具体实施方式

下面结合附图和具体实施过程对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，系统包括电液作动器100、液压泵站200、对顶油缸300、液压缸400、第一手动换向阀705和第二手动换向阀706；对顶油缸300包括对顶油缸小直径缸筒301、对顶油缸大直径缸筒302和对顶油缸共用活塞杆303，对顶油缸小直径缸筒301和对顶油缸大直径缸筒302共用一根对顶油缸共用活塞杆303，即对顶油缸小直径缸筒301和对顶油缸大直径缸筒302的活塞杆同轴固连形成对顶油缸共用活塞杆303，同轴度更高；液压泵站200和对顶油缸大直径缸筒302的两腔体连通，电液作动器100经第一手动换向阀705和液压缸400的两腔体连通，电液作动器100经第二手动换向阀706和对顶油缸小直径缸筒301的两腔体连通。

本发明的测试对象是电液作动器，针对电液作动器和对顶油缸之间的盾构机换刀机械臂模拟关系进行测试，也针对电液作动器和液压缸之间进行测试。

液压泵站200向对顶油缸大直径缸筒302供油，提供加载压力，电液作动器100向对顶油缸小直径缸筒301供油，对顶油缸300一方面用于测试电液作动器双向高压柱塞泵104保持不同压力时所需的最低转速。

另一方面，对顶油缸300用于模拟盾构机换刀机械臂受恒定方向的正负载(负载力方向与运动方向相反)或负负载(负载力方向与运动方向相同)工况，测试该工况下对顶油缸共用活塞杆303的位置控制精度。

第一外接单向阀701、第一外接溢流阀702、第二外接溢流阀703、第二外接单向阀704用于产生液压缸400的回油背压并保证正常进油，模拟液压缸400活塞杆双向均受正负载的工况，并与液压缸400一同用于测试双向正负载工况下液压缸400活塞杆的位置控制精度。

如图2所示，液压缸400安装在靠近盾构机刀盘709附近的换刀机械臂708上，液压缸400活塞杆处设有第一位移传感器501，第一位移传感器501用于检测液压缸400活塞杆的位移；

液压缸400的无杆腔和有杆腔分别连通液压缸A油口401和液压缸B油口402，液压缸A油口401分别经第二外接溢流阀703、第二外接单向阀704连通到第一手动换向阀705的A口，即第二外接溢流阀703、第二外接单向阀704并联连接在液压缸A油口401和第一手动换向阀705之间，液压缸B油口402分别经第一外接单向阀701、第一外接溢流阀702连通到第一手动换向阀705的B口，即第一外接单向阀701、第一外接溢流阀702并联连接在液压缸B油口402和第一手动换向阀705之间；液压缸A油口401和液压缸B油口402处的油路管道分别设有第二压力传感器602、第一压力传感器601，第一压力传感器601检测液压缸B油口402的油压，第二压力传感器602检测液压缸A油口401的油压。

对顶油缸300中，对顶油缸共用活塞杆303处设有第二位移传感器502，第二位移传感器502用于检测对顶油缸共用活塞杆303的位移；对顶油缸小直径缸筒301的无杆腔和有杆腔分别连通对顶油缸小直径缸筒A油口304和对顶油缸小直径缸筒B油口305，对顶油缸小直径缸筒A油口304和对顶油缸小直径缸筒B油口305分别连接到第二手动换向阀706的A口和B口；对顶油缸大直径缸筒302的有杆腔和无杆腔分别连通对顶油缸大直径缸筒A油口306和对顶油缸大直径缸筒B油口307，液压泵站200引出两根液压软管分别与对顶油缸大直径缸筒A油口306、对顶油缸大直径缸筒B油口307连接，液压泵站200中具有液压泵站压力表201和第五压力传感器605，液压泵站压力表201安装在液压泵站200的溢流阀进油口处，液压泵站200的出口经液压泵站电磁换向阀202分别和对顶油缸大直径缸筒A油口306和对顶油缸大直径缸筒B油口307连通；第五压力传感器605安装在液压泵站压力表201所在的管路上，用于检测液压泵站200的溢流阀压力。

