一种电液伺服阀力矩马达输出特性测试装置及其工作方法与流程

1.本发明涉及一种高温环境下电液伺服阀力矩马达输出特性测试装置及其工作方法，属于电液伺服阀技术领域。


背景技术：

2.电液伺服阀是电液伺服控制系统的关键元件，其具有体积小、重量轻、频响高等优点，广泛应用于航空航天、船舶与军事工业领域。电液伺服阀通常需要经受高温环境的考验，例如航空发动机燃油计量单元工作温度可至120℃，某些航空航天飞行器液压系统实测油液温度最高可达160℃。
3.力矩马达作为电液伺服阀的电-机转换装置，其性能直接关系到整阀的静动态特性。高温环境对力矩马达性能具有重要的影响，具体体现在高温会改变力矩马达电磁特性与气隙长度大小，进而改变力矩马达的输出特性。
4.然而，目前国内针对高温环境下力矩马达的性能测试试验均采用油液加热方法，该方法所需的高温试验系统复杂、价格昂贵，且存在力矩马达受热不均匀的缺点。因此，受试验成本的限制，目前针对高温环境下电液伺服阀力矩马达性能的研究多局限在理论与数值模拟层面，缺少必要的试验验证环节。


技术实现要素：

5.发明目的：本发明旨在提供一种电液伺服阀力矩马达输出特性测试装置及其工作方法，该测试装置具有体积小、能耗低、使用安全、简单可靠，温度控制精度高的特点。
6.为实现上述目的，本发明提供的电液伺服阀力矩马达输出特性测试装置可采用以下技术方案：
7.一种电液伺服阀力矩马达输出特性测试装置，包括隔热保温腔、安装于隔热保温腔内的加热器、固定于隔热保温腔一侧壁上的力矩马达、与力矩马达输出轴同轴连接并延伸出所述侧壁至隔热保温腔外的力矩马达反馈杆、用于检测力矩马达反馈杆偏转运动的激光位移传感器、安装于力矩马达上的力矩马达温度传感器、位于隔热保温腔外的力矩马达电源、与加热器连接的加热器电源及温度控制器。
8.进一步的，所述加热器为环状的加热圈，隔热保温腔包括左隔热垫、右隔热垫，左隔热垫、右隔热垫分别密封的安装于加热圈两侧并封闭形成中空的空间，所述力矩马达位于该空间内并固定于左隔热垫或者右隔热垫内侧；左隔热垫外侧设有左夹具；右隔热垫外侧设有右夹具；左夹具内侧设有收容左隔热垫的左凹槽，右夹具内侧设有收容右隔热垫的右凹槽；左夹具与右夹具底部相互固定连接。
9.进一步的，所述加热器采用陶瓷加热圈；所述加热器与左、右隔热垫之间采用隔热密封胶带联接密封；所述隔热密封胶带采用铁氟龙材料、所述左、右隔热垫采用耐高温的玻璃纤维材料。
10.进一步的，所述左夹具和左隔热垫上开设有通孔，用以引出力矩马达控制电线以
及温度传感器信号采集线，并对加热保温腔内的热空气进行泄压。
11.进一步的，所述温度控制器为plc可编程控制器，包括中央处理器、输入和输出i/o模块、温度采集a/d模块、控制输出d/a模块。
12.进一步的，所述力矩马达反馈杆延伸出加热保温腔的一端设有小球，该小球上安装有反馈杆小球夹具；该反馈杆小球夹具上设有矩形凹槽，小球固定于该矩形凹槽中；激光位移传感器发出的激光束照射到反馈杆小球夹具上的测试平面。
13.本发明同时提供的电液伺服阀力矩马达输出特性测试装置的工作方法可采用以下技术方案，包括以下步骤：
14.s1：将右隔热垫安装到右夹具圆形凹槽内；
15.s2：使用所述力矩马达紧定螺钉穿过右隔热垫上的贯通孔与右夹具上的螺纹孔相连，将力矩马达与右隔热垫、右夹具固定为一体，同时力矩马达上的反馈杆穿过右隔热垫上的通孔和右夹具上的通孔伸出到外部；
16.s3：将反馈杆末端小球插入到反馈杆小球夹具矩形槽之中，并拧紧夹具螺钉；
