本發明專利技術屬于機械工程測試領域，提供了一種基于動平衡工作原理的大行程位移高精度測量裝置。被測量移動軸的下方設計了A、B、C液壓缸子系統，A子系統和B子系統為柱塞式液壓缸，直徑之比為1：3，不可壓縮的液壓油作為傳遞媒介，B系統傳感器檢測的位移實現了9倍的放大，而高精度伺服電機可以精確控制絲杠運動，從而可以保持B系統高精度位移傳感器輸出信號的始終處于一個動態穩定不變的狀態。該裝置結構靈巧、布局合理、適應性強、壽命長、測量精度高，解決了大量程全范圍內的高精度雙向測量問題，具有良好的經濟性和推廣價值。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于機械工程測試領域，涉及到土力學三軸試驗，尤其是一種針對大行程傳力軸的高精度位移檢測裝置。
技術介紹
測量土壤的強度和變形而常使用三軸試驗儀，該儀器應用廣泛，可用于測量多種參數，包括剪切強度特性，固結特點和土壤滲透性。其中一定應力作用下試樣軸向位移的變化是個非常重要的測量參數，軸向位移測量精度的高低決定了三軸試驗的成敗。對于中小型三軸試驗儀，試樣軸向位移變化區間通常小于150mm，目前現有的線性位移傳感器如：電感式、電阻式，磁環式位移傳感器等基本能滿足要求。試樣軸向位移變化區間越小，選用的位移傳感器的量程越小，整個區間的測量精度越高，反之亦然。然而，對于大型、超大型三軸試驗儀，三軸試驗過程中試樣軸向變形區間可達500mm針對直徑1.0mm，高2.5的圓柱試樣，試驗中圓柱試樣高度變化<20％，如選用量程為500mm的位移傳感器會導致局部測量的精度非常低。因此，大型、超大型三軸試驗中，試樣軸向位移的高精度測量是非常困難的。目前，國內外還沒有針對大型、超大型三軸試驗儀專用的大量程高精度測量裝置。大量程光柵尺能夠保證整個區間的測量精度，由于大型、超大型三軸試驗儀通常采用液壓伺服系統，施加重載的條件下會產生較強的高頻抖動干擾，這就導致了大量程光柵尺會在大噪聲背景下產生累積誤差，導致測量精度的降低。另外光柵尺斷電后無法確認當前位置，需要回零位清零后重新測量。因此，由于無法消除大噪聲背景下的累積誤差，高精度的大量程光柵尺并不適合在大型、超大型三軸試驗儀中應用。
技術實現思路
本專利技術的目的是：解決三軸試驗儀軸向位移精確測量問題，專利技術的測量裝置實現試樣軸向大變形區間1000mm的高精度連續測量。本裝置特點是結構簡單，測量位移放大了9倍，測量精度高，運動平穩保證了檢測過程中無額外振動干擾。本專利技術采用的技術方案是：一種基于動平衡工作原理的大行程位移高精度測量裝置，包括A液壓缸子系統、B液壓缸子系統和C液壓缸子系統，A液壓缸子系統包括測量擋板3、A柱塞式液壓缸輸出軸4、A柱塞式液壓缸5、A柱塞式液壓缸夾具6、A柱塞式液壓缸固定板1和A上連接軟管7，B液壓缸子系統包括高精度位移傳感器12、傳感器固定架13、B柱塞式液壓缸輸出軸1、B柱塞式液壓缸15、B柱塞式液壓缸夾具16、B柱塞式液壓缸固定板11、B上連接軟管17和復位彈簧28，C液壓缸子系統包括伺服電機26、伺服電機絲杠轉換裝置25、伺服電機導軌24、活塞式液壓缸22、C固定底座27和C連接軟管21；A液壓缸子系統中的柱塞式液壓缸A固定板1固定于豎直墻壁上，A柱塞式液壓缸5通過螺栓固定于柱塞式液壓缸A固定板1上，油缸/氣缸輸出軸2、測量擋板3、A柱塞式液壓缸輸出軸4和A柱塞式液壓缸5依次相連；A柱塞式液壓缸5通過A柱塞式液壓缸夾具6與A上連接軟管7相連，A上連接軟管7通過轉換接頭A8連接A下連接軟管A9，并與B液壓缸子系統、C液壓缸子系統相連通；轉換接頭固定在轉換接頭固定板上；A下連接軟管9、B下連接軟管19和C下連接軟管21通過T型三通接頭10連通；B液壓缸子系統中的柱塞式液壓缸固定板11固定于墻壁上，柱塞式液壓缸15通過螺栓固定于其上面，復位彈簧28與B柱塞式液壓缸15內部輸出軸連接；高精度位移傳感器12通過傳感器固定架13固定到柱塞式液壓缸固定板11上，并與B柱塞式液壓缸輸出軸14連接；其余部分部件連接關系均與A液壓缸子系統的連接關系相同；C液壓缸子系統中C固定底座27固定于地面上，活塞式液壓缸22和伺服電機導軌24固定于C固定底座27上，伺服電機絲杠轉換裝置25安裝到伺服電機導軌24上，用于連接滾珠絲杠23和伺服電機26，實現了運動的轉換，其余部分部件連接關系均與A液壓缸子系統的連接關系相同。