CN203838263U - 电液制动的电动执行机构智能型测试台 - Google Patents

Abstract

电液制动的电动执行机构智能型测试台。包括机架、输入法兰、主轴、转矩测量机构、行程检测机构、电液制动装置、变频调速控制器和PLC测试系统；所述PLC测试系统控制所述电动执行机构、且实时采集电动执行机构的反馈信号；所述转矩测量机构包括拉压传感器，所述拉压传感器的输出信号线连接所述PLC测试系统；所述行程检测机构包括光电编码器，所述光电编码器的输出信号线连接所述PLC测试系统。本实用新型中的测试台集成了电液制动、变频调速、转矩和角位移动态测试、PLC测试系统等控制技术手段，实现对电动执行机构的相关性能指标全智能化的测试。

Description

电液制动的电动执行机构智能型测试台

技术领域

本实用新型涉及一种阀门电动执行机构的检测和测试技术领域，尤其涉及一种电液制动的电动执行机构智能型测试台。 

背景技术

    目前，所使用的电动执行机构测试台是采用机械式楔形机构制动或磁粉制动器，由于机械式楔形机构制动测试台负载特性单一，无法根据不同的负载特性进行加载，且机械式楔形机构制动测试台因使用电动执行机构驱动楔形机构进行加载，故机械式楔形机构制动测试台无法兼顾电动执行机构的寿命试验；磁粉制动器测试台转动惯量较大，容易产生启动冲击和停止惯性，震动大，噪音高，冲击和惯性影响力矩和行程的测试精度和稳定性，同时减少调试台的使用寿命。 

实用新型内容

本实用新型针对以上问题，提供了一种测试精度高、稳定可靠的电液制动的电动执行机构智能型测试台。 

本实用新型的技术方案是：包括机架、输入法兰、主轴、转矩测量机构、行程检测机构、电液制动装置、变频调速控制器和PLC测试系统； 

所述机架包括顶板和底板，所述顶板具有通孔，所述电动执行机构通过所述输入法兰连接在所述机架的顶板上； 

所述主轴通过支承架悬挂连接在顶板的下方，所述主轴通过轴承套装在顶板的通孔中，所述主轴的上端轴头伸出输入法兰的上端安装面、与所述电动执行机构的输出轴同轴连接，

所述主轴的下端轴头伸出所述支承架的底面；

所述PLC测试系统控制所述电动执行机构、且实时采集电动执行机构的反馈信号；

所述转矩测量机构包括力臂套、支臂、关节轴承一、关节轴承二、拉压传感器和支承座，所述力臂套套设在所述主轴上，所述支臂和力臂套连为一体，所述支臂通过关节轴承一与所述拉压传感器的一端相连，所述拉压传感器的另一端连接所述关节轴承二，

所述关节轴承二固定连接在所述支承座上，所述支承座与所述机架相连，

所述拉压传感器的输出信号线连接所述PLC测试系统；

    所述行程检测机构包括带轮一、带轮二、同步齿形带和光电编码器，所述带轮一连接在所述主轴的下端，所述光电编码器连接在所述支承架上，所述带轮二连接所述光电编码器，所述同步齿形带连接所述带轮一和带轮二，所述光电编码器的输出信号线连接所述PLC测试系统；

    所述电液制动装置包括驱动电机、减速器、直行程部件、主泵、液压回路和钳形制动机构，

所述驱动电机连接所述减速器的输入端，减速器的输出端与直行程部件相连，所述直行程部件串联至主泵，主泵上设有油壶，所述主泵通过所述液压回路经高压软管连接所述钳形制动机构，

所述直行程部件包括转接壳体、丝杆轴和传动螺母，所述丝杆轴设在所述传动螺母内、且两端分别连接所述减速器的输出端和主泵的推杆；

所述钳形制动机构分别设在所述力臂套的上、下端，

所述钳形制动机构包括动制动钳、上摩擦片、制动盘、下摩擦片、活塞轴、定位导杆和静制动钳，

所述制动盘固定设在所述主轴上，所述上摩擦片和下摩擦片分别设在所述制动盘的上、下端，

所述动制动钳具有钳口，所述上摩擦片和下摩擦片分别位于所述动制动钳的钳口内，所述动制动钳的钳口下端内设有液压缸，所述液压缸内设有活塞轴，所述活塞轴设在所述下摩擦片的下方、用于推动所述下摩擦片，所述高压软管连通所述液压缸；

