CN113720519B - 一种基于磁流变技术的电动执行机构推拉力测试设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于磁流变技术的电动执行机构推拉力测试设备，包括外壳体、内壳体、活塞杆、活塞、拉力弹性复位元件、推力弹性复位元件弹性、磁流变流体、励磁线圈、拉压力传感器和轴锁紧机构。采用以上结构，整体结构简单紧凑，体积小巧，造价低廉；采用磁流变流体作为提供阻尼的介质，不仅通过调节励磁线圈的电流大小，能够快速精确地调整磁场强度，从而灵活地改变磁流变流体的粘度，大幅提高了推力和拉力的测试范围，提高了电动执行机构推拉力测试设备的通用性；而且利用磁流变流体响应时间短和均匀性极佳的特点，通过磁流变流体直接向活塞提供推拉阻尼，能够确保电动执行机构推拉力测试设备具有测量精度高和测试效率高的优点。

Description

一种基于磁流变技术的电动执行机构推拉力测试设备

技术领域

本发明涉及电动执行机测试设备技术领域，具体涉及一种基于磁流变技术的电动执行机构推拉力测试设备。

背景技术

传统的电动执行机构推拉力测试设备采用转矩变换或者液压装置提供推拉阻尼，转矩变换获得的推拉阻尼使得测试数据间接获得，而压力装置提供推拉阻尼调节灵敏度低，都会影响电动执行机构推拉力测试设备的测量精度和测试效率；而且转矩变换获得推拉阻尼时，由于需要将转矩变换为推拉力，需要加装转矩变换机构，而液压装置更是需要提供液压站，这些都导致传统的电动执行机构推拉力测试设备结构复杂，价格高昂，体积大；同时，转矩变换或者液压装置提供推拉阻尼的范围较小，不能够进行调节，导致电动执行机构转矩测试设备的通用性不足。

解决以上问题成为当务之急。

发明内容

为解决以上的技术问题，本发明提供了一种基于磁流变技术的电动执行机构推拉力测试设备。

其技术方案如下：

一种基于磁流变技术的电动执行机构推拉力测试设备，包括外壳体、设置在外壳体中的内壳体以及能够轴向移动地穿设在内壳体上的活塞杆，其要点在于：所述活塞杆通过拉力弹性复位元件和推力弹性复位元件弹性地支承在内壳体上，所述活塞杆的一端端面上通过拉压力传感器连接有用于锁定电动执行机构输出轴的轴锁紧机构，所述外壳体上开设有与电动执行机构输出轴相适应的输出轴过孔，该输出轴过孔正对轴锁紧机构，所述内壳体为中空圆柱体结构，以形成磁流变流体填充腔室，该磁流变流体填充腔室中充满磁流变流体，所述活塞杆上固定套装有呈圆柱体结构的活塞，该活塞的外周面与内壳体的内壁之间形成磁流变工作间隙，并能够在活塞杆的带动下轴向移动，所述活塞的外周面缠有励磁线圈，所述活塞杆采用非导磁材料制成，所述活塞和内壳体采用导磁材料制成。

作为优选：所述轴锁紧机构包括锁紧机构基座、沿周向分布在锁紧机构基座上的锁紧抓钩以及分别与各锁紧抓钩一一对应的电磁继电器，各锁紧抓钩分别通过转动弹性元件可转动地安装在锁紧机构基座上，所述转动弹性元件用于驱使对应锁紧抓钩上部的锁钩部靠近锁紧机构基座的中心位置，所述电磁继电器通电后的磁极性与锁紧抓钩下部的锁钩永磁部的磁极性相同，从而能够驱使对应的锁钩部远离锁紧机构基座的中心位置。

采用以上结构，能够稳定可靠地锁定或解锁电动执行机构的推杆，保证测试的精度，且结构简单可靠，易于控制。

作为优选：所述内壳体包括呈圆筒形结构的导磁圆筒以及分别盖合在导磁圆筒上下两端的上圆形导磁盖板和下圆形导磁盖板，所述活塞杆的两端分别穿出上圆形导磁盖板和下圆形导磁盖板，并能够相对上圆形导磁盖板和下圆形导磁盖板轴向移动。

