CN104196784A - 一种舱段一体化电液伺服机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种舱段一体化电液伺服机构，该伺服机构由本体以及集成安装于本体的电机泵组合、液压组件、机械传动机构、控制机构共同组成，其中电机通电后带动恒压变量泵旋转，将电能转变为液压能；液压组件主要由油箱、增压组件、单向阀、高压安全阀、低压安全阀、加注活门、高压油滤、低压油滤、液压缸、蓄能器、电液伺服阀等组成；机械传动机构包括活塞连杆、作动筒、摇臂、连杆机构、锁紧机构等；控制机构包括插头、插座、用于检测作动筒内活塞杆位置的直线位移传感器以及实现系统闭环的控制电路板。该伺服机构具有功率体积比和功率质量比大、响应快、刚度大、控制精度高等优点。

Description

一种舱段一体化电液伺服机构

技术领域

本发明属于机电设备领域，具体涉及一种舱段一体化电液伺服机构。

背景技术

伺服机构被广泛运用于机械制造和军事领域中，一般用来提供动力输出。目前常见的伺服机构主要有气动伺服机构、电动伺服机构、电液伺服机构等三大类。它们各具以下特点：

气动伺服机构由压缩气体提供动力，将能量传递到执行机构，从而提供动力的输送。其结构相对简单、造价低廉、抗污染能力强，但由于气体可压缩性导致系统的输出力矩小、动态响应慢，刚度低。电动伺服机构以电力为能源，经过减速器传递到执行机构，由此提供动力的输送。近些年，随着新型电动机以及高性能功率器件的问世，电动伺服机构得到了长远的发展。但由于刚度偏低，因此在某些军用场合不能满足使用要求；电液伺服机构以液压油为工作介质，通过电液伺服阀改变所输出油液的流量及流动方向，提供动力输送。它具有负载刚度高、系统频带宽、响应快等优点，同时也存在加工精度要求高、对油液污染敏感、易漏油等问题。随着电液伺服技术的发展，普遍采用新技术、新方法，使电液伺服机构的不足得以逐步改善，但体积较大、集成度不高的问题依然存在。

发明内容

针对现有技术的缺陷或改进需求，本发明在于提供一种舱段一体化电液伺服机构，为电液伺服技术的发展提供新的思路和方法。该电液伺服机构采用集成一体化的设计思想，将电机泵组合、液压组件、传动机构及控制电路进行集成，极大减少了其重量和空间体积。具有功率质量比和功率体积比大、刚度大、输出控制精度高等优点。其主要由本体以及集成安装于本体的电机泵组合、液压组件、机械传动机构、控制机构共同组成，其中：

所述电机泵组合包括电机、恒压变量泵，其中所述电机固定安装在本体上，用于提供动力输出；另外，本体上的工艺孔，采用胀堵式工艺孔进行封堵，该工艺方法极大了避免了因焊接工艺产生的针孔、气孔等缺陷，保证了产品工作的可靠性。所述恒压变量泵与所述电机的输出轴同轴相连，用于从油箱中吸入低压油并将其转换为高压油输出；此外，所述恒压变量泵工作在恒定压力的模式下，其输出功率随工况的变化而变化，有效减少能源损耗和油液的温升，延长产品的工作时间。