三軸試驗儀加載過程中軸向移動測量擋板3的移動情況與被測軸1完全相同。測量開始前，先將測量擋板3與左邊液壓缸的活塞桿4接觸，調整伺服電機26帶動下液壓缸活塞桿左移，保證系統接觸無間隙，此時對傳感器及伺服電機進行標定，當位移傳感器12輸出信號與設定值中位值相等時，伺服電機停止運動，系統處于待檢測狀態。當開始測量時，A子系統首先進行變化，測量擋板推動A柱塞桿4運動，從而推動液壓油在系統中流動，電動缸初始不動，液壓油只能推動B系統的柱塞桿14移動，A、B系統柱塞桿直徑比1：3，當A系統位移傳遞到B系統時，實際位移相當于放大了9倍，B子系統的高精度位移傳感器12檢測到位移信號后，將信號傳送給控制器，控制器的目的就是要保證位高精度位移傳感器輸出信號恒定不變，此時控制伺服電機26帶動電動缸輸出軸移動，使C子系統液壓缸的活塞桿右移，液壓油經由連接軟管進入C系統液壓缸，B子系統活塞桿在復位彈簧28的作用下，恢復初始位置，直到傳感器輸出值與設定值相等，伺服電機26停止運轉。由于伺服電機采用高精度編碼器，讀取伺服電機運轉過程中編碼器的脈沖數據，進行相應的計算，就可以得到三軸試驗儀傳力軸精確的位移。本專利技術的效果和益處：被測量移動軸的下方設計了A、B、C液壓缸子系統，A子系統和B子系統為柱塞式液壓缸，直徑之比為1：3，不可壓縮的液壓油作為傳遞媒介，B系統傳感器檢測的位移實現了9倍的放大，而高精度伺服電機可以精確控制絲杠運動，從而可以保持B系統高精度位移傳感器輸出信號的始終處于一個動態穩定不變的狀態。伺服電機采用安川AC伺服電機26，該伺服電機帶有24位光電編碼器，電機旋轉一周可以產生16777216物理脈沖具有極高的角位移檢測精度。采用C7級滾珠絲杠23，精度誤差小于50um/300mm。伺服電機程序控脈沖設置為20000脈沖/轉。高精度位移傳感器量程20mm(-10mm—10mm)，測量精度<0.1％，全量程輸出電壓信號0—10V。該裝置選用高精度小位移傳感器和伺服電機保證了測量和定位精度。采用靜液傳動方式，運動平穩保證了檢測過程中無額外振動干擾。該裝置結構靈巧、布局合理、適應性強、壽命長、測量精度高，解決了大量程全范圍內的高精度雙向測量問題，具有良好的經濟性和推廣價值。附圖說明圖1是大行程位移高精度測量裝置的主視圖。圖2是該裝置總體結構的俯視圖。圖3是該裝置總體結構的左視圖。圖4是該裝置總體結構等軸測圖。圖5是該裝置去除柱塞式液壓缸體之后總體結構主視圖。圖中：1柱塞式液壓缸A固定板；2油缸/氣缸輸出軸；3測量擋板；4A柱塞式液壓缸輸出軸；5A柱塞式液壓缸；6A柱本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于動平衡工作原理的大行程位移高精度測量裝置，包括A液壓缸子系統、B液壓缸子系統和C液壓缸子系統，A液壓缸子系統包括測量擋板(3)、A柱塞式液壓缸輸出軸(4)、A柱塞式液壓缸(5)、A柱塞式液壓缸夾具(6)、A柱塞式液壓缸固定板(1)和A上連接軟管(7)，B液壓缸子系統包括高精度位移傳感器(12)、傳感器固定架(13)、B柱塞式液壓缸輸出軸(14)、B柱塞式液壓缸(15)、B柱塞式液壓缸夾具(16)、B柱塞式液壓缸固定板(11)、B上連接軟管(17)和復位彈簧(28)，C液壓缸子系統包括伺服電機(26)、伺服電機絲杠轉換裝置(25)、伺服電機導軌(24)、活塞式液壓缸(22)、C固定