所述静制动钳固定连接在所述力臂套上，所述动制动钳通过所述定位导杆连接在所述静制动钳上；

    所述变频调速控制器与PLC测试系统通过通讯数据线连接，所述变频调速控制器包括变频器、执行机构控制器和霍尔传感器，所述变频器和执行机构控制器分别连接所述减速器，

    所述霍尔传感器安装在所述减速器的输入轴末端，所述霍尔传感器的信号线连接所述执行机构控制器，所述执行机构控制器和变频器通过通讯数据线连接，所述变频器的输出电源线连接至所述驱动电机。

     所述PLC测试系统包括硬件单元和软件单元， 

所述硬件单元包括主CPU及控制电路、信号采集及处理模块、触摸显示屏、在线监测模块和打印机，

所述软件单元包括产品技术指标数据库、负载特性计算程序、数据处理程序和可编程试验流程模块；

所述主CPU及控制电路分别连接所述电动执行机构、信号采集及处理模块、触摸显示屏、在线监测模块和软件单元；

所述信号采集及处理模块通过EM232模块和功率放大器连接所述电液制动装置和变频调速控制器；

所述拉压传感器通过ADAM3016模块连接所述信号采集及处理模块；

所述触摸显示屏连接打印机；

所述在线监测模块连接上级服务器。

所述执行机构控制器具有缓开缓闭功能。 

所述液压回路上设有压力表。 

本实用新型中的测试台集成了电液制动、变频调速、转矩和角位移动态测试、PLC测试系统等控制技术手段，实现对电动执行机构的相关性能指标全智能化的测试。电液制动的加载方式能够消除测试台启动和停机时的冲击和惯性，提高测试精度和稳定性，配合变频调速技术能够模拟各种特殊负载。此外，PLC测试系统集成的各种控制模块能够完成特殊试验的自动编程，其在线监测模块还可将现场检测数据、实时运行状况上传给上级服务器，给产品的质量管理提供现场数据。 

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图， 

图2是图1中A-A面的剖视图，

图3是图1中M处的局部放大图，

图4是图1中N处的局部放大图，

图5是本实用新型中直行程部件的结构示意图，

图6是本实用新型中PLC测试系统的工作原理图；

    图中1是输入法兰，2是机架，200是顶板，3是钳形制动机构，4是行程检测机构，5是压力表，6是液压回路，7是主泵，8是直行程部件，81是丝杆轴，82是传动螺母，83是转接壳体，9是电液制动装置，10是霍尔传感器，11是执行机构控制器，12是变频调速控制器，13是变频器，14是驱动电机，15是PLC测试系统，16是转矩测量机构，17是触摸显示屏，18是打印机，19是制动盘，20是主轴，201是过度轴套，21是上摩擦片，22是支承座，231是关节轴承一，232是关节轴承二，24是拉压传感器，25是力臂套，26支承板，27是带轮一，28是同步齿形带，29是带轮二，30是光电编码器，31是活塞轴，32是高压软管，33是定位导杆，34是减速器，35是下摩擦片，36是动制动钳，37是静制动钳，38是油壶，39是支承架，40是立柱，41是支臂，42是被测电动执行机构，420是输出轴。

具体实施方式

    本实用新型如图1-6所示，包括输入法兰1、机架2、主轴20、转矩测量机构16、行程检测机构4、电液制动装置9、变频调速控制器12和PLC测试系统15；

所述机架2包括顶板200和底板，所述顶板200具有通孔，所述电动执行机构（即被测电动执行机构42）通过所述输入法兰1连接在所述机架2的顶板200上； 

所述主轴20通过支承架39（由支承板26和立柱40构成）悬挂连接在顶板200的下方，主轴20的上端通过轴承套装在顶板200的通孔（可为阶梯孔，根据生产加工需要）中，上端轴头伸出所述输入法兰的上端安装面、与所述电动执行机构的输出轴420同轴连接（电动执行机构的输出轴420形式有多种，本例以轴套型结构为例，主轴20的上端轴头伸入输出轴420的孔套内、通过连接键与输出轴420形成同轴连接，便于快装、快卸），所述主轴20的下端轴头伸出所述支承架（即支承板）的底面；

