液压摆动缸输出角度验证方法

2020-06-18杨兆林勾利娜

工程与试验 2020年1期

张柁，张园，杨兆林，勾利娜

（1.中国飞机强度研究所全尺寸飞机结构静力/疲劳重点试验室，陕西西安 710065； 2.西安长庆科技工程有限责任公司，陕西西安 710021；3.长庆油田勘探开发研究院，陕西西安 710021；4.西部机场集团有限公司，陕西西安 710075）

液压摆动缸是能将液压能转换为机械能，实现往复摆动的执行元件[1-2]。主要原理是把一般线性活塞运动转化为旋转轴转动输出，活塞外表面带有一组螺旋齿，与缸体内表面的螺旋齿匹配，加工在活塞内表面的螺旋齿与输出轴上的螺旋齿啮合。ARP25/180具有结构紧凑、承载能力高和零泄漏等特点[3]。该产品的最大输出角度为±90°，最大扭矩值200 N·m。

为了验证该型液压摆动缸可以实现0°～110°旋转，本文设计了液压摆动缸输出角度，以此进行研究来验证试验。

1 设备简介

1.1 液压摆动缸简介

试验中选用MOVECO生产的ARP25/180型摆动缸，如图1所示。该型设备的工作油源压力为21 MPa，与目前国内大部分液压设备的使用油源压力相同。该型摆动缸的基本控制原理图如图2所示。从图1可以看出，摆动缸下端为A孔，上端未连接油管的为B孔，并非严格确定哪个是进油孔，哪个是出油孔，这是根据旋转式作动器的旋转方向确定的。当A孔进油时，B孔出油完成B—A方向的旋转运动，反之则为A—B方向的旋转运动。

图1 液压摆动缸的实物照片

图2 液压摆动缸的控制原理图

由于摆动缸A孔与B孔的尺寸与现有的油管接头不匹配，因此需要设计专用的转接接头及转接油管。液压摆动缸作为执行元件，与其相连的控制调节元件包括伺服阀、电磁阀。

1.2 角位移传感器简介

试验中采用RVIT15-60型角位移传感器，如图3所示，其原理是仿效电位计，输入电压的任何变化都会导致输出电压相应的变化。尽管此输出是比率输出，RVIT-15-60能够提供相当高的比例系数，在±60°的扩展量程内，每度为50 mV。此外，RVIT的非接触式设计具有极高的精度（±0.25%FS），理论上接近无限的使用寿命。

图3 RVIT-15-60型角位移传感器

角位移传感器的输出为电压信号（模拟信号），并需要激励电源，测试时使用了MTS系统提供的激励电源（电压10 V），通过分压的方式为角位移传感器提供5 V激励。角位移传感器控制接入方式示意图见图4。经过研究发现，角位移传感器的输出有两种方式接入到控制系统，一种是从传感器通道面板接入（需要改造传感器线路）；另一种是从模拟输入通道接入（需要专用接头）。本次测试角度参量要参与闭环控制，因此选择第一种接入方式。

图4 角位移传感器控制接入方式示意图

2 试验简介

2.1 试验原理

在试验中，设计了专用夹具将角位移传感器和液压摆动缸连接在一起，使角位移传感器与液压摆动缸在运动过程中同轴旋转，从而实现角位移传感器对液压摆动缸旋转角度的实时监测。沿液压摆动缸四周粘贴刻度条，用来监视试验过程中摆动缸运动的角度。控制系统采用MTS Flex Test 200，控制精度优于1%。由于现有角位移传感器量程为±60°，为了使角位移传感器量程达110°，在试验前需调节角位移传感器到-55°，以此为基准转向55°。在试验中设置了一个虚拟通道，将-55°作为0°，从而将角位移传感器的量程转换为0°到110°。试验原理如图5所示。