所述液压组件由油箱、增压组件、单向阀、高压油滤、低压油滤、蓄能器、电液伺服阀、高压安全阀、低压安全阀、加注活门构成。所述增压组件经油路与油箱相通，其用于增加油箱内部的压力，保证恒压变量泵吸油口能正常吸油；所述单向阀可保证液压油从恒压变量泵出油口流向蓄能器和电液伺服阀，并防止液压油回流而对恒压变量泵造成损坏，保证了其工作寿命；所述低压油滤、高压油滤分别设置于恒压变量泵以及电液伺服阀的入口处；所述蓄能器和电液伺服阀与恒压变量泵出口以及单向阀相通。其中蓄能器通过螺纹固定在本体上，可根据系统工况的变化用来储存和释放能量。电液伺服阀其呈零开口形式可减小系统内漏，降低系统在零位时的消耗电流，从而减少系统发热，其与设置在本体中的作动筒相连通，用于改变所输出液压油的流量及流动方向，并将液压油输入至作动筒中；所述高压安全阀、低压安全阀在系统中主要起保护作用，防止压力异常变化对系统和人身造成伤害。其中高压安全阀连接高压油路与油箱。低压安全阀一端连接油箱低压油区，另一端与大气相通。所述加注活门集成于本体上，经油路与油箱相通，用于抽净系统内空气并向系统内注入所需油液。

所述机械传动机构包括活塞连杆，作动筒、摇臂、连杆结构和紧锁机构，其中所述活塞连杆设置在所述作动筒中作往返反复运动并通过所述连杆结构与摇臂连接提供动力输出；紧锁机构安装在电液伺服阀和作动筒之间，主要起保护作用，当电液伺服机构不工作时，将其紧锁在零位。

所述控制机构包括直线位移传感器、插座、插头和控制电路板，其中所述插座、插头分别用于为所述控制电路板和所述电机提供信号交互以及供电电源。所述直线位移传感器设置在活塞连杆内部，用于检测该活塞连杆的位置同时将位置信号传送至控制电路板；所述控制电路板用于对整体电液伺服装置执行电气控制，可根据直线位移传感器所反馈的位置信号，与控制信号调理后来驱动所述电液伺服阀，控制其阀芯开口大小及方向。

作为进一步优选地，所述电液伺服机构输出轴与舱段上连接舵轴进行集成，采用一体化设计。

采用这种一体化设计的方式，电液伺服机构无需承受舵面负载产生的弯矩，不仅保证了其工作可靠性。同时，减小了整体重量和体积，并可利用舱段壳体进行散热，延长电液伺服机构的工作时间。

作为进一步优选地，所述本体上的工艺孔，使用了胀堵式工艺封堵。

与传统的焊接式工艺相比，该工艺方法不仅简单、安全可靠。同时极大了避免了因焊接工艺产生的针孔、气孔等缺陷

作为进一步优选地，所述恒压变量泵与蓄能器和电液伺服阀连通的油路中设有单向阀。

通过设置单向阀可保证液压油从恒压变量泵出油口流向蓄能器和电液伺服阀，并防止液压油回流而对恒压变量泵造成损坏，保证了其工作寿命。

作为进一步优选地，所述电液伺服阀呈零开口的形式。

电液伺服阀呈零开口形式可减小系统内漏，降低系统在零位时的消耗电流，从而减少系统发热。此外，该电液伺服阀设置在本体上最接近作动筒的位置，可减小能量损失，提高系统的液压刚度。

作为进一步优选地，所述蓄能器采用气囊式结构，并采用螺纹和焊接两种方法进行密封。

气囊式结构不仅便于安装、质量轻，同时在很大程度上，提高了系统的响应速度。此外，由于蓄能器内部贮存有高压气体，其端盖与实体封口处采取螺纹和焊接两种方法进行密封，极大保证了其工作可靠性。

作为进一步优选地，所述控制电路板通过垫片和螺钉固定在本体内底端，通过盖板予以密封。

控制电路板整体通过螺钉和垫圈安装在本体内底端，有利于提高系统集成度，缩小体积。同时控制电路板设计可作为一个独立的部件，从本体中分离出，具备可替换性，给系统调试和排故带来了极大的便利。

作为进一步优选地，所述直线位移传感器安装在活塞连杆中部，不占用额外空间，使得系统结构更加紧凑、可靠。

总体而言，本发明舱段一体化电液伺服机构与现有技术相比，主要具备以下的优点：

1、通过将所有组件及控制电路集成在伺服机构本体上，整体结构紧凑，体积小，刚度大，便于安装和后期维护；同时该机构输出轴与舱段上连接舵轴集成在一起，采用一体化设计。进一步减小了整体重量和体积；

