一种泵阀协同控制的脉冲疲劳加载测试方法

1.本发明属于工业应用领域，具体为用于测试汽车散热器疲劳性能的一种泵阀协同控制的脉冲疲劳加载测试方法。


背景技术：

2.汽车散热器俗称汽车水箱，是汽车发动机冷却系统中的重要部件。散热器性能直接影响汽车发动机的散热效果及动力性、经济性和可靠性，乃至正常工作和行驶安全。在发动机工作过程中,散热器内流动的高温冷冻液（水乙二醇溶液）不仅会锈蚀及腐蚀散热器，冷冻液的流动还会产生周期性的压力振动,进而会对散热器的性能产生影响。随着汽车工业的发展，对散热器的工况提出了更高的要求。因此，通过脉冲疲劳加载测试对散热器的疲劳性能进行测试，对于汽车散热器的疲劳评定是非常必要的。
3.现有的汽车散热器脉冲疲劳加载测试设备的加载缸采用的密封结构大多为接触式密封，即加载缸的活塞和缸壁之间通过密封圈接触密封。这种接触式的密封结构会导致加载缸的启动摩擦力较大，难以测试低压环境下散热器真实的疲劳性能。另外由于液压缸的蠕变特性，加载测试过程中，液压缸的活塞会缓慢前移，时间长了有撞缸的风险。


技术实现要素：

4.本发明针对现有脉冲疲劳加载测试方法存在的问题和不足,提高汽车散热器脉冲疲劳加载测试的精度，以及排除现有脉冲疲劳加载测试方法在长时间测试环境下的撞缸风险，提供一种运行安全稳定、效率高、测试精度高的泵阀协同控制的脉冲疲劳加载测试方法。
5.为实现上述目的，本发明提供如下方案：一种泵阀协同控制的脉冲疲劳加载测试方法，包括：阀控压力脉冲伺服控制子系统、可调节流孔、非对称加载液压缸和压力传感器；所述阀控压力脉冲伺服控制子系统，具体包括：压力脉冲信号发生器、压力控制器、加载伺服阀、液压动力源和第一油箱；所述压力脉冲信号发生器与所述压力控制器的输入端端相连，所述压力控制器的反馈端与所述压力传感器相连，所述压力控制器的输出端与所述加载伺服阀的电磁铁相连；所述加载伺服阀有p、t、a和b四个工作油口，所述加载伺服阀的p口与所述液压动力源相连，所述加载伺服阀的t口与所述第一油箱相连，所述加载伺服阀的a口通过油路与所述非对称加载液压缸的a腔相连，所述加载伺服阀的b口通过油路与所述非对称加载液压缸的b腔相连；所述非对称加载液压缸包括a、b、c和d四个腔室，ａ腔、ｂ腔和ｃ腔活塞杆的直径相同，ｄ腔的活塞与缸壁之间为间隙密封，非对称加载液压缸的a腔和b腔的介质为液压油，c腔和d腔的加载介质为冷冻液，所述非对称加载液压缸d腔通过油路与所述汽车散热器工件相连，所述非对称加载液压缸c腔与所述非对称加载液压缸d腔通过所述可调节流孔相连；所述压力传感器设置在所述非对称加载液压缸d腔的出口处，用于检测所述非对称加载液压缸d腔出口处输出的压力电信号。汽车散热器工件为一般的汽车散热器，工件内部的加
载介质为冷冻液（水乙二醇溶液）。通过阀控压力脉冲伺服控制子系统控制非对称加载液压缸输出的压力，进而对汽车散热器工件进行疲劳测试，改变脉冲疲劳加载测试设备加载液压缸的密封结构，由此提高汽车散热器脉冲疲劳加载测试的精度。
6.上述的一种泵阀协同控制的脉冲疲劳加载测试方法，还包括泵控位置伺服控制子系统和位移传感器，所述泵控位置伺服控制子系统，具体包括：第ⅰ安全阀、第二油箱、第ⅱ安全阀、齿轮泵、伺服电机、位置控制器、位置信号发生器；所述齿轮泵具有pa和pb两个工作油口，所述齿轮泵的pa油口通过油路与所述非对称加载液压缸的a腔相连，所述齿轮泵的pb油口通过油路与所述非对称加载液压缸的b腔相连；所述第ⅰ安全阀和所述第ⅱ安全阀反向串联后连接在齿轮泵的pa油口和pb油口之间，第二油箱连接在第ⅰ安全阀、第ⅱ安全阀的出油口；所述伺服电机的输出轴与所述齿轮泵的输入轴机械连接；所述位置信号发生器与所述位置控制器的输入端相连，所述位置控制器的反馈端与所述位移传感器相连，所述位置控制器的输出端与所述伺服电机的控制端相连；所述位移传感器设置在所述非对称加载液压缸的b腔与c腔相连接的活塞杆上，用于检测所述非对称加载液压缸输出的位置电信号。
