CN105156410B - 一种低振动和低噪音的机电静压伺服机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低振动和低噪音的机电静压伺服机构，包括控制单元组件和作动器组件，控制单元组件的两条一分二油路分别与两个作动器组件的两腔油路通过液压软管及自封接头连接，其中作动器组件包括两个作动器和两个位移传感器，每个作动器中内置一个位移传感器，控制单元组件包括伺服电机泵、单向阀、隔离阀、低压压力传感器、温度传感器、自增压油箱、压差传感器以及两条高压油路和一条低压油路，上述组件连接在高压油路或低压油路中，本发明伺服机构结构紧凑，便于拆卸和互换，可靠性高，同时具有良好的隔音和吸音效果，显著降低了振动和噪音。

Description

一种低振动和低噪音的机电静压伺服机构

技术领域

本发明涉及一种低振动和低噪音的机电静压伺服机构，属于伺服机构技术领域。

背景技术

机电静压伺服机构(Electro-Hydrostatic Actuators,EHA)是近年来在航空航天控制执行领域兴起的一种新技术。它用伺服电机控制恒量双向液压泵的转速和方向，由液压作动器推动负载实现位移输出。既拥有机电伺服可靠性高、节能和维护方便的显著特点，又因为采用了液压传动而具有出力大、传动可靠性高的优势。

传统的电液伺服机构结构布局松散，占用空间大；运行效率低，运行时噪音和振动大；并且伺服阀容易堵塞，可靠性较低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种低振动和低噪音的机电静压伺服机构，该伺服机构结构紧凑，便于拆卸和互换，可靠性高，同时具有良好的隔音和吸音效果，显著降低了振动和噪音。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种低振动和低噪音的机电静压伺服机构，包括控制单元组件和作动器组件，所述作动器组件包括两个作动器和两个位移传感器，其中每个作动器中内置一个位移传感器；所述控制单元组件包括伺服电机泵、单向阀、旁通阀、隔离阀、油滤组件、液压脉动消声器、低压压力传感器、温度传感器、自增压油箱、压差传感器以及两条高压油路和一条低压油路，其中伺服电机泵的两个主油口分别与两条高压油路连接，回油口与低压油路连接；两个单向阀分别连接在低压油路上；隔离阀的进、出油口分别串联在两路高压油路上；低压压力传感器和温度传感器分别串联在低压油路上；自增压油箱充油部分串联在低压油路上；压差传感器两端分别与两条高压油路连接；油滤组件串联在其中一条高压油路上；旁通阀的四路出油口中，两路与低压油路连接，两路与高压油路连接；两个液压脉动消声器分别串联在两条高压油路上；且所述控制单元组件的两条高压油路分别与两个作动器的两腔油路连接；所述两条高压油路与低压油路的直径为8-12mm。

在上述低振动和低噪音的机电静压伺服机构中，作动器的壳体表面安装水冷板用于冷却。

在上述低振动和低噪音的机电静压伺服机构中，水冷板包括上盖板和下盖板，其中下盖板上开设若干凹槽，上盖板与下盖板组合后使得所述凹槽形成冷却水管路；下盖板固定在作动器壳体上，且下盖板与作动器壳体之间设置有导热脂，用于将作动器产生的热量快速传递给水冷板。

在上述低振动和低噪音的机电静压伺服机构中，导热脂为高导热系数材料，具体为导热硅脂；下盖板上开设的若干凹槽为U型槽。

在上述低振动和低噪音的机电静压伺服机构中，控制单元组件还包括低压安全阀和高压安全阀，其中低压安全阀串联在低压油路上，高压安全阀一端与高压油路连接，另一端与低压油路连接。

在上述低振动和低噪音的机电静压伺服机构中，控制单元组件的两条高压油路分别与两个作动器的两腔油路通过液压软管及自封接头连接。

在上述低振动和低噪音的机电静压伺服机构中，控制单元组件采用封闭式的隔音罩进行降噪，控制单元组件置于隔音罩内部，所述隔音罩采用夹层式设计，由外向内依次为外罩、隔音毡、吸音棉、隔音毡、内罩以及隔音涂层，其中外罩、隔音毡、内罩起阻隔噪声传播的作用，吸音棉和隔音涂层起到吸收削减噪声的作用。

