一种单执行元件负载口独立控制液压实验系统
技术领域
本发明涉及一种液压传动实验系统，具体是一种单执行元件负载口独立控制液压实验系统，应用于机械行业液压传动技术领域。
背景技术
液压传动技术在工程机械设备中有着广泛的应用。液压传动课程是自动化、机械电子工程、机械工程及其自动化等工科专业的专业技术基础课程，是一门实践性很强的课程；学习液压传动时，除了基础理论知识，通过实验加深理解也是一种重要的学习方法；实验教学是理论与实践相结合的重要实践性教学环节，是学习、理解、掌握液压理论知识的重要教学手段，也是培养学生实践能力、动手操作能力的重要技术手段。
对执行元件进行有效的运动控制是液压传动技术的重要内容。现有技术中的液压控制系统的阀一般是进出口藕联的，即只有两个自由度；且进油口和回油口是机械关联的，也只有两个自由度，不能灵活的对进油口和回油口进行独立的控制；因此，存在对执行元件的控制不灵活，控制性能差的技术缺陷；同时，由于油口的节流压力损失被动增加，造成了液压油温度升高，液压传动系统的效率降低等问题。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种单执行元件负载口独立控制液压实验系统，使用该实验系统能够实现对负载口独立控制技术的实验研究，且可以在实验的同时进行数据采集和存储，提高回路切换的效率和系统可靠性，提高实验教学的质量和效果。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种单执行元件负载口独立控制液压实验系统，包括液压油箱、过滤器、电动机、液压泵、第一压力传感器、第一节流阀、第二节流阀、第二压力传感器、液压缸、位移传感器、质量块、弹簧、第三压力传感器、第三节流阀、第四节流阀、第四压传感器、第五压传感器、第一阻尼器、第二阻尼器、第六压力传感器、温度传感器、溢流阀、第三阻尼器和控制系统。
所述电动机连接液压泵；所述液压泵的吸油口连接过滤器，其出油口连接第一节流阀与溢流阀；所述第一节流阀的出口与液压缸的无杆腔连接第二节流阀；所述第二节流阀经过第一阻尼器与液压油箱相连；所述溢流阀经过第三阻尼器与液压油箱相连；所述液压油箱连接温度传感器；
所述液压泵的出油口还连接第三节流阀；所述第三节流阀的出口与液压缸的有杆腔连接第四节流阀；所述第四节流阀经过第二阻尼器后与液压油箱相连；
所述质量块设置在液压缸的活塞杆的顶部，其另一侧连接弹簧；所述液压缸的活塞杆还连接位移传感器；
所述第一压力传感器安装在液压泵的出口处，所述第二压力传感器安装在液压缸的无杆腔与第一节流阀之间，所述第三压力传感器安装在液压缸的有杆腔与第四节流阀之间，所述第四压力传感器安装在第四节流阀与第二阻尼器之间，所述第五压传感器安装在第二节流阀与第一阻尼器之间，所述第六压力传感器安装在溢流阀与第三阻尼器之间；
所述第一压力传感器，第二压力传感器位移传感器，第三压力传感器，第四压力传感器，第五压传感器，第六压力传感器，温度传感器都与控制系统相连。
进一步地，所述控制系统包括控制器和动力系统、实验平台、显示器、电控系统；在实验过程中采集的数据存储到控制器和动力系统中的控制器中，在控制器中进行运算和处理、和分析。
进一步地，所述第一节流阀、第二节流阀、第三节流阀和第四节流阀为电控节流阀，其与控制系统相连接，通过电控系统控制节流阀的开口大小。
本发明可以实现负载口独立控制实验而无需拆卸管路，且可以在实验的过程中实时采集和存储实验数据；本发明还可以实现差动回路、节流调速回路的柔性切换，提高实验过程中不同回路切换的效率和实验系统的寿命，避免液压油的泄漏，提高了实验效率和效果。
本发明的负载口独立控制实验系统还可以对传统的三位四通阀控制系统进行对比实验研究；可以通过控制器实现传统的阀控制实验，研究其传动回路和控制性能。经过多传感器的融合和数据分析，可以综合研究回路的各项特性，更深入的体现系统的传动效率，负载特性等。
