CN104019082B - 检测伺服阀故障的方法及应用该方法的伺服阀 - Google Patents

Abstract

一种检测两级伺服阀的故障的方法，其中控制功率的可移动构件通过机械反馈连接到先导级的力矩马达的转子。响应于检测到力矩马达的转子已接合止挡件而生成故障信号。本发明还提供了包括用于实施这样的方法的装置的伺服阀。

Description

检测伺服阀故障的方法及应用该方法的伺服阀

技术领域

本发明涉及用于检测两级流量伺服阀的故障的方法和装置，其中，用于分配功率的可移动构件通过机械反馈连接到先导级的力矩马达的转子。本发明还提供了包括这样的装置的伺服阀。

背景技术

常规的伺服阀由摆动或偏转射流型先导级或具有挡板的喷嘴型先导级构成，其中挡板控制功率级的可移动功率分配构件。功率级的功能是传送与传送到先导级的指令成比例的压力或流量。

在这样的伺服阀中，先导级的液压发射器（喷嘴或喷射器）和液压接收器（固定挡板、偏转器或接收器）的相对位置产生压差，该压差用于轻微移动伺服阀的功率级的可移动功率分配构件。通常，液压发射器或接收器的位置由力矩马达控制，力矩马达使先导级的面对的液压元件（用于挡板-喷嘴伺服阀的挡板、用于可移动喷射器伺服阀的喷射器和用于固定喷射器伺服阀的偏转器）中的一个移动。响应于来自使用者的请求，计算机向力矩马达发送呈电流形式的指令。该指令引起力矩马达的转子相对于定子转动，这更改了液压发射器和接收器的相对位置，藉此产生越过功率级的可移动功率分配构件的压差。可移动功率分配构件然后以与力矩马达所接收的电指令基本上成比例的量移动。可移动功率分配构件的移动然后使一组钻孔通道与开口连通，这些开口处于允许压力或流量作为所述功率分配构件的移动的函数而被传送的布置。当已获得所需效果（通常是由连接到伺服阀的功率级的致动器驱动的元件的定位）时，计算机发送停止指令，伺服阀然后停止传送压力或流量。在致动器的移动和提供给伺服阀的指令之间的控制环通常通过计算机建立。

这样的伺服阀通常包括在力矩马达的转子和可移动功率分配构件之间的机械连接，例如，称为“反馈”杆。该机械连接通常安装在可移动元件的中间，并且还固定到挡板或喷射器。

这样的伺服阀广泛用于航空领域，特别是用于飞行控制或用于操纵一个或多个轮子。

由于那些构件的功能是关键性的，对于飞机安全来说，重要的是能够监测伺服阀的操作是令人满意的，并且因此在故障的情况下警告机载计算机，甚至在伺服阀的故障操作产生伺服阀所控制的硬件的可察觉故障之前。飞行员或系统可于是断开已识别为故障的设备，并启动备用的设备（如果有的话）。

常规地，在来自飞行员的请求之后，机载计算机向力矩马达发出指令，以便力矩马达生成适于实现液压元件的所需移动的压力或流量。计算机还接收使其能够证实所需移动已经正确地发生的信息。

可能影响伺服阀的故障均对可移动功率分配构件的位置产生影响。可特别提及以下故障：

a)在行程末端位置的滑块引起伺服控制迅速地突然倾侧（lurch）；反馈杆损坏，某些填料垫被挤出；

b)受阻的滑块引起取决于滑块受阻的流量的或多或少的突然倾侧：夹塞在填料和滑块之间的尘屑；

c)至先导级的液压进料的中断：结构部件的开裂、至第一级的液压进料的堵塞；和

d)电能的中断：两个线圈的破损、电源线的破损。检测这类故障通常依靠计算机的监测装置。

伺服控制的突然倾侧被感知为其所控制的诸如致动器的硬件的故障状态，该硬件快速且突然地占据处于其极端位置中的一个的位置。例如，对于致动器来说，伺服控制突然倾侧引起致动器杆迅速地移动到其“完全延伸”位置或其“完全回缩”位置。在伺服控制环中的伺服阀也处于故障状态，可能地为以上所提及的状态a)到d)中的一个，其中，由于功率构件的分配滑块处于错误位置，伺服阀传送与所需不同的输出流量或压力。

