一种基于动平衡工作原理的大行程位移高精度测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于机械工程测试领域，涉及到土力学三轴试验，尤其是一种针对大行程传力轴的高精度位移检测装置。
【背景技术】
[0002]测量土壤的强度和变形而常使用三轴试验仪，该仪器应用广泛，可用于测量多种参数，包括剪切强度特性，固结特点和土壤渗透性。其中一定应力作用下试样轴向位移的变化是个非常重要的测量参数，轴向位移测量精度的高低决定了三轴试验的成败。对于中小型三轴试验仪，试样轴向位移变化区间通常小于150mm，目前现有的线性位移传感器如:电感式、电阻式，磁环式位移传感器等基本能满足要求。试样轴向位移变化区间越小，选用的位移传感器的量程越小，整个区间的测量精度越高，反之亦然。然而，对于大型、超大型三轴试验仪，三轴试验过程中试样轴向变形区间可达500mm针对直径1.0mm，高2.5的圆柱试样，试验中圆柱试样高度变化〈20%，如选用量程为500_的位移传感器会导致局部测量的精度非常低。因此，大型、超大型三轴试验中，试样轴向位移的高精度测量是非常困难的。
[0003]目前，国内外还没有针对大型、超大型三轴试验仪专用的大量程高精度测量装置。大量程光栅尺能够保证整个区间的测量精度，由于大型、超大型三轴试验仪通常采用液压伺服系统，施加重载的条件下会产生较强的高频抖动干扰，这就导致了大量程光栅尺会在大噪声背景下产生累积误差，导致测量精度的降低。另外光栅尺断电后无法确认当前位置，需要回零位清零后重新测量。因此，由于无法消除大噪声背景下的累积误差，高精度的大量程光栅尺并不适合在大型、超大型三轴试验仪中应用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是:解决三轴试验仪轴向位移精确测量问题，发明的测量装置实现试样轴向大变形区间100mm的高精度连续测量。本装置特点是结构简单，测量位移放大了 9倍，测量精度高，运动平稳保证了检测过程中无额外振动干扰。
[0005]本发明采用的技术方案是:一种基于动平衡工作原理的大行程位移高精度测量装置，包括A液压缸子系统、B液压缸子系统和C液压缸子系统，A液压缸子系统包括测量挡板3、A柱塞式液压缸输出轴4、A柱塞式液压缸5、A柱塞式液压缸夹具6、A柱塞式液压缸固定板I和A上连接软管7，B液压缸子系统包括高精度位移传感器12、传感器固定架13、B柱塞式液压缸输出轴1、8柱塞式液压缸153柱塞式液压缸夹具16、8柱塞式液压缸固定板11、8上连接软管17和复位弹簧28，C液压缸子系统包括伺服电机26、伺服电机丝杠转换装置25、伺服电机导轨24、活塞式液压缸22、C固定底座27和C连接软管21;
[0006]A液压缸子系统中的柱塞式液压缸A固定板I固定于竖直墙壁上，A柱塞式液压缸5通过螺栓固定于柱塞式液压缸A固定板I上，油缸/气缸输出轴2、测量挡板3、A柱塞式液压缸输出轴4和A柱塞式液压缸5依次相连;A柱塞式液压缸5通过A柱塞式液压缸夹具6与A上连接软管7相连，A上连接软管7通过转换接头A8连接A下连接软管A9，并与B液压缸子系统、C液压缸子系统相连通;转换接头固定在转换接头固定板上;A下连接软管9、B下连接软管19和C下连接软管21通过T型三通接头10连通；
[0007]B液压缸子系统中的柱塞式液压缸固定板11固定于墙壁上，柱塞式液压缸15通过螺栓固定于其上面，复位弹簧28与B柱塞式液压缸15内部输出轴连接;高精度位移传感器12通过传感器固定架13固定到柱塞式液压缸固定板11上，并与B柱塞式液压缸输出轴14连接；其余部分部件连接关系均与A液压缸子系统的连接关系相同；
[0008]C液压缸子系统中C固定底座27固定于地面上，活塞式液压缸22和伺服电机导轨24固定于C固定底座27上，伺服电机丝杠转换装置25安装到伺服电机导轨24上，用于连接滚珠丝杠23和伺服电机26，实现了运动的转换，其余部分部件连接关系均与A液压缸子系统的连接关系相同。
