CN106762925B - 双主控阀集成射流