底座(27)和C連接軟管(21)；其特征在于：A液壓缸子系統中的柱塞式液壓缸A固定板(1)固定于豎直墻壁上，A柱塞式液壓缸(5)通過螺栓固定于柱塞式液壓缸A固定板(1)上，油缸/氣缸輸出軸(2)、測量擋板(3)、A柱塞式液壓缸輸出軸(4)和A柱塞式液壓缸(5)依次相連；A柱塞式液壓缸(5)通過A柱塞式液壓缸夾具(6)與A上連接軟管(7)相連，A上連接軟管(7)通過轉換接頭A(8)連接A下連接軟管A(9)，并與B液壓缸子系統、C液壓缸子系統相連通；轉換接頭固定在轉換接頭固定板上；A下連接軟管(9)、B下連接軟管(19)和C下連接軟管(21)通過T型三通接頭(10)連通；B液壓缸子系統中的柱塞式液壓缸固定板(11)固定于墻壁上，柱塞式液壓缸(15)通過螺栓固定于其上面，復位彈簧(28)與B柱塞式液壓缸(15)內部輸出軸連接；高精度位移傳感器(12)通過傳感器固定架(13)固定到柱塞式液壓缸固定板(11)上，并與B柱塞式液壓缸輸出軸(14)連接；其余部分部件連接關系均與A液壓缸子系統的連接關系相同；C液壓缸子系統中C固定底座(27)固定于地面上，活塞式液壓缸(22)和伺服電機導軌(24)固定于C固定底座(27)上，伺服電機絲杠轉換裝置(25)安裝到伺服電機導軌(24)上，用于連接滾珠絲杠(23)和伺服電機(26)，實現了運動的轉換，其余部分部件連接關系均與A液壓缸子系統的連接關系相同；三軸試驗儀加載過程中軸向移動測量擋板(3)的移動情況與被測軸(1)完全相同。...
【技術特征摘要】
1.一種基于動平衡工作原理的大行程位移高精度測量裝置，包括A液壓缸子系
統、B液壓缸子系統和C液壓缸子系統，A液壓缸子系統包括測量擋板(3)、A
柱塞式液壓缸輸出軸(4)、A柱塞式液壓缸(5)、A柱塞式液壓缸夾具(6)、A
柱塞式液壓缸固定板(1)和A上連接軟管(7)，B液壓缸子系統包括高精度位
移傳感器(12)、傳感器固定架(13)、B柱塞式液壓缸輸出軸(14)、B柱塞式液
壓缸(15)、B柱塞式液壓缸夾具(16)、B柱塞式液壓缸固定板(11)、B上連接軟
管(17)和復位彈簧(28)，C液壓缸子系統包括伺服電機(26)、伺服電機絲杠轉
換裝置(25)、伺服電機導軌(24)、活塞式液壓缸(22)、C固定底座(27)和
C連接軟管(21)；
其特征在于：A液壓缸子系統中的柱塞式液壓缸A固定板(1)固定于豎直
墻壁上，A柱塞式液壓缸(5)通過螺栓固定于柱塞式液壓缸A固定板(1)上，
油缸/氣缸輸出軸(2)、測量擋板(3)、A柱塞式液壓缸輸出軸(4)和A柱塞式
液壓缸(5)依次相連；A柱塞式液壓缸(5)通過A柱塞式液壓缸夾具(6)與
A上連接軟管(7)相連，A上連接軟管(7)通過轉換接頭A(8)連接A下連接
軟管A(9)，并與B液壓缸子系統、C液壓缸子系統相連通；轉換接頭固定在轉
換接頭固定板上；A下連接軟管(9)、B下連接軟管(19)和C下連接軟管(21)
通過T型三通接頭(10)連通；B液壓缸子系統中的柱塞式液壓缸固定板(11)
固定于墻壁上，柱塞式液壓缸(15)通過螺栓固定于其上面，復位彈簧(28)
與B柱塞式液壓缸(15)內部輸出軸連接；高精度位移傳感器(12)通過傳感
器固定架(13)固定到柱塞式液壓缸固定板(11)上，并與B柱塞式液壓缸輸
出軸(14)連接；其余部分部件連接關系均與A液壓缸子系統的連接關系相同；
C液壓缸子系統中C固定底座(27)固定于地面上，活塞式液壓缸(22)和伺服
電機導軌(24)固定于C固定底座(27)上，伺服電機絲杠轉換裝置(25)安
\t裝到伺服電機導軌(24)上，用于連接...
【專利技術屬性】
技術研發人員：桑勇，王亞杰，邵利來，趙健龍，胡登極，
申請(專利權)人：大連理工大學，
類型：發明
國別省市：遼寧;21
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