联合加载系统改造说明书.doc

壳体外载荷试验加载系统 壳体外载荷试验加载系统使用说明书西安兰科工控技术有限责任公司2014年3月1 系统说明1.1联合加载系统基本工作原理联合加载系统基本工作原理，如图1所示。图1 联合加载系统基本工作原理图联合加载系统是一套由计算机控制的十二通道电液比例伺服系统。计算机通过控制电路启动液压系统电动机，带动液压泵给整个系统加压，通过对比例阀、换向阀的控制，实现每个通道上的液压执行元件作动筒的动作，施加载荷至试件上。每个通道的加载状态由力传感器测量，经过显示仪表，传送给计算机，测量值与计算机设定的加载值进行差分比较，直至差分结果小于系统设定的误差值，实现系统的数字闭环控制。每个通道的压力变送器采集本通道的压强值，作为该通道的状态监测，以防止在加载过程中出现意外情况，实现对试件的保护功能。1.2技术途径和主要技术指标（1）技术途径电液伺服比例减压阀，结构上与普通比例阀相同，而性能方面却达到了伺服阀的各项指标。比例减压阀有如下特点：它的死区范围小，可应用于闭环控制系统中；动态响应好，在多数工况下可替代伺服阀；静态精度高，滞环、重复精度可达到0.1%；抗污染能力强，可靠性高；连接尺寸符合ISO标准。联合加载系统核心控制液压阀体采用意大利atos公司的RZGO-TER系列伺服比例减压阀，以保证液压加载系统的可靠性。联合加载系统用力传感器测量值作为反馈信号，实现闭环反馈控制。通过压力变送器对系统及通道压力进行实时检测，实现固体发动机静力学试验加载过程中的安全保护功能。（2）主要技术指标联合加载系统所要达到的精度等级：单通道0.3级；协调加载1级。1.3联合加载液压系统联合加载液压系统原理，如图2所示。图2 联合加载液压系统原理图联合加载液压系统由泵/电动机、蓄能器、比例溢流阀、比例减压阀、换向阀、冷却器、作动筒等部分组成。主要实现十二通道液压联合协调加载功能。系统具体主要元件的原理和功能如下：1.3.1 泵/电动机联合加载系统使用20升/分钟流量的柱塞泵。与之对应的三相异步电动机功率输出为15KW，转速1500r/min。1.3.2 单向阀1.3.3 蓄能器1.3.4 过滤器1.3.5 比例溢流阀溢流阀是最常用的压力控制阀类。溢流阀的控制输入量是调压弹簧的预压缩量，而其输出量是阀的进口受控压力。最常见的用途是将溢流阀并联设置在定量泵出口处，作为主液路的旁路，与液压泵一起组成恒压液压源。调节溢流阀的调节弹簧的预压缩量，就能控制泵出口处的最高压力。意大利atos的RZMO系列溢流阀是锥型、直动式、比例溢流阀，阀的压力调整量与输入电信号成正比。此类阀与电子放大器协同工作，放大器向比例溢流阀提供适当的驱动电流，以校准阀的调整量，使之与供给放大器的输入信号相对应。阀自带压力传感器和集成式数字放大器，自身可实现闭环控制，提高了阀的动静态特性。1.3.6 比例减压阀减压阀与溢流阀相似，其基本工作原理也是节流和压力或压差反馈。通过压力或压差与输入量（通常是弹簧力）的反馈比较作用，自动调节阀口节流面积大小，使输出的压力基本保持恒定。电液控制的核心是比例阀，它可以根据输入信号（通常为010V）调节压力P和流量Q。比例阀和电子放大器配合使用，放大器根据输入信号向比例阀电磁铁提供适当电流，比例电磁铁将电流转换为作用在阀芯上的机械力，并压缩弹簧。这样，随着电流增大，电磁铁输出力增大，弹簧被压缩，阀芯开始移动。电路失效时，复位弹簧根据阀的结构将阀芯保持在中位以确保断电保护功能。也就是说，在没有输入信号或整个供电系统失效时，确保系统不造成损害。断电保护可以直接通过比例阀实现。1.3.7 换向阀换向阀是借助于改变阀心的位置，来实现与阀体相连的几个油路之间的连通或断开的阀类。位数是换向阀最重要的参数，是指阀芯可能实现的工作位置数目。通道数则是指阀所控制的油路通道数目。通常将换向阀上油口的直径称为换向阀的通径。换向阀可以用不同的方式进行控制而实现换向，常用的有电磁、电液、液动、手动、机动、气控等方式。