CN104747514A - 负载敏感的电动静液作动器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种负载敏感的电动静液作动器。包括变排量液压泵、对称液压缸、反馈模块和执行机构。采用本发明的负载敏感的电动静液作动器，可以降低整个系统的散热，进而降低整个系统的功耗。

Description

负载敏感的电动静液作动器

技术领域

本发明涉及一种电动静液作动器领域，特别是一种负载敏感的电动静液作动器。

背景技术

EHA(电动静液作动器，Electro-Hydrostatic Actuator)是一种高度集成的局部液压作动器，是多电飞机中功率电传作动系统的执行机构。EHA与传统的液压作动系统相比具有体积小、重量轻、效率高等优点，是当前研究的热点。通过采用负载敏感的方式，可以减少能量损失，降低电机的发热。

目前，国际上飞机的功率电传作动系统应用比较多的是定排量变转速型电动静液作动器，其优点是结构简单、重量较轻。但是，由于高度的集成化设计，导致系统散热比较困难；在大负载下，电机效率较低，电流较大，发热严重，致使EHA无法长时间工作。

目前的解决方案，一是系统设计之初，考虑系统的散热问题；二是利用变排量泵，通过改变泵的排量来改变系统的传动比，从而改善电机的功率匹配状况，减小系统的发热量。而变量泵的变量执行机构大多采用伺服阀控制液压缸来驱动泵的变量机构实现变排量，或者采用机电作动器(EMA)驱动泵的变量机构实现变排量；这两种方式结构复杂，增加了系统故障率。

由于负载敏感控制系统的功率损耗较低，效率远高于常规液压系统；高效率、功率损失小意味着燃料的节省以及液压系统较低的发热量；因而也有研究机构将负载敏感方式引入EHA中。但是现有的负载敏感型EHA大多采用伺服阀进行换向与控制，而伺服阀在工作的过程中将产生大量热量，不利于减小系统的发热。所以为了减小系统的发热、减少能量损失，本发明提出了一种新型的负载敏感EHA节能装置。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本发明的一个主要目的在于提供一种负载敏感的电动静液作动器，其可以降低整个系统的散热，进而降低整个系统的功耗。

根据本发明的一方面，一种负载敏感的电动静液作动器，包括变排量液压泵、对称液压缸、反馈模块和执行机构；

所述对称液压缸包括对称柱塞和由所述对称柱塞隔离开的第一缸和第二缸；

所述变排量液压泵包括进油口和出油口，且所述进油口和出油口分别与所述第一缸和第二缸连接；

所述反馈模块包括第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端和所述第二输入端分别与所述第一缸和第二缸连接，所述输出端用于输出所述第一输入端、第二输入端二者中压强较大一端的压强并输出至所述执行机构；

所述执行机构的输入端与所述反馈模块的输出端相连，所述执行机构的输出端与所述变排量液压泵相连，所述执行机构用于接收所述反馈模块的输出并生成改变所述变排量液压泵输出排量的信号。

本发明创新点为：

1)采用负载敏感的方式，使变量泵的排量随负载自动调节，减小电机的铜损耗，减小系统的发热；

2)无需采用换向阀进行换向，也能使电机双向运转，减小了系统的发热。

附图说明

参照下面结合附图对本发明实施例的说明，会更加容易地理解本发明的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本发明的原理。在附图中，相同的或类似的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。

图1为本发明的负载敏感的电动静液作动器的一种实施方式的结构图；

图2为当调速电机沿第一方向旋转时，图1的负载敏感的电动静液作动器中的液体流向示意图；

图3为当调速电机沿与第一方向相反的第二方向旋转时，图1的负载敏感的电动静液作动器中的液体流向示意图。

具体实施方式

下面参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。

参见图1所示，为本发明的负载敏感的电动静液作动器的一种实施方式的结构图。

在本实施方式中，负载敏感的电动静液作动器包括变排量液压泵2、对称液压缸5、反馈模块4和执行机构7。

其中，对称液压缸5包括对称柱塞和由对称柱塞隔离开的第一缸和第二缸。第一缸和第二缸其中一缸的柱塞上接有负载6，由柱塞带动负载6运动。

变排量液压泵2包括进油口和出油口，且进油口和出油口分别与第一缸和第二缸连接。在一种实施方式中，变排量液压泵2的进油口和出油口可以根据实际情况互换。

反馈模块4包括第一输入端、第二输入端和输出端。第一输入端和第二输入端分别与第一缸和第二缸连接，输出端用于输出第一输入端、第二输入端二者中压强较大一端的压强并输出至执行机构。也即是说，反馈模块4的第一输入端与第一缸的压强相等，第二输入端与第二缸的压强相等。

