CN112178009A - 一种电液执行器性能测试实验台 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电液执行器性能测试实验台，涉及元件性能测试实验台技术领域，可以包括：油箱、动力装置、阀体模块、负载模拟部分、传感器模块和控制装置，油箱的出油口通过吸油管与阀体模块连接，油箱与阀体模块之间的油路上设置有动力装置，用于对油液提供动力；阀体模块还通过油管与负载模拟部分以及电液执行器进行连接，负载模拟部分用于对电液执行器进行加载，传感器模块与电液执行器连接；阀体模块还通过回油管与油箱的回油口进行连接；所有油箱、阀体模块、动力装置、负载模拟部分、传感器模块均与控制装置进行连接。本发明参照电液力模拟器原理，对电液执行器实现力闭环控制，更加精确地模拟所需加载力。

Description

一种电液执行器性能测试实验台

技术领域

本发明涉及元件性能测试实验台技术领域，特别是涉及一种电液执行器性能测试实验台。

背景技术

液压传动与电力传动、机械传动相比，具有功重比高、工作平稳、换向冲击小、响应快、推力大等优点，广泛应用于足式机器人等领域，足式机器人的运动性能好坏很大程度上取决于电液执行器的动态性能，电液执行器的响应速度越快，机器人运动越灵活，响应精度越高，机器人运动越精准。因此，进行实际负载工况下的电液执行器的性能测试和控制方法研究具有实际意义，而在机器人整机上进行单个电液执行器的基础实验研究工作会带来负载的不确定性及多环境结构实验造成的不必要能源浪费，且由于机器人每条足均由多个电液执行器串联而成，各电液执行器位置控制之间的相互耦合特性也会增加更多不确性因素，进而不利于其性能测试及测试结果的分析。

电液执行器位置/力控制的动静态性能直接影响着机器人各关节的运动控制性能，但随着各关节运动工况的不同，电液执行器位置控制性能也有所差异，主要体现为其稳定性、快速性和准确性的变化，了解不同工作参数下的电液执行器位置控制性能并分析工作参数对其性能的影响，可以校验电液执行器的性能是否可以满足该种工况下的关节驱动要求，并有助于针对不同的工作参数研究相应的补偿控制方法以提高其控制性能，由于数学模型是在诸多假设成立的前提条件下建立的，这样基于数学模型建立的仿真模型不可能完全描述实际系统的全部工作性能，因此单纯的仿真分析结论只应作为参考，需要与实验相结合才能确保分析结论的可靠性，所以，电液执行器性能测试实验台具有很好的发展前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种电液执行器性能测试实验台，以解决上述现有技术存在的问题，参照电液力模拟器原理，对电液执行器实现力闭环控制，更加精确地模拟所需加载力。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种电液执行器性能测试实验台，包括：油箱、动力装置、阀体模块、负载模拟部分、传感器模块和控制装置，所述油箱的出油口通过吸油管与所述阀体模块连接，所述油箱与所述阀体模块之间的油路上设置有动力装置，用于对油液提供动力；所述阀体模块还通过油管与所述负载模拟部分以及电液执行器进行连接，所述负载模拟部分用于对所述电液执行器进行加载，所述传感器模块与所述电液执行器连接；所述阀体模块还通过回油管与所述油箱的回油口进行连接；所有油箱、所述阀体模块、所述动力装置、所述负载模拟部分、所述传感器模块均与所述控制装置进行连接。

优选的，还包括底座和试验台支架，所述油箱和所述动力装置固定于所述底座上，所述阀体模块通过阀块安装座安装于所述试验台支架上，所述电液执行器通过执行器固定夹具固定于所述试验台支架上，所述负载模拟部分固定于所述试验台支架上。