换向阀有多个可能的工作位置，不同的位置实现的油路沟通方式均不同，根据系统的工作状态来判别此时换向阀的实际工作位置是非常重要的。一般将换向阀两端的控制元件，作用在换向阀上的驱动力视为推力，如图5所示为两位四通换向阀。图3 两位四通换向阀atos的DHI型电磁方向控制阀是直动式6通径、双电磁铁、三位四通型电磁滑阀，适合于液压系统的控制。换向阀用湿式压力密封电磁铁操纵，带有手动应急按钮和符合标准的线圈。最大流量达60升/分，最大工作压力350bar。1.3.8 冷却器冷却器的基本参数主要是散热面积、公称压力和冷却水流量。各类冷却器的散热面积和公称压力可通过产品样本查得。冷却器的计算则是根据换热量确定所需要的散热面积和冷却水量。经过计算，本系统选择冷却面积约为3.5平方米的冷却器。1.3.9 其它元件联合加载液压系统除了上述主要元件外，还包括油箱、油温计、液位报警器、电磁卸荷阀、高压压力表、压力传感器、液压缸、管路、油路块、转接件、密封件及支承架等辅助设备。1.4联合加载控制系统1.4.1 控制系统原理及技术参数联合加载控制系统的控制对象为作动筒，系统有十二通道，每个通道通过比例减压阀、换向阀进行加压，通过传感器测量施加的力值，实现闭环控制。加载系统每个通道设置压力变送器，监测通道油压，实现加载试验的保护。系统控制原理，如图4所示。图4 控制系统原理示意图1.4.2控制系统的硬件控制系统主要以工业控制计算机为主要控制单元，采集和输出控制元件使用基于PCI总线数据板卡。各通道的力传感器测量值经过显示仪表直观显示，便于观测和监控。控制系统结构，如图5所示。图5 控制系统结构图针对系统需要采集和控制信号的数量及类型，设计如下处理方案：12路力传感器输出的模拟量是毫伏信号，用显示仪表连接这些力传感器，显示仪表提供给力传感器直流电源，并对力传感器的输出进行放大和A/D转换。显示仪表通过RS232接口将信号提供给计算机。1路温度传感器（热电偶）输出的模拟量可以通过一个温度显示仪表直接显示，仪表通过RS232接口将信号提供给计算机。13路压力变送器输出的模拟量是标准的010V直流电压，板卡可以实现直接采集。13路比例阀的控制需要010V的直流信号，可以使用D/A板卡输出控制。1路电机工作状态、2路过滤器工作状态、1路液位报警状态都属于数字量输入，数据量输入板卡可以实现直接采集。26路换向阀（换向阀是两线圈三位四通阀，1个阀需要2路控制信号）、1路卸荷阀（卸荷阀是单线圈）的控制通过板卡数字量（DO）输出实现。其它的系统的工作状态显示及一些报警状态的显示由数据量输出板卡（带继电器输出功能）可以直接输出实现。台湾研华工控公司计算机及工业级板卡具体选型如下：工控机610H；6PCI插槽；19液晶显示器。模拟量输入板卡PCI-1741U特点：采样速率200KHz，16位A/D，16路单端或8路差分模拟输入通道；板载FIFO（1024S）；PCI总线DMA（订货信息：（1）PCI-1741U；（2）PCLD-8710 SCSI-68接线端子，导轨安装；（3）PCL-10168-2 SCSI-68屏蔽线缆，2米）。模拟量输出板卡PCI-1724U特点：14位D/A，32路模拟输出通道，多种输出范围：10V， 020mA，或420mA，同步输出功能（订货信息：（1）PCI-1724U；（2）ADAM-3962 DB62接线端子，导轨安装；（3）PCL-10162 DB62线缆，3米）。数字量输入出板卡PCI-1756特点：32路隔离数字量输入/32路隔离数字量输出通道（订货信息：（1）PCI-1756；（2）ADAM-3951轨道安装端子模块，带LED指示灯；（3）PCL-102502 50-pin 线缆，2米）。数字量输出板卡PCI-1735U特点：32路数字量输入/32路数字量输出通道（订货信息：（1）PCI-1735U；（2）PCL-101202线缆，2米；（4）PCLD-885 16通道隔离输出转接板，固体继电器输出，输出功率30V5A）。