长行程运动及短行程高频振动串联液压缸

技术领域

本发明属于机械技术领域，更进一步涉及液压技术领域中的一种长行程运动及短 行程高频振动串联液压缸。本发明通过分阶段分别控制大小液压缸的运动规律，可以 实现三种实用功能，一是当大液压缸活塞杆向上提升，小液压缸活塞杆保持中位，实 现大行程提升功能；二是当大液压缸活塞杆保持原位，小液压缸活塞杆高频振动，实 现短行程高频振动功能；三是当大液压缸活塞杆向上提升至某一位置后，小液压缸活 塞杆高频振动，实现大行程提升运动到指定位置后，在指定位置做短行程高频振动。 其用途是与一种大跨度、大挠度悬臂试验台配合使用，来模拟飞机起飞及飞行过程中 机翼的动态变形。

背景技术

飞机飞行过程中，机翼会因气流压力等原因发生复杂弹性振动，由于机翼自身结 构和其空间变形的复杂性，很难采用弹性力学的经典理论进行计算模拟。而如果直接 采用实际机翼进行飞行环境振动试验，特别是对于大跨度机翼，则需要付出高昂的试 验成本，甚至是现实中无法实现的。

北京航空航天大学在其申请的专利“一种分布式POS地面演示验证系统”(申请 号201110242911.1，申请日2011.08.23，公开号CN102322873A)公开了一种分布式 POS地面演示验证系统，其中涉及到一种机翼模拟系统，用于模拟有动态变形的飞机 机翼。机翼模拟系统由3米长机翼模拟板和振动台组成，3米模拟板的正中间部分固 定在振动台上，由振动台带动机翼模拟板，来模拟飞机发动机的振动。该专利技术存 在的不足是，首先该方法采用3米长机翼模拟板，限制了模拟机翼的长度，不能模拟 大翼展飞机机翼。其次该方法采用振动台带动机翼模拟板，由于振动台只能加基础位 移激励，仅能模拟机翼在平衡位置上下振动变形，因此通过振动台并不能使机翼模拟 板产生大挠度变形以模拟机翼起飞过程中的动态变形，也不能对机翼模拟板做有效的 变形控制。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，设计一种长行程运动及短行程高频 振动串联液压缸，配合大跨度、大挠度悬臂试验台来模拟飞机起飞及飞行过程中机翼 的动态变形。

本发明的具体思路是：利用现有大液压缸长行程运动的优点和小液压缸短行程能 高频响应的优点，通过结构上的适当连接，使连接后的液压缸系统即能实现长行程运 动，又能实现在指定位置做短行程高频振动，进而使用连接后的液压缸系统驱动悬臂 试验台来模拟飞机起飞及飞行过程中机翼的动态变形。

为了实现上述目的，本发明包括大液压缸、小液压缸、万向节、法兰盘、门式桁 架和悬臂桁架。大液压缸通过万向节安装在门式桁架上，大液压缸的活塞杆通过螺纹 与法兰盘的上盖连接，小液压缸缸体外套与法兰盘的下盖连接，大小液压缸缸体垂直 沿轴向布置，小液压缸中的活塞杆与悬臂桁架小端端部连接。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

第一，由于本发明采用串联液压缸配合悬臂试验台来模拟飞机机翼的动态变形， 克服了现有技术振动台配合机翼模拟板只能模拟小翼展飞机机翼振动的缺点，使得本 发明具有组合方式灵活、应用范围广的优点。

第二，由于本发明采用大小液压缸通过法兰盘串联的连接方式，通过两液压缸活 塞杆运动的合理切换，即能实现长行程运动，又能实现在指定位置做短行程高频振动， 解决了现有技术只能模拟机翼振动的缺点，使得本发明具有结构简单、成本低廉、安 装和维修方便的优点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的大小液压缸结构示意图；

图3为本发明的万向节结构示意图；

图4为本发明的法兰盘结构示意图。

图中：1为大液压缸，2为小液压缸，3为万向节，4为法兰盘，5为门式桁架，6 为悬臂桁架，7为耳环，8为伺服阀，9为位置传感器，10为条底板，11为主底板， 12为轴承座，13为调整衬套，14为螺纹套筒，15为螺母，16为外环，17为内环， 18为外轴，19为轴承，20为内轴，21为上盖，22为支撑板，23为下盖，24为加 强筋，25为三角筋。

具体实施方式

下面结合附图1，对本发明做进一步详细描述。

本发明包括大液压缸1、小液压缸2、万向节3、法兰盘4、门式桁架5和悬臂桁 架6。大液压缸1通过万向节3安装在门式桁架5上，大液压缸1的活塞杆通过螺纹 与法兰盘4的上盖连接，小液压缸2缸体外套与法兰盘4的下盖连接，大小液压缸缸 体垂直沿轴向布置，小液压缸2中的活塞杆与悬臂桁架6小端端部连接。大液压缸1 活塞杆上行时，带动小液压缸2及其活塞杆一起上移，到达指定要求位置后，大液压 缸1活塞杆锁死在固定位置，之后小液压缸2开始工作，活塞杆带动悬臂桁架6做高 频、小幅振动。