优选的，所述油箱包括油箱箱体，所述油箱箱体上设置有出油口和回油口，所述油箱箱体的侧面开设有人孔，所述人孔上通过螺栓安装有清洗盖；所述油箱箱体的底部设置有排油孔，所述排油孔上设置有油圈，所述油圈上设置有螺塞；所述油箱箱体的顶部安装有顶板，所述顶板上设置有吊耳；所述顶板上还设置有通气孔，所述通气孔上安装有空气过滤器，所述油箱箱体上安装有液位计和温度传感器。

优选的，所述油箱箱体的底板为V型结构，两边高中间低，所述油箱箱体的中部设置有隔板，所述隔板与所述油箱箱体的底板之间存在间隙；所述出油口和所述回油口分别位于所述隔板的两侧。

优选的，所述回油管上安装有风冷却器，所述风冷却器通过风冷却器安装座安装于所述油箱上。

优选的，所述动力装置采用电机泵组，所述电机泵组包括柱塞泵和异步电动机，所述异步电动机和所述柱塞泵之间通过联轴器相连；所述油箱通过管路与所述柱塞泵的进油口相连，所述柱塞泵的出油口通过管路与所述阀体模块连接。

优选的，所述阀体模块包括阀块，所述阀块的前端设置有过滤器，所述过滤器与所述动力装置连接；所述阀块内设置有单向阀和换向阀，所述单向阀一端与所述过滤器连接，另一端与所述换向阀连接，所述换向阀设置有两个，分别与所述负载模拟部分或者所述电液执行器连接。

优选的，所述单向阀与所述换向阀之间的管路上连接有蓄能器，所述蓄能器通过蓄能器安装座安装于所述试验台支架上，所述阀块上还设置有溢流阀，所述阀块还连接有压力表。

优选的，所述负载模拟部分包括加载液压缸，所述加载液压缸与所述电液执行器相对设置，所述加载液压缸的活塞杆与所述电液执行器的活塞杆连接；所述加载液压缸和所述电液执行器的进油端均设置有伺服阀。

优选的，所述传感器模块包括力传感器、位移传感器和压力传感器。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

1、本发明参照电液力模拟器原理，选取一套电液执行器实现力闭环控制，更加精确地模拟所需加载力，从而对被测控的电液执行器进行同轴对顶加载；

2、本发明实验台最高测试压力可以达到31.5MPa，压力可以在1MPa到21MPa之间连续可调，可以提供复杂多变的加载力，满足多种实际工况的加载要求；

3、本发明采用压力传感器、位移传感器和力传感器对被测执行器的参数进行实时采集，能够对电液执行器的出力、速度、位移、泄漏、摩擦等参数进行精确测试。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明电液执行器性能测试实验台液压原理图；

图2为本发明电液执行器性能测试实验台的主视图；

图3为本发明电液执行器性能测试实验台的左视图；

图4为本发明电液执行器性能测试实验台的俯视图；

图5为本发明油箱的主视图；

图6为本发明油箱的左视图；

图7为本发明油箱的俯视图；

图8为本发明阀块模组的立体结构示意图；

图9为本发明阀块模组的仰视图；

图10为本发明阀块模组的俯视图；

图11为本发明阀块模组的主视图；

图12为本发明阀块模组的后视图；

图13为本发明阀块模组的右视图；

图14为本发明阀块模组的左视图；

图中，1.1、1.2、1.3为高压球阀，2为恒压变量轴向柱塞泵，3为Y系列异步电动机，4为风冷却器，5为高压过滤器，6为压力表，7为溢流阀，8为单向阀，9为蓄能器，10.1、10.2为两位三通换向阀，11.1、11.2为伺服阀，12.1、12.2为压力传感器，13为力传感器，14为液压缸，15为位移传感器，16为力放大器，17为位移放大器，18为控制器，19为伺服阀放大器，20为接线端子，201为伺服控制器；