2、通过将电液伺服阀设计为零开口形式，可减小系统内漏，降低系统在零位时的消耗电流，从而减少系统发热，延长该机构的工作时间。

附图说明

图1是按照本发明的舱段一体化电液伺服机构的右视图；

图2是按照本发明的舱段一体化电液伺服机构的主视图；

图3是按照本发明的舱段一体化电液伺服机构的俯视图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-单向阀，2-电液伺服阀，3-紧锁机构，4-低压油滤，5-高压安全阀，6-摇臂，7-本体，8-油箱，9-螺钉，10-插座，11-盖板，12-插头，13-控制电路板，14-垫片，15-螺钉，16-增压组件，17-增压弹簧，18-低压安全阀，19-恒压变量泵，20-螺母，21-高压油滤，22-电机，23-螺钉，24-蓄能器，25-加注活门，26-直线位移传感器，27-活塞连杆，28-作动筒，29-O型圈，30-密封环，31-连杆机构。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1、图2和图3是按照本发明的舱段一体化电液伺服机构的结构示意图。主要包括电机泵组合、液压组件、机械传动机构、控制机构等四大部分，它们都集成于一体安装在本体7上，同时该机构输出轴与舱段上连接舵轴进行集成，采用一体化设计，因此整体装置具备结构紧凑、体积小，质量轻，便于安装和维护等优点。

下面将参照附图对这四个部分逐一进行具体描述。如图所示，电机泵组合包括电机22、恒压变量泵19，其中所述电机22通过螺钉23固定安装在本体7上，用于提供动力输出；另外，本体上的工艺孔，采用胀堵式工艺孔进行封堵，该工艺方法极大了避免了因焊接工艺产生的针孔、气孔等缺陷，保证了产品工作的可靠性。所述恒压变量泵19与所述电机22的输出轴同轴相连，并用螺母20将两者进行紧固，用于从油箱8中吸入低压油并将其转换为高压油输出；此外，该变量泵工作在恒定压力的模式下，其输出功率随工况的变化而变化，有效减少能源损耗和油液的温升，延长产品的工作时间。

液压组件由油箱8、增压组件16、单向阀1、高压油滤21、低压油滤4、蓄能器24、电液伺服阀2、高压安全阀5、低压安全阀18、加注活门25等构成。如图所示，其中低压油滤4设置在恒压变量泵19的入口处，而高压油滤21设在电液伺服阀2的入口端，两者可保证产品中油液的洁净度，防止引入多余物，对产品工作特性造成影响，特别是对污染敏感器件——电液伺服阀；单向阀1设置在恒压变量泵19高压油出口处，经高压油滤21与蓄能器24和电液伺服阀2相通，其保证了液压油从恒压变量泵19出油口流向蓄能器(24)和电液伺服阀(2)，并防止液压油回流而对恒压变量泵19造成损坏，延长其工作寿命；增压组件16经油路与油箱8相通，增压组件16可增加油箱8内部的压力，保证恒压变量泵19吸油口能正常吸油，其内部为活塞和增压弹簧17的结构形式，具有运动空间大、结构可靠、密封性好等优点；蓄能器24通过螺纹固定在本体上，可根据系统工况的变化用来储存和释放能量，蓄能器24可采用气囊式结构，其端盖与实体封口处采取螺纹和焊接两种方法进行密封，极大保证了其工作可靠性；电液伺服阀2其呈零开口形式可减小系统内漏，降低系统在零位时的消耗电流，进而减少系统发热，其安装于作动筒28上端，用于改变所输出液压油的流量及流动方向，并将液压油输入至作动筒28中；高压安全阀5连接高压油路与油箱8，防止产品工作异常时压力过高，引起安全事故；低压安全阀18一端连接油箱低压油区，另一端与大气相通，防止油箱在温度变化等条件下，超过其机构安全压力范围，对人身造成伤害。此外，低压安全阀18与增压组件16集成设计，进一步对空间分布进行优化。加注活门25集成于本体7上，经油路与油箱8相通，用于抽净系统内空气并向系统内注入所需油液。