大小液压缸的结构示意图如附图2所示，其中图2(a)为大液压缸1的结构示 意图，大液压缸1选用非对称结构液压缸，双向带缓冲装置和锁紧装置，其控制行程 大于2米以上，大液压缸1的活塞杆杆端结构为螺纹式。缓冲装置保护大液压缸1在 起动或停止时能消除冲击，减小振荡。大液压缸1活塞不能在缸内转动，防止大液压 缸1缸体与小液压缸2缸体发生相对转动，发生不安全事故，内泄漏尽可能小。大液 压缸1选用非对称结构液压缸的目的是可以减小大液压缸1的长度，继而能降低门式 桁架5高度，增加其结构稳定性。

图2(b)为小液压缸2的结构示意图，小液压缸2选用对称结构液压缸，小液 压缸2的活塞杆杆端结构为耳环7，伺服阀8通过转接座安装在小液压缸2上，位置 传感器9内置在小液压缸2缸体套筒上。小液压缸2选用对称结构液压缸的目的是液 压油对活塞两侧的作用面积相等，当供油压力和流量不变时，使得活塞往复运动速度 和作用力也都相等。

万向节的结构示意图如附图3所示，万向节3包括条底板10、主底板11、轴承 座12、调整衬套13、螺纹套筒14、螺母15、外环16、内环17、外轴18、轴承19 和内轴20。条底板10焊接在门式桁架5上，主底板11上设计有四个限位孔，通过 螺钉将主底板11固定在条底板10上，这样可以使主底板11沿门式桁架5长度方向 在条底板10上有一定的调节余量。轴承座12设计有两个限位孔，通过螺钉将轴承座 12固定在主底板11上，这样可以使轴承座12沿门式桁架5宽度方向在主底板11上 有一定的调节余量。螺纹套筒14两端为螺纹部分，焊接在大液压缸1的中间位置， 通过调整衬套13、螺母15与螺纹套筒14的配合连接，使大液压缸1通过万向节3 固定安装在门式桁架5上，调节螺母15可以使串联液压缸沿螺纹套筒14有一定的调 节余量。外环16通过外轴18、轴承19与轴承座12连接，内环17通过轴承19、内 轴20与外环16连接，保证万向节3可以绕内轴20与外轴18两个方向转动。

万向节3的主底板11沿门式桁架5长度方向在条底板10上有一定的调节余量， 轴承座12沿门式桁架5宽度方向在主底板11上有一定的调节余量，调节螺母15可 以使串联液压缸沿螺纹套筒14有一定的调节余量。这样通过调整主底板11、轴承座 12和调节螺母15，就可以保证串联液压缸与悬臂桁架6的初始相对位置协调。万向 节3固定安装在门式桁架5上，可以绕内轴20与外轴18两个方向转动，当悬臂桁架 6反作用给小液压缸2活塞杆的外力不是沿轴向垂直向下或向上时，又或者万向节3 在门式桁架5上安装位置出现偏差时，串联液压缸可以自适应外力发生小角度偏转， 防止活塞杆卡死或损坏。

法兰盘的结构示意图如附图4所示，法兰盘4包括上盖21、支撑板22、下盖23、 加强筋24、三角筋25。上盖21中间设有螺纹孔，该螺纹孔与大液压缸1活塞杆端部 螺纹连接。下盖23中间设有通孔，该通孔与小液压缸2缸体外套配合，周围设有四 个小螺纹孔，通过四个螺栓将下盖23与小液压缸2缸体外套进行固定，上盖21和下 盖23分别焊接在支撑板22的两端。在上盖21和下盖23与支撑板22的连接处配有 三角筋25，支撑板22两侧焊有加强筋24，加强筋24和三角筋25能增加法兰盘4的 结构强度和刚度，防止大液压缸1活塞杆向下运动时，法兰盘4发生屈曲失效。

本发明的工作过程是：

初始情况下，大液压缸1活塞杆和小液压缸2活塞杆都在最大伸出位置，此时悬 臂桁架6模拟飞机机翼的自然下垂位置状态。

当大液压缸1活塞杆向上提升时，法兰盘4、小液压缸2及其活塞杆一起随着向 上运动，带动悬臂桁架6小端端部向上提升，在此过程中需要注意的是由于悬臂桁架 6大端端部固定，小端端部并不会单纯向上运动，而是在向上运动的同时会往固定端 摆动，使得串联液压缸通过万向节3自适应悬臂桁架6反作用力发生小角度偏转。悬 臂桁架6到达所需位置后，大液压缸1活塞杆锁死在固定位置，小液压缸2活塞杆向 上收回并保持在中位，实现串联液压缸的大行程提升功能，带动悬臂桁架6大挠度变 形，用来模拟飞机机翼起飞时的状态。

当大液压缸1活塞杆保持在最大伸出状态，小液压缸2活塞杆先收回中位再做高 频振动，实现串联液压缸的短行程高频振动功能，带动悬臂桁架6高频振动，用来模 拟飞机机翼的振动。

当大液压缸1活塞杆向上提升至某一位置，小液压缸2活塞杆先收回中位再做高 频振动，实现串联液压缸大行程提升运动到指定位置后，在指定位置做短行程高频振 动，带动悬臂桁架6大挠度变形至指定位置，再在指定位置做高频振动，用来模拟飞 机起飞及飞行过程中机翼的动态变形。