采用以上结构，结构简单可靠，易于装配。

作为优选：所述活塞杆的下端部设置有弹簧安装台，所述拉力弹性复位元件为拉力复位弹簧，该拉力复位弹簧的两端分别与弹簧安装台和下圆形导磁盖板的下表面抵接，所述推力弹性复位元件为推力复位弹簧，该推力复位弹簧的两端分别与活塞的下端面和下圆形导磁盖板的上表面抵接。

采用以上结构，能够稳定可靠地提供拉力和推力，使活塞杆复位。

作为优选：所述导磁圆筒至少部分筒壁为中空结构，以形成压力释放腔，所述导磁圆筒的内壁上开设有连通压力释放腔和磁流变流体填充腔室的压力释放孔，所述导磁圆筒的筒壁上设置有用于控制压力释放孔开合的压力释放调节阀。

采用以上结构，能够紧急泄压，平衡活塞上下两端的压力，使活塞杆能够快速移动或复位。

作为优选：还包括测试设备控制器、用于采集拉压力传感器输出信号的数据采集器和用于向拉压力传感器、电磁继电器和励磁线圈供电的可调直流电源，所述测试设备控制器能够采集和处理数据采集器传输的信号，同时控制可调直流电源以及与电动执行机构连接的电动执行机构电源和电动执行机构移动速度调节器。

采用以上结构，测试设备控制器不仅能够采集和处理数据采集器传输过来的信号，显示推力或拉力情况，而且能够通过控制可调直流电源调节励磁线圈激发的磁场强度，改变磁流变流体的粘度，同时还能够控制电动执行机构的电动执行机构电源和电动执行机构移动速度调节器，调节电动执行机构推杆的移动速度。

作为优选：所述外壳体上设置有法兰连接座，该法兰连接座的两端分别设置有外壳体连接法兰和电动执行机构连接法兰，所述外壳体连接法兰通过螺栓与外壳体连接，所述输出轴过孔与法兰连接座的中心孔连通。

采用以上结构，能够稳定可靠地与电动执行机构连接。

作为优选：所述磁流变流体为磁流变脂。

采用以上结构，既具有较好的流动性和耐压性，又具有固定的磁性；从而能够更精确地控制磁流体的轴向剪切力，响应时间短；同时，长期静置不会发生沉降，均匀性好。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

整体结构简单紧凑，不仅体积小巧，而且造价相对低廉；采用磁流变流体作为提供阻尼的介质，不仅通过调节励磁线圈的电流大小，能够快速精确地调整磁场强度，从而灵活地改变磁流变流体的粘度，大幅提高了推力和拉力的测试范围，提高了电动执行机构推拉力测试设备的通用性；而且利用磁流变流体响应时间短和均匀性极佳的特点，通过磁流变流体直接向活塞提供推拉阻尼，能够确保电动执行机构推拉力测试设备具有测量精度高和测试效率高的优点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种基于磁流变技术的电动执行机构推拉力测试设备，其主要包括外壳体1、检测控制机构以及推拉阻尼装置。其中，推拉阻尼装置主要包括内壳体2、活塞杆3、活塞7、励磁线圈9、拉力弹性复位元件4和推力弹性复位元件5。内壳体2固定在外壳体1内部，活塞杆3能够轴向移动地穿设在内壳体2上，并且，活塞杆3通过拉力弹性复位元件4和推力弹性复位元件5弹性地支承在内壳体2上，检测控制机构包括设置在活塞杆3上端部的拉压力传感器11，拉压力传感器11远离活塞杆3的一侧设置有用于锁定电动执行机构输出轴的轴锁紧机构10，外壳体1上开设有与电动执行机构输出轴相适应的输出轴过孔1b1，输出轴过孔1b1正对轴锁紧机构10。