执行机构7的输入端与反馈模块4的输出端相连，执行机构7的输出端与变排量液压泵2相连。执行机构7用于接收反馈模块4的输出并生成改变变排量液压泵输出排量的信号。

在一种实施方式中，反馈模块4可以为梭阀。梭阀的结构特性决定了其可将二输入口中压强较大口的输入连接至其输出端输出。此外，由于梭阀在工作时无换向机构，仅根据二输入口的压强来决定输出的压强，其发热少，工作效率高。

作为一种优选方案，本发明的负载敏感的电动静液作动器还可以包括连接在反馈模块4的输出端与执行机构7输入端之间的阻尼孔3。阻尼孔3可以降低输入到执行机构7输入端的瞬时流量，并减小整个负载敏感的电动静液作动器中的流量脉动。

在一种实施方式中，执行机构7可以是单作用液压缸。

单作用液压缸包括缸体、非对称柱塞及位于缸体内的弹簧。非对称柱塞包括相互垂直的柱部和塞部。塞部与缸体的内壁配合形成一包含连接至阻尼孔输出端的开口的腔体。

弹簧设置于单作用液压缸的包含柱部的腔体内，弹簧的弹力方向与柱部的轴线重合，且弹簧工作于非拉伸状态。柱部的一端与塞部固连，柱部的另一端与变排量液压泵相连，用于根据进入腔体内液体对塞部的压力和弹簧对塞部的压力的合力来改变变排量液压泵输出排量。

在一种实施方式中，变排量液压泵2包括斜盘，变排量液压泵2的输出流量与斜盘的倾斜角度正相关；其中，以斜盘竖直时作为0度倾斜角。例如，在一种实施方式中，斜盘倾斜角的正切值与变排量液压泵2的输出流量成正比。

单作用液压缸7的柱部与变排量液压泵2的斜盘连接，用于通过改变斜盘的倾斜角度来改变变排量液压泵的输出流量。

负载敏感的电动静液作动器还包括调速电机1。调速电机1与变排量液压泵2连接，用于驱动变排量液压泵2运转。

参见图2所示，为当电机沿第一方向旋转时，本发明的负载敏感的电动静液作动器中的液体流向示意图。

当调速电机1沿第一方向旋转时，变排量液压泵2的上端为其出油口而下端为其进油口。此时，由于对称液压缸5的对称柱塞向下运动，使得对称液压缸5的第一缸(图2中对称液压缸5上部为第一缸)的体积增大而对称液压缸5的第二缸(图2中对称液压缸5下部为第二缸)的体积减小，进而第一缸压强低于第二缸压强。梭阀采集第二缸的压强信号经阻尼孔输入至单作用液压缸7中，使得单作用液压缸7的腔体压强增大，在腔体内液体压力与弹簧的弹力的合力作用下，非对称柱塞向左移动，从而推动变排量液压泵2的斜盘倾角变小，变排量液压泵2的输出流量减小。同时，通过增大调速电机1的转速来保证输出至负载处的功率保持不变。这样一来，调速电机1的输出转矩减小，因此其电流减小，进而降低了调速电机1的铜损耗和发热量。

类似地，当调速电机1沿第二方向旋转时，变排量液压泵2的下端为其出油口而上端为其进油口。此时，由于对称液压缸5的对称柱塞向上运动，使得对称液压缸5的第二缸(图2中对称液压缸5下部为第二缸)的体积增大而对称液压缸5的第一缸(图2中对称液压缸5上部为第一缸)的体积减小，进而第二缸压强低于第一缸压强。梭阀采集第一缸的压强信号经阻尼孔输入至单作用液压缸7中，使得单作用液压缸7的腔体压强增大，在腔体内液体压力与弹簧的弹力的合力作用下，非对称柱塞向左移动，从而推动变排量液压泵2的斜盘倾角变小，变排量液压泵2的输出流量减小。同时，通过增大调速电机1的转速来保证输出至负载处的功率保持不变。这样一来，调速电机1的输出转矩减小，因此其电流减小，进而降低了调速电机1的铜损耗和发热量。

