具体实施方式

下面详细讨论实施例的实施和使用。然而，应当理解，所讨论的具体实施例仅仅示范性地说明实施和使用本发明的特定方式，而非限制本发明的范围。在描述时各个部件的结构位置例如上、下、顶部、底部等方向的表述不是绝对的，而是相对的。当各个部件如图中所示布置时，这些方向表述是恰当的，但图中各个部件的位置改变时，这些方向表述也相应改变。

随着国家科学技术的发展，各种学科的研究与测试是科技发展的关键，尤其用于科研与测试的试验台越来越重要。如目前膝关节假体摩擦试验机国内大概只有三台，髋关节假体摩擦试验台国内大概有五台，而且全部来自于进口。由于现在技术受制于国外，面临着购买价格昂贵以及维护成本过高等问题，使得国内研究人员苦不堪言。

基于目前这种状况，本发明基于假体摩擦试验机上的力加载要求设计了一种高频力加载电液系统，利用高频响比例伺服阀控制集成油缸按照预定的力曲线进行高频加载，再经过压力传感器将加载力实时反馈给系统控制器进行PID运算，从而形成闭环控制。

图1示出了根据本发明的一个实施例的高频力加载电液系统的力加载单单元；图2示出了根据本发明的一个实施例的高频力加载电液系统的液压油箱和主阀组；图3示出了根据本发明的一个实施例的高频力加载电液系统的液压原理图。通常，所述高频力加载电液系统包括动力站和力加载单元，其中动力站的核心或根本为电机泵组。

具体地，该高频力加载电液系统100主要包括液压油箱10、主阀组20以及至少一个力加载单元30。其中，液压油箱10用于容纳液压油，主阀组20与所述液压油箱10连通，用于向所述力加载单元30输送液压油。所述力加载单元30与所述主阀组20连通，用于提供加载力。

所述主阀组20可以采用液压集成块的形式。液压集成块可以是预先钻有多个孔的阀块体，其上安装有各种液压元件，如液压阀、管接头、压力表等，其内部的的孔道与元件的孔道相连通，构成液压集成回路，实现液压系统的控制要求。

所述高频力加载电液系统100可以包括多个力加载单元30，所述多个力加载单元30相互并列设置，例如图3中的实施例中示出了两个力加载单元30。

每个力加载单元30包括高频响比例伺服阀31和集成油缸32。所述高频响比例伺服阀31与所述主阀组20连通，所述集成油缸32与所述高频响比例伺服阀31连通，用于提供加载力。其中，在所述高频响比例伺服阀31和所述集成油缸32之间的油道中设置第一旁通泄油阻尼孔33，使得所述集成油缸的回路形成C型液压半桥。

根据本发明的一些实施例，所述高频力加载电液系统100还包括压力传感器和控制器，通过所述压力传感器将所述集成油缸32提供的加载力反馈给所述控制器。

根据本发明的一些实施例，所述主阀组20具有进油口P、回油口T、工作油口A、工作油口B，所述高频响比例伺服阀31具有进油口P、回油口T、工作油口A、工作油口B，所述第一旁通泄油阻尼孔33设置于所述高频响比例伺服阀31与所述液压油箱10之间。更具体地，所述第一旁通泄油阻尼孔33设置于所述高频响比例伺服阀31的工作油口A与所述所述主阀组20的工作油口B之间。

所述高频响比例伺服阀31具有四个工位，如图3中从左到右，分别是第一工位、第二工位、第三工位和第四工位，当所述高频响比例伺服阀31处于第一工位时，所述高频响比例伺服阀31的四个油口皆不通；当所述高频响比例伺服阀31处于第二工位时，所述高频响比例伺服阀31的进油口P和工作油口B连通，回油口T与工作油口A连通；当所述高频响比例伺服阀31处于第四工位时，所述高频响比例伺服阀31的进油口P和工作油口A连通，回油口T与工作油口B连通；第三工位具有中位机能，当有电信号进入时，随着电流大小变化，可连续变化地切换到第二到第四工位。

根据本发明的一些实施例，所述高频响比例伺服阀31的工作油口A与所述集成油缸32的无杆腔连通，所述高频响比例伺服阀31的工作油口B与所述集成油缸32的有杆腔连通。

根据本发明的一些实施例，所述力加载单元30还设有用于保持所述集成油缸32的位置的定位电磁阀34，所述定位电磁阀34设置于所述高频响比例伺服阀31与所述集成油缸32之间，更具体地，设置于所述高频响比例伺服阀31的工作油口A与所述集成油缸32的无杆腔之间。

