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CN116928948A - 一种大推力电动振动台动圈自适应冷却系统及控制方法 - Google Patents

一种大推力电动振动台动圈自适应冷却系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大推力电动振动台动圈自适应冷却系统，冷却系统包括经管路依次串联形成循环回路的水箱、过滤器、液压泵、驱动线圈以及热交换器，液压泵配置有驱动电机，驱动线圈呈螺旋管状结构，两端分别形成有进出水口一与进出水口二，中央还开设有进出水口三，冷却系统还包括：三位四通换向阀，布置于液压泵与驱动线圈相连的管路上，温度传感器一、温度传感器二以及温度传感器三，分别布置于进出水口一、进出水口二以及进出水口三处；电流传感器，布置于驱动线圈上；控制器，用以改变驱动电机的转速与驱动线圈内水流流动方向。本发明能够自适应的调节驱动电机转速，控制冷却系统流量，提高了冷却系统的利用效率。

Description

一种大推力电动振动台动圈自适应冷却系统及控制方法
技术领域
本发明涉及振动台技术领域，更具体涉及一种大推力电动振动台动圈自适应冷却系统及控制方法。
背景技术
电动振动台主要用于模拟被试件所处的振动力学环境，检验被试件在振动环境的可靠性与耐久性，广泛应用于航空航天、船舶车辆、轨道交通、工程机械等领域。对于电动振动台来说，动圈绕组、励磁绕组和短路环等零部件来说，由于它们的工作电流密度值都比较大，故这些零件工作中产生的热量往往很大，如果不对这些线圈进行冷却处理散发热量，那么在很短的时间内，线圈的温度就会逐渐升高，直至被高温烧坏，导致设备停机，故电动振动台一般都会有通风或通水冷却系统，其中通风冷却系统主要用于小推力电动振动台，通水冷却系统主要用于大推力电动振动台。
对于工作线圈通水(蒸馏水)冷却的大推力电动振动台来说，其线圈均为空心线圈，用以通水冷却。目前在大推力电动振动台冷却时，一般采用供恒定流量冷却水的方式对驱动线圈进行冷却，随着振动台功率的增大，存在如下问题：①冷却水在驱动线圈进水口时温度低，冷却效果好，而循环到出水口时水温升高，冷却效果变差，造成驱动线圈冷却效果不均衡，驱动线圈进出口温差大；②对于不同的负载，电动振动台运行时驱动线圈所产生的热量也不同，若采用相同的较大流量进行冷却，会造成能耗的浪费。
有鉴于此，有必要对现有技术中大推力电动振动台工作方式予以改进，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于公开一种大推力电动振动台动圈自适应冷却系统及控制方法，以解决上述技术问题，通过加入三位四通换向阀对驱动线圈进出水口进行交换，以降低驱动线圈进出水口的温差，同时通过自适应的调节驱动电机转速，控制冷却系统流量，提高了冷却系统的利用效率。
为实现上述目的，本发明提供了一种大推力电动振动台动圈自适应冷却系统，所述冷却系统包括经管路依次串联形成循环回路的水箱、过滤器、液压泵、驱动线圈以及热交换器，所述液压泵配置有驱动电机，所述驱动线圈呈螺旋管状结构，两端分别形成有进出水口一与进出水口二，中央还开设有进出水口三，所述冷却系统还包括：
三位四通换向阀，布置于所述液压泵与所述驱动线圈相连的管路上，具有P、A、B、T四个口，其中，P口通过管路与所述液压泵出水口相连，A口通过管路与驱动线圈进出水口一、进出水口二相连，B口通过管路与所述进出水口三相连，T口通过管路与所述热交换器的入水口相连；
温度传感器一、温度传感器二以及温度传感器三，分别布置于所述进出水口一、进出水口二以及进出水口三处；
电流传感器，布置于所述驱动线圈上，用于监测所述驱动线圈的驱动电流；
控制器，用于接收所述温度传感器、电流传感器的采集数据，并对所述三位四通换向阀、驱动电机进行控制，以改变所述驱动电机的转速与所述驱动线圈内水流流动方向。
本发明还公开了一种大推力电动振动台动圈自适应冷却系统的控制方法，包括以下步骤：
S1，在振动台工作状态下，通过温度传感器一、温度传感器二以及温度传感器三实时检测驱动线圈的进出水口一、进出水口二以及进出水口三的温度Tin1、Tin2、Tout；
