微型紧凑集成液压控制系统的设计指导

作者：William Durfee，University of Minnesota

解读：腾益登

首先来看看可穿戴式微型液压机器人的应用，电机驱动其一度在骨骼控制方面盛行。

然而液压控制逐渐引起了大家的兴趣。为什么是液压呢？因为，随着压力上升，输出力也增大，而重量不会明显改变。

液压控制可以提供大扭矩，满足低速应用，与电机驱动的低扭矩和高转速相比，具有竞争优势。

比如一些小型液压驱动装置的应用，如自行车等。

但是，随着尺寸的减小，油缸里的摩擦损失，管路中的阻力损失上升了。

下面来看看泵控和阀控系统，配置上有哪些不一样？

下面第一张图EHA采用双向变量泵来控制，第二张图采用伺服阀来控制执行器。

对于微型液压系统的分析，我们首先来看看元件层面的。油缸重量模型的建立，需要考虑壁厚及其承压能力，对于活塞杆，也需要考虑其抗压能力。

现实生活中油缸的预测重量与实际重量的趋势图。

O型圈摩擦力模型。

对不同直径油缸使用的O型圈的作用力效率进行对比分析。

轴向柱塞泵模型。

柱塞泵的验证试验。

泵的动态测试。

电机效率和重量可以从产品目录中查找出来。

当然也可以从数学模型中推导出来。

从上述元件层面的分析，我们可以得到哪些结论呢？

首先，缸径为4mm的，效率下降很快。

对于高压或大直径的，密封摩擦力影响不大。

没有活塞密封的油缸，效率更高。

在系统层面，我们可以了解到哪些？

案例1：电机驱动与液压驱动，哪一种更轻？

对于液压来说，压力越高，也就越轻。

如果液压考虑动力油源，肯定会增加重量，但是有些情况这个油源也可以远离执行器布置。

案例2：管路内径如何考虑？

案例3：采用齿轮泵还是柱塞泵？

齿轮泵轻，但效率低，因此整个系统重量会更重一些。

案例4：阀控还是泵控，始终是一个问题。

对于EHA系统来说，泵控更轻一些。

案例5：采用什么规格的电机？

电机越重，效率越高。

最优化的电机需要考虑运行时间以及是否采用了主动冷却措施。

应用案例：足关节运动控制

压力138bar，90Nm，100°/s，泵控系统。

这么小的油缸，也很特殊啊。

来进行效率和性能分析吧。

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原文始发于微信公众号（液压传动与控制）：微型紧凑集成液压控制系统的设计指导