CN104454787A - 一种舵机液压状态监控系统及监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种飞机伺服作动系统液压监控的技术,具体涉及一种舵机液压状态监控系统及监控方法。舵机作为飞机气动操纵面的执行机构，对于飞机安全至关重要。本发明利用监控活塞组件和油路的设计，将舵机主控阀液压油的压差情况进行监控，从而提高飞机舵机的安全性。本发明结构简单可靠，门限可调整，易于控制。并可模块化设计，运用到各个舵机的设计中，作为基本的功能组成，提高舵机的可靠性和安全性。

Description

一种舵机液压状态监控系统及监控方法

技术领域

本发明属于一种飞机伺服作动系统液压监控的技术,具体涉及一种舵机液压状态监控系统及监控方法。

背景技术

舵机在飞机的伺服作动系统控制中,通常接受电信号来控制液压管路中的高压油流量的分配,从而驱动所负载的作动筒伸缩,使得飞机舵面可以按需偏转。早期的舵机设计中对液压系统中的油压并无监控的功能设计，无法正确监控和反映舵机负载中液压系统状态。

发明内容

本发明的目的是利用舵机液压系统中机构与油路的设计，形成监控活塞组件，使得舵机通过监控活塞感知伺服阀输出负载的压差变化，完成故障检测功能。当舵机主控阀操纵缸两腔压差超过一定值时监控活塞运动，驱动旋转变压器旋转，从而向系统提供舵机状态信号。

本发明技术方案：一种舵机液压状态监控系统，其特征在于：系统包括监控活塞、压力门限活塞、壳体、位移传感器、液压油路,监控活塞为中间带有凸台结构活塞的芯杆，芯杆一端带有台阶结构，并在端部带有凸台形活塞，为限位活塞；另一端与位移传感器相连接。压力门限活塞为空腔结构，外壁与内壁均为圆柱状，局部开有缺口，既可以让液压油进入腔体内，也可以利用空腔顶部的反凸台结构挂接到监控活塞的限位活塞端上，从而形成门限活塞组件；壳体内部结构为两个圆柱型空腔，中间联通孔的直径与监控活塞芯杆相同；其中一个空腔直径与压力门限活塞相同，另一个空腔直径与监控活塞的中部凸台活塞直径相同，两个空腔各自两端均带有油路接口，液压油可以通过接口进入空腔结构内；

监控活塞安装到壳体中，监控活塞上的限位活塞卡装到压力门限活塞的空腔里，压力门限活塞安装到壳体的一个空腔中；监控活塞的中间凸台活塞安装到壳体的另一个空腔中；监控活塞的芯杆穿过壳体两个空腔的连接孔；监控活塞的另一侧通过壳体上的开孔伸出到壳体外，与位移传感器相连；壳体上的油路接口，在实际应用中与需要监控的油腔相连，因此监控活塞两侧的油压差，与被监控液压腔的油压差相同。

一种舵机液压状态监控方法，其特征在于，监控活塞的两腔与被监控两腔相连，当两腔中产生压差变化，同时其压差达到一定的门限值(9MPa)，监控活塞就会产生位移，位移变化通过与活塞杆相连的传感器进行监测输出；监控过程分为如下三种监控状态：

第一，当舵机未故障亦未工作时：A管和B管处压力相等，即P_A＝P_B；接通负载端的压力相等P_C＝P_D，此时，压力门限活塞左右侧受力F₁＝P_A·(S₁+S₃)＝F₂＝P_B·(S₁+S₃)，因此压力门限活塞处于松浮随动状态；而监控活塞的限位活塞端受向右的推力，大小为F₃＝P_B·(S₂+S₄)；主活塞处受左右相等的力F_C＝P_C·S_C＝F_D＝P_D·S_D，此时活塞会整体受力F₃向右移动，并由于卡槽同时拉动压力门限活塞右移；活塞杆的右移带动位移传感器偏转，传感器给出此时的状态表示电信号；

第二，当舵机未故障正常工作时，A管接到回油低压源，B管保持高压。因此压力门限活塞仅受向左的力大小F₁＝P_B·(S₁+S₃)；监控活塞的限位活塞端受向右的力F₂＝P_B·(S₂+S₄)。实际使用中，调整S₁～S₄、S_C、S_D的面积，使之与P_B配合，从而使F₁＝(18MPa·S_C)，F₂＝(9MPa·S_C)。即F₂＝2F₁。此时压力门限活塞向左运动到最左处直到与缸体接触限位。监控活塞的限位活塞端受F₂向右运动至压力门限活塞的卡槽处。而当舵机液压未故障情况，负载C与负载D处油压差均低于9MPa,那么，F_Δ＝(F_C-F_D)＜F₂＝(F₂-F₁)，监控活塞仅能保持在当前位置无法移动，被压力门限活塞组的左右力给限位住。传感器此时反馈活塞位置反映舵机的工作状态。

第三，当舵机出现液压系统故障时。负载处出现液压管路堵塞或其他情况，会导致C、D腔的压力差出现大幅度变化，提高到9MPa以上，那么此时F_Δ＝(F_C-F_D)＞F₂＝(F₂-F₁),此时压力门限活塞组件的左右压力无法限制主监控活塞的位置，出现超限报故状态，监控活塞会依据C、D腔的压力差移动到一侧，并带动传感器给出反馈电信号，报出舵机液压故障状态。

