一种高精度原位校准力值自动加载装置的制作方法

1.本发明涉及航空航天领域，尤其是涉及液体火箭发动机推力测量现场自动校准的应用。


背景技术：

2.1、随着航天任务的不断增多，对航天器的各方面能力提出了越来越高的要求。液体火箭发动机地面试验是获取发动机力学参量和相关参数的重要手段，而发动机力学参量能否准确获取与现场校准系统密不可分。
3.2、现有的液体火箭发动机现场校准力值加载装置，大多依赖于伺服阀控和变排量泵控系统完成，力值加载的准确度低，功率损耗严重，在中小推力发动机测试领域难以应用，近年来，无油源液压驱动在航空航天领域具有明显优势。
4.3、有研究者采用电机直接驱动加载，力值加载范围小，复杂环境下力值加载装置难以布局；常规液压加载噪声大，液压冲击、脉动现象明显，力值加载准确度低。
5.4、针对上述校准力值加载中出现的问题，尚未提出有效的解决办法。


技术实现要素：

6.1、本发明提供了一种高精度原位校准力值自动加载装置，以解决机械加载装置布局困难和液压加载准确度低的技术问题。
7.2、根据本发明实施的一个方面，提供了一种高精度原位校准力值自动加载装置。包括控制系统、电机、驱动器、减速器、滚珠丝杠、控制液压缸、金属波纹管、主液压缸、蓄能器、移动组件、标准力传感器、信号采集通道。其中电机与减速器输入轴连接，滚珠丝杠一端连接减速器输出轴，丝杠螺母与控制液压缸活塞杆相连。
8.3、作为进一步完善的设计，控制液压缸无杆腔通过金属波纹管与主液压缸无杆腔连通，形成密闭腔室，与外界不发生质量交换。
9.4、作为进一步完善的设计，主液压缸有杆腔连接蓄能器用于吸收液压加载过程中出现的液压脉动，同时提供力值卸载过程中的回退力。
10.5、作为进一步完善的设计，控制液压缸设置有进油孔，用于更换液压缸内液压油，主液压缸上端设置有排气孔，用于更换液压油时排除密闭油腔内空气。
11.6、可选的，通过改变控制液压缸无杆腔和主液压缸无杆腔活塞有效面积比，可以实现不同情况下的力值加载，具体表现为：当主液压缸面积大于控制液压缸时，可实现力值放大；当主液压缸面积小于控制液压缸时，可完成狭小空间的力值加载。
12.7、可选的，通过改变金属波纹管的规格，可实现控制液压缸和主液压缸相对位置的灵活布局。
13.8、系统工作时，主液压缸活塞带动质量块发生微小位移，作用于标准力传感器，通过信号采集通道将标准传感器示值信号反馈给控制系统，控制系统通过改变伺服电机的正、反转以及加、减速来实现力值加载正或负的补偿。
14.9、本发明的装置结构，特别是采用双液压缸加载，可提供宽范围的力值加载能力，兼具液压油路布局灵活的优点，同时，采用无油源液压驱动加蓄能器，可有效解决液压冲击、脉动问题，进一步提高原位校准力值自动加载准确度。
附图说明
15.图1是本发明具体实施方式所述的自动加载装置结构图；
16.附图标记：1：控制系统；2：减速器；3：滚珠丝杠；4：控制液压缸；5：进油口；6：金属波纹管；7：排气口；8：主液压缸；9：蓄能器；10：移动组件；11：标准力传感器；12：信号采集通道。
具体实施方式
17.实施例所描述的用于解释本发明原理，发明内容不受本实施例的限制。下面结合附图1对一种高精度原位校准力值自动加载装置作进一步详细说明。
18.1、所述一种高精度原位校准力值自动加载装置包括控制系统(1)、电机、驱动器、减速器(2)、滚珠丝杠(3)、控制液压缸(4)、金属波纹管(6)、主液压缸(8)、蓄能器(9)、移动组件(10)、标准力传感器(11)、信号采集通道(12)，其中电机与减速器(2)输入轴连接，滚珠丝杠(3)一端连接减速器(2)输出轴，丝杠螺母与控制液压缸(4)活塞杆相连，实现回转运动到直线运动的转换。
19.2、控制液压缸(4)无杆腔通过金属波纹管(6)与主液压缸(8)无杆腔连接，形成密闭腔室，与外界不发生质量交换。
20.3、油液更换时，打开排气口(7)，将液压油通过进油口(5)充入控制液压缸(4)和主液压缸(8)构成的密闭油腔，充油完毕后，对进油口和排气口进行密封。
21.4、主液压缸(8)有杆腔连接蓄能器(9)，蓄能器(9)中预充一定压力，此压力用于维持液压系统动态平衡，并提供力值卸载时的回退力。
22.5、设主液压缸(8)无杆腔和有杆腔压力分别为p1、p2，主液压缸(8)无杆腔活塞和有杆腔活塞有效工作面积分别为s1、s2，当系统处于平衡态时，输出力值f为
23.f＝p1s
1-p2s224.6、标准力传感器(11)将当前力值加载结果f通过信号采集通道(12)反馈回控制系统(1)与预加载力值进行实时比较，通过改变电机的正、反转以及加、减速来实现力值加载正或负的补偿。
25.7、本发明的有益效果：采用常规的机械和液压元器件，实现校准力的高精度自动加载；采用无油源加载方式，系统维护便捷，性能稳定，力值加载范围宽；布局灵活，根据不同的加载需求，可设计不同的元件尺寸。
26.8、本实施例仅说明控制液压缸(4)有杆腔活塞作用面积小于主液压缸(8)无杆腔活塞作用面积的情况，并非全部实施情况。对于本技术领域的普通技术人员来说，可对本发明所用元器件可进行改进和修饰，在不脱离本发明原理的前提下，这些改进和修饰都属于本发明保护范围。
27.9、本发明未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。