具体地说，内壳体2为中空圆柱体结构，以形成磁流变流体填充腔室，磁流变流体填充腔室中充满磁流变流体6，活塞7固定套装在活塞杆3位于磁流变流体填充腔室中的部分，活塞7的外周面与内壳体2的内壁之间形成磁流变工作间隙8，并能够在活塞杆3的带动下轴向移动，励磁线圈9沿周向缠绕在活塞7的外周面。并且，活塞杆3采用非导磁材料制成，活塞7和内壳体2采用导磁材料制成。因此，励磁线圈9通电以后激发形成磁场，活塞7、磁流变流体6和内壳体2形成磁通路。

其中，活塞7的外周面凹陷形成只有至少一圈沿周向分布的励磁线圈安装槽，各组励磁线圈9分布缠绕在对应的励磁线圈安装槽中，从而能够减少活塞7周向移动的阻力，降低发生需要紧急泄压事件的概率。

轴锁紧机构10包括锁紧机构基座10a、沿周向分布在锁紧机构基座10a上的锁紧抓钩10b以及分别与各锁紧抓钩10b一一对应的电磁继电器10c，各锁紧抓钩10b分别通过转动弹性元件可转动地安装在锁紧机构基座10a上，转动弹性元件用于驱使对应锁紧抓钩10b上部的锁钩部10b1靠近锁紧机构基座10a的中心位置，锁紧电动执行结构的推杆。电磁继电器10c通电后的磁极性与锁紧抓钩10b下部的锁钩永磁部10b2的磁极性相同，从而能够驱使对应的锁钩部10b1远离锁紧机构基座10a的中心位置，解锁电动执行结构的推杆。采用以上结构，能够稳定可靠地锁定或解锁电动执行机构的推杆，保证测试的精度，且结构简单可靠，易于控制。

检测控制机构还包括测试设备控制器12、用于采集拉压力传感器11输出信号的数据采集器13和用于向拉压力传感器11、电磁继电器10c和励磁线圈9供电的可调直流电源14，测试设备控制器12能够采集和处理数据采集器13传输的信号，同时控制可调直流电源14以及与电动执行机构连接的电动执行机构电源15和电动执行机构移动速度调节器16。电动执行机构电源15用于向电动执行机构供电，电动执行机构移动速度调节器16用于控制电动执行机构推杆的移动速度。通过测试设备控制器12，控制可调直流电源14输出给励磁线圈9电流的大小，使得磁流变流体填充腔室中的磁场大小发生变化，从而使磁流变工作间隙8中磁流变流体5发生磁流变效应，阻碍活塞7的轴向移动，形成推力或拉力阻尼，通过拉压力传感器11即可获得被测试电动执行机构的输出推力或拉力信息。

具体地说，首先将电动执行机构与轴锁紧机构10固定，然后将电动执行机构电源15和电动执行机构移动速度调节器16与电动执行机构连接，接下来依据电动执行机构的信号，通过测试设备控制器10调节可调直流电源14给励磁线圈9的输出电流大小，同时通过测试设备控制器12调节电动执行机构移动速度调节器16，以控制电动执行机构的推杆的移动速度，最后通过数据采集器13采集拉压力传感器11的输出信号，并送到测试设备控制器12进行分析处理，由于测试设备控制器12集成有显示器，从而能够实时在线显示电动执行机构的推力或拉力信息。

内壳体2包括呈圆筒形结构的导磁圆筒2a以及分别盖合在导磁圆筒2a上下两端的上圆形导磁盖板2b和下圆形导磁盖板2c，活塞杆3的两端分别穿出上圆形导磁盖板2b和下圆形导磁盖板2c，并能够相对上圆形导磁盖板2b和下圆形导磁盖板2c轴向移动，结构简单可靠，易于装配。