RS232通讯扩展板卡PCI-1620A 两块特点：8路RS232通讯口，每个串口芯片内置16字节FIFO缓冲区，传输速率50115.2K。1.4.3控制系统的软件2 控制系统2.1联合加载液压系统设计2.2联合加载控制系统设计2.2.1控制柜面板图 控制柜结构面板，如图6所示。2.2.2电机控制原理图 电机控制原理，如图7所示。2.2.3电机控制接线图 电机控制接线，如图8所示。2.2.4手自动切换原理图 手自动切换原理图，如图9所示。2.2.5手自动切换接线图 手自动切换接线图，如图10所示。2.2.6手自动拉压按钮接线图 手自动拉压按钮接线图，如图11所示。2.2.7控制柜接线图 控制柜接线图，如图12所示。2.2.8照明及电源接线图 照明及电源接线图，如图13所示。西安兰科工控技术有限责任公司 - 8 - 图6 控制柜结构面板图图7 电机控制原理图图8 电机控制接线图图9 手自动切换原理图图10 手自动切换接线图图11 手自动拉压按钮接线图图11 手自动拉压按钮接线图 图12 控制柜接线图图13 照明及电 西安兰科工控技术有限责任公司 - 26 - 接线端子定义外部设备配电柜里面线标号线色端子号线号定义备注控制红11220v火220v控制电源绿22220v零24v电源3324+4424-系统压力红536信号AI 1724UPCLD8710PCL-10168兰 424-白 324+温度检测红637信号正热电阻兰 738信号负变送器1红839信号AI 1724UPCLD8710PCL-10168兰 424-白 324+变送器2红940信号兰 424-白 324+变送器3红1041信号兰 424-AI 1724UPCLD8710PCL-10168白 324+ 变送器4红1142信号兰 424-白 324+变送器5红1243信号兰 424-白 324+变送器6红1344信号兰 424-白 324+变送器7棕1445信号兰 424-黑324+变送器8红1546信号兰 424-白 324+变送器9红1647信号兰 424-白 324+变送器10红1748信号兰 424-白 324+变送器11红1849信号兰 424-白 324+变送器12棕1950信号兰 424-黑324+溢流阀红2051信号正AI 1724UPCLD8710PCL-10168绿2152信号负兰 424-白 324+比例阀1棕2253信号正AO 1724PCL-1062ADAM3962灰2354信号负兰 424-黑324+比例阀2棕2455信号正灰2556信号负兰 424-黑324+比例阀3棕2657信号正灰2758信号负兰 424-黑324+比例阀4棕2859信号正灰2960信号负兰 424-黑324+比例阀5棕3061信号正灰3162信号负兰 424-黑324+比例阀6棕3263信号正灰3364信号负兰 424-黑324+比例阀7棕3465信号正灰3566信号负兰 424-黑324+比例阀8棕3667信号正灰3768信号负兰 424-AO 1724PCL-1062ADAM3962黑324+比例阀9棕3869信号正灰3970信号负兰 424-黑324+比例阀10棕4071信号正灰4172信号负兰 424-黑324+比例阀11棕4273信号正灰4374信号负兰 424-黑324+比例阀12棕4475信号正灰4576信号负兰 424-黑324+液位报警红4778信号DI 1756ADAM3951兰324+精滤报警红4879信号兰324+回油报警1红4980信号兰324+回油报警2红数字量板卡入（3）81电机启动监测兰324+卸荷阀红7682信号DO 1735UPCL-10120PCLD885兰424-换向阀1白 424-红5183拉兰424-绿6384压换向阀2白 424-红5285拉兰424-绿6486压换向阀3白 424-红5387拉兰424-绿6588压换向阀4白 424-红5489拉DO 1735UPCL-10120PCLD885兰424-绿6690