电液作动器100包括电液作动器伺服电机103、电液作动器双向高压柱塞泵104、电液作动器第一溢流阀105、电液作动器第二溢流阀106、电液作动器第一平衡阀107、电液作动器第二平衡阀108、第三压力传感器603、第四压力传感器604；电液作动器伺服电机103的输出端和电液作动器双向高压柱塞泵104的输入轴连接，电液作动器双向高压柱塞泵104的第一个油口分别和电液作动器第一溢流阀105、电液作动器第一平衡阀107一端口连接，电液作动器第一溢流阀105另一端口连接到油箱，电液作动器第一平衡阀107另一端口作为电液作动器A油口101，电液作动器A油口101分别连接到第一手动换向阀705和第二手动换向阀706的P口；电液作动器双向高压柱塞泵104的第二个油口分别和电液作动器第二溢流阀106、电液作动器第二平衡阀108的一端口连接，电液作动器第二溢流阀106另一端口连接到油箱，电液作动器第二平衡阀108另一端口作为电液作动器B油口102，电液作动器B油口102分别连接到第一手动换向阀705和第二手动换向阀706的T口。

在电液作动器双向高压柱塞泵104的第一个油口和电液作动器第一溢流阀105、电液作动器第一平衡阀107之间的油路管道上安装第三压力传感器603，在电液作动器双向高压柱塞泵104的第二个油口和电液作动器第二溢流阀106、电液作动器第二平衡阀108之间的油路管道上安装第四压力传感器604。

具体实施中还包括计算机707，计算机707分别连接第二压力传感器602、第一压力传感器601、第三压力传感器603、第四压力传感器604、第五压力传感器605、第一位移传感器501和第二位移传感器502，计算机707同时连接到电液作动器伺服电机103来控制电液作动器伺服电机103的工作。

具体实施中的电液作动器100采用申请号为2020112859933，申请日为2020.11.17的中国专利申请中的电液作动器单元或者申请号为2020112841817，申请日为2020.11.17的中国专利申请中的电液作动器单元。具体实施中的液压缸400采用申请号为2020112859933，申请日为2020.11.17的中国专利申请中的液压缸或者申请号为2020112841817，申请日为2020.11.17的中国专利申请中的液压缸。

对顶油缸300包括对顶油缸小直径缸筒301、对顶油缸大直径缸筒302、对顶油缸共用活塞杆303、对顶油缸小直径缸筒A油口304、对顶油缸小直径缸筒B油口305、对顶油缸大直径缸筒A油口306、对顶油缸大直径缸筒B油口307，两个缸筒共用一根活塞杆，同轴更高，其中小直径缸筒内径30mm，大直径缸筒内径63mm，共用活塞杆直径20mm，电液作动器100给小直径缸筒供油，液压泵站200给大直径缸筒供油，由于活塞杆受力＝油液压力×油液作用面积，大直径缸筒油液作用面积更大，因此可用最高输出压力较小的液压泵站200测试最高输出压力更高的电液作动器100。

第一位移传感器501检测液压缸400活塞杆位移；第二位移传感器502检测对顶油缸共用活塞杆303位移；第一压力传感器601检测液压缸B油口402的油压；第二压力传感器602检测液压缸A油口401的油压；第三压力传感器603检测电液作动器双向高压柱塞泵104左侧第一油口的油压，第三压力传感器603测量值与电液作动器双向高压柱塞泵104左侧油口实际压力的差值为柱塞泵左侧单向阀前后压差，差值小于0.1MPa；第四压力传感器604检测电液作动器双向高压柱塞泵104右侧油口的油压，两者差值为柱塞泵右侧单向阀前后压差，差值小于0.1MPa；第五压力传感器605测液压泵站200的输出油压。

各个位移传感器和各个压力传感器采集的数据反馈至计算机707；电液作动器伺服电机103反馈转速、位置至计算机707，同时接收计算机707发送的转速、位置指令进行工作，如图5所示。

对顶油缸300用来模拟电液作动器100受单向的负载，负载大小值通过调节液压泵站200中的溢流阀的溢流压力调节，负载力方向通过调节液压泵站电磁换向阀202改变。

如图3所示，对顶油缸大直径缸筒302一侧油液对活塞杆的作用力为F1时，无论活塞杆的运动方向为v1还是v2，液压泵站200对对顶油缸共用活塞杆303作用力的方向均为向左；对顶油缸大直径缸筒302一侧油液对活塞杆的作用力为F2时，无论活塞杆的运动方向为v1还是v2，液压泵站200对对顶油缸共用活塞杆303作用力的方向均为向右。

第一外接溢流阀702、第二外接溢流阀703用来产生液压缸400的回油背压并保证正常进油，模拟双向正负载，如图4所示，当液压缸400活塞杆运动方向为v3时，活塞杆受力方向为F3；活塞杆运动方向为v4时，活塞杆受力方向为F4。F3的大小通过调节第一外接溢流阀702的溢流压力改变，F4的大小通过调节第二外接溢流阀703的溢流压力改变，第一外接溢流阀702和第二外接溢流阀703的调压区间均为0～31.5MPa。活塞杆运动方向变化时，负载力的方向随即改变。