21为试验台支架，22为压力表，23为六角螺母，24为六角螺栓，25为执行器安装座，26为电液执行器，27为等长双头螺柱，28为高压软管，29为底座，210为油箱，211为高压软管，213为变径接头，214-216为高压软管，217为变径接头，218为高压球阀，220为蓄能器安装座，221为管接头，222为无缝钢管28×25×100，223为安装板，224为测压接头，225为测压软管，226为阀体模块，227为阀块安装座，228为六角螺栓12×25，229为执行器固定夹具，230为六角螺栓M16×60，231为六角螺母M16，232为高压软管，233为无缝钢管28×25×120，234为风冷却器安装座，235电机泵组，236为六角螺栓M14×60，237为六角螺母M14，238为六角螺栓M8×16，239为六角螺母M8，240为球阀，241为高压软管，242为管接头，243为变径接头，244为高压软管；

31为液位计/温度指示器，32为空气过滤器，33为六角螺栓，34为油圈，35为螺塞，36为清洗盖，37为隔板式直通焊接接头，38为箱体，39为隔板式直通焊接接头，310为无缝钢管28×24×300，311为密封垫片，312为无缝钢管10×8×300，13为顶板，314为六角法兰面螺栓，315为焊接六角螺母，316为密封垫片，317为焊接六角螺母，318为隔板式直通焊接接头，319为无缝钢管15×12×300；

41为高压堵头，42为内六角圆柱头螺钉，43为阀块安装高压过滤器，44为阀块，45为端直通24°接头，47为端直通24°接头，48为二位二通电磁换向阀，49为端直通24°接头，410为插装式单向阀，411为旋塞螺钉。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-14所示，本实施例提供一种电液执行器性能测试实验台，包括：油箱、动力装置、阀体模块、负载模拟部分、传感器模块和控制装置，所述油箱的出油口通过吸油管与所述阀体模块连接，所述油箱与所述阀体模块之间的油路上设置有动力装置，用于对油液提供动力；所述阀体模块还通过油管与所述负载模拟部分以及电液执行器进行连接，所述负载模拟部分用于对所述电液执行器进行加载，所述传感器模块与所述电液执行器连接；所述阀体模块还通过回油管与所述油箱的回油口进行连接；所有油箱、所述阀体模块、所述动力装置、所述负载模拟部分、所述传感器模块均与所述控制装置进行连接。

如图1所示，溢流阀7用于调定系统供油压力，并通过压力表读取数值，具体地，通过调节旋钮控制溢流阀7内弹簧的压缩量，实现压力调节的功能，溢流阀7为DBD型直动式插装溢流阀；由于伺服阀对油液清洁度要求很高，在泵口安装高精度高压过滤器5，伺服阀为电液伺服阀；两位三通换向阀用于控制两套子系统的通断；蓄能器9起到稳定伺服阀前供油压力的作用；通过计算系统发热功率，在系统回油路安装风冷却器4进行油液冷却；通过伺服阀11.1和位移传感器15实现被测试电液执行器的位置闭环控制；通过伺服阀11.2和力传感器13实现负载模拟部分的力闭环控制。

电液执行器26空载实验时，关闭两位三通换向阀10.2，断开被测电液执行器26与负载模拟部分的机械连接，液压油经过两位三通换向阀10.1和伺服阀11.1进入电液执行器的有杆腔和无杆腔，而此时，由于两位三通换向阀10.2是关闭状态，所以负载模拟部分提供的加载力为零，此时电液执行器26的性能参数通过各类传感器，经信号线反馈给控制器，实现对执行器性能参数的实时测量；

带载实验时，打开两位三通换向阀10.2，将被测电液执行器与负载模拟部分用力传感器13刚性连接，此时负载模拟部分向被测电液执行器26提供加载力，通过传感器对信号进行实时监测，实现整个系统的闭环控制；实验过程中，位移传感器15用于检测被测试的电液执行器位移、速度和加速度响应信号，力传感器13用于检测作用于被测电液执行器活塞杆的力信号，位移传感器15为磁滞式位移传感器。