从上面的描述可以看出，无论调速电机1沿何方向转动，均可通过本发明的负载敏感的电动静液作动器来降低调速电机1的铜损耗和发热量。

上面对本发明的一些实施方式进行了详细的描述。如本领域的普通技术人员所能理解的，本发明的方法和装置的全部或者任何步骤或者部件，可以在任何计算设备(包括处理器、存储介质等)或者计算设备的网络中，以硬件、固件、软件或者它们的组合加以实现，这是本领域普通技术人员在了解本发明的内容的情况下运用他们的基本编程技能就能实现的，因此不需在此具体说明。

此外，显而易见的是，在上面的说明中涉及到可能的外部操作的时候，无疑要使用与任何计算设备相连的任何显示设备和任何输入设备、相应的接口和控制程序。总而言之，计算机、计算机系统或者计算机网络中的相关硬件、软件和实现本发明的前述方法中的各种操作的硬件、固件、软件或者它们的组合，即构成本发明的设备及其各组成部件。

因此，基于上述理解，本发明的目的还可以通过在任何信息处理设备上运行一个程序或者一组程序来实现。所述信息处理设备可以是公知的通用设备。因此，本发明的目的也可以仅仅通过提供包含实现所述方法或者设备的程序代码的程序产品来实现。也就是说，这样的程序产品也构成本发明，并且存储或者传输这样的程序产品的介质也构成本发明。显然，所述存储或者传输介质可以是本领域技术人员已知的，或者将来所开发出来的任何类型的存储或者传输介质，因此也没有必要在此对各种存储或者传输介质一一列举。

在本发明的设备和方法中，显然，各部件或各步骤是可以分解、组合和/或分解后重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明的等效方案。还需要指出的是，执行上述系列处理的步骤可以自然地按照说明的顺序按时间顺序执行，但是并不需要一定按照时间顺序执行。某些步骤可以并行或彼此独立地执行。同时，在上面对本发明具体实施例的描述中，针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。

虽然已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本申请的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。

Claims (7)

1.一种负载敏感的电动静液作动器，其特征在于，包括变排量液压泵、对称液压缸、反馈模块和执行机构；

所述对称液压缸包括对称柱塞和由所述对称柱塞隔离开的第一缸和第二缸；

所述变排量液压泵包括进油口和出油口，且所述进油口和出油口分别与所述第一缸和第二缸连接；

所述反馈模块包括第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端和所述第二输入端分别与所述第一缸和第二缸连接，所述输出端用于输出所述第一输入端、第二输入端二者中压强较大一端的压强并输出至所述执行机构；

所述执行机构的输入端与所述反馈模块的输出端相连，所述执行机构的输出端与所述变排量液压泵相连，所述执行机构用于接收所述反馈模块的输出并生成改变所述变排量液压泵输出排量的信号。

2.根据权利要求1所述的负载敏感的电动静液作动器，其特征在于：

所述反馈模块为梭阀。

3.根据权利要求1所述的负载敏感的电动静液作动器，其特征在于，还包括：

连接在所述反馈模块的输出端与所述执行机构输入端之间的阻尼孔，用于降低输入到所述执行机构输入端的瞬时流量。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的负载敏感的电动静液作动器，其特征在于：

所述执行机构为单作用液压缸。

5.根据权利要求4所述的负载敏感的电动静液作动器，其特征在于：

所述单作用液压缸包括缸体、非对称柱塞及位于所述缸体内的弹簧；

所述非对称柱塞包括相互垂直的柱部和塞部；

所述塞部与所述缸体的内壁配合形成一包含连接至所述阻尼孔输出端的开口的腔体；

所述弹簧设置于所述单作用液压缸的包含所述柱部的腔体内，所述弹簧的弹力方向与所述柱部的轴线重合，且所述弹簧工作于非拉伸状态；

所述柱部的一端与所述塞部固连，所述柱部的另一端连接至所述变排量液压泵，用于根据进入所述腔体内液体对所述塞部的压力和所述弹簧对所述塞部的压力的合力来改变所述变排量液压泵输出排量。

6.根据权利要求5所述的负载敏感的电动静液作动器，其特征在于：

所述变排量液压泵包括斜盘，所述变排量液压泵的输出流量与所述斜盘的倾斜角度正相关；

所述单作用液压缸的柱部与所述变排量液压泵的斜盘连接，用于通过改变所述斜盘的倾斜角度来改变所述变排量液压泵的输出流量。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的负载敏感的电动静液作动器，其特征在于：

还包括调速电机；

所述调速电机与所述变排量液压泵连接，用于驱动所述变排量液压泵。