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液压加载系统
申请号	CN201510387215.8	申请日	2015-06-30	公开(公告)号	CN105090142A	公开(公告)日	2015-11-25
申请人	北京航空航天大学;			发明人	吴帅; 石增辉; 焦宗夏; 李志辉; 李亚雯;
摘要	本申请涉及一种液压加载系统，包括加载平台和两个以上用于向加载平台施加压力的液压加载组件，以及控制组件；控制组件基于液压加载组件输出的压力与加载平台上液压加载组件向加载平台施加力的位置与预定点之间的位移的对应关系，调节每个液压加载组件输出的压力。采用本申请的液压加载系统，可避免液压加载组件受到侧向力作用，进而导致其磨损。
权利要求	1.一种液压加载系统，包括加载平台和两个以上用于向所述加载平台施加压力的液压加载组件，其特征在于，还包括控制组件；所述控制组件基于液压加载组件输出的压力与所述加载平台上液压加载组件向加载平台施加力的位置与预定点之间的位移的对应关系，调节每个所述液压加载组件输出的所述压力。 2.根据权利要求1所述液压加载系统，其特征在于，所述控制组件包括外环控制单元以及与所述液压加载组件相对应的内环控制单元；其中：所述外环控制单元用于基于加载平台上液压加载组件向加载平台施加力的位置与预定点之间的位移，向各所述内环控制单元分别输出力指令信号；所述内环控制单元用于基于所述力指令信号和所述液压加载组件输出的压力之差，调节输出至各所述液压加载组件的控制力。 3.根据权利要求2所述的液压加载系统，其特征在于，所述液压加载组件包括液压缸和与所述液压缸对应设置的导向柱；所述液压缸用于向所述加载平台施加所述输出压力；所述导向柱的第一端与所述加载平台固连，用于将所述液压缸的所述输出压力的方向保持为垂直于所述加载平台的方向。 4.根据权利要求2所述的液压加载系统，其特征在于：所述液压加载组件相对于所述加载平台的几何中心呈中心对称分布。 5.根据权利要求3所述的液压加载系统，其特征在于，所述液压加载系统还包括支架、上模具和下模具；其中：每个所述导向柱的一端与所述支架构成圆柱副约束；所述上模具与所述加载平台固连，所述下模具与所述支架固连，且所述上模具与所述下模具合模形成具有至少一个进气口的模具腔体。 6.根据权利要求5所述的液压加载系统，其特征在于：所述上模具包括真空抽吸口，用于抽吸所述模具腔体中的空气。
说明书全文	液压加载系统技术领域 [0001] 本申请涉及超塑成型工艺领域，特别是一种液压加载系统。背景技术 [0002] 超塑成形工艺是在超高温成形装备中实现的，液压加载系统是超高温成形装备的一个重要组成部分，液压加载系统一般由多个液压缸以及加载平台组成，用于在超塑成形加工过程中对模具施加一定的力，使得模具在高压气体、加载系统的作用下受力平衡。液压加载系统是保障超塑成形工艺的重要系统，因此超高温成形装备液压加载系统能否精确对模具实施力加载，关系重大。 [0003] 如图1所示，为现有的超高温成形装备液压加载系统的结构图。液压系统包括支架1、液压缸(2a、2b)、导向柱(3a、3b)、加载平台4、模具(包括上模具5和下模具9)，加载平台4与导向柱3固连。上模具5与下模具9合模后，在真空抽气口7处开始抽气将模腔内抽真空，完成抽真空步骤之后在进气口8充入惰性气体；板料6在超温作用下呈现超塑性特性，在惰性气体高气压的作用下会贴合在模腔内；加载平台4受到液压缸2a、2b的力的作用，上模具5、下模具9在高压气体和加载平台4的作用下保持受力平衡。支架1起到固定的作用，导向柱3使得液压缸在竖直方向上运动。 [0004] 由于部分超塑成形产品形状不是对称的，则模具形状也不对称，因此加载平台所受模具的力载荷分布不均。根据帕斯卡定理，在压强一定的情况下，作用面积越大则作用力越大，图2示出了一种不对称模具的俯视图，当采用该形状的模具时，模具腔体内的气体的对模具的作用面积不对称。另外，如果放置模具时模具中心与加载平台的中心不在同一直线上，加载平台所受模具的力载荷分布也是不均匀的。加载平台4所受到模具的力载荷分布可以等效为图3a中的F。 [0005] 当出现上述情形时，如果各液压缸的输出力仍然相等，则加载平台的等效受力情况如图3b所示。也即是说，此时，模具对加载平台4的不平衡力载荷一部分F与液压缸加载力F1a、F1b在竖直方向上保持平衡，一部分会对加载平台4产生绕中心点O转动的转矩M。