如图2-4所示，电机泵组235和油箱210连接在底座29上，风冷却器4通过风冷却器安装座234安装在油箱上，阀块安装座227上安装有阀体模块226，通过螺钉固定在试验台支架21上，蓄能器9(高压皮囊式蓄能器)和执行器固定夹具也分别通过蓄能器安装座220和安装板223固定在试验台支架21上。

在本实施例中，所述电机泵组包括柱塞泵和异步电动机，所述异步电动机和所述柱塞泵之间通过联轴器相连，异步电动机带动柱塞泵，为系统内油液的流动提供动力；其中，柱塞泵为恒压变量轴向柱塞泵2，异步电动机为Y系列异步电动机3；所述油箱通过管路与所述柱塞泵的进油口相连，所述柱塞泵的出油口通过管路与所述阀体模块连接。

实验台工作时，电机泵组235带动油箱210中的油液进入阀体模块226中，然后进入对顶缸系统中，实现电液执行器的性能测试，风冷却器4对油液进行降温，防止系统温度过高，蓄能器9进行有稳压的作用，测压接头对阀块中油液的压力进行测试，通过阀体模块226中的溢流阀对液压系统压力进行调节，使实验台最高测试压力能够达到31.5MPa，压力可以在1MPa到21MPa之间连续可调，一体化电液执行器26中的压力传感器、力传感器和位移传感器，可以对执行器的出力、速度、位移等参数进行测量，通过实时采集传感器的信号，结合电液执行器26上的伺服阀，对执行器的性能进行更综合、全面的测试。

如图5-7所示，本实施例中由于安装空间较大，所以可以选择旁置式的油箱，将电机泵组与油箱安装在同一个底座上，因为液压泵置于油箱液面之下，能使轴向柱塞泵的吸入性变好，并且旁置式的结构具有高度底，便于维修等特点，故在实验台液压系统中采用旁置式油箱的泵站设计方案。

为方便维修和清理油箱，需要预留给操作的空间，在侧面开人孔，清洗盖36通过六角螺栓33拧在油箱箱体38的侧面，清理和维修油箱时，先将螺塞35拧下，油液通过油圈34从排油孔排出，然后将清洗盖36拧下，打开人孔，相关人员可以进行清洁维修工作。

油箱箱体38为焊接件，材料为5mm的不锈钢板；油箱箱体38的底座是用冷轧槽钢焊接的，同时也将电机泵组固定其上。油箱中间用隔板隔开，隔板能将吸油区和回油区隔开，隔板下部因为底板是有倾角的，所以隔板与底板是有缝隙的，能够连接隔板两端的吸油区和回油区；隔板隔开了油箱的两端，这样的设计主要是为了让通过回油管回来的油液需要经过隔板的隔断，增大流动的距离，在油箱中进过沉淀和除去气泡之后再进入吸油管，使油液能充分的冷却和沉淀，不容易变质污染。

油箱与顶板313之间使用六角法兰面螺栓314连接，油箱箱体38上焊接有四个吊耳，方便吊装，密封垫片311和密封垫片316能够保证油箱的密封性能，防止漏油现象的发生。为了保证吸油，所述顶板上还设置有通气孔，使油箱与大气相连，通气孔上安装有空气过滤器，防止空气中的灰尘等杂质污染油箱内液压油，所述油箱箱体上安装有液位计/温度指示器31；液位计/温度指示器31可以对油箱内液压油的状态进行实时的检测，以保证实验台液压系统的正常工作，空气过滤器32可以在一定程度上保证油箱内液压油的清洁度，节省实验台维护成本。