17.s4：安装调整激光位移传感器，使激光位移传感器发出的激光束照射到反馈杆小球夹具上的测试平面上；
18.s5：将力矩马达温度传感器安装固定到力矩马达上；
19.s6：将加热器罩在力矩马达外部，同时将力矩马达温度传感器数据线与力矩马达电源线通过左隔热垫上的通孔引出到外部；
20.s7：使用隔热密封胶带将左隔热垫和加热器、右隔热垫联接在一起形成加热保温腔；
21.s8：将力矩马达温度传感器数据线与力矩马达电源线通过左夹具上的通孔引出到外部，并把左隔热垫安装固定到左夹具圆形凹槽内；
22.s9：夹具紧定螺钉穿过左夹具上的沉头孔与右夹具上的螺纹孔相连，将左夹具与右夹具固定为一体；
23.s10：将引出的力矩马达温度传感器的数据线与温度显示器连接；
24.s11：将力矩马达的电源线与力矩马达电源连接；
25.s12：将加热器的电源线穿过温度控制器上的继电器触点与加热器电源相连；
26.s13：将加热器温度传感器数据线与温度控制器相连；
27.s14：通过温度控制器设定加热温度，给加热器通电，查看温度显示器上的示数，等到显示数值稳定时，记录下数据；
28.s15：给力矩马达电源线通电，设定电源信号，力矩马达反馈杆发生沿上下方向的偏转运动，记录激光位移传感器的数据。
29.有益效果：。
30.(1)现有加热装置采用高温油液来加热力矩马达，加热效率低，试验系统复杂且造价昂贵。相比之下，本发明中的加热器采用陶瓷加热圈，该加热圈加热功率高、结构简单、体积小、成本低、使用方便、不易老化且使用寿命长。
31.(2)当给力矩马达输入高频控制信号时，现有加热装置中的高温油液会对力矩马达衔铁组件形成额外的阻尼效应。相比之下，本发明中无油液产生的附加阻尼，可提高力矩马达动态特性测试精度。
32.(3)现有加热装置在加热力矩马达时为测量衔铁组件位移通常把力矩马达直接暴露在空气中，因此力矩马达在加热过程中存在受热不均匀现象。相比之下，本发明将力矩马达置于封闭的加热保温腔，可在力矩马达中形成均匀的温度场。
附图说明
33.图1为本发明实施例的高温环境下电液伺服阀力矩马达输出特性测试装置结构示意图；
34.图2为本发明实施例的左夹具结构示意图；
35.图3为本发明实施例的左隔热垫结构示意图；
36.图4为本发明实施例的加热器结构示意图；
37.图5为本发明实施例的右隔热垫结构示意图；
38.图6为本发明实施例的右夹具结构示意图；
39.图7为本发明实施例的力矩马达反馈杆结构示意图；
40.图8为本发明实施例的反馈杆小球夹具结构示意图；
41.图9为本发明实施例的反馈杆小球夹具与反馈杆夹紧状态结构示意图；
42.图10为本发明实施例的反馈杆小球夹具与反馈杆夹紧状态剖视图。
具体实施方式
43.如图1所示为高温环境下电液伺服阀力矩马达输出特性测试装置，包括加热器电源1，温度控制器2，力矩马达温度传感器3，温度显示器4，力矩马达电源5，夹具紧定螺钉6，左夹具7，左隔热垫8，隔热密封胶带9，加热器10，加热器温度传感器11，右隔热垫12，激光位移传感器13，反馈杆小球夹具14，力矩马达紧定螺钉15，右夹具16，力矩马达17。
44.所述加热器10为环状的加热圈。左隔热垫8、右隔热垫12形成隔热保温腔。左隔热垫8、右隔热垫12分别密封的安装于加热圈10两侧并封闭形成中空的空间。所述力矩马达17位于该空间内并固定于左隔热垫8或者右隔热垫12内侧(图1中位于右隔热垫12内侧)。左夹具7内侧设有收容左隔热垫8的左凹槽；右夹具16内侧设有收容右隔热垫12的右凹槽。左夹具7与右夹具16底部通过夹具紧定螺钉6相互固定连接。
