卸力控制回路。
7.如權利要求6所述的負階躍力試驗系統，其特征在于:卸力機構還包括夾緊卸力活塞桿的抱緊爪，和當卸力氣壓控制回路使落錘撞擊卸荷件時控制抱緊爪松開、并當卸力活塞桿復位后控制抱緊爪夾緊卸力活塞桿的控制器。
8.如權利要求7所述的負階躍力試驗系統，其特征在于:推力機構、推力卸載機構和被測設備沿水平向布置，卸力機構沿豎直向布置，卸力機構位于卸荷件上方，落錘向下運動擊落卸荷件。
【文檔編號】G01L5/00GK103759873SQ201410013303
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月10日 優先權日:2014年1月10日
【發明者】何聞, 李勁林, 陳群, 榮左超, 賈叔仕, 郝凌凌 申請人:浙江大學
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