所述机械传动机构包括活塞连杆27，作动筒28、摇臂6、连杆结构31和紧锁机构3。如图所示，活塞连杆27在作动筒28内作往返直线运动并与通过摇臂6与连杆机构31连接提供动力输出。此外，活塞连杆27与作动筒28之间采用O型圈29和密封环30组合的形式进行密封，可减小摩擦力，减少系统的非线性；紧锁机构3安装在电液伺服阀2和作动筒28之间，当系统工作时，压力油打开紧锁机构3，活塞连杆27可自由运动。当系统停止工作后，紧锁机构3关闭，作动筒28两腔封闭，活塞连杆27失去运动，舵机锁紧。

所述控制机构包括直线位移传感器26、插座10、插头12和控制电路板13，其中所述插座10和插头12分别用于为控制电路板13和电机22提供信号交互和供电电源；直线位移传感器26安装在活塞连杆27内部并采用螺纹形式紧固，用于检测该连杆的位置同时将位置信号传送至控制电路板13；控制电路板13通过垫片14和螺钉15固定在本体7内部，通过盖板(11)予以密封，用于对整体电液伺服装置执行电气控制。主要功能为接收直线位移传感器26所反馈的位置信号，与控制信号调理后来驱动所述电液伺服阀2，控制其阀芯开口大小及方向，从而改变进入作动筒28中油液的大小和方向。

下面将具体描述按照本发明的电液伺服装置的工作过程。当电机22通过插头12供电后，带动恒压变量泵19旋转，经低压油滤4，从油箱8中吸入低压油并输出高压油。输出的高压油通过单向阀1和高压安全阀5，一部分贮存在蓄能器24里，一部分流进电液伺服阀2。同时直线位移传感器26敏感活塞组件输出杆的位置，产生位移信号，进入到控制电路板13并与控制信号进行综合放大，产生驱动电液伺服阀2的信号，控制电液伺服阀2的阀芯开口大小和方向，从而推动活塞连杆27的运动，并通过连杆机构31和摇臂将直线运动转化为角度，最终实现系统的位置闭环控制。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种舱段一体化电液伺服机构，其特征在于，该电液伺服机构由作为安装基础的本体(7)、以及集成安装于本体(7)的电机泵组合、液压组件、机械传动机构、控制机构共同组成，其中：

所述电机泵组合包括电机(22)、恒压变量泵(19)，其中所述电机(22)固定安装在本体(7)上，用于提供动力输出；所述恒压变量泵(19)与所述电机(22)的输出轴同轴相连，用于从油箱(8)中吸入低压油并将其转换为高压油输出；

所述液压组件由油箱(8)、增压组件(16)、单向阀(1)、高压油滤(21)、低压油滤(4)、蓄能器(24)、电液伺服阀(2)、高压安全阀(5)、低压安全阀(18)、加注活门(25)构成；所述增压组件(16)经油路与油箱(8)相通，其用于增加油箱(8)内部的压力，保证恒压变量泵(19)吸油口能正常吸油；所述单向阀(1)可保证液压油从恒压变量泵(19)出油口流向蓄能器(24)和电液伺服阀(2)，并防止液压油回流而对恒压变量泵(19)造成损坏；所述低压油滤(4)、高压油滤(21)分别设置于恒压变量泵(19)以及电液伺服阀(2)的入口处；所述蓄能器(24)和电液伺服阀(2)与恒压变量泵(19)出口以及单向阀(1)相通。其中，蓄能器(24)通过螺纹固定在本体(7)上，可根据系统工况的变化用来储存和释放能量；电液伺服阀(2)与设置在本体(7)中的作动筒(28)相连通，用于改变所输出液压油的流量及流动方向，并将液压油输入至作动筒(28)中；所述高压安全阀(5)连接高压油路与油箱(8)；所述低压安全阀(18)一端连接油箱低压油区，另一端与大气相通，用于防止压力异常变化对系统和人身造成伤害；所述加注活门(25)集成于本体(7)上，经油路与油箱(8)相通，用于抽净系统内空气并向系统内注入所需油液；

