CN106402098A - 一种机电静压控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及潜艇技术领域，尤其涉及一种机电静压控制系统，包括控制单元、作动器组和控制器，控制单元与作动器组均设置于舱体外，控制器设置于舱体内，控制器分别与作动器组和控制单元连接，控制单元包括多个电机泵和多个控制阀块，每个电机泵分别与各个控制阀块连接，作动器组包括与控制阀块一一对应连接的作动器。本发明提供了一种潜艇舷外工作的机电余度静压控制系统，控制器设在舱内，通过水密电缆分别与作为舱外设备的控制单元和作动器连接，由此实现将控制单元安装到潜艇外部，大大增加艇内空间，方便艇内人员工作的效果。每个控制阀块与多个电机泵连接的结构设置，实现了对控制阀块运作的驱动备份功能，实现整个系统的余度静压配置。

Description

一种机电静压控制系统

技术领域

本发明涉及潜艇技术领域，尤其涉及一种机电静压控制系统。

背景技术

机电静压控制技术通过改变伺服电机泵的转向及转速控制作动器的运动方向及速度，是一种新型的泵控容积调速控制方式。其具有效率高，节能，余度设计简单，可靠性高等优势，可以实现良好的静音性能，非常适合潜艇应用。

目前，常规控制单元都是艇内安装，不与海水接触，从而降低了控制单元设计的难度。但我国常规潜艇内部空间狭小，设备众多，因此若控制单元能安装到潜艇外部，将大大增加艇内空间，方便艇内人员工作。不过艇外安装对控制单元的防水、防腐、静音、可靠性等提出了更高要求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决现有的潜艇内部空间较小设备众多，传统阀控液压控制系统结构复杂，振动大，噪音高，管路众多，占用艇内空间，影响艇内人员工作的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种机电静压控制系统，包括控制单元、作动器组和控制器，所述控制单元与所述作动器组均设置于舱体外，所述控制器设置于舱体内，所述控制器分别与所述作动器组和所述控制单元连接，所述控制单元包括多个电机泵和多个控制阀块，每个所述电机泵分别与各个所述控制阀块连接，所述作动器组包括与所述控制阀块一一对应连接的作动器。

其中，所述控制阀块包括开关阀和提供系统背压的自增压油箱，所述电机泵与所述开关阀连接，各所述开关阀互锁。

其中，每个电机泵对应连接换向阀，且每个所述换向阀均与各个所述开关阀连接，换向阀与开关阀相互配合，实现电磁铁多余度及电机泵多余度配置。

其中，所述控制阀块还包括安全阀、旁通阀、节流阀和锁紧阀。

其中，所述电机泵为多个，所述控制阀块与所述作动器均为多个，所述开关阀和所述换向阀均为三位四通阀。

其中，所述自增压油箱通过海水压力、机械弹簧压力与气压共同增压产生系统背压。

其中，所述电机泵设置于电机泵密封罩内，所述控制阀块设置于控制阀块密封罩内，且所述电机泵与所述控制阀块通过转接块连接。

其中，所述电机泵密封罩和所述控制阀块密封罩在与所述转接块的连接处分别设有第一密封圈与第二密封圈，所述控制阀块密封罩与外界连通处设有第三密封圈，第一密封圈、第二密封圈和第三密封圈三处密封圈均为圆周静密封圈。

其中，所述转换块上设有电气水密插座、作动器连接管嘴与外界能源连接管嘴。

其中，所述控制器为多个伺服控制驱动器，且通过连接CAN总线接收指令对所述作动器组与所述控制单元进行控制。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明机电静压控制系统提供了一种潜艇舷外工作的余度机电静压控制系统，所涉及的控制单元采用了电机泵、控制阀块和作动器组分立配置，并通过软管相互连接，控制器设在舱内，通过水密电缆分别与作为舱外设备的控制单元和作动器连接，由此实现将控制单元安装到潜艇外部，大大增加艇内空间，方便艇内人员工作的效果。控制器接收控制指令，对舱外的控制单元进行控制，控制单元中电机泵带动控制阀块运作，从而驱动各控制阀块连接的作动器工作，作动器动作后再将工作状况通过信号传输反馈给控制器，以便进行进一步调整控制，从而完成整个余度机电静压控制系统的协调工作，同时，每个控制阀块与多个电机泵连接的结构设置，实现了对控制阀块运作的驱动备份功能，当一个电机泵出现故障无法正常工作时，其他电机泵会为控制阀块提供动力，实现整个系统的余度静压配置。

除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图做出进一步说明。

附图说明

图1是本发明实施例机电静压控制系统的组成结构示意图；

图2是本发明实施例机电静压控制系统的液压原理示意图；

图3是本发明实施例机电静压控制系统的控制单元的结构示意图；

图4是本发明实施例机电静压控制系统的转接块的结构示意图。

图中：1：控制器；2：作动器组；3：控制单元；4：舱体外；5：舱体内；6：转接块；7：第一密封圈；8：第二密封圈；9：第三密封圈；21：作动器；31：电机泵；32：控制阀块；21：作动器；61：电气水密插座；62：作动器连接管嘴；63：外界能源连接管嘴；310：电机泵密封罩；311：换向阀；320：控制阀块密封罩；321：开关阀；322：自增压油箱；323：安全阀；324：旁通阀；325：节流阀；326：锁紧阀。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。