[0009]三轴试验仪加载过程中轴向移动测量挡板3的移动情况与被测轴I完全相同。
[0010]测量开始前，先将测量挡板3与左边液压缸的活塞杆4接触，调整伺服电机26带动下液压缸活塞杆左移，保证系统接触无间隙，此时对传感器及伺服电机进行标定，当位移传感器12输出信号与设定值中位值相等时，伺服电机停止运动，系统处于待检测状态。
[0011 ]当开始测量时，A子系统首先进行变化，测量挡板推动A柱塞杆4运动，从而推动液压油在系统中流动，电动缸初始不动，液压油只能推动B系统的柱塞杆14移动，A、B系统柱塞杆直径比1:3，当A系统位移传递到B系统时，实际位移相当于放大了9倍，B子系统的高精度位移传感器12检测到位移信号后，将信号传送给控制器，控制器的目的就是要保证位高精度位移传感器输出信号恒定不变，此时控制伺服电机26带动电动缸输出轴移动，使C子系统液压缸的活塞杆右移，液压油经由连接软管进入C系统液压缸，B子系统活塞杆在复位弹簧28的作用下，恢复初始位置，直到传感器输出值与设定值相等，伺服电机26停止运转。由于伺服电机采用高精度编码器，读取伺服电机运转过程中编码器的脉冲数据，进行相应的计算，就可以得到三轴试验仪传力轴精确的位移。
[0012]本发明的效果和益处:被测量移动轴的下方设计了A、B、C液压缸子系统，A子系统和B子系统为柱塞式液压缸，直径之比为1:3，不可压缩的液压油作为传递媒介，B系统传感器检测的位移实现了 9倍的放大，而高精度伺服电机可以精确控制丝杠运动，从而可以保持B系统高精度位移传感器输出信号的始终处于一个动态稳定不变的状态。伺服电机采用安川AC伺服电机26，该伺服电机带有24位光电编码器，电机旋转一周可以产生16777216物理脉冲具有极高的角位移检测精度。采用C7级滚珠丝杠23，精度误差小于50um/300mm。伺服电机程序控脉冲设置为20000脉冲/转。高精度位移传感器量程— 10mm)，测量精度〈0.1%，全量程输出电压信号O—1V。
[0013]该装置选用高精度小位移传感器和伺服电机保证了测量和定位精度。采用静液传动方式，运动平稳保证了检测过程中无额外振动干扰。该装置结构灵巧、布局合理、适应性强、寿命长、测量精度高，解决了大量程全范围内的高精度双向测量问题，具有良好的经济性和推广价值。
【附图说明】
[0014]图1是大行程位移高精度测量装置的主视图。
[0015]图2是该装置总体结构的俯视图。
[0016]图3是该装置总体结构的左视图。
[0017]图4是该装置总体结构等轴测图。
[0018]图5是该装置去除柱塞式液压缸体之后总体结构主视图。
[0019]图中:I柱塞式液压缸A固定板;2油缸/气缸输出轴;3测量挡板;4A柱塞式液压缸输出轴;5A柱塞式液压缸;6A柱塞式液压缸夹具;7A上连接软管;8转换接头A; 9A下连接软管；1T型三通接头；IIB柱塞式液压缸固定板；12高精度位移传感器；13传感器固定架；14B柱塞式液压缸输出轴；15B柱塞式液压缸;16B柱塞式液压缸夹具；17B上连接软管；18转换接头B;19B下连接软管;20转换接头固定板;21C下连接软管;22活塞式液压缸;23滚珠丝杠;24伺服电机导轨;25伺服电机丝杠转换装置;26伺服电机;27C固定底座;28复位弹簧。
【具体实施方式】
[0020]以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的【具体实施方式】。
[0021 ]如图1-5所示，装配时零件用煤油清洗，晾干后配合表面涂油，各零件不加工表面应清洗干净，除去毛边毛刺，浸涂防锈漆，在密封口缠绕多层生胶带，严格保证液压缸及液压缸与软管连接处的密封性;图1中可以清楚的看到A、B、C三套液压缸子系统，A子系统包括了柱塞式液压缸A固定板、油缸/气缸输出轴、轴向移动测量挡板、柱塞式液压缸A输出轴、柱塞式液压缸A、柱塞