在上述低振动和低噪音的机电静压伺服机构中，控制单元组件采用减震器进行系统减振，减震器通过柔性连接吸收和减少机械振动，并且避免共振频率区间。

在上述低振动和低噪音的机电静压伺服机构中，隔音毡的材料为聚氯乙烯，铁粉和PVC的混合物，厚度为3～5mm；所述隔音涂层采用阻尼涂料，厚度为3～5mm。

在上述低振动和低噪音的机电静压伺服机构中，外罩与内罩采用不锈钢材料，厚度为2～4mm，所述吸音棉采用玻璃纤维，厚度为30～55mm。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)、本发明通过对机电静压伺服机构的结构采用创新设计，将低压压力传感器、温度传感器和压差传感器等部件巧妙连接在控制单元组件的高压油路与低压油路中，实现了伺服机构结构紧凑，便于拆卸和互换，可靠性高；自增压油箱串联在低压油路上，吸收液压脉动，同时给两路高压油路进行补油；

(2)、本发明采用水冷板的方式对伺服机构作动器进行冷却散热，高效可靠，提高了作动器长时工作的能力，此外在水冷板与作动器之间设置有导热脂，导热脂为高导热系数材料，可以迅速将作动器产生的热量传递给水冷板，水冷板内部只通过低压冷却水，既满足散热性能，又提高了机电静压伺服机构运行的可靠性；

(3)、本发明在控制单元与作动器连接出口处采用液压消声装置，有效地吸收了液压脉动，降低了振动和噪音；此外在控制单元与基座之间设置有减震装置，通过柔性连接吸收和减少机械振动，并且避免共振频率区间，达到减振降噪的目的；采用大通径油路设计，减少压力损失，进一步降低了振动和噪音；

(4)、本发明采用模块化设计的理念，作动器和控制单元之间通过快接自封进行连接，控制单元内部各组件也采用模块化元件，便于拆卸和互换；不仅结构紧凑，还具有良好的维护性；

(5)、本发明采用封闭式隔音罩对控制单元组件进行降噪，该隔音罩采用夹层式结构设计，同时对各层的材料和尺寸进行了优化设计，其中外罩、隔音毡、内罩起到很好的阻隔噪声传播的作用；吸音棉和隔音涂层起到很好的吸收削减噪声的作用，通过综合吸引和隔音起到显著的降噪效果；

(6)、本发明作动器中的伺服电机泵采用伺服电机和恒量液压泵集成一体化设计，使得电机泵接口简单，结构简洁；电机浸油工作，能够改善电机的散热能力，并降低电机的运转噪声；伺服电机泵壳体外层设计有水冷套，增强了电机冷却性能和长时工作能力。

附图说明

图1为本发明的伺服机构系统原理图；

图2为本发明的控制单元结构图；

图3为本发明的隔音罩结构图；

图4为本发明的隔音罩局部放大图；

图5为本发明的水冷板结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

如图1所示为本发明的伺服机构系统原理图，由图可知本发明伺服机构系统包括控制单元组件和作动器组件，控制单元组件的两条一分二油路分别与两个作动器组件的两腔油路通过液压软管18及自封接头13连接。

控制单元组件包括两条高压油路和一条低压油路，以及各个功能部件，具体为：伺服电机泵1、单向阀2、隔离阀14、低压压力传感器10、温度传感器8、自增压油箱7、压差传感器11、油滤组件15、旁通阀5、两个液压脉动消声器16、低压安全阀9和高压安全阀6。

其中伺服电机泵1两个主油口分别与两条高压油路连接，回油口经过油滤与低压油路连接；两个单向阀2分别连接在低压油路上；隔离阀14的四路出油口两两串联在两条高压油路上；低压压力传感器10、低压安全阀9以及温度传感器8分别串联在低压油路上；自增压油箱7充油部分串联在低压油路上；充气嘴17与自增压油箱7充气部分连接；高压安全阀6一端与高压油路连接，另一端与低压油路连接；压差传感器11两端分别与两条高压油路连接；油滤组件15串联在其中一路高压上；旁通阀5的四路出油口，两路与低压连接，两路与高压连接；两个液压脉动消声器16分别串联在两条高压油路上；液压软管18通过自封接头13分别与两个作动器4连接。