如图1和图2所示，本发明实施例提供的机电静压控制系统，包括控制单元3、作动器组2和控制器1，控制单元3与作动器组2均设置于舱体外4，控制器1设置于舱体内5，控制器1分别与作动器组2和控制单元3连接，控制单元3包括多个电机泵31和多个控制阀块32，每个电机泵31分别与各个控制阀块32连接，作动器组2包括与控制阀块32一一对应连接的作动器21。

本发明机电静压控制系统提供了一种潜艇舷外工作的余度机电静压控制系统，所涉及的控制单元采用了电机泵、控制阀块和作动器组分立配置，并通过软管相互连接，控制器设在舱内，通过水密电缆分别与作为舱外设备的控制单元和作动器连接，由此实现将控制单元安装到潜艇外部，大大增加艇内空间，方便艇内人员工作的效果。控制器接收控制指令，对舱外的控制单元进行控制，控制单元中电机泵带动控制阀块运作，从而驱动各控制阀块连接的作动器工作，作动器动作后再将工作状况通过信号传输反馈给控制器，以便进行进一步调整控制，从而完成整个机电余度静压控制系统的协调工作，同时，每个控制阀块与多个电机泵连接的结构设置，实现了对控制阀块运作的驱动备份功能，当一个电机泵出现故障无法正常工作时，其他电机泵会为控制阀块体统动力，实现整个系统的余度静压配置。

其中，控制阀块32包括开关阀321和提供系统背压的自增压油箱322，电机泵31与开关阀321连接，各开关阀321互锁。其中，每个电机泵31对应连接换向阀311，且每个换向阀311均与各个开关阀321连接。每个电机泵配置液压元件换向阀与控制阀块中的开关阀连接。工作时，各作动器分别工作，其工作顺序由开关阀决定，哪一个作动器需要动作，就打开此作动器对应连接的控制阀块的开关阀，各开关阀互锁，保证同一时间只有一个开关阀处于打开状态；当开关阀的一个电磁铁或相应的控制通路故障，能够切换使用另一个电磁铁工作，同时换向阀也进行相应的换向，配合实现开关阀电磁铁和电气通路的余度配置。自增压油箱提供系统背压，内嵌到控制阀块的其他元件中，以提高设备和能源部分的集成度，占地空间少。

其中，电机泵31为两个，控制阀块32与作动器21均为三个，开关阀321和换向阀311均为三位四通阀。本实施例提供两个电机泵、三个控制阀与三个作动器，两个电机泵配置完全一致，包括伺服电机和定量泵，三个控制阀块结构也完全相同，均配置相同的液压元件及电气元件，开关阀为一个三位四通阀，其处于中位时作动器锁定在原有位置不动，另外两个位置开启是控制相应作动器工作，两个位置互为备份，当开关阀的一个电磁铁或相应的控制通路故障，能够切换使用另一个电磁铁工作，同时换向阀也为一个三位四通阀，能够决定两个电机泵哪个工作，换向阀处于中位时，其对应连接的电机泵被旁通，而换向阀处在另外两个位置时，配合开关阀工作，即当开关阀一个电机铁故障时，开关阀切换到另一个电磁铁工作，此时换向阀也同时切换至另一个电磁铁工作，保证电机泵能正常控制作动器伸出或缩回，从而实现开关阀电磁铁和电气通路的双余度配置。并且当一个电机泵通路故障时，与故障电机泵对应的换向阀置为中位，即可以实现将故障通路与正常系统隔离，使另一路电机泵保持正常工作，进而实现电机泵双余度配置。

某一个作动器工作时，首先此作动器对应连接的控制阀块的开关阀开启，同时两个换向阀中的一个开启，且开启位置与开关阀匹配，保证电机泵液流方向极性正确，然后开启的换向阀对应的电机泵开始工作，伺服电机带动恒量泵从油箱吸油，系统通过控制伺服电机的转速来控制定量泵的流量大小，从而控制作动器的速度，保证作动器的到位时间、运行平稳和到位无冲击。

其中，控制阀块还包括安全阀323、旁通阀324、节流阀325和锁紧阀326。油液从开关阀出来分成两路，一路进入作动器工作腔，另一路进入高压安全阀，在负载压力异常升高时，安全阀打开卸压，保护系统结构，作动器两腔还连接有电磁控制旁通阀，能够在系统加注时沟通作动器两腔，锁紧阀可保证作动器在到位位置的可靠长时间锁紧，节流阀可在系统两个控制单元均异常的情况下，控制作动器在负载力作用下可靠收回，保证机构安全。此外控制阀块中还包括单向阀、压力传感器、温度传感器、压差传感器、位移传感器等元件，配合系统液压通路的控制与工作。

