机械式加载器国内外研究现状综述

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最开始的模拟负载器的加载系统采用的是机械式的，机械式的模拟负载器拥有价格低廉、结构设计简单但载荷不能实现连续变化的特点。为了解决在载荷方面的缺点，世界各地的研究人员对模拟负载器进行了不懈的研究与实验。来自日本的工程师池田荣光研制出一种试验台，该试验台通过电液式模拟负载器进行加载。20世纪70年代开始，我国对模拟负载器进行了研究，对被动式电液伺服系统也开展了研究，这些研究人员大部分来自高校和研究所。此间结果比较突出的高校包括西安的西北工业大学、武汉的华中理工大学、哈尔滨的哈尔滨工业大学以及北京的北京航空航天大学。对负载模拟器的研究越来越成熟，科研人员针对研究中出现的各种问题做了大量宝贵的工作，并且取到一定的成果。最近以来，伴随着电子电力技术的发展，电子器件和伺服电机的性能等各种情况得到了极大提高，电动加载的研究吸引了越来越多的科研人员，电动加载成为了一个新的研究方向。电动加载系统拥有结构设计比较简单、系统体积比较小、系统实时响应比较迅速、系统控制比较简单方便等优点[2]。87654

1 机械加载系统

机械式加载器有许多长处：结构的设计比较简单，在加载过程当中精度非常高，不存在多余力。缺点：负载情况不能任意变化。机械式的模拟加载装置总体上有扭杆以及悬臂梁两种形式[3]。

（1）扭杆式加载器论文网

扭杆式的机械加载器由两个部分组成，加载杆的相异的刚度系数（K）和相异的最大线性时的扭矩角。扭杆式加载机的结构简图如下图1-1所示。随便一根加载杆都是由两个部件组成：一个固定的套筒和一根扭杆。扭杆拥有一定大小的扭矩。当加载器进行加载时，通过某一点铰链所受的力矩以及此时最大的偏转角度，确定选择的加载杆的刚性系数和此时的最大线性的扭角，直接牢固连接扭杆和舵机，牢固连接加载杆上的套筒和机器底座，再配上适当的模拟惯量。舵机工作过程中，实现舵面加载以及对舵面惯量所进行的仿真。扭杆式的机械加载器示意图

图中1表示的是受载舱，2表示的是加载扭杆，3表示的是固定的套筒，4表示的是惯量模拟块，5表示的是固定的支撑架。

（2）悬臂梁式加载器

当扭矩作用于加载对象时，弹簧板受力因而发生弹性形变，加载对象所受到的力矩可以根据弹簧板的变形情况来模拟。选用相同刚度的弹簧板，连接板的头部和加载对象轴，此连接为刚性连接，刚度连接板的尾部和机座。加载对象进行旋转运动时，弹簧板受力发生弹性形变，产生一个力矩信号，该信号与舵机旋转角成一定比例，弹簧板使用相异的K就可以模拟相异力矩加载。

式中：为扭矩刚度值；

为扭转角度（）；

为扭矩（）；

为弹性剪切模量（）。

为弹簧的长度、宽度和厚度（）；

2 电液式加载系统

为了解决以上机械式的加载系统拥有的问题，研究人员开发出了电液式的加载系统。电液式的负载模拟器拥有比较高的精度、比较宽的频带、比较大的力矩等优势，并因此在模拟器领域变为主要研究对象。国内以及国外对于电液负载的模拟器方面的研究有非常多。而其中一个重要的研究方向则是如何有效解决运动过程中的多余力矩问题。

电液伺服的加载系统作为一个闭环系统，由液压泵、电磁阀、执行机构的元件以及相关的检测元件组成。电液式的伺服加载的系统工作的相关流程：输入信号由计算机传递到电磁阀，该输入信号可以调节电磁阀作用力的大小，进而影响通过电磁阀的流量和压力，从而达到加载的需求。按照执行元件的相异选择，我们通常可以把电液伺服的加载系统大概分为两类：第一种，执行机构选择摇动式的叶片马达，力矩通常作为输出量；第二种，执行元件选择液压油缸，力通常作为输出量[4]。