作动器组件中，作动器组件包括两个作动器4和两个位移传感器12，其中每个作动器4中内置一个位移传感器12，用于伺服机构的位移闭环控制；作动器4壳体安装水冷板3用于冷却。水冷板3通过螺钉固定在作动器4表面；位移传感器12通过螺纹内置与作动器4的活塞杆中。

控制单元组件中，一体化伺服电机泵1通过补油单向阀2从自增压油箱7吸油，系统通过控制伺服电机泵1的流液方向和大小，从而控制伺服作动器的伸缩和速度，伺服电机泵1的壳体回油经过过滤器后回到自增压油箱7；隔离阀14可以进行电机泵工作模式和随动模式的切换，当作动器4作为随动机构运动时，隔离阀14可以实现电机泵与主油路的隔离，从而防止作动器4随动时带动电机泵1转动情况的发生；自增压油箱7通过充气嘴17充入一定压力的气体进行增压来保证低压油路的压力；低压安全阀9在低压系统压力异常升高超过开启压力时进行卸荷，保护低压油路的安全；高压安全阀6在负载压力异常升高时，可以打开卸压，保护伺服机构的机械结构；旁通阀5可以实现工作和旁通模式的切换，作动器4主动工作时旁通阀5为工作模式，当作动器4随动运动时，旁通阀5为旁通模式，此时两个作动器4的四腔与自增压油箱7沟通，确保了两个作动器4随动时运动的同步性；温度传感器8、低压压力传感器10、压差传感器11分别实时监测油箱的油温、油箱的压力和作动器4两腔的压力差；油滤组件15设置在主油路其中一路上用来双向过滤，保证系统工作介质的清洁度，确保系统能够可靠长时间工作；液压脉动消声器16设置在主油路出口处，用来吸收和减少液压脉动，达到减振降噪的目的。

如图2所示为本发明的控制单元结构图，本发明机电静压伺服机构控制单元采用封闭式隔音罩1进行降噪，控制单元组件置于隔音罩21内部，通过减震器2进行系统减振；减震器2通过柔性连接吸收和减少机械振动，并且避免共振频率区间，具有良好的减振效果。

如图3所示为本发明的隔音罩结构图，图4所示为本发明的隔音罩局部放大图。由图可知本发明隔音罩21采用夹层式设计，由外向内依次为外罩31、隔音毡32、吸音棉33、隔音毡32、内罩34以及隔音涂层35，其中外罩31、隔音毡32、内罩34起阻隔噪声传播的作用，吸音棉33和隔音涂层35起到吸收削减噪声的作用。通过综合吸引和隔音可以起到很好的降噪效果。

本发明中隔音毡32的材料为聚氯乙烯，铁粉和PVC的混合物，厚度为3～5mm，本实施例中为3mm；隔音涂层35采用阻尼涂料，厚度为3～5mm，本实施例中为4mm。

外罩31与内罩34采用不锈钢材料，厚度为2～4mm，本实施例中为3mm；吸音棉33采用玻璃纤维，厚度为30～55mm，本实施例中为48mm。

如图5所示为本发明的水冷板结构图，本发明水冷板1通过紧固件与作动器3进行连接，水冷板3上开设若干凹槽，用于设置冷却水管路，在水冷板3与作动器4壳体之间设置有导热脂22，导热脂22为高导热系数材料，具体为导热硅脂，可以迅速将作动器4产生的热量传递给水冷板3，水冷板3内部只通过低压冷却水，既满足散热性能，又提高了机电静压伺服机构运行的可靠性。

本发明作动器3采用对称缸的结构设计(作动器3的活塞杆两端外圆直径相同)，确保了伺服机构控制的高可靠性，同时避免了非对称缸因活塞作用面积不等所产生的液压脉动和振动。

本发明作动器中的伺服电机泵采用伺服电机和恒量液压泵集成一体化设计，使得电机泵接口简单，结构简洁；电机浸油工作，能够改善电机的散热能力，并降低电机的运转噪声；伺服电机泵壳体外层设计有水冷套，增强了电机冷却性能和长时工作能力。