支承板26具有阶梯孔，主轴20下端通过过度轴套201连接在支承板的阶梯孔内，主轴20与过度轴套201通过连接键连接、并伸出支承板26，所述过度轴套201通过轴承安装在支承板26的台阶孔中； 

所述PLC测试系统15控制所述电动执行机构、且实时采集电动执行机构的反馈信号（包括行程开关信号、转矩开关信号）；

如图2所示，所述转矩测量机构16（同样通过一悬挂结构设置在顶板以下）包括力臂套25、支臂41、关节轴承一231、关节轴承二232、拉压传感器（即拉压力传感器）24和支承座22，所述力臂套25套设在所述主轴20上，所述支臂41和力臂套25连为一体，所述支臂41通过关节轴承一231与所述拉压传感器24的一端相连，所述拉压传感器24的另一端连接所述关节轴承二232，

所述关节轴承二232固定连接在所述支承座22上，所述支承座22与所述机架2相连，

所述拉压传感器24的输出信号线连接所述PLC测试系统15；

    如图4所示，所述行程检测机构4包括带轮一27、带轮二29、同步齿形带28和光电编码器30，所述带轮一27连接在所述主轴20的下端，所述光电编码器30连接在所述支承架（即支承架的支承板26）上，所述带轮二29连接所述光电编码器30，所述同步齿形带28连接所述带轮一27和带轮二29，所述光电编码器30的输出信号线连接所述PLC测试系统15；

    所述电液制动装置9包括驱动电机14、减速器34、直行程部件8、主泵7、液压回路6和钳形制动机构3，

所述驱动电机14连接所述减速器34的输入端，减速器34的输出端与直行程部件8相连，所述直行程部件8串联至主泵7，主泵7上设有油壶38，所述主泵7通过所述液压回路6经高压软管32连接所述钳形制动机构3，即主泵7的输出口经高压软管32接至钳形制动机构3，

如图5所示，所述直行程部件8包括转接壳体83、丝杆轴81（带梯形螺纹的传动轴）和传动螺母82，所述丝杆轴81设在所述传动螺母82内、且两端分别连接所述减速器34的输出端和主泵7的推杆；

直行程部件8是螺旋传动部件，主要作用是将减速器34输出的旋转运动转化为直线运动，最终推动主泵7的推杆，主泵7的液压油被压缩，液压腔压力升高，产生预定的压力，通过高压软管输送至钳形制动机构3。由于减速器的输入端是驱动电机14，其输入的运动是旋转运动，通过蜗轮蜗杆等减速机构的运动传递，最终输出预定的转矩和转速（仍为旋转运动）。

所述钳形制动机构3分别设在所述力臂套25的上、下端， 

如图3所示，所述钳形制动机构3包括动制动钳36、上摩擦片21、制动盘19、下摩擦片35、活塞轴31、定位导杆33和静制动钳37，

所述制动盘19固定设在所述主轴20上，所述上摩擦片21和下摩擦片35分别设在所述制动盘19的上、下端，两个摩擦片钳住固定在主轴20上的制动盘19，构成摩擦副；

所述动制动钳36具有钳口，所述上摩擦片21和下摩擦片35分别位于所述动制动钳的钳口内，上摩擦片21压在制动盘19上，所述动制动钳36的钳口下端内设有液压缸，所述液压缸内设有活塞轴31，所述活塞轴31设在所述下摩擦片35的下方、用于推动所述下摩擦片35，下摩擦片35贴在制动盘19下方，并保持微小间隙，所述高压软管32连通所述液压缸，通过回路推动活塞轴31；

所述静制动钳37固定连接在所述力臂套25上，所述动制动钳36通过所述定位导杆33连接在所述静制动钳37上；

    所述变频调速控制器12与PLC测试系统15通过通讯数据线连接，所述变频调速控制器12包括变频器13、执行机构控制器11和霍尔传感器10，所述变频器13和执行机构控制器11分别连接所述减速器34，

所述霍尔传感器10安装在所述减速器34的输入轴末端，所述霍尔传感器10的信号线连接所述执行机构控制器11，所述执行机构控制器11和变频器13通过通讯数据线连接，所述变频器13的输出电源线接至所述驱动电机14。所述变频调速控制器12上游与PLC测试系统15通过通讯数据线连接，下游与所述电液制动装置9的驱动电机14连接。