附图说明
图1是本发明液压系统原理示意图；
图2是本发明控制系统布置图。
图中，1.液压油箱，2.过滤器，3.电动机，4.液压泵，5.第一压力传感器，6.第一节流阀，7.第二节流阀，8.第二压力传感器，9.液压缸，10.位移传感器，11-1.质量块，11-2.弹簧，12.第三压力传感器，13.第三节流阀，14.第四节流阀，15.第四压力传感器，16.第五压传感器，17.第一阻尼器，18.第二阻尼器，19.控制系统，20.第六压力传感器，21.温度传感器，22.溢流阀，23.第三阻尼器，2-1.控制器和动力系统，2-2.实验平台，2-3.显示器，2-4.电控系统。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，进行负载口独立控制液压缸9的活塞杆伸出运动时的定压调速回路实验时，第三节流阀13关闭，第四节流阀14开口最大；第二节流阀7关闭，溢流阀22开启溢流；此时，调节第一节流阀6实现对活塞杆速度的控制。根据第二压力传感器8、第三压力传感器12、位移传感器10的读数可以计算液压缸9的输出功率。
进行负载口独立控制液压缸9的活塞杆伸出运动时的变压调速回路实验时，第一节流阀6开启，第四节流阀14开口最大；第三节流阀13关闭，溢流阀22不开启；此时，调节第二节流阀7实现对活塞杆速度的控制。根据第二压力传感器8、第三压力传感器12、位移传感器10的读数可以计算液压缸9的输出功率。此时液压泵4出口的压力是变化的过程。
负载口独立控制液压缸9进行差动回路控制时，将第二节流阀7和第四节流阀14关闭，第一节流阀6和第三节流阀13开启，可以实现液压缸9的差动回路，实现液压缸9的快速运动。
负载口独立控制液压缸9的活塞杆伸出制动过程时，第一节流阀6开启最大位置，减少系统的节流压力损失；调节第二节流阀7开口大小，使液压缸9的无缸腔压力维持较小的值，避免吸空；与常规的换向阀相比，这是负载口独立控制的一个优点。根据第三压力传感器12的压力值调节第四节流阀14的开口大小，实现活塞杆的平稳制动；与常规的换向阀相比，这是负载口独立控制的另一个优点。
液压缸的输出功率为：
Pc＝(p1A1-p2A2)v
p1是液压缸的无杆腔压力，即第二压力传感器8的读数，p2是液压缸的有杆腔压力，即第三压力传感器12的读数。A1是液压缸的无杆腔面积，A2是液压缸的有杆腔面积，Pc是液压缸的无杆腔面积，v是液压缸的运动速度。
液压泵的输出功率为：
Pp＝fppp
pp是液压泵的出口压力，即第一压力传感器5的读数，fp是液压泵的输出流量，可以根据回路的压力和液压缸的速度和面积的乘积进行计算得出，也可以根据液压泵的排量和电机的转动计算得出，由于选用了定量泵，泵的输出流量基本恒定。
回路的效率为：
本发明可以进行不同控制回路下的效率对比实验。同时本发明可以对液压缸的速度和位置进行控制实验，并可以在控制器中实现闭环控制和给定控制信号。
当进行传统藕联滑阀实验时，将第二节流阀7、第三节流阀13关闭，在控制器中将第一节流阀6、第四节流阀14的控制信号关联在一起，即可以实现常规换向阀的进出油口的藕联控制。在液压缸的运动控制中可以通过液压缸的无杆腔压力，即第二压力传感器8的读数，液压缸的有杆腔压力，即第三压力传感器12的读数来分析执行元件是否有吸空和压力冲击情况。
本发明的控制系统19即实验台如图2所示，实验过程中实时采集的数据储存到控制器和动力系统2-1中，控制器和动力系统2-1同时还具有液压的动力系统；控制器中的数据显示在实验平台2-2上的显示器2-3中；所述液压缸9也设置在实验平台2-2上，以方便观察和调整负载；试验系统中的电控元件由电控系统2-4控制。
本发明中以单个液压缸为例设计了负载口独立控制实现系统，也可以把液压缸换成液压马达，进行单个液压马达的负载口独立控制实验。