7.系统进行脉冲疲劳加载测试时，泵控位置伺服控制子系统控制方式如下：由位置信号发生器生成位置指令，位置控制器的指令输入端接收位置信号发生器生成的位置指令，位置控制器的指令反馈端接收位移传感器反馈回的非对称加载液压缸的位置信号，位置控制器基于相应的控制算法生成速度控制信号，控制伺服电机的转速，进而控制齿轮泵的排量，实现对流入/流出非对称加载液压缸的a腔和b腔的液压油的流量的控制，进一步的对非对称加载液压缸的活塞位移进行控制，确保非对称加载液压缸的活塞位移在位置信号发生器生成的位置指令附近，不发生较大的偏移，排除长时间测试环境下的撞缸风险。
8.上述的一种泵阀协同控制的脉冲疲劳加载测试方法，在对汽车散热器工件进行脉冲疲劳加载测试之前，先对非对称加载液压缸进行预充，具体的，由位置信号发生器生成三角波位置指令，位置控制器的指令输入端接收位置信号发生器生成的位置指令，位置控制器的指令反馈端接收位移传感器反馈回的非对称加载液压缸的活塞的位置信号，位置控制器基于相应的控制算法生成速度控制信号，控制伺服电机的转速，进而控制齿轮泵的排量，实现对流入/流出非对称加载液压缸的a腔和b腔的液压油的流量的控制，进一步的对非对称加载液压缸的活塞位移进行控制，从而控制非对称加载液压缸的活塞从底端移动到顶端再回到底端，确保非对称加载液压缸的性能良好。
9.上述的一种泵阀协同控制的脉冲疲劳加载测试方法，非对称加载液压缸的ｄ腔活塞与缸壁之间间隙为1丝。
10.上述的一种泵阀协同控制的脉冲疲劳加载测试方法，所述泵控位置伺服控制子系统的齿轮泵是通用对称型液压泵。
11.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供了一种泵阀协同控制的脉冲疲劳加载测试方法，通过改变脉冲疲劳加载测试设备加载液压缸的密封结构，由此提高汽车散热器脉冲疲劳加载测试的精度；通过引入泵控位置伺服控制子系统，可在脉冲疲劳加载测试设备的加载液压缸远离设定位置时提供控制并加以纠正，避免撞缸等其他极端情况造成设备和汽车散热器工件的损坏。本发明实现了同时对脉冲疲劳加载测试设备的压力和位移控制，具有安全稳定、效率高、测试精度高的特点。
附图说明
12.图1是本发明一种泵阀协同控制的脉冲疲劳加载测试方法液压原理图；图中，1-压力脉冲信号发生器，2-压力控制器，3-加载伺服阀，4-液压动力源，5-第一油箱，6-第ⅰ安全阀，7-第二油箱，8-第ⅱ安全阀，9-齿轮泵，10-伺服电机，11-位置控制器，12-位置信号发生器，13-位移传感器，14-可调节流孔，15-非对称加载液压缸，16-压力传感器，17-汽车散热器工件。
13.图2-图7是依据本发明设计方案，在amesim仿真平台搭建相应的液压系统，压力脉冲信号发生器生成不同频率、不同幅值以及不同类型的指令信号时，指令信号与压力传感器采集到的非对称加载液压缸的d腔出口处的压力信号的跟踪效果图和位移传感器采集到的非对称加载液压缸的活塞位移曲线。
14.图2是压力脉冲信号发生器生成0.1-2bar-1hz的正弦指令信号时，在阀控压力脉冲伺服控制子系统的控制下，指令信号和压力传感器采集到的非对称加载液压缸的d腔出口处压力信号的跟踪效果图。
15.图3是压力脉冲信号发生器生成0.1-2bar-1hz的正弦指令信号时，在泵控位置伺服控制子系统的控制下，位移传感器采集到的非对称加载液压缸的活塞位移曲线。
16.图4是压力脉冲信号发生器生成0.1-4bar-2hz的正弦指令信号时，在阀控压力脉冲伺服控制子系统的控制下，指令信号和压力传感器采集到的非对称加载液压缸的d腔出口处压力信号的跟踪效果图。