本发明的优点：本发明结构简单可靠，门限可调整，易于控制。并可模块化设计，运用到各个舵机的设计中，作为基本的功能组成，提高舵机的可靠性和安全性。

附图说明

图1监控活塞组件的原理示意图

1：壳体

2：压力门限活塞

3：监控活塞的门限活塞端

4:监控活塞的主活塞

5:监控活塞的传感器接口

6:密封圈

7:位移传感器

图2监控活塞模型示意图

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。

实例一：

见图1，所示为液压状态系统包括监控活塞4、压力门限活塞2、壳体1、位移传感器7、液压油路A、B、C、D。所示监控活塞4为中间带有凸台结构活塞的芯杆，芯杆一端带有台阶结构，并在端部带有凸台形活塞，称为限位活塞3；另一端5与位移传感器相连接。压力门限活塞2为空腔结构，外壁与内壁均为圆柱状，局部开有缺口，利用空腔顶部的反凸台结构挂接到监控活塞的限位活塞端上，从而形成门限活塞组件。壳体1内部结构为两个圆柱型空腔，中间联通孔的直径与监控活塞4芯杆相同；其中一个空腔直径与压力门限活塞2相同，另一个空腔直径与监控活塞4的中部凸台活塞直径相同，两个空腔各自两端均带有油路接口A、B(C、D)。

所述监控活塞4安装到壳体1中，监控活塞上的限位活塞3卡装到压力门限活塞2的空腔里，压力门限活塞2安装到壳体1的一个空腔中；监控活塞4的中间凸台活塞安装到壳体1的另一个空腔中；监控活塞4的芯杆穿过壳体1两个空腔的连接孔；监控活塞4的另一侧通过壳体1上的开孔伸出到壳体1外，与位移传感器7相连。壳体上的油路接口A、B(C、D)，在实际应用中与需要监控的油腔相连。

其监控方法在于，监控活塞的两腔与被监控两腔相连，当两腔中产生压差变化，同时其压差达到一定的门限值(9MPa)，监控活塞就会产生位移，位移变化通过与活塞杆相连的传感器进行监测输出。

Claims (2)

1.一种舵机液压状态监控系统，其特征在于：系统包括监控活塞、压力门限活塞、壳体、位移传感器和液压油路，监控活塞为中间带有凸台结构活塞的芯杆，芯杆一端带有台阶结构，并在端部带有凸台形活塞，另一端与位移传感器相连接；压力门限活塞为空腔结构，外壁与内壁均为圆柱状，局部开有缺口；壳体内部结构为两个圆柱型空腔，中间联通孔的直径与监控活塞芯杆相同，其中一个空腔直径与压力门限活塞相同，另一个空腔直径与监控活塞的中部凸台活塞直径相同，两个空腔各自两端均带有油路接口，液压油可以通过接口进入空腔结构内；

监控活塞安装到壳体中，监控活塞上的限位活塞卡装到压力门限活塞的空腔里，压力门限活塞安装到壳体的一个空腔中；监控活塞的中间凸台活塞安装到壳体的另一个空腔中；监控活塞的芯杆穿过壳体两个空腔的连接孔；监控活塞的另一侧通过壳体上的开孔伸出到壳体外，与位移传感器相连；壳体上的油路接口，在实际应用中与需要监控的油腔相连，因此监控活塞两侧的油压差，与被监控液压腔的油压差相同。

2.一种舵机液压状态监控方法，其特征在于，监控活塞的两腔与被监控两腔相连，当两腔中产生压差变化，同时其压差达到一定的门限值(9MPa)，监控活塞就会产生位移，位移变化通过与活塞杆相连的传感器进行监测输出；监控过程分为如下三种监控状态：

第一，当舵机未故障亦未工作时：A管和B管处压力相等，即P_A＝P_B；接通负载端的压力相等P_C＝P_D，此时，压力门限活塞左右侧受力F₁＝P_A·(S₁+S₃)＝F₂＝P_B·(S₁+S₃)，因此压力门限活塞处于松浮随动状态；而监控活塞的限位活塞端受向右的推力，大小为F₃＝P_B·(S₂+S₄)；主活塞处受左右相等的力F_C＝P_C·S_C＝F_D＝P_D·S_D，此时活塞会整体受力F₃向右移动，并由于卡槽同时拉动压力门限活塞右移；活塞杆的右移带动位移传感器偏转，传感器给出此时的状态表示电信号；

第二，当舵机未故障正常工作时，A管接到回油低压源，B管保持高压；因此压力门限活塞仅受向左的力大小F₁＝P_B·(S₁+S₃)；监控活塞的限位活塞端受向右的力F₂＝P_B·(S₂+S₄)；实际使用中，调整S₁～S₄、S_C、S_D的面积，使之与P_B配合，从而使F₁＝(18MPa·S_C)，F₂＝(9MPa·S_C)；即F₂＝2F₁；此时压力门限活塞向左运动到最左处直到与缸体接触限位；监控活塞的限位活塞端受F₂向右运动至压力门限活塞的卡槽处；而当舵机液压未故障情况，负载C与负载D处油压差均低于9MPa,那么，F_Δ＝(F_C-F_D)＜F₂＝(F₂-F₁)，监控活塞仅能保持在当前位置无法移动，被压力门限活塞组的左右力给限位住；传感器此时反馈活塞位置反映舵机的工作状态；

第三，当舵机出现液压系统故障时；负载处出现液压管路堵塞或其他情况，会导致C、D腔的压力差出现大幅度变化，提高到9MPa以上，那么此时F_Δ＝(F_C-F_D)＞F₂＝(F₂-F₁),此时压力门限活塞组件的左右压力无法限制主监控活塞的位置，出现超限报故状态，监控活塞会依据C、D腔的压力差移动到一侧，并带动传感器给出反馈电信号，报出舵机液压故障状态。