本实用新型中测试台的加载方式能消除测试台启动和停机时的冲击和惯性，输出的试验负载精度高、稳定性好。此外，测试台的测试系统能模拟各种特殊负载，并具备测试现场在线监测的功能。 

    如图6所示，所述PLC测试系统15包括硬件单元和软件单元， 

所述硬件单元包括主CPU及控制电路、信号采集及处理模块、触摸显示屏17、在线监测模块和打印机，

所述软件单元包括产品技术指标数据库、负载特性计算程序、数据处理程序和可编程试验流程模块；

所述主CPU及控制电路分别连接所述电动执行机构（即被测电动执行机构42）、信号采集及处理模块、触摸显示屏17、在线监测模块和软件单元；

所述信号采集及处理模块通过EM232模块和功率放大器连接所述电液制动装置9和变频调速控制器12；

所述拉压传感器24通过ADAM3016模块连接所述信号采集及处理模块；

所述触摸显示屏连接打印机18；

所述在线监测模块连接上级服务器。

其中，ADAM3016模块为信号调理模块，主要功能是把测试台拉压传感器采集的-10mV~10mV信号（与被测电动执行机构的输出转矩值一一对应）转换为0~20mA信号，便于PLC测试系统进行数据处理； 

EM232模块为模拟量输出模块，它是PLC测试系统的扩展模块，主要是给变频调速控制器12提供4-20mA控制信号，最终变频调速控制器12通过其执行机构控制器11发出指令，由变频器驱动电液制动装置进行各种负载的模拟（包含特殊负载）。

所述执行机构控制器11具有缓开缓闭功能。 

所述液压回路6上设有压力表5。用于液压回路调试和回路压力的实时监测。 

本实用新型的试验方法，包括以下步骤： 

1）、将电动执行机构（即被测电动执行机构42）放置在测试台的机架2上，电动执行机构的输出轴连接主轴20，待测；

2）、通过在所述触摸显示屏上输入产品代码，PLC测试系统15从其产品技术指标数据库中调用相应产品的技术参数，作为判断产品测试数据合格与否的准则；

3）、通过在所述触摸显示屏上输入检测项目和试验内容，PLC测试系统从其可编程试验流程模块中调用相应试验程序和指令，并指挥测试台开始对应的测试和试验；

4）、测试时，PLC测试系统依据从可编程试验流程模块中调用的试验程序与变频调速控制器12进行通讯并发出指令，同时PLC测试系统将给电动执行机构供电，使其开始运行，电动执行机构的输出轴的输出转矩将直接传递到测试台主轴上；

同时，变频调速控制器12按照PLC测试系统发出的指令计算出负载模拟曲线，启动电液制动装置的驱动电机14，驱动减速器34输出转矩，再由直行程部件8将该转矩转化成推力，推动主泵7使液压回路的产生压力，活塞轴31受到压力开始压迫下摩擦片35；动制动钳36因液压回路的压力会沿着定位导杆33移动，压迫上摩擦片21，两摩擦片将一对方向相反的压迫力作用到制动盘19上，在制动盘19上形成一个擦副阻力矩，阻止主轴20的转动；

    5）、所述转矩测量机构上的力臂套25受到钳形制动机构的反作用力产生旋转运动，并开始拉或压拉压传感器24，拉压传感器产生动态的应变电信号，经所述PLC测试系统15的信号采集及处理模块转换成模拟量电流信号，再根据支臂41的长度，由PLC测试系统的数据处理程序计算出被测电动执行机构的输出转矩动态数据；

    6）、所述行程检测机构中带轮一27与主轴20直接相连，同步齿形带28将电动执行机构的旋转运动传递至光电编码器30，光电编码器将旋转运动转化为正交脉冲信号，由所述PLC测试系统15的信号采集及处理模块、数据处理程序进行处理，判别旋转运动的方向并计算出转速和角位移的动态数据；

7）、根据步骤5）、步骤6）中检测的行程和转矩动态数据，所述数据处理程序计算得出标准规定的产品型式试验、出厂检验所需的性能测试数据，并给出是否合格的结论；并通过打印机打印测试结果；