活塞杆3的下端部设置有弹簧安装台3a，拉力弹性复位元件4为拉力复位弹簧，拉力复位弹簧的两端分别与弹簧安装台3a和下圆形导磁盖板2c的下表面抵接，从而能够通过拉力复位弹簧对完成拉力测试后的活塞7进行复位。同样的，推力弹性复位元件5为推力复位弹簧，推力复位弹簧的两端分别与活塞7的下端面和下圆形导磁盖板2c的上表面抵接，从而能够通过推力复位弹簧对完成拉力测试后的活塞7进行复位。

具体地说，外壳体1包括外壳体侧壁1a以及分别盖合在外壳体侧壁1a上下两端的外壳体上盖1b和外壳体下盖1c，并且，外壳体侧壁1a与外壳体下盖1c之间设置有中间隔板1d，内壳体2固定在中间隔板1d上，以便于内壳体2的安装固定。同时，中间隔板1d开设有供活塞杆3和拉力复位弹簧通过的隔板过孔1d1。需要指出的是，外壳体1采用非导磁材料指出，且为长方体结构，易于安装布置，并且，外壳体下盖1c的下表面向下凸出形成有外壳体支脚1c1，以保证设备的可靠放置，同时，外壳体下盖1c的中心位置开设有与弹簧安装台3a相适应的让位孔1c2，以便于在做推力测试时，弹簧安装台3a能够通过，从而具有更大的测试行程。

进一步地，导磁圆筒2a至少部分筒壁为中空结构，以形成压力释放腔2a1，导磁圆筒2a的内壁上开设有连通压力释放腔2a1和磁流变流体填充腔室的压力释放孔2a2，导磁圆筒2a的筒壁上设置有用于控制压力释放孔2a2开合的压力释放调节阀18，能够紧急泄压，平衡活塞7上下两端的压力，使活塞杆3能够快速移动或复位。

进一步地，外壳体1上设置有法兰连接座17，法兰连接座17的两端分别设置有外壳体连接法兰17a和电动执行机构连接法兰17b，外壳体连接法兰17a通过螺栓与外壳体1连接，输出轴过孔1b1与法兰连接座17的中心孔17c连通。电动执行结构能够通过螺栓可靠地与电动执行机构连接法兰17b连接。同时，电动执行结构的推杆依次穿过中心孔17c和输出轴过孔1b1后与轴锁紧机构10。

磁流体可以为磁流变脂、磁流变液或者其它流动磁性物质材料。磁流变液是由高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体，但磁流变液长期静置会产生沉降问题，磁流变效应会极大地降低，磁流变脂是一种全新的可控流体材料，其载体液采用硅级粘弹性流体，温度适应范围宽-70℃至230℃，剪切屈服应力可达120千帕，响应时间约为50毫秒，磁控粘度调节范围宽约15至20倍，在外加载荷作用下体积可压缩10％至15％，长期静置不会发生沉降，且均匀性好。因此，本实施例中，磁流变流体优选采用磁流变脂。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于磁流变技术的电动执行机构推拉力测试设备，包括外壳体(1)、设置在外壳体(1)中的内壳体(2)以及能够轴向移动地穿设在内壳体(2)上的活塞杆(3)，其特征在于：所述活塞杆(3)通过拉力弹性复位元件(4)和推力弹性复位元件(5)弹性地支承在内壳体(2)上，所述活塞杆(3)的一端端面上通过拉压力传感器(11)连接有用于锁定电动执行机构输出轴的轴锁紧机构(10)，所述外壳体(1)上开设有与电动执行机构输出轴相适应的输出轴过孔(1b1)，该输出轴过孔(1b1)正对轴锁紧机构(10)，所述内壳体(2)为中空圆柱体结构，以形成磁流变流体填充腔室，该磁流变流体填充腔室中充满磁流变流体(6)，所述活塞杆(3)上固定套装有呈圆柱体结构的活塞(7)，该活塞(7)的外周面与内壳体(2)的内壁之间形成磁流变工作间隙(8)，并能够在活塞杆(3)的带动下轴向移动，所述活塞(7)的外周面缠有励磁线圈(9)，所述活塞杆(3)采用非导磁材料制成，所述活塞(7)和内壳体(2)采用导磁材料制成。