如图8-14所示，阀块44采用集成化设计，可以大大减小整个执行器性能测试实验台的占地面积，同时方便工作人员进行调节维护，阀块44上安装有阀块安装高压过滤器43，油液进入阀块后，先经过阀块安装高压过滤器43，可以对高压油进行过滤清洁，然后油液经过插装式单向阀410进入电磁换向阀，再通过与直通24°接头47相连的管路进入对顶缸，插装式单向阀410防止液体倒流，换向阀可以控制系统的通断，插装式直动溢流阀7可以对系统压力进行调节，可以测试执行器不同工作压力下的性能。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种电液执行器性能测试实验台，其特征在于：包括：油箱、动力装置、阀体模块、负载模拟部分、传感器模块和控制装置，所述油箱的出油口通过吸油管与所述阀体模块连接，所述油箱与所述阀体模块之间的油路上设置有动力装置，用于对油液提供动力；所述阀体模块还通过油管与所述负载模拟部分以及电液执行器进行连接，所述负载模拟部分用于对所述电液执行器进行加载，所述传感器模块与所述电液执行器连接；所述阀体模块还通过回油管与所述油箱的回油口进行连接；所有油箱、所述阀体模块、所述动力装置、所述负载模拟部分、所述传感器模块均与所述控制装置进行连接。

2.根据权利要求1所述的电液执行器性能测试实验台，其特征在于：还包括底座和试验台支架，所述油箱和所述动力装置固定于所述底座上，所述阀体模块通过阀块安装座安装于所述试验台支架上，所述电液执行器通过执行器固定夹具固定于所述试验台支架上，所述负载模拟部分固定于所述试验台支架上。

3.根据权利要求2所述的电液执行器性能测试实验台，其特征在于：所述油箱包括油箱箱体，所述油箱箱体上设置有出油口和回油口，所述油箱箱体的侧面开设有人孔，所述人孔上通过螺栓安装有清洗盖；所述油箱箱体的底部设置有排油孔，所述排油孔上设置有油圈，所述油圈上设置有螺塞；所述油箱箱体的顶部安装有顶板，所述顶板上设置有吊耳；所述顶板上还设置有通气孔，所述通气孔上安装有空气过滤器，所述油箱箱体上安装有液位计和温度传感器。

4.根据权利要求3所述的电液执行器性能测试实验台，其特征在于：所述油箱箱体的底板为V型结构，两边高中间低，所述油箱箱体的中部设置有隔板，所述隔板与所述油箱箱体的底板之间存在间隙；所述出油口和所述回油口分别位于所述隔板的两侧。

5.根据权利要求1所述的电液执行器性能测试实验台，其特征在于：所述回油管上安装有风冷却器，所述风冷却器通过风冷却器安装座安装于所述油箱上。

6.根据权利要求2所述的电液执行器性能测试实验台，其特征在于：所述动力装置采用电机泵组，所述电机泵组包括柱塞泵和异步电动机，所述异步电动机和所述柱塞泵之间通过联轴器相连；所述油箱通过管路与所述柱塞泵的进油口相连，所述柱塞泵的出油口通过管路与所述阀体模块连接。

7.根据权利要求2所述的电液执行器性能测试实验台，其特征在于：所述阀体模块包括阀块，所述阀块的前端设置有过滤器，所述过滤器与所述动力装置连接；所述阀块内设置有单向阀和换向阀，所述单向阀一端与所述过滤器连接，另一端与所述换向阀连接，所述换向阀设置有两个，分别与所述负载模拟部分或者所述电液执行器连接。

8.根据权利要求7所述的电液执行器性能测试实验台，其特征在于：所述单向阀与所述换向阀之间的管路上连接有蓄能器，所述蓄能器通过蓄能器安装座安装于所述试验台支架上，所述阀块上还设置有溢流阀，所述阀块还连接有压力表。

9.根据权利要求2所述的电液执行器性能测试实验台，其特征在于：所述负载模拟部分包括加载液压缸，所述加载液压缸与所述电液执行器相对设置，所述加载液压缸的活塞杆与所述电液执行器的活塞杆连接；所述加载液压缸和所述电液执行器的进油端均设置有伺服阀。

10.根据权利要求1所述的电液执行器性能测试实验台，其特征在于：所述传感器模块包括力传感器、位移传感器和压力传感器。

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