测量在由计算机请求的位置和其实际位置之间的可移动功率分配构件的位置误差反映伺服阀的故障。

目前，可移动功率分配构件的位置由线性可变差动变换器(LVDT)型的无源线性移动传感器确定。为了能够操作，该类型的传感器需要称之为“调节器”的电子模块。这样的传感器的优点是：结构简单，且能在极其困难的环境中操作，同时还具有良好的分辨率。然而，在伺服阀中结合该类型的传感器引起以下问题：

伺服阀的尺寸根据型号增加10%到50%；

伺服阀的重量增加5%到20%。该影响在设备的重量轻是必要条件的航空应用中特别有害；

以这种方式装配的伺服阀的成本比不这样装配的伺服阀的成本高5%至20%；

平均无故障时间增加了10%到20%；和

对来自传感器的信号进行工况处理的需求进一步使尺寸、重量、成本和可靠性方面不利。

发明内容

本发明的目的是提出一种检测具有机械反馈的两级伺服阀的故障的简单方法。

为此，本发明提供了一种检测伺服阀的故障的方法，该伺服阀具有带有用于分配功率的可移动构件的功率级和包括力矩马达的先导级，力矩马达具有定子和转子，转子占据被控制的位置以便以受控制的方式移动用于分配功率的可移动构件，所述用于分配功率的可移动构件通过机械反馈连接到力矩马达的转子，本发明的方法包括检测马达的可移动部分接合止挡件并响应于这样的检测而生成故障信号。

该方法基于检测离散状态：转子接合止挡件。该类状态可被诸如干触点或无触点（例如，磁性的）传感器的简单装置检测。根据要实现的检测电路的性质，特别是根据其受其周围环境干扰的敏感性或根据处理生成的信号的计算机的能力，来选择那些检测装置。这些装置的简化还可具有提高装置的可靠性的效果，并且还具有减少其成本和重量的效果。可以为现有的伺服阀装配这样的装置，该装置特别稳固和可靠并且适于生成清晰和快速的故障信号，而很少有额外成本和额外重量。

发明人已发现，伺服阀的故障操作通常导致力矩马达的转子接合止挡件。

在伺服阀故障时，机载计算机发出关于伺服阀的修正指令（增加/减少/停止液压进料）。这产生施加到转子的电磁扭矩，只要液压元件未执行所需的移动。因此，在伺服阀故障的情况下，由于恒定的扭矩被施加到转子，转子接合其止挡件中的一个，假定连接到转子的元件足够柔韧以允许这样的移动。

本发明还提供了设有用于实施这样的方法的装置的伺服阀。

本发明的其它特征和优点在阅读本发明的特定、非限制实施例的以下描述时呈现。

附图说明

对附图进行参考，其中：

图1是处于无故障配置的伺服阀的图解视图；以及

图2是处于具有故障的配置的伺服阀的图解视图。

具体实施方式

图1是赋予整体标号1的伺服阀的功能图。该阀可结合在控制电路中，控制电路用于控制诸如用于控制机翼上的襟翼（flap）的致动器12的液压设备。伺服阀包括标号为MC的力矩马达。

伺服阀1具有先导级和功率级。先导级包括在计算机100的控制下移动的力矩马达MC，计算机100经由指令通道10向力矩马达MC发送其指令。功率级连接到液压动力源P、返回端口R、以及两个出口C1和C2。出口C1和C2经由管14为双作用致动器12的两个室进料。计算机100经由操作监测通道11接收来自力矩马达的信息并且还经由信息通道13接收关于致动器位置的信息。

力矩马达MC包括定子2和转子3。定子2为笼子，该笼子围绕转子3且具有用于在其极端位置处接纳转子的磁性止挡件2.1。转子3包括两个主要元件：

磁性挡板3.1，其通过由定子形成的磁场作用并相对于伺服阀1的主体可移动；和

柱3.2，其从定子伸出并穿入伺服阀的主体内部。

转子3固定到面向固定接收器5的流体喷射器4。喷射器4根据转子3的移动选择性地导向液压流体。呈反馈杆6形式的机械返回装置将用于分配功率的可移动构件，即，滑块7机械地连接到空间3.2。

在该示例中呈常开开关2.2形式的止挡件接合检测器被布置成靠近磁性止挡件2.1，并且其以这样的方式布置，以便在转子3抵接时被磁性挡板3.1的端部致动。检测器经由操作监测通道11与计算机100通信。固定接收器5具有两个图解示出的通道8，通道8通入位于滑块任一侧上的室9中。转子3的移动使喷射器4相对于偏转器5移动。两个不同的流然后经由通道8导向至位于滑块7的任一侧上的室9中。这些流在室9中形成压差，藉此引起滑块7平移移动并且经由管14作用以从伺服阀1向致动器12输出流量，该流量与施加到力矩马达MC的输入的控制电流基本上成比例。