技术特征：
1.一种高精度原位校准力值自动加载装置，其特征在于，所述一种高精度原位校准力值自动加载装置包括控制系统、电机、减速器、滚珠丝杠、控制液压缸、金属波纹管、主液压缸、蓄能器、移动组件、标准力传感器、信号采集通道，其中电机与减速器输入轴连接，滚珠丝杠连接减速器输出轴，丝杠螺母与控制液压缸活塞杆连接。。2.根据权利要求1中所述的，一种高精度原位校准力值自动加载装置，其特征在于，控制液压缸无杆腔通过金属波纹管与主液压缸无杆腔连通，形成密闭腔室，与外界不发生质量交换。3.根据权利要求1中所述的，一种高精度原位校准力值自动加载装置，其特征在于，主液压缸有杆腔连接蓄能器。4.根据权利要求1中所述的，一种高精度原位校准力值自动加载装置，其特征在于，控制液压缸设置有进油口，主液压缸设置排气口。5.根据权利要求1中所述的，一种高精度原位校准力值自动加载装置，其特征在于，通过改变控制液压缸无杆腔和主液压缸无杆腔活塞有效面积比，可以实现不同情况下的力值加载，具体表现为：当主液压缸面积大于控制液压缸时，可实现力值放大；当主液压缸面积小于控制液压缸时，可完成狭小空间的力值加载。6.根据权利要求1中所述的，一种高精度原位校准力值自动加载装置，其特征在于，通过改变金属波纹管的规格，可实现控制液压缸和主液压缸相对位置的灵活布局。7.根据权利要求1中所述的，一种高精度原位校准力值自动加载装置，还应该包含标准力传感器和信号采集通道，信号采集通道接入控制系统，实现控制电机的加、减速以及正、反转，从而实现力值加载正或负的补偿。

技术总结
本发明公开了一种高精度原位校准力值自动加载装置，其中机械部分包括驱动器、电机、减速器和滚珠丝杠；液压部分控制液压缸无杆腔通过金属波纹管与主液压缸无杆腔连接形成密闭油腔；主液压缸有杆腔连接蓄能器；控制液压缸设置有进油口，主液压缸设置有排气口；工作时，主液压缸活塞推动移动组件发生微小位移，标准传感器示值信号通过信号采集通道反馈给控制系统，实现校准力值闭环精确加载。实现校准力值闭环精确加载。实现校准力值闭环精确加载。


技术研发人员：赵恒 朱子环 马鑫 郑科 石奇玉 冯欣 马帅 刘万龙 姜迎春 李斌
受保护的技术使用者：北京航天试验技术研究所
技术研发日：2023.03.18
技术公布日：2023/9/23