一种液压支架混合式加载系统及控制方法

本发明涉及矿山支护设备液压测试，特别涉及一种用于液压支架立柱、液压支架部件及整机加载试验的混合式加载系统及控制方法。

背景技术：

1、液压支架是煤矿综采工作面的关键支护装备，其立柱、千斤顶、顶梁和底座等结构件的承载性能直接影响工作面支护安全。液压支架在出厂检验、型式试验和性能评价过程中，需要通过加载试验台对其进行强度试验、耐久性试验、密封性能试验和保压性能试验。

2、目前，液压支架加载系统多采用普通定量泵配合手动阀调压方式，虽结构简单，但实际使用中存在加载速度迟缓、压力调节精度不足、加载冲击显著、系统发热严重、能耗偏高及自动化水平低下等问题。为此，部分试验系统引入伺服阀或比例阀以实现加载控制，虽在一定程度上提升了加载精度，但大流量加载工况下对阀件性能要求极为苛刻，系统制造成本高昂，且长期处于高压节流状态易导致显著的功率损失与油液温升。

3、此外，液压支架加载试验不仅要求精确控制加载力，在模拟支架压缩变形、立柱行程变化及结构件加载位置变动等工况时，还需对加载油缸的位移实施有效控制。然而，传统加载系统受其液压回路结构及控制方式的制约，系统压力调节与流量控制相互耦合，难以在同一液压回路中同时兼顾力与位移的独立调节需求，因而通常仅能实现单一的力控制或位移控制，无法在同一试验过程中兼顾二者的复合加载需求，更难以实现以力为主、位移限位或反之的协同约束式加载，限制了试验工况模拟的完整性与准确性。

技术实现思路

1、本发明提出一种液压支架混合式加载系统及控制方法，以解决上述现有技术中的不足，该系统及方法能够满足液压支架立柱及整机在强度、耐久性、密封和保压等试验中的复合加载需求，有效提高加载精度、降低能耗与冲击，并提升试验自动化与安全可靠性。

2、本发明的技术方案是：一种液压支架混合式加载系统及控制方法，包括油箱、承载件以及设置在承载件上的加载油缸，该系统还包括：

3、齿轮泵的入口与油箱相连通；

4、混合阀控部包括进油口与齿轮泵出口相连通的比例伺服阀、以及均并联在齿轮泵出口和油箱之间的比例溢流阀和手动卸荷阀，所述比例伺服阀的两个工作油口分别与加载油缸的无杆腔和有杆腔连接，比例伺服阀的回油口与油箱连接；所述比例溢流阀用于调节系统压力以控制加载力，所述比例伺服阀用于控制加载油缸的换向、加载速度及流量补偿；

5、检测件包括设置在加载油缸上的位移传感器和设置在加载油缸活塞杆上的力传感器，所述位移传感器用于检测加载油缸的输出位移，所述力传感器用于检测加载油缸的加载力；

6、控制器分别与位移传感器、力传感器、比例伺服阀和比例溢流阀通信连接，用于根据所述输出位移和加载力，以所述力传感器的反馈为主控制量并以所述位移传感器的反馈为限位约束条件，或者以所述位移传感器的反馈为主控制量并以所述力传感器的反馈为限力约束条件，对比例伺服阀和比例溢流阀进行闭环控制，以实现加载油缸的力控制模式、位移控制模式以及力与位移协同约束的混合加载模式。

7、在本发明至少一实施例中，所述比例伺服阀与加载油缸的油路上设有液压锁，所述液压锁用于锁定加载油缸工作腔内的压力油，以使加载油缸稳压保压或定位保持。

8、在本发明至少一实施例中，所述手动卸荷阀的设定压力高于比例溢流阀的最大工作压力。

9、在本发明至少一实施例中，所述齿轮泵的出口通过单向阀与比例伺服阀的进油口连接。

10、在本发明至少一实施例中，所述齿轮泵连接有电机，所述齿轮泵的入口与油箱的连通管道上设有过滤器。

11、在本发明至少一实施例中，所述承载件包括：底座、纵向设置在底座上的多个支撑立柱以及设有在各所述支撑立柱顶端的上加载横梁，所述加载油缸的活塞杆向下安装在上加载横梁上，所述底座上与加载油缸的下方用于放置被测试件。