由于导向柱与加载平台固连，导向柱会分别受到来自支架的力F2a、F2b的作用。加载平台在上述力、力矩作用下平衡。液压加载系统在长期使用过程中导向柱3a和3b与支架之间会产生磨损，加载平台4在不平衡力的作用下会产生倾斜，影响控制精度及装备使用寿命。发明内容 [0006] 在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。 [0007] 本发明的一个主要目的在于提供一种新的液压加载的方案，其可避免液压加载组件因模具形状的不对称产生的偏载力而受到侧向力作用，进而导致其磨损。 [0008] 根据本发明的一方面，一种液压加载系统，包括加载平台和两个以上用于向加载平台施加压力的液压加载组件，以及控制组件；控制组件基于液压加载组件输出的压力与加载平台上液压加载组件向加载平台施加力的位置与预定点之间的位移的对应关系，调节每个液压加载组件输出的压力。 [0009] 采用本发明的液压加载系统，可通过控制组件基于加载平台的位移量调节液压加载组件的输出力，可保证加载平台不受到等效转矩作用，避免液压加载组件受到侧向力的作用，进而减少整个液压加载系统的磨损，延长期使用寿命，并保证其加载精度。 [0010] 在本申请的一些实现方式中，控制组件可包含内环控制单元和外环控制单元。外环控制单元基于液压加载组件输出的压力与加载平台上与每个液压加载组件相对应的位置与预定点之间的位移的对应关系，调节每个液压加载组件输出的压力。而内环控制单元为力控制闭环，通过外环控制单元根据位移调节得到的输出压力，实现精确加载力控制。这样可以使得加载平台保持水平，同时保证多个液压加载组件在竖直方向的合力与总的力指令保持相等。附图说明 [0011] 参照下面结合附图对本发明实施例的说明，会更加容易地理解本发明的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本发明的原理。在附图中，相同的或类似的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。 [0012] 图1为现有的液压加载系统的一种实施例的结构图； [0013] 图2为一种实施例的不对称模具的俯视图； [0014] 图3a为当采用图1所示液压加载系统和图2所示的模具时，加载平台的受力示意图； [0015] 图3b为图3a的加载平台和导向柱的等效受力示意图； [0016] 图4为本发明实施例的液压加载系统的示意性结构图； [0017] 图5为本申请的液压加载系统中控制组件与液压加载系统中其他组成部分的连接关系图。具体实施方式 [0018] 下面参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。 [0019] 如图4所示，为本发明实施例的液压加载系统的示意性结构图，图5为本申请的液压加载系统中控制组件与液压加载系统中其他组成部分的连接关系图。 [0020] 下面将结合图4、图5对本实施例的液压加载系统进行进行描述。在图4、图5中，以液压加载系统包括四个液压加载组件42a～42d为例进行说明。而在图4中，仅示出了其中的两个液压加载组件42a和42b。 [0021] 在本实施例中，液压加载系统包括加载平台44、多个向加载平台44施加压力的液压加载组件42a～42d以及控制组件410。控制组件410用于基于液压加载组件输出的压力与所述加载平台上与每个所述液压加载组件相对应的位置与预定点之间的位移的对应关系，调节每个所述液压加载组件输出的所述压力。 [0022] 例如，预定点均在一水平面内，且液压加载组件42a～42d向加载平台44施加力的位置和与之相应的预定点的连线垂直于加载平面。此时，可根据各连线的长度(即每个液压加载组件42a～42d向加载平台44施加力的位置和与之相应的预定点之间的位移)来改变各控制组件410的输出力，进而使液压加载组件42a～42d向加载平台44施加力的位置和与之相应的预定点之间的位移相等。 [0023] 这样一来，由于所有预定点均在一水平面内，且液压加载组件42a～42d向加载平台44施加力的位置和与之相应的预定点的连线垂直于加载平面，位移相等，便可保证加载平面也处于一水平面内，进而防止了加载平面的倾斜，同时也避免了加载平面倾斜导致液压加载组件承受侧向力的情况的发生。 [0024] 在一些实现方式中，控制组件410可以包括外环控制单元411以及与多个液压加载组件42a～42d相对应的内环控制单元412。 [0025] 外环控制单元411可用于基于加载平台上液压加载组件42a～42d向加载平台44施加力的位置与各预定点之间的位移，向各内环控制单元412分别输出力指令信号。 [0026] 内环控制单元412可用于基于力指令信号和液压加载组件42a～42d输出的压力之差，调节输出至各液压加载组件的控制力。 [0027] 在一些实现方式中，例如，外环控制单元411可以包括专家数据库，专家数据库中可存储多组力指令和与之对应的位移数值。外环控制单元411接收到加载平台上各个与液压加载组件42a～42d相对应的位置和与之相应的预定点之间的位移后，若该位移与预期的位移量相同，则可保持外环控制单元411当前输出的力指令信号。反之，若该位移与预期的位移量不同，可通过查找专家数据库中与预期的位移量对应的力指令，并将该力指令信号输出至对应的内环控制单元，从而控制位移量与预期位移量相应。内环控制单元412可以采用PID控制算法。 [0028] 在一些实现方式中，本实施例的液压加载系统中的液压加载组件42a～42d可以包括液压缸421a～421d和与液压缸421a～421d对应设置的导向柱422a～422d。 [0029] 其中，液压缸421a～421d可用于向加载平台44施加输出压力。导向柱422a～422d的第一端与加载平台44固连，用于将液压缸421a～421d的输出压力的方向保持为垂直于加载平台44的方向。 [0030] 在一些可选实现方式中，液压加载组件42a～42d相对于加载平台的几何中心呈中心对称分布。这样的分布可以使得液压加载组件42a～42d向加载平台施加的力更加均匀，在一定程度上可保证加载平台44的倾斜范围较小。 [0031] 在本实施例的液压加载系统中，还可包括支架41、上模具45和下模具49。 [0032] 导向柱422a～422d的第二端与支架41构成圆柱副约束。上模具45与加载平台44固连，下模具49与支架41固连，且上模具45与下模具49合模形成具有至少一个进气口 48a、48b的模具腔体。 [0033] 此外，上模具还可包括真空抽吸口47，用于抽吸模具腔体中的空气。 [0034] 在实际应用中，待成型的板料46放置于上模具45与下模具49之间。上模具与下模具合模后，可从真空抽气口47向外抽吸空气，使得上模具45与下模具49形成的模腔内形成真空。接着，自进气口48a、48b向模腔内充入惰性气体。 [0035] 板料46在超温作用下呈现超塑性特性，在惰性气体高气压的作用下会贴合在模腔内。加载平台44受到液压加载组件42a～42d力的作用，上模具45、下模具49在高压气体和加载平台44的作用下保持受力平衡。支架41起到固定的作用，液压加载组件42a～42d中的导向柱422a～422d使得液压加载组件42a～42d中的液压缸421a～421d在竖直方向上运动。 [0036] 同时，控制组件410采集加载平台4上与各液压加载组件42a～42d位置对应的各点与各预定点之间的位移以及液压加载组件42a～42d输出的压力，可以使得加载平台44保持在水平平面内，这样一来，便可保证加载平台44不受到等效转矩作用，避免液压加载组件44受到侧向力的作用，进而减少整个液压加载系统的磨损，延长期使用寿命，并保证其加载精度。 [0037] 上面对本发明的一些实施方式进行了详细的描述。如本领域的普通技术人员所能理解的，在本发明的设备和方法中，显然，各部件或各步骤是可以分解、组合和/或分解后重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明的等效方案。还需要指出的是，执行上述系列处理的步骤可以自然地按照说明的顺序按时间顺序执行，但是并不需要一定按照时间顺序执行。某些步骤可以并行或彼此独立地执行。同时，在上面对本发明具体实施例的描述中，针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。 [0038] 应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。 [0039] 虽然已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本申请的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。

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