8）、所述在线监测模块将测试台的动态数据、在线操作指令、实时运行状况上传给上级服务器，给产品的质量管理提供现场数据。

本实用新型中的PLC测试系统通过可编程试验流程模块、负载特性计算程序、变频调速控制器、电液制动装置模拟出任意的特殊负载，进行各种特殊工况的模拟试验。 

本实用新型的具体工作过程为： 

通过在所述触摸显示屏17上输入的产品代码，PLC测试系统15从其产品技术指标数据库中调用相应产品的技术参数，作为判断产品测试数据合格与否的依据；通过在所述触摸显示屏17上输入的检测项目和试验内容，PLC测试系统15从其可编程试验流程模块中调用相应试验程序和指令，并指挥测试台开始对应的测试和试验。

测试时，PLC测试系统依据从可编程试验流程模块中调用的试验程序与变频调速控制器12进行通讯并发出指令，同时PLC测试系统将给被测电动执行机构供电，使其开始运行。被测电动执行机构的输出轴与测试台的主轴20直接相连，其输出转矩将直接传递到测试台主轴上。同时，变频调速控制器12按照PLC测试系统发出的指令计算出负载模拟曲线，启动电液制动装置9的驱动电机14，驱动减速器34输出转矩，再由直行程部件8将该转矩转化成推力，推动主泵7使液压回路的产生压力，活塞轴31由于受到压力开始压迫下摩擦片35，动制动钳36因液压回路的压力会沿着定位导杆33向移动，压迫上摩擦片21，两摩擦片将一对方向相反的压迫力作用到制动盘19上，在制动盘上形成一个擦副阻力矩，阻止主轴19的转动。 

此时，所述转矩测量机构16上的力臂套25因受到钳形制动机构3的反作用力产生微量的旋转运动，并开始拉或压拉压传感器24，拉压传感器24便产生动态的应变电信号。被测电动执行机构的转矩控制机构在测试前进行了预调整，当电液制动装置产生的摩擦阻力距达到预定值时，被测电动执行机构转矩控制机构的开关动作，切断其电机电源。与此同时，拉压传感器24获得的应变电信号经所述PLC测试系统的信号采集及处理模块转换成模拟量电流信号，该电路信号与力臂套25支臂端的关节轴承几何中心处的切向力一一对应。根据力臂套的支臂长度，由PLC测试系统15的数据处理程序计算出被测电动执行机构的输出转矩动态数据，实现对被测电动执行机构的控制转矩检测。 

所述行程检测机构4的带轮一27与测试台主轴20直接相连，通过同步齿形带28将被测电动执行机构的旋转运动传递至光电编码器30，光电编码器30将旋转运动转化为正交脉冲信号，由所述PLC测试系统15的信号采集及处理模块、数据处理程序进行处理，判别旋转运动的方向并计算出转速和角位移的动态数据；根据所得的动态数据，所述数据处理程序计算可以得出被测电动执行机构的输出转速、行程重复偏差、基本误差、回差等行程检测方面的检测数据。PLC测试系统根据测试的转矩和行程的测试数据给出是否合格的结论，并通过打印机18打印测试结果。 

当上述测试结果不合格时，需要对被测电动执行的转矩控制机构进行调整，本测试台PLC测试系统15还根据之前的测试结果给出调整的方案，显示在触摸显示屏17上。 依据调整方案进行调整后，在触摸显示屏17上直接调用重新测试程序，PLC测试系统先将给出卸载指令，变频调速控制器12依据指令启动电液制动装置反向运行进行卸载。然后，PLC测试系统将依据相应的程序开始重新测试。 

本测试台还可以进行特殊负载模拟试验，此时通过所述触摸显示屏17输入试验参数调用PLC测试系统15的可编程试验流程模块，进行特殊的检测项目和试验内容的编程。同时PLC测试系统15的负载特性计算程序将计算出最佳的负载特性曲线，系统将自动形成对应特殊试验的程序指令。变频调速控制器12依据指令控制变频器13输出特殊的变频电源，输送给电液制动装置9的驱动电机14，随即电液制动装置9的减速器34、直行程部件8运行，在液压回路中产生所需的特殊压力，配合钳形制动机构3输出所需要的特殊负载。转矩测量机构16、行程检测机构4依据编制的特殊试验程序，配合测试台进行特殊试验。 