12、本发明还提出一种液压支架混合式加载控制方法，包括以下步骤：

13、向控制器输入目标加载力、目标位移、预设速度、最大加载力或最大位移；

14、启动齿轮泵吸油进入系统，控制器根据设定参数向比例溢流阀和比例伺服阀输出控制信号，比例伺服阀切换至加载位，压力油进入加载油缸的无杆腔，推动加载油缸向下伸出；

15、控制器以位移传感器反馈为主控制量控制加载油缸快速伸出至接近被试支架，当力传感器检测到接触载荷或位移传感器达到预设接近位移时，控制器切换至以力传感器反馈为主控制量进行力闭环控制，使加载力按照预设曲线升高并稳定在目标加载力，同时以位移传感器反馈为限位条件限定加载油缸的位移范围；当加载力达到目标加载力或位移达到目标位移时，控制器进入保压段，以力传感器反馈为主、位移传感器反馈为限位条件进行协同控制；

16、试验结束后，控制器控制比例伺服阀换向或开启手动卸荷阀，加载油缸工作腔内的油液回到油箱，加载油缸卸载回位。

17、在本发明至少一实施例中，加载过程中，当达到目标加载力或目标位移后，所述液压锁锁定加载油缸工作腔压力油，控制器根据力传感器和位移传感器的反馈信号进行微量补压或卸压补偿。

18、在本发明至少一实施例中，在试验结束或需要中途停止时，控制器先将比例溢流阀的设定压力降低至卸载压力，再控制比例伺服阀换向，使加载油缸工作腔油液回流至油箱，以实现平稳卸载；当发生超压、超位移、传感器异常或断电情况时，手动卸荷阀可将齿轮泵出口油液直接卸回油箱，比例伺服阀回到安全位置，加载油缸停止继续加载，以保护被试支架和加载系统。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

20、本发明提供了一种液压支架混合式加载系统及控制方法，通过齿轮泵提供稳定供液基础，并利用并联在泵出口的比例溢流阀与比例伺服阀构成混合阀控部，其中比例溢流阀负责连续调节系统压力以精确控制加载力，比例伺服阀同时承担换向、加载速度调节及流量补偿功能，二者协同工作，既避免了传统伺服阀在大流量下高压节流导致的功率损失与温升问题，又显著提升了加载响应速度与控制分辨率。在此基础上，控制器以力传感器反馈为主控制量、位移传感器反馈为限位约束，或以位移传感器反馈为主控制量、力传感器反馈为限力约束，实现力控制、位移控制及力/位移协同约束的混合加载模式，从而在同一试验过程中既可按目标工作阻力精确施载，又能按设定行程或压缩量限定位移范围，并在快速接近、接触加载、保压等阶段自动切换主控量与约束条件，有效抑制加载冲击、减少超调与振荡，同时满足强度、耐久性、密封及保压等不同试验对力与位移的复合控制需求，大幅提升加载精度、试验自动化水平及系统安全可靠性。

1.一种液压支架混合式加载系统，包括油箱、承载件以及设置在承载件上的加载油缸，其特征在于，该系统还包括：

2.如权利要求1所述的一种液压支架混合式加载系统，其特征在于，所述比例伺服阀与加载油缸的油路上设有液压锁，所述液压锁用于锁定加载油缸工作腔内的压力油，以使加载油缸稳压保压或定位保持。

3.如权利要求1所述的一种液压支架混合式加载系统，其特征在于，所述手动卸荷阀的设定压力高于比例溢流阀的最大工作压力。

4.如权利要求1所述的一种液压支架混合式加载系统，其特征在于，所述齿轮泵的出口通过单向阀与比例伺服阀的进油口连接。

5.如权利要求1所述的一种液压支架混合式加载系统，其特征在于，所述齿轮泵连接有电机，所述齿轮泵的入口与油箱的连通管道上设有过滤器。

6.如权利要求1所述的一种液压支架混合式加载系统，其特征在于，所述承载件包括：底座、纵向设置在底座上的多个支撑立柱以及设有在各所述支撑立柱顶端的上加载横梁，所述加载油缸的活塞杆向下安装在上加载横梁上，所述底座上与加载油缸的下方用于放置被测试件。

7.一种液压支架混合式加载控制方法，基于权利要求1所述的一种液压支架混合式加载系统，其特征在于，包括以下步骤：

8.如权利要求7所述的一种液压支架混合式加载控制方法，其特征在于，在试验结束或需要中途停止时，控制器先将比例溢流阀的设定压力降低至卸载压力，再控制比例伺服阀换向，使加载油缸工作腔油液回流至油箱，以实现平稳卸载。

9.如权利要求7所述的一种液压支架混合式加载控制方法，其特征在于，在实验过程中，当发生超压、超位移、传感器异常或断电情况时，手动卸荷阀可将齿轮泵出口油液直接卸回油箱，比例伺服阀回到安全位置，加载油缸停止继续加载，以保护被试支架和加载系统。