所述机械传动机构包括活塞连杆(27)、作动筒(28)、摇臂(6)、连杆机构(31)和紧锁机构(3)，其中所述活塞连杆(27)设置在所述作动筒(28)中，所述活塞连杆(27)作往返反复运动并通过所述连杆结构(31)与摇臂(6)连接提供动力输出；紧锁机构(3)安装在电液伺服阀(2)和作动筒(28)之间，当系统不工作时，将其紧锁在零位；

所述控制机构包括直线位移传感器(26)、插座(10)、插头(12)和控制电路板(13)，其中所述插座(10)和插头(12)分别用于为所述控制电路板(13)和所述电机(22)提供信号交互以及供电电源；所述直线位移传感器(26)设置在活塞连杆(27)内部，用于检测该活塞连杆的位置同时将位置信号传送至控制电路板(13)；所述控制电路板(13)用于对整体电液伺服装置执行电气控制，可根据直线位移传感器(26)所反馈的位置信号，与控制信号调理后来驱动所述电液伺服阀(2)，控制其阀芯开口大小及方向。

2.如权利要求1所述的舱段一体化电液伺服机构，其特征在于电液伺服机构输出轴与舱段内连接舵轴进行集成，采用一体化设计。

3.如权利要求1或2所述的舱段一体化电液伺服机构，其特征在于，所述本体(7)上的工艺孔，使用了胀堵式工艺孔封堵。

4.如权利要求1或2所述的舱段一体化电液伺服机构，其特征在于，所述恒压变量泵(19)与蓄能器(24)和电液伺服阀(2)连通的油路中设有单向阀(1)。

5.如权利要求1或2所述的舱段一体化电液伺服机构，其特征在于，所述电液伺服阀(2)呈零开口的形式。

6.如权利要求1或2所述所述的舱段一体化电液伺服机构，其特征在于，所述蓄能器(24)采用气囊式结构，其端盖与实体封口处采取螺纹和焊接两种方法进行密封。

7.如权利要求1或2所述的舱段一体化电液伺服机构，其特征在于，所述控制电路板(13)通过垫片(14)和螺钉(15)固定在本体(7)内底端，通过盖板(11)予以密封。

8.如权利要求1或2所述的舱段一体化电液伺服机构，其特征在于，所述直线位移传感器(26)安装在活塞杆连杆(27)中间，用于敏感其位置变化，并将位置信号反馈至控制电路板(13)。

9.如权利要求1或2所述的舱段一体化电液伺服机构，其特征在于，所述恒压变量泵工作在恒定压力的模式下，其输出功率随工况的变化而变化。

10.如权利要求1或2所述的舱段一体化电液伺服机构，其特征在于，当电机(22)通过插头(12)供电后，带动恒压变量泵(19)旋转，经低压油滤(4)，从油箱(8)中吸入低压油并输出高压油；输出的高压油通过单向阀(1)和高压安全阀(5)，一部分贮存在蓄能器(24)里，一部分流进电液伺服阀(2)；同时直线位移传感器(26)敏感活塞组件输出杆的位置，产生位移信号，进入到控制电路板(13)并与控制信号进行综合放大，产生驱动电液伺服阀(2)的信号，控制电液伺服阀(2)的阀芯开口大小和方向，从而推动活塞连杆(27)的运动，并通过连杆机构(31)和摇臂将直线运动转化为角度，最终实现系统的位置闭环控制。