控制连接如图5所示，发明的实施工作情况和过程如下：

1、测电液作动器双向高压柱塞泵(104)向电液作动器第一溢流阀(105)一侧的左侧出油时，维持不同输出压力下的最低转速时，操作流程如下：

①首先将电液作动器(100)中的电液作动器第一溢流阀(105)、电液作动器第二溢流阀(106)溢流压力均调至最大值35MPa，电液作动器第一平衡阀(107)、电液作动器第二平衡阀(108)的溢流压力调至最大值35MPa，液压泵站(200)中溢流阀压力调定至最小，第一手动换向阀(705)换到右位，使得第一手动换向阀(705)A口和P口不连通，B口和T口不连通，截止油液往液压缸(400)的流动，第二手动换向阀(706)换到左位，使得第二手动换向阀(706)A口和P口连通，B口和T口连通，允许电液作动器(100)向对顶油缸小直径缸筒(301)供油；

②将液压泵站电磁换向阀(202)切换至右位，开启液压泵站(200)的电机，向对顶油缸大直径缸筒(302)的无杆腔供油，有杆腔回油，此时电液作动器(100)未工作，由于电液作动器(100)中两个平衡阀的锁止作用，对顶油缸共用活塞杆(303)无法运动；

③边观察液压泵站压力表(201)压力表的读数，边调高液压泵站(200)中溢流阀的调压旋钮，粗调溢流压力直至压力表指针指到0.2MPa左右，再通过观察计算机(707)中显示的第五压力传感器(605)读数，精调液压泵站(200)中的溢流阀溢流压力直至逼近0.2MPa；

④计算机(707)给电液作动器伺服电机(103)发送速度设定值，使电液作动器伺服电机(103)以恒定速度单向转动，带动电液作动器双向高压柱塞泵(104)向电液作动器第一溢流阀(105)一侧的左侧出油，电液作动器伺服电机(103)初始转速值为0rpm，通过计算机(707)的设定以间隔100rpm的速度差逐渐增大转速，直至第二位移传感器(502)检测到对顶油缸共用活塞杆(303)产生位移，再降低电机转速，根据二分法查找方式不断寻找对顶油缸共用活塞杆(303)产生位移所需的电液作动器伺服电机(103)临界转速；

⑤达到临界转速后继续保持上述临界转速运行10s，记录实验全过程中第二位移传感器(502)、第三压力传感器(603)、第四压力传感器(604)、第五压力传感器(605)反馈的数据，以及此时电液作动器伺服电机(103)的转速，并储存至计算机(707)，其中第三压力传感器(603)和电液作动器伺服电机(103)的转速值，分别是电液作动器双向高压柱塞泵(104)向电液作动器第一溢流阀(105)一侧的左侧出油时的输出压力以及维持该输出压力所需的电机最低转速，上述临界转速的寻找以及数据的记录可以通过程序自动完成；

⑥以0.2MPa的差值，不断手动调高液压泵站(200)中溢流阀的溢流压力，重复上述实验，直至电液作动器双向高压柱塞泵(104)向电液作动器第一溢流阀(105)一侧的左侧出油压力达到35MPa；

2、测电液作动器双向高压柱塞泵(104)右侧出油时，维持不同输出压力下的最低转速时，需将液压泵站电磁换向阀(202)切换至左位，液压泵站(200)向对顶油缸大直径缸筒(302)的有杆腔供油，无杆腔回油，电液作动器伺服电机(103)带动电液作动器双向高压柱塞泵(104)右侧出油，测试流程与上述相同，但器件选择和运动、流动方向均相反，其中第四压力传感器(604)和电液作动器伺服电机(103)的转速值，分别是电液作动器双向高压柱塞泵(104)右侧出油时的输出压力以及维持该压力所需的电机最低转速；

3、电液作动器(100)驱动对顶油缸共用活塞杆(303)运动并受单向负载时的位置控制精度测试方案：

①首先将电液作动器(100)中的电液作动器第一溢流阀(105)、电液作动器第二溢流阀(106)溢流压力均调至最大值35MPa，电液作动器第一平衡阀(107)、电液作动器第二平衡阀(108)的溢流压力调至最大值35MPa，液压泵站(200)中溢流阀压力调定至最小，第一手动换向阀(705)换到右位，使得第一手动换向阀(705)A口和P口不连通，B口和T口不连通，截止油液往液压缸(400)的流动，第二手动换向阀(706)换到左位，使得第二手动换向阀(706)A口和P口连通，B口和T口连通，允许电液作动器(100)向对顶油缸小直径缸筒(301)供油；