45.所述左隔热垫8和右隔热垫12的厚度不小于10mm。所述左隔热垫8和右隔热垫12采用耐高温的玻璃纤维材料。所述隔热密封胶带9采用耐高温的铁氟龙材料。所述左夹具7和左隔热垫8上分布开设有通孔7-2、8-1，孔径不小于4mm，方便引出力矩马达17的控制电线以及力矩马达温度传感器3的信号采集线，同时还可对加热保温腔c1内的热空气进行泄压。
46.所述右隔热垫12上开设有贯通孔12-1、12-2。
47.所述左夹具7上开设有沉头孔7-3。
48.所述右夹具16上开设有贯通孔16-2和螺纹孔16-3、16-4。
49.所述加热器10内部设有加热器温度传感器11。
50.所述右隔热垫12上的贯通孔12-1和右夹具16上的贯通孔16-2的孔径为反馈杆上小球直径的1.5～2.5倍。
51.所述温度控制器2为plc可编程控制器，包括中央处理器、输入和输出i/o模块、温度采集a/d模块、控制输出d/a模块。温度采集a/d模块通过加热器温度传感器11采集到温度
信号，通过转换后将模拟量变成数字量，plc可编程控制器读出温度采集模块中的温度数据并根据控制规则，将控制参数发送给控制输出d/a模块，模块将数字量转换成模拟量来控制接在加热器电源线上的继电器的启闭，从而达到温度控制的目的。
52.进一步，所述一种高温环境下电液伺服阀力矩马达输出特性测试装置的工作方法，包括以下步骤：
53.s1：将右隔热垫12安装到右夹具圆形凹槽16-1内；
54.s2：使用所述力矩马达紧定螺钉15穿过右隔热垫12上的贯通孔12-2与右夹具16上的螺纹孔16-3相连，将力矩马达17与右隔热垫12、右夹具16固定为一体，同时力矩马达上的反馈杆17-1穿过右隔热垫12上的通孔12-1和右夹具16上的通孔16-2伸出到外部；
55.s3：将反馈杆17-1末端小球17-1-1插入到反馈杆小球夹具14矩形槽14-3之中，并拧紧夹具螺钉14-1；
56.s4：安装调整激光位移传感器13，使激光位移传感器13发出的激光束照射到反馈杆小球夹具14上的测试平面14-2上；
57.s5：将力矩马达温度传感器3安装固定到力矩马达17上；
58.s6：将加热器10罩在力矩马达17外部，同时将力矩马达温度传感器数据线与力矩马达电源线通过左隔热垫8上的通孔8-1引出到外部；
59.s7：使用隔热密封胶带9将左隔热垫8和加热器10、右隔热垫12联接在一起形成加热保温腔c1；
60.s8：将力矩马达温度传感器数据线与力矩马达电源线通过左夹具上的通孔7-2引出到外部，并把左隔热垫8安装固定到左夹具7圆形凹槽7-1内；
61.s9：夹具紧定螺钉6穿过左夹具7上的沉头孔7-3与右夹具16上的螺纹孔16-4相连，将左夹具7与右夹具16固定为一体；
62.s10：将引出的力矩马达温度传感器3的数据线与温度显示器4连接；
63.s11：将力矩马达17的电源线与力矩马达电源5连接；
64.s12：将加热器10的电源线穿过温度控制器2上的继电器触点与加热器电源1相连；
65.s13：将加热器10温度传感器数据线与温度控制器2相连；
66.s14：通过温度控制器2设定加热温度，给加热器10通电，查看温度显示器4上的示数，等到显示数值稳定时，记录下数据；
67.s15：给力矩马达17电源线通电，设定电源信号，力矩马达反馈杆17-1发生沿上下方向的偏转运动，记录激光位移传感器13的数据。