根据本发明的一些实施例，所述力加载单元30还设有用于控制液压油的速度的限速电磁阀35，所述限速电磁阀35设置于所述高频响比例伺服阀31与所述液压油箱10之间，更具体地，设置于所述高频响比例伺服阀31的回油口T与所述主阀组20的工作油口B之间。

在图1所示的实施例中，所述第一旁通泄油阻尼孔33、所述定位电磁阀34以及所述限速电磁阀35集成到功能阀块40中，不仅使空间更加紧凑，而且实现了模块化设计。

根据本发明的一些实施例，所述限速电磁阀35具有进油口P、回油口T、工作油口A、工作油口B，所述限速电磁阀35的进油口P和回油口T与所述主阀组20的工作油口B连通，所述限速电磁阀35的工作油口A与所述第一旁通泄油阻尼孔33连通，所述限速电磁阀35的工作油口B与所述高频响比例伺服阀31的回油口T连通。

根据本发明的一些实施例，在所述限速电磁阀35的进油口P和所述主阀组20的工作油口B之间设有第二旁通泄油阻尼孔36。所述第二旁通泄油阻尼孔36的设置使得所述限速电磁阀35能够有效地控制回油管路中的液压油的速度，从而使加载油缸缩回时速度更稳定。

根据本发明的一些实施例，在所述集成油缸32的有杆腔和所述主阀组20的工作油口B之间设有第三旁通泄油阻尼孔37。

根据本发明的一些实施例，所述高频响比例伺服阀31前面的油道中设有用于补偿液压油流量的第一蓄能器38。

根据本发明的一些实施例，所述高频力加载电液系统100包括伺服电机泵组11，所述伺服电机泵组11包括连接于主阀组20和所述液压油箱10之间的液压泵111以及用于驱动所述液压泵111的伺服电机112。

结合图3中所示，所述液压油箱10与所述液压泵111连接，然后通过单向阀12连接到所述主阀组20，具体连接到主阀组20的进油口P。当所述伺服电机112启动时，带动所述液压泵111，将所述液压油箱10内的液压油经过单向阀12输送到主阀组20中，所述单向阀12能够起到防止液压油倒流的作用。在所述主阀组20的回油口T与所述液压油箱10之间还依次连接有风冷机13、单向阀14以及回油过滤器15，风冷机13的作用是冷却回油管路的液压油，回油过滤器15的作用是将系统回油中的杂质过滤掉。

所述液压油箱10还设有空气滤清器16以及温度传感器17。空气滤清器16的作用是将大气与液压油箱内连通，并过滤掉空气中的杂质，温度传感器17能够将液压油的温度转换为电信号，从而控制风冷机13是否启动，防止力加载电液系统中液压油的温度过热。

所述主阀组20包括压力传感器21、压力表22、高压过滤器23、溢流阀24、卸荷阀25、第二蓄能器26。所述压力传感器21与所述单向阀12连接，其能够将压力信号转换成电信号，反馈给控制器(图未示)。所述压力表22与所述压力传感器21连接，用于显示液压油的压力，使调试维护人员观察设备压力是否正常。所述高压过滤器23与所述压力表22连接，用于过滤掉液压油中的杂质，所述溢流阀24连接于所述压力传感器21与所述主阀组20的回油口T之间，主要通过溢流起到限定系统压力和安全保护作用。所述卸荷阀25连接于所述主阀组20的工作油口A和回油口T之间，所述卸荷阀25的初始默认工作位为常通，当所述伺服电机112与所述液压泵111启动时，可以实现空载启动；在正常运转时所述卸荷阀25得电，即可实现电液系统加载，处于就绪状态。第二蓄能器26连接于所述高压过滤器23与所述主阀组20的工作油口A之间，用于减缓所述液压泵111的压力脉动。至此，所述液压泵111将液压油从所述液压油箱10吸入并排出，经过所述主阀组20供给到外部的一个或多个力加载单元30的集成油缸32。