本发明伺服机构运行高度可靠，外形尺寸紧凑，机构组件之间可拆卸和互换性好，机构加载运行过程中具有较低的振动和噪音，与现有技术相比可以降噪25％以上。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种低振动和低噪音的机电静压伺服机构，其特征在于：包括控制单元组件和作动器组件，所述作动器组件包括两个作动器(4)和两个位移传感器(12)，其中每个作动器(4)中内置一个位移传感器(12)；所述控制单元组件包括伺服电机泵(1)、单向阀(2)、旁通阀(5)、隔离阀(14)、油滤组件(15)、液压脉动消声器(16)、低压压力传感器(10)、温度传感器(8)、自增压油箱(7)、压差传感器(11)以及两条高压油路和一条低压油路，其中伺服电机泵(1)的两个主油口分别与两条高压油路连接，回油口与低压油路连接；两个单向阀(2)分别连接在低压油路上；隔离阀(14)的进、出油口分别串联在两路高压油路上；低压压力传感器(10)和温度传感器(8)分别串联在低压油路上；自增压油箱(7)串联在低压油路上；压差传感器(11)两端分别与两条高压油路连接；油滤组件(15)串联在其中一条高压油路上；旁通阀(5)的四路出油口中，两路与低压油路连接，两路与高压油路连接；两个液压脉动消声器(16)分别串联在两条高压油路上；且所述控制单元组件的两条高压油路分别与两个作动器(4)的两腔油路连接；所述两条高压油路与低压油路的直径为8-12mm。

2.根据权利要求1所述的一种低振动和低噪音的机电静压伺服机构，其特征在于：所述作动器(4)的壳体表面安装水冷板(3)用于冷却。

3.根据权利要求2所述的一种低振动和低噪音的机电静压伺服机构，其特征在于：所述水冷板(3)包括上盖板和下盖板，其中下盖板上开设若干凹槽，上盖板与下盖板组合后使得所述凹槽形成冷却水管路；下盖板固定在作动器(4)壳体上，且下盖板与作动器(4)壳体之间设置有导热脂(22)，用于将作动器(4)产生的热量快速传递给水冷板(3)。

4.根据权利要求3所述的一种低振动和低噪音的机电静压伺服机构，其特征在于：所述导热脂(22)为高导热系数材料，具体为导热硅脂；所述下盖板上开设的若干凹槽为U型槽。

5.根据权利要求1～4之一所述的一种低振动和低噪音的机电静压伺服机构，其特征在于：所述控制单元组件还包括低压安全阀(9)和高压安全阀(6)，其中低压安全阀(9)串联在低压油路上，高压安全阀(6)一端与高压油路连接，另一端与低压油路连接。

6.根据权利要求1～4之一所述的一种低振动和低噪音的机电静压伺服机构，其特征在于：所述控制单元组件的两条高压油路分别与两个作动器(4)的两腔油路通过液压软管(18)及自封接头(13)连接。

7.根据权利要求1～4之一所述的一种低振动和低噪音的机电静压伺服机构，其特征在于：所述控制单元组件采用封闭式的隔音罩(21)进行降噪，控制单元组件置于隔音罩(21)内部，所述隔音罩(21)采用夹层式设计，由外向内依次为外罩(31)、隔音毡(32)、吸音棉(33)、隔音毡(32)、内罩(34)以及隔音涂层(35)，其中外罩(31)、隔音毡(32)、内罩(34)起阻隔噪声传播的作用，吸音棉(33)和隔音涂层(35)起到吸收削减噪声的作用。

8.根据权利要求1～4之一所述的一种低振动和低噪音的机电静压伺服机构，其特征在于：所述控制单元组件采用减震器(36)进行系统减振，减震器(36)通过柔性连接吸收和减少机械振动，并且避免共振频率区间。

9.根据权利要求7所述的一种低振动和低噪音的机电静压伺服机构，其特征在于：所述隔音毡(32)的材料为聚氯乙烯，铁粉和PVC的混合物，厚度为3～5mm；所述隔音涂层(35)采用阻尼涂料，厚度为3～5mm。

10.根据权利要求7所述的一种低振动和低噪音的机电静压伺服机构，其特征在于：所述外罩(31)与内罩(34)采用不锈钢材料，厚度为2～4mm，所述吸音棉(33)采用玻璃纤维，厚度为30～55mm。