2.根据权利要求1所述的一种基于磁流变技术的电动执行机构推拉力测试设备，其特征在于：所述轴锁紧机构(10)包括锁紧机构基座(10a)、沿周向分布在锁紧机构基座(10a)上的锁紧抓钩(10b)以及分别与各锁紧抓钩(10b)一一对应的电磁继电器(10c)，各锁紧抓钩(10b)分别通过转动弹性元件可转动地安装在锁紧机构基座(10a)上，所述转动弹性元件用于驱使对应锁紧抓钩(10b)上部的锁钩部(10b1)靠近锁紧机构基座(10a)的中心位置，所述电磁继电器(10c)通电后的磁极性与锁紧抓钩(10b)下部的锁钩永磁部(10b2)的磁极性相同，从而能够驱使对应的锁钩部(10b1)远离锁紧机构基座(10a)的中心位置。

3.根据权利要求1所述的一种基于磁流变技术的电动执行机构推拉力测试设备，其特征在于：所述内壳体(2)包括呈圆筒形结构的导磁圆筒(2a)以及分别盖合在导磁圆筒(2a)上下两端的上圆形导磁盖板(2b)和下圆形导磁盖板(2c)，所述活塞杆(3)的两端分别穿出上圆形导磁盖板(2b)和下圆形导磁盖板(2c)，并能够相对上圆形导磁盖板(2b)和下圆形导磁盖板(2c)轴向移动。

4.根据权利要求3所述的一种基于磁流变技术的电动执行机构推拉力测试设备，其特征在于：所述活塞杆(3)的下端部设置有弹簧安装台(3a)，所述拉力弹性复位元件(4)为拉力复位弹簧，该拉力复位弹簧的两端分别与弹簧安装台(3a)和下圆形导磁盖板(2c)的下表面抵接，所述推力弹性复位元件(5)为推力复位弹簧，该推力复位弹簧的两端分别与活塞(7)的下端面和下圆形导磁盖板(2c)的上表面抵接。

5.根据权利要求3所述的一种基于磁流变技术的电动执行机构推拉力测试设备，其特征在于：所述导磁圆筒(2a)至少部分筒壁为中空结构，以形成压力释放腔(2a1)，所述导磁圆筒(2a)的内壁上开设有连通压力释放腔(2a1)和磁流变流体填充腔室的压力释放孔(2a2)，所述导磁圆筒(2a)的筒壁上设置有用于控制压力释放孔(2a2)开合的压力释放调节阀(18)。

6.根据权利要求2所述的一种基于磁流变技术的电动执行机构推拉力测试设备，其特征在于：还包括测试设备控制器(12)、用于采集拉压力传感器(11)输出信号的数据采集器(13)和用于向拉压力传感器(11)、电磁继电器(10c)和励磁线圈(9)供电的可调直流电源(14)，所述测试设备控制器(12)能够采集和处理数据采集器(13)传输的信号，同时控制可调直流电源(14)以及与电动执行机构连接的电动执行机构电源(15)和电动执行机构移动速度调节器(16)。

7.根据权利要求1所述的一种基于磁流变技术的电动执行机构推拉力测试设备，其特征在于：所述外壳体(1)上设置有法兰连接座(17)，该法兰连接座(17)的两端分别设置有外壳体连接法兰(17a)和电动执行机构连接法兰(17b)，所述外壳体连接法兰(17a)通过螺栓与外壳体(1)连接，所述输出轴过孔(1b1)与法兰连接座(17)的中心孔(17c)连通。

8.根据权利要求1所述的一种基于磁流变技术的电动执行机构推拉力测试设备，其特征在于：所述磁流变流体为磁流变脂。

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