当液压油从主阀组20进入到力加载单元30时，液压油先进入到第一蓄能器38中，第一蓄能器38能够为高频响比例伺服阀31提供液压油，提高整个力加载电液系统的响应速度。当高频响比例伺服阀31不得电时，处于第一工位(O型)，此时高频响比例伺服阀31的四个工作油口皆不通，当有电信号进入时，随着电流大小变化，可连续变化地切换到第二到第四工位。当需要进行力加载时，所述定位电磁阀34得电，使得通向所述集成油缸32的油路连通，当不需要进行力加载时，所述定位电磁阀34失电，使得通向所述集成油缸32的油路断开，这时定位电磁阀34可以使集成油缸32可靠地保持原位而不随重力作用下滑。当所述高频响比例伺服阀31处于第四工位时，进油口P和工作油口A连通，液压油一边进入到所述集成油缸32的无杆腔，另一边通过第一旁通泄油阻尼孔33、再经过所述限速电磁阀35流回所述液压油箱10。此时，所述高频响比例伺服阀31与第一旁通泄油阻尼孔33形成了C型液压半桥，即压力腔进油端(比例伺服阀)阻尼可变，出油端(第一旁通泄油阻尼孔)阻尼为固定阻尼，这样设计可以极大程度上防止力加载电液系统压力超调过大，从而大幅提高了力加载电液系统的稳定性。此时，所述高频响比例伺服阀31与第一旁通泄油阻尼孔33的回油都可以经过所述限速电磁阀35以及所述主阀组20流回到所述液压油箱10。

当需要所述集成油缸32下降时，所述高频响比例伺服阀31切换到第二工位，使得所述高频响比例伺服阀31的进油口P与工作油口B相连。此时，由于集成油缸32的有杆腔和无杆腔的面积差过大，为防止所述集成油缸32的下降速度过快，当液压油进入到所述集成油缸32的有杆腔时，可通过第三旁通泄油阻尼孔37流回到所述液压油箱10，起到了旁通节流的作用。与此同时，所述限速电磁阀35得电，处于图中右侧工位，此时切断了所述高频响比例伺服阀31的回油口T的回油路，所述集成油缸21的无杆腔内的回油必须经过第一旁通泄油阻尼孔33进入到限速电磁阀35，然后经过第二旁通泄油阻尼孔36流回所述液压油箱10，第二旁通泄油阻尼孔36起到了控制集成油缸21的无杆腔的回油速度的作用。在上面描述的实施例中，高频响比例伺服阀31、第一旁通泄油阻尼孔33以及集成油缸32组成的回路构成了C型液压半桥的回路。

当力加载电液系统停止或者断电时，虽然所述高频响比例伺服阀31已经关闭，但是由于存在第一旁通泄油阻尼孔33，无法使得集成油缸32安全地保持在原有位置，因此在所述高频响比例伺服阀与所述集成油缸之间设置了定位电磁阀，所述定位电磁阀具有无泄漏的锥阀芯，可使所述集成油缸保持原有位置不滑落，达到安全可靠的保持位置的目的。

当集成油缸32下降时，由于集成油缸32面积比较大，即有杆腔面积很小，此时很小的流量即可得到很大的速度，并且负载重力和集成油缸32下降的方向相同，若所述高频响比例伺服阀开启，所述高频响比例伺服阀的油口与所述第一旁通泄油阻尼孔会使得负载腔无法形成背压，从而会造成集成油缸下降失速。因此，在所述高频响比例伺服阀和所述液压油箱之间设置了限速电磁阀，其功能是让正常情况下的高频响比例伺服阀回油与所述第一旁通泄油阻尼孔的回油无影响。而当集成油缸执行下降动作时，所述高频响比例伺服阀回油被关闭，经过所述第一旁通泄油阻尼孔的回油再次经过所述第二旁通泄油阻尼孔，形成回油节流调速，保证了集成油缸稳定下降的背压。而在集成油缸的有杆腔，也并联了所述第三旁通泄油阻尼孔，目的是形成旁通节流调速。所述第二旁通泄油阻尼孔和所述第三旁通泄油阻尼孔相互配合，使得所述集成油缸能够平稳下降。

另外，在动力源方面，采用的是伺服电机泵组，压力传感器将液压泵输出压力反馈传递给伺服驱动器形成闭环控制。所述高频响比例伺服阀前面设置有用于补偿液压油流量的第一蓄能器，能够快速补偿流量，降低阀开口变化引起的阀前压力波动。另外，所述主阀组设有第二蓄能器，能够将泵输出的压力脉动降至最低。

在根据本发明的实施例中，将高频响比例伺服阀、电磁阀、蓄能器与集成油缸高度集成在一起，不仅使空间更加紧凑，实现了模块化设计，更是减少了加载的负载腔油液体积，增加了集成油缸的固有频率，减少了油液弹性模量对力加载电液系统动态特性的影响。

以上已揭示本发明的技术内容及技术特点，然而可以理解，在本发明的创作思想下，本领域的技术人员可以对上述公开的构思作各种变化和改进，但都属于本发明的保护范围。上述实施方式的描述是例示性的而不是限制性的，本发明的保护范围由权利要求所确定。