17.图5是压力脉冲信号发生器生成0.1-4bar-2hz的正弦指令信号时，在泵控位置伺服控制子系统的控制下，位移传感器采集到的非对称加载液压缸的活塞位移曲线。
18.图6是压力脉冲信号发生器生成0.1-4bar-1hz的梯形指令信号时，在阀控压力脉冲伺服控制子系统的控制下，指令信号和压力传感器采集到的非对称加载液压缸的d腔出口处压力信号的跟踪效果图。
19.图7是压力脉冲信号发生器生成0.1-4bar-1hz的梯形指令信号时，在泵控位置伺服控制子系统的控制下，位移传感器采集到的非对称加载液压缸的活塞位移曲线。
具体实施方式
20.下面结合附图对本发明做进一步解释说明。
21.本发明的目的是提供一种泵阀协同控制的脉冲疲劳加载测试方法，在提高汽车散热器脉冲疲劳加载测试精度的同时，还排除了脉冲疲劳加载测试过程中可能造成的撞缸的风险。
22.如图1所示，一种泵阀协同控制的脉冲疲劳加载测试方法，包括：阀控压力脉冲伺服控制子系统、泵控位置伺服控制子系统、位移传感器13、可调节流孔14、非对称加载液压缸15、压力传感器16、汽车散热器工件17。
23.所述阀控压力脉冲伺服控制子系统是由压力脉冲信号发生器1、压力控制器2、加载伺服阀3、液压动力源4及第一油箱5构成，其中压力脉冲信号发生器1可根据具体要求生成正弦、梯形、多阶、三角等多种加载指令信号；压力脉冲信号发生器1与压力控制器2的输入端（“ ”）端相连，压力控制器2的反馈端（
“‑”
端）与压力传感器16相连，压力控制器2的输出端与加载伺服阀3的电磁铁相连；加载伺服阀3有p、t、a和b四个工作油口，加载伺服阀3的
p口与液压动力源4相连，加载伺服阀3的t口与第一油箱5相连，加载伺服阀3的a口通过油路与非对称加载液压缸15的a腔相连，加载伺服阀3的b口通过油路与所述非对称加载液压缸15的b腔相连；所述泵控位置伺服控制子系统是由第ⅰ安全阀6、第二油箱7、第ⅱ安全阀8、齿轮泵9、伺服电机10、位置控制器11、位置信号发生器12构成，其中齿轮泵9具有pa和pb两个工作油口，齿轮泵9的pa油口通过油路与非对称加载液压缸15的a腔相连，齿轮泵9的pb油口通过油路与非对称加载液压缸15的b腔相连；第ⅰ安全阀6和第ⅱ安全阀8反向串联后连接在齿轮泵9的pa油口和pb油口之间，第二油箱7连接在第ⅰ安全阀6、第ⅱ安全阀8的出油口；伺服电机10的输出轴与齿轮泵9的输入轴机械连接；位置信号发生器12与位置控制器11的输入端（“ ”）端相连，位置控制器11的反馈端（
“‑”
端）与位移传感器13相连，位置控制器11的输出端与伺服电机10的控制端相连；非对称加载液压缸15包括a、b、c和d四个腔室，其中非对称加载液压缸15的a腔通过油路分别与加载伺服阀3的a口和齿轮泵9的pa油口相连，非对称加载液压缸15的b腔通过油路分别与加载伺服阀3的b口和齿轮泵9的pb油口相连，非对称加载液压15缸d腔通过油路与汽车散热器工件17相连，非对称加载液压缸15的c腔与非对称加载液压缸15的d腔通过可调节流孔14相连；位移传感器13设置在非对称加载液压缸15的b腔与c腔相连接的活塞杆上，用于检测非对称加载液压缸15输出的位置电信号；压力传感器16设置在非对称加载液压缸15的d腔的出口处，用于检测非对称加载液压缸15的d腔出口处的压力电信号。
24.压力脉冲信号发生器1的压力脉冲信号和位置信号发生器12的位置信号可由pc端的上位机控制生成，压力控制器2和位置控制器11采用简单的pid控制算法，加载伺服阀3采用高频响流量伺服阀，第ⅰ安全阀6和第ⅱ安全阀8采用溢流阀，齿轮泵9采用定排量的齿轮泵，伺服电机10采用交流伺服电机，非对称加载液压缸15采用非对称的单增压缸，非对称加载液压缸15的a腔和b腔的介质为液压油，c腔和d腔的介质为冷冻液（水乙二醇溶液），位移传感器13采用磁致伸缩位移传感器，压力传感器16采用压阻式压力传感器，汽车散热器工件17内部的加载介质为冷冻液（水乙二醇溶液）。