其中，自增压油箱322通过海水压力、机械弹簧压力与气压共同增压产生系统背压。自增压油箱为系统提供背压，采用了三增压设计，即背压由海水压力、机械弹簧压力和气压共同增压产生，保证在升降机构工作时，产生0.4-1MPa的低压系统压力，避免液压泵产生气蚀；在潜艇潜航时，产生高于海水压力1MPa以上的低压系统压力，保证系统密封可靠性。

其中，如图3所示，电机泵31设置于电机泵密封罩310内，控制阀块32设置于控制阀块密封罩320内，且电机泵31与控制阀块32通过转接块6连接。其中，电机泵密封罩310和控制阀块密封罩320在与转接块6的连接处分别设有第一密封圈7与第二密封圈8，控制阀块密封罩320与外界连通处设有第三密封圈9。为保证控制单元在舱外环境中正常工作，将控制单元封闭在密封罩内，与外接环境不接触。在密封罩与转接块的交界处与密封罩与外界的交界处，均设置环形密封圈，因此对外密封只有静密封，对外密封少，提高了密封的可靠性，具有优良的防水、防腐和超静音的性能。

其中，如图4所示，转换块6上设有电气水密插座61、作动器连接管嘴62与外界能源连接管嘴63。转接块连接电机泵与控制阀块，本实施例中转换块上安装有强电水密插座、弱电水密插座和作动器连接管嘴与外界能源连接管嘴对外的管接件。对外只有四个液压接口和两个电气接口，所以外形简洁美观。

其中，控制器1为两个伺服控制驱动器，且通过连接CAN总线接收指令对作动器组2与控制单元3进行控制。控制器通过CAN总线接受外界指令，采用数字控制方式，并提供模拟接口，从而保证总线故障时的应急控制。控制器与控制单元和作动器可通过电缆连接，控制单元与作动器之间可通过液压管路连接。

综上所述，本发明机电静压控制系统提供了一种潜艇舷外工作的机电余度静压控制系统，所涉及的控制单元采用了电机泵、控制阀块和作动器组分立配置，并通过软管相互连接，控制器设在舱内，通过水密电缆分别与作为舱外设备的控制单元和作动器连接，由此实现将控制单元安装到潜艇外部，大大增加艇内空间，方便艇内人员工作的效果。控制器接收控制指令，对舱外的控制单元进行控制，控制单元中电机泵带动控制阀块运作，从而驱动各控制阀块连接的作动器工作，作动器动作后再将工作状况通过信号传输反馈给控制器，以便进行进一步调整控制，从而完成整个机电余度静压控制系统的协调工作，同时，每个控制阀块与多个电机泵连接的结构设置，实现了对控制阀块运作的驱动备份功能，当一个电机泵出现故障无法正常工作时，其他电机泵会为控制阀块体统动力，实现整个系统的余度静压配置。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种机电静压控制系统，其特征在于：包括控制单元、作动器组和控制器，所述控制单元与所述作动器组均设置于舱体外，所述控制器设置于舱体内，所述控制器分别与所述作动器组和所述控制单元连接，所述控制单元包括多个电机泵和多个控制阀块，每个所述电机泵分别与各个所述控制阀块连接，所述作动器组包括与所述控制阀块一一对应连接的作动器。

2.根据权利要求1所述的机电静压控制系统，其特征在于：所述控制阀块包括开关阀和提供系统背压的自增压油箱，所述电机泵与所述开关阀连接，各所述开关阀互锁。

3.根据权利要求2所述的机电静压控制系统，其特征在于：每个电机泵对应连接换向阀，且每个所述换向阀均与各个所述开关阀连接，换向阀与开关阀相互配合，实现电磁铁多余度及电机泵多余度配置。

4.根据权利要求3所述的机电静压控制系统，其特征在于：所述控制阀块还包括安全阀、旁通阀、节流阀和锁紧阀。

5.根据权利要求1所述的机电静压控制系统，其特征在于：所述电机泵为多个，所述控制阀块与所述作动器均为多个，所述开关阀和所述换向阀均为三位四通阀。

6.根据权利要求2所述的机电静压控制系统，其特征在于：所述自增压油箱通过海水压力、机械弹簧压力与气压共同增压产生系统背压。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的机电静压控制系统，其特征在于：所述电机泵设置于电机泵密封罩内，所述控制阀块设置于控制阀块密封罩内，且所述电机泵与所述控制阀块通过转接块连接。

8.根据权利要求7所述的机电静压控制系统，其特征在于：所述电机泵密封罩和所述控制阀块密封罩在与所述转接块的连接处分别设有第一密封圈与第二密封圈，所述控制阀块密封罩与外界连通处设有第三密封圈，第一密封圈、第二密封圈和第三密封圈三处密封圈均为圆周静密封圈。

9.根据权利要求7所述的机电静压控制系统，其特征在于：所述转换块上设有电气水密插座、作动器连接管嘴与外界能源连接管嘴。

10.根据权利要求7所述的机电静压控制系统，其特征在于：所述控制器为多个伺服控制驱动器，且通过连接CAN总线接收指令对所述作动器组与所述控制单元进行控制。