②将液压泵站电磁换向阀(202)切换至右位，开启液压泵站(200)的电机，向对顶油缸大直径缸筒(302)的无杆腔供油，有杆腔回油，此时电液作动器(100)未工作，由于电液作动器(100)中平衡阀的锁止作用，对顶油缸共用活塞杆(303)无法运动；

③边观察液压泵站压力表(201)压力表的读数，边调高液压泵站(200)中溢流阀的调压旋钮，调整溢流压力并观察压力表读数及计算机(707)中显示的第五压力传感器(605)读数，直到溢流压力值满足所需施加的负载力大小；

④通过计算机(707)设定对顶油缸共用活塞杆(303)需要达到的位置，并发送位置指令，控制电液作动器伺服电机(103)带动电液作动器双向高压柱塞泵(104)转动，最终驱动对顶油缸共用活塞杆(303)的伸出/缩回，第二位移传感器(502)实时检测反馈活塞杆实际位置到计算机(707)，计算机(707)通过位置闭环反馈控制实现对顶油缸共用活塞杆(303)的位置控制；

⑤将液压泵站电磁换向阀(202)切换至左位，改变液压泵站(200)对对顶油缸共用活塞杆(303)施加力的方向，其余实验过程与①～④中相同，但器件选择和运动、流动方向均相反。

4、电液作动器(100)驱动液压缸(400)运动并受双向正负载时的位置控制精度测试方案：

①将电液作动器(100)中的电液作动器第一溢流阀(105)、电液作动器第二溢流阀(106)溢流压力均调至最大值35MPa，电液作动器第一平衡阀(107)、电液作动器第二平衡阀(108)的溢流压力调至最大值35MPa，液压泵站(200)中溢流阀压力调定至最小，第一手动换向阀(705)换到左位，使得第一手动换向阀(705)A口和P口连通，B口和T口连通，使电液作动器(100)向液压缸(400)供油，第二手动换向阀(706)换到右位，使得第二手动换向阀(706)A口、P口、B口和T口均不相互连通，阻断电液作动器(100)向对顶油缸(300)供油，关闭液压泵站(200)中的电机；

②电液作动器双向高压柱塞泵(104)向电液作动器第一溢流阀(105)一侧的左侧出油时，油液依次经电液作动器A油口(101)、第一手动换向阀(705)、第二外接单向阀(704)输送至液压缸A油口(401)进入到液压缸(400)的无杆腔，液压缸(400)有杆腔的油液从液压缸B油口(402)经第一外接溢流阀(702)、第一手动换向阀(705)回到电液作动器B油口(102)，其中第一外接溢流阀(702)用来产生有杆腔的回油背压，模拟液压缸(400)装在换刀机械臂(708)上实际工作时的负载，第一压力传感器(601)用来记录有杆腔回油背压值；

③电液作动器双向高压柱塞泵(104)向电液作动器第二溢流阀(106)一侧的右侧出油时，油液依次经电液作动器B油口(102)、第一手动换向阀(705)、第一外接单向阀(701)输送至液压缸B油口(402)进入到液压缸(400)的有杆腔，液压缸(400)无杆腔的油液从液压缸A油口(401)经第二外接溢流阀(703)、第一手动换向阀(705)回到电液作动器A油口(101)，其中第二外接溢流阀(703)用来产生无杆腔的回油背压，模拟液压缸(400)装在换刀机械臂(708)上实际工作时的负载，第二压力传感器(602)用来记录无杆腔回油背压值；

④通过计算机(707)设定液压缸(400)活塞杆需要达到的位置，并发送位置指令，控制电液作动器伺服电机(103)带动电液作动器双向高压柱塞泵(104)转动，最终驱动液压缸(400)活塞杆的伸出/缩回，第一位移传感器(501)实时反馈活塞杆实际位置，通过位置闭环反馈控制实现对液压缸(400)活塞杆的位置控制。

由此实施可见，本发明能够给盾构机换刀机械臂电液作动器单元提供占用空间小，成本低的测试系统以及半自动化的测试方法，能够以简单的结构全面地模拟机械臂的各种实际加载情况，方便的完成换刀机械臂电液作动器的性能测试以及位置控制实验。