25.出于安全和加载方面的需求，在对汽车散热器工件17进行脉冲疲劳加载测试之前，先对非对称加载液压缸15进行预充，具体的，由位置信号发生器12生成三角波位置指令，位置控制器11的指令输入端（“ ”端）接收位置信号发生器12生成的位置指令，位置控制器11的指令反馈端（
“‑”
端）接收位移传感器13反馈回的非对称加载液压缸15的活塞的位置信号，位置控制器11基于相应的控制算法（pid控制算法）生成速度控制信号，控制伺服电机10的转速，进而控制齿轮泵9的排量，实现对流入/流出非对称加载液压缸15的a腔和b腔的液压油的流量的控制，进一步的对非对称加载液压缸15的活塞位移进行控制，从而控制非对称加载液压缸15的活塞从底端移动到顶端再回到底端，确保非对称加载液压缸15的性能良好。
26.系统进行脉冲疲劳加载测试时，阀控压力脉冲伺服控制子系统控制方式如下：由压力脉冲信号发生器1生成期望跟踪的压力指令信号，压力控制器2的指令输入端（“ ”端）接收压力脉冲信号发生器1生成的期望跟踪的压力指令信号，压力控制器2的指令反馈端（
“‑”
端）接收压力传感器16反馈回的非对称加载液压缸15的d腔出口处的压力信号，压力控制器2基于相应的控制算法（pid控制算法）生成控制信号，通过控制加载伺服阀3的阀芯位
移实现对流入/流出非对称加载液压缸15的a腔和b腔的液压油的流量的控制，进而实现对非对称加载液压缸15的d腔出口处压力的控制，使流入汽车散热器工件17的冷冻液（水乙二醇溶液）的压力值能很好的跟踪压力脉冲信号发生器1生成的期望跟踪的指令信号。
27.系统进行脉冲疲劳加载测试时，泵控位置伺服控制子系统控制方式如下：由位置信号发生器12生成位置指令，位置控制器11的指令输入端（“ ”端）接收位置信号发生器12生成的位置指令，位置控制器11的指令反馈端（
“‑”
端）接收位移传感器13反馈回的非对称加载液压缸15的位置信号，位置控制器11基于相应的控制算法（pid控制算法）生成速度控制信号，控制伺服电机10的转速，进而控制齿轮泵9的排量，实现对流入/流出非对称加载液压缸15的a腔和b腔的液压油的流量的控制，进一步的对非对称加载液压缸15的活塞位移进行控制，确保非对称加载液压缸15的活塞位移在位置信号发生器12生成的位置指令附近，不发生较大的偏移。
28.本发明的上述实施例中，阀控压力脉冲伺服控制子系统与泵控位置伺服控制子系统分别工作，同时控制流入/流出非对称加载液压缸15的a腔和b腔的液压油的流量，进而实现对非对称加载液压缸15的d腔出口处压力和非对称加载液压缸15的活塞位移的控制。其中阀控压力脉冲伺服控制子系统起主要控制作用，泵控位置伺服控制子系统起辅助控制作用。
29.通过调整可调节流孔14的开度，可避免在脉冲疲劳加载测试时，非对称加载液压缸15的c腔产生负压。
30.图2、图4和图6展示了压力脉冲信号发生器1生成不同频率、不同幅值以及不同类型的指令信号时，指令信号（实线）与压力传感器16采集到的非对称加载液压缸15的d腔出口处的压力信号（虚线）的跟踪效果图。从跟踪效果图可以看出：对于不同的指令信号，在阀控压力脉冲伺服控制子系统的控制下，本发明方案的跟踪压力曲线都能达到指令信号的波峰和波谷值，且跟踪效果良好，曲线不失真。
31.图3、图5和图7展示了压力脉冲信号发生器1生成不同频率、不同幅值以及不同类型的指令信号时，位移传感器13采集到的非对称加载液压缸15的活塞位移曲线。从跟踪效果图可以看出：对于不同的工况，在泵控位置伺服控制子系统的控制下，非对称加载液压缸15的活塞位移曲线保持稳定，不会发生偏移。