所述电液制动装置9上的上摩擦片21、下摩擦片35在加载前与制动盘19间有一定的间隙，且所述变频调速控制器12的执行机构控制器11设计了缓开缓闭功能，配合电液制动装置9的液压制动方式，可以消除测试台启动和停机瞬间的冲击和惯性。 

所述的行程检测机构16采用一对带轮机构，并通过同步齿形带传递运动至光电编码器，该传动方法消除传动轴间的间隙，减少测试台的系统误差，提高行程或角位移检测的精度。 

所述的PLC测试系统15中的在线监测模块将测试台的动态数据、在线操作指令、实时运行状况上传给管理层的上级服务器，给产品的质量管理提供现场数据。 

Claims (2)

1.电液制动的电动执行机构智能型测试台，其特征在于，包括机架、输入法兰、主轴、转矩测量机构、行程检测机构、电液制动装置、变频调速控制器和PLC测试系统；

所述机架包括顶板和底板，所述顶板具有通孔，所述电动执行机构通过所述输入法兰连接在所述机架的顶板上； 

所述主轴通过支承架悬挂连接在顶板的下方，所述主轴通过轴承套装在顶板的通孔中，所述主轴的上端轴头伸出输入法兰的上端安装面、与所述电动执行机构的输出轴同轴连接，所述主轴的下端轴头伸出所述支承架的底面；

所述PLC测试系统控制所述电动执行机构、且实时采集电动执行机构的反馈信号；

所述转矩测量机构包括力臂套、支臂、关节轴承一、关节轴承二、拉压传感器和支承座，所述力臂套套设在所述主轴上，所述支臂和力臂套连为一体，所述支臂通过关节轴承一与所述拉压传感器的一端相连，所述拉压传感器的另一端连接所述关节轴承二，

所述关节轴承二固定连接在所述支承座上，所述支承座与所述机架相连，

所述拉压传感器的输出信号线连接所述PLC测试系统；

    所述行程检测机构包括带轮一、带轮二、同步齿形带和光电编码器，所述带轮一连接在所述主轴的下端，所述光电编码器连接在所述支承架上，所述带轮二连接所述光电编码器，所述同步齿形带连接所述带轮一和带轮二，所述光电编码器的输出信号线连接所述PLC测试系统；

    所述电液制动装置包括驱动电机、减速器、直行程部件、主泵、液压回路和钳形制动机构，

所述驱动电机连接所述减速器的输入端，减速器的输出端与直行程部件相连，所述直行程部件串联至主泵，主泵上设有油壶，所述主泵通过所述液压回路经高压软管连接所述钳形制动机构，

所述直行程部件包括转接壳体、丝杆轴和传动螺母，所述丝杆轴设在所述传动螺母内、且两端分别连接所述减速器的输出端和主泵的推杆；

所述钳形制动机构分别设在所述力臂套的上、下端，

所述钳形制动机构包括动制动钳、上摩擦片、制动盘、下摩擦片、活塞轴、定位导杆和静制动钳，

所述制动盘固定设在所述主轴上，所述上摩擦片和下摩擦片分别设在所述制动盘的上、下端，

所述动制动钳具有钳口，所述上摩擦片和下摩擦片分别位于所述动制动钳的钳口内，所述动制动钳的钳口下端内设有液压缸，所述液压缸内设有活塞轴，所述活塞轴设在所述下摩擦片的下方、用于推动所述下摩擦片，所述高压软管连通所述液压缸；

所述静制动钳固定连接在所述力臂套上，所述动制动钳通过所述定位导杆连接在所述静制动钳上；

    所述变频调速控制器与PLC测试系统通过通讯数据线连接，所述变频调速控制器包括变频器、执行机构控制器和霍尔传感器，所述变频器和执行机构控制器分别连接所述减速器，

    所述霍尔传感器安装在所述减速器的输入轴末端，所述霍尔传感器的信号线连接所述执行机构控制器，所述执行机构控制器和变频器通过通讯数据线连接，所述变频器的输出电源线连接至所述驱动电机。

2.根据权利要求1所述的电液制动的电动执行机构智能型测试台，其特征在于， 所述液压回路上设有压力表。