图2示出处于异常状态的伺服阀1，在该示例中，反馈杆6已损坏。在这种情况下，滑块7将立即抵接室9中的一个或另一个的端部，引起伺服阀突然倾侧。大流量然后由伺服阀1经由管14输送到致动器12。在借助于信息通道13获知致动器12的移动时，计算机100经由指令通道10将修正指令发送到伺服阀。该指令采用施加到力矩马达MC的电流的形式，以便引起挡板在使致动器12能够执行所需的返回移动的方向上移动。只要致动器2未按指令移动，该修正指令就一直保持。由于其经受来自定子2的恒定的磁力矩，转子3的磁性挡板3.1靠在磁性止挡件2.1中的一个上并且闭合开关2.2中的一个。响应于这样的止挡件接合，该电路的闭合在操作监测通道11上生成故障信号。可能有用的是，在检测开关2.2中的一个的闭合时添加超时或滤波器，因为高流量需求可引起转子3暂时接合止挡件。然而，第一级的快速动态响应意味着本发明的装置检测故障的速度具有与包括伺服阀滑块上的LVDT型传感器的系统的速度相同的量级。

故障信号会触发对飞机飞行员的警告，或者其可由计算机直接处理，计算机可决定应用包括停用故障伺服阀和启动备用设备（如果有的话）的安全规程。

自然，本发明不限于所描述的实施例，而是涵盖了如权利要求书所定义的本发明范围内的任何变型。

特别地：

·伺服阀可以是传送压力设定点的伺服阀；

·可通过其它类型的传感器检测到转子3接合止挡件，例如电感式传感器、常开或常闭开关、测压传感器、电阻传感器，或者真正地测量定子和转子之间的电阻；

·例如通过测量柱3.2的扭转可在系统的任何位置检测与止挡件的接合；

·止挡件接合传感器2.2可由转子本身承载，藉此能够提供紧凑的元件；

·止挡件接合传感器2.2可由定子2本身承载，藉此能够提供紧凑的元件，特别是通过取代磁性止挡件2.1来实现；

·止挡件接合传感器2.2可定位在定子2的笼子内部或外部；

·力矩马达MC可将扭转力施加到转子3；

·指令通道10和操作监测通道11可以是相同的通道（多路复用）；

·可将与止挡件接合检测器并联连接且在没有向线圈馈送电流的情况下闭合的电路添加到装置；并且

·虽然本发明在该示例中涉及具有呈定子形式的固定部分和呈转子形式的可移动部分的力矩马达，本发明同样很好地适用于固定部分使可移动部分平移移动的线性马达。

Claims (4)

1.一种检测伺服阀(1)的故障的方法，所述伺服阀(1)具有功率级和包括马达(MC)的先导级，所述功率级带有用于分配功率的可移动构件(7)，所述马达(MC)具有固定部分(2)和可移动部分(3)，所述可移动部分(3)占据被控制的位置以便以受控制的方式移动所述用于分配功率的可移动构件(7)，所述用于分配功率的可移动构件(7)通过反馈构件(6)连接到所述马达(MC)的所述可移动部分(3)，所述方法的特征在于检测所述马达(MC)的所述可移动部分(3)接合止挡件并且响应于这样的检测而生成故障信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过传感器(2.2)检测所述可移动部分(3)接合止挡件，所述传感器(2.2)操作地连接到所述马达(MC)的所述可移动部分(3)，以便在所述马达(MC)的所述可移动部分(3)接合止挡件时改变状态，而且状态的改变生成故障信号。

3.一种伺服阀(1)，包括带有用于分配功率的可移动构件(7)的功率级和包括马达(MC)的先导级，所述马达(MC)具有固定部分(2)和可移动部分(3)，所述可移动部分(3)占据被控制的位置以便以受控制的方式移动所述用于分配功率的可移动构件(7)，所述用于分配功率的可移动构件(7)通过反馈构件(6)连接到所述马达(MC)的所述可移动部分(3)，所述伺服阀的特征在于其装配有用于检测所述马达(MC)的所述可移动部分(3)接合止挡件的装置(2.2)。

4.根据权利要求3所述的伺服阀，包括传感器(2.2)，所述传感器(2.2)操作地连接到所述马达(MC)的所述可移动部分(3)，以便在所述马达(MC)的所述可移动部分(3)接合止挡件时改变状态，状态的改变生成故障信号。