S2，通过电流传感器检测所述驱动线圈实际电流Ie，预设电流强度最低阈值λlow*In与最高阈值λhigh*In，比较驱动线圈实际电流Ie与最低阈值λlow*In、最高阈值λhigh*In的大小，初次调整驱动电机的转速；
S3，判断驱动电机的转速是否达到额定转速n，若驱动电机的转速未达到额定转速n，再次调整驱动电机的转速；
S4，当驱动电机的转速达到额定转速n，并检测到进出水口三的温度值Tout超过进出水口一Tin1、进出水口二Tin2的平均温度值至△T2以上时，则控制三位四通换向阀，改变冷却系统进出水口方向，完成驱动线圈内冷却水的换向。
作为本发明的进一步改进，所述S1步骤中，通过比较Tavg与Tlim的大小，确定是否启用冷却系统，
当Tavg≤Tlim时，不启用冷却系统；
当Tavg>Tlim时，开启冷却系统；
其中Tlim为根据实际设备所设定的温度阈值，Tavg为驱动线圈进出水口的平均温度
作为本发明的进一步改进，所述S2步骤中，调整方式具体为：
当Ie≤λlow％·In时，调整驱动电机的转速为额定转速的λlow*n；
当λlow％·In<Ie≤λhigh％·In时，调整驱动电机的转速为额定转速的λhigh*n；
当Ie>λhigh％·In时，调整驱动电机的转速为额定转速n。
作为本发明的进一步改进，所述S3步骤中，再次调整驱动电机的转速方式为：S31，重新对驱动线圈进出水口一、进出水口二以及进出水口三的温度Tin1、Tin2、Tout进行检测；
S32，判定经过△t时间后，检测驱动线圈进出水口的平均温度Tavg是否升高△T1；
S33，若升高△T1，提升驱动电机转速δ％n；
S34，继续比较驱动电机的转速是否达到额定转速n，若达到或超过额定转速n时，调整驱动电机的转速为额定转速n；
若依旧未达到额定转速n时，则依次重复所述S31、S32、S33步骤，直至驱动电机的转速达到或超过额定转速n；
其中△t、△T1为根据实际设备所设定的时间量与温度量，δ为根据实际设备所设定的电机转速增量。
作为本发明的进一步改进，还包括S5步骤，继续实时检测驱动线圈的进出水口一、进出水口二以及进出水口三的温度Tin1、Tin2、Tout；当(Tin1+Tin2)/2-Tout>△T2时，则控制三位四通换向阀再次换向，改变冷却系统进出水口方向，并依次重复所述S4、S5步骤。
作为本发明的进一步改进，所述Tlim在25℃到40℃之间。
作为本发明的进一步改进，所述λlow在20到40之间，所述λhigh在60到80之间。
作为本发明的进一步改进，所述△t在10-20s之间，所述△T1在5℃到10℃之间，所述△T2在10℃到20℃之间，所述δ在10到20之间。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一种大推力电动振动台动圈自适应冷却系统，通过具有进出水口一、进出水口二以及进出水口三的驱动线圈，三位四通换向阀，温度传感器，电流传感器和控制器的组合，实现对驱动线圈进出水方向的调整，同时通过电流传感器对驱动线圈的工作电流进行检测，控制器实现对驱动电机的转速进行调节，使其更符合设备的实际使用状况，提高了资源的利用效率；该冷却系统的控制方法能够根据电动振动台驱动线圈工作时温度的变化，自适应调节驱动电机转速，从而控制冷却系统流量，提高了冷却系统的利用效率；以避免电动振动台冷却系统工作时，造成驱动线圈进出水口温度相差过大的情况，通过加入三位四通换向阀对进出水口进行交换，降低驱动线圈进出水口的温差；本发明方法巧妙、易于操作、维护方便、适应性强，具有很高实用性。
附图说明
图1为本发明一种大推力电动振动台动圈自适应冷却系统的示意图；
图2为本发明一种大推力电动振动台动圈自适应冷却系统中驱动线圈的结构示意图；
图3为本发明一种大推力电动振动台动圈自适应冷却系统及控制方法的流程示意图。
图中：1、进出水口三；2、温度传感器；3、进出水口二；4、进出水口一；5、三位四通换向阀；6、溢流阀；7、驱动电机；8、过滤器；9、液压泵；10、热交换器；11、水箱。
具体实施方式
下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
请参图1至图3所示出的本发明一种大推力电动振动台动圈自适应冷却系统的一种具体实施方式。
一种大推力电动振动台动圈自适应冷却系统，冷却系统包括经管路依次串联形成循环回路的水箱11、过滤器8、液压泵9、驱动线圈以及热交换器10，液压泵9为定量泵，且配置有驱动电机7，出水口支路连接有溢流阀6，驱动线圈呈螺旋管状结构，两端分别形成有进出水口一4与进出水口二3，中央还开设有进出水口三1，冷却系统还包括：三位四通换向阀5，布置于液压泵9与驱动线圈相连的管路上，具有P、A、B、T四个口，其中，P口通过管路与液压泵9出水口相连，A口通过管路与驱动线圈进出水口一4、进出水口二3相连，B口通过管路与进出水口三1相连，T口通过管路与热交换器10的入水口相连；温度传感器2一、温度传感器2二以及温度传感器2三，分别布置于进出水口一4、进出水口二3以及进出水口三1处；电流传感器，布置于驱动线圈上，用于监测驱动线圈的驱动电流；控制器，用于接收温度传感器2、电流传感器的采集数据，并对三位四通换向阀5、驱动电机7进行控制，以改变驱动电机7的转速与驱动线圈内水流流动方向。
其工作原理为：通过驱动电机7驱动液压泵9的方式为驱动线圈提供冷却水，可以通过改变伺服电机转速从而改变冷却系统流量，冷却水经过三位四通换向阀5进入驱动线圈，通过对三位四通换向阀5进行换向可以改变驱动线圈冷却水的进口与出口，最后冷却水经热交换器10回到水箱11，实现最佳降温效果的冷却水路。
本发明还公开了一种大推力电动振动台动圈自适应冷却系统的控制方法，包括以下步骤：
S1，在振动台工作状态下，通过温度传感器2一、温度传感器2二以及温度传感器2三实时检测驱动线圈的进出水口一4、进出水口二3以及进出水口三1的温度Tin1、Tin2、Tout；S1步骤中，通过比较Tavg与Tlim的大小，确定是否启用冷却系统，当Tavg≤Tlim时，不启用冷却系统；当Tavg>Tlim时，开启冷却系统；其中Tlim为根据实际设备所设定的温度阈值，Tlim在25℃到40℃之间，Tavg为驱动线圈进出水口的平均温度
S2，通过电流传感器检测驱动线圈实际电流Ie，预设电流强度最低阈值λlow*In与最高阈值λhigh*In，λlow在20到40之间，λhigh在60到80之间，比较驱动线圈实际电流Ie与最低阈值λlow*In、最高阈值λhigh*In的大小，初次调整驱动电机7的转速；调整方式具体为：
当Ie≤λlow％·In时，调整驱动电机7的转速为额定转速的λlow*n；
当λlow％·In<Ie≤λhigh％·In时，调整驱动电机7的转速为额定转速的λhigh*n；
当Ie>λhigh％·In时，调整驱动电机7的转速为额定转速n。
S3，判断驱动电机7的转速是否达到额定转速n，若驱动电机7的转速未达到额定转速n，再次调整驱动电机7的转速；再次调整驱动电机7的转速方式为：S31，重新对驱动线圈进出水口一4、进出水口二3以及进出水口三1的温度Tin1、Tin2、Tout进行检测；
S32，判定经过△t时间后，检测驱动线圈进出水口的平均温度Tavg是否升高△T1；S33，若升高△T1，提升驱动电机7转速δ％n；S34，继续比较驱动电机7的转速是否达到额定转速n，若达到或超过额定转速n时，调整驱动电机7的转速为额定转速n；若依旧未达到额定转速n时，则依次重复S31、S32、S33步骤，直至驱动电机7的转速达到或超过额定转速n；其中△t、△T1为根据实际设备所设定的时间量与温度量，△t在10-20s之间，△T1在5℃到10℃之间，δ为根据实际设备所设定的电机转速增量，δ在10到20之间。
S4，当驱动电机7的转速达到额定转速n，并检测到进出水口三1的温度值Tout超过进出水口一4Tin1、进出水口二3Tin2的平均温度值至△T2以上时，△T2在10℃到20℃之间，则控制三位四通换向阀5，改变冷却系统进出水口方向，完成驱动线圈内冷却水的换向。
还包括S5步骤，继续实时检测驱动线圈的进出水口一4、进出水口二3以及进出水口三1的温度Tin1、Tin2、Tout；当(Tin1+Tin2)/2-Tout>△T2时，则控制三位四通换向阀5再次换向，改变冷却系统进出水口方向，并依次重复S4、S5步骤。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种大推力电动振动台动圈自适应冷却系统，所述冷却系统包括经管路依次串联形成循环回路的水箱、过滤器、液压泵、驱动线圈以及热交换器，所述液压泵配置有驱动电机，其特征在于，所述驱动线圈呈螺旋管状结构，两端分别形成有进出水口一与进出水口二，中央还开设有进出水口三，所述冷却系统还包括：
三位四通换向阀，布置于所述液压泵与所述驱动线圈相连的管路上，具有P、A、B、T四个口，其中，P口通过管路与所述液压泵出水口相连，A口通过管路与驱动线圈进出水口一、进出水口二相连，B口通过管路与所述进出水口三相连，T口通过管路与所述热交换器的入水口相连；
温度传感器一、温度传感器二以及温度传感器三，分别布置于所述进出水口一、进出水口二以及进出水口三处；
电流传感器，布置于所述驱动线圈上，用于监测所述驱动线圈的驱动电流；
控制器，用于接收所述温度传感器、电流传感器的采集数据，并对所述三位四通换向阀、驱动电机进行控制，以改变所述驱动电机的转速与所述驱动线圈内水流流动方向。
2.一种大推力电动振动台动圈自适应冷却系统的控制方法，基于权利要求1所述的一种大推力电动振动台动圈自适应冷却系统，其特征在于，包括以下步骤：
S1，在振动台工作状态下，通过温度传感器一、温度传感器二以及温度传感器三实时检测驱动线圈的进出水口一、进出水口二以及进出水口三的温度Tin1、Tin2、Tout；
S2，通过电流传感器检测所述驱动线圈实际电流Ie，预设电流强度最低阈值λlow*In与最高阈值λhigh*In，比较驱动线圈实际电流Ie与最低阈值λlow*In、最高阈值λhigh*In的大小，初次调整驱动电机的转速；
S3，判断驱动电机的转速是否达到额定转速n，若驱动电机的转速未达到额定转速n，再次调整驱动电机的转速；
S4，当驱动电机的转速达到额定转速n，并检测到进出水口三的温度值Tout超过进出水口一Tin1、进出水口二Tin2的平均温度值至△T2以上时，则控制三位四通换向阀，改变冷却系统进出水口方向，完成驱动线圈内冷却水的换向。
3.根据权利要求2所述的一种大推力电动振动台动圈自适应冷却系统的控制方法，其特征在于，所述S1步骤中，通过比较Tavg与Tlim的大小，确定是否启用冷却系统，
当Tavg≤Tlim时，不启用冷却系统；
当Tavg>Tlim时，开启冷却系统；
其中Tlim为根据实际设备所设定的温度阈值，Tavg为驱动线圈进出水口的平均温度
4.根据权利要求2所述的一种大推力电动振动台动圈自适应冷却系统的控制方法，其特征在于，所述S2步骤中，调整方式具体为：
当Ie≤λlow％·In时，调整驱动电机的转速为额定转速的λlow*n；
当λlow％·In<Ie≤λhigh％·In时，调整驱动电机的转速为额定转速的λhigh*n；
当Ie>λhigh％·In时，调整驱动电机的转速为额定转速n。
5.根据权利要求3所述的一种大推力电动振动台动圈自适应冷却系统的控制方法，其特征在于，所述S3步骤中，再次调整驱动电机的转速方式为：
S31，重新对驱动线圈进出水口一、进出水口二以及进出水口三的温度Tin1、Tin2、Tout进行检测；
S32，判定经过△t时间后，检测驱动线圈进出水口的平均温度Tavg是否升高△T1；
S33，若升高△T1，提升驱动电机转速δ％n；
S34，继续比较驱动电机的转速是否达到额定转速n，若达到或超过额定转速n时，调整驱动电机的转速为额定转速n；
若依旧未达到额定转速n时，则依次重复所述S31、S32、S33步骤，直至驱动电机的转速达到或超过额定转速n；
其中△t、△T1为根据实际设备所设定的时间量与温度量，δ为根据实际设备所设定的电机转速增量。
6.根据权利要求2所述的一种大推力电动振动台动圈自适应冷却系统的控制方法，其特征在于，还包括S5步骤，继续实时检测驱动线圈的进出水口一、进出水口二以及进出水口三的温度Tin1、Tin2、Tout；当(Tin1+Tin2)/2-Tout>△T2时，则控制三位四通换向阀再次换向，改变冷却系统进出水口方向，并依次重复所述S4、S5步骤。
7.根据权利要求3所述的一种大推力电动振动台动圈自适应冷却系统的控制方法，其特征在于，所述Tlim在25℃到40℃之间。
8.根据权利要求2所述的一种大推力电动振动台动圈自适应冷却系统的控制方法，其特征在于，所述λlow在20到40之间，所述λhigh在60到80之间。
9.根据权利要求5所述的一种大推力电动振动台动圈自适应冷却系统的控制方法，其特征在于，所述△t在10-20s之间，所述△T1在5℃到10℃之间，所述△T2在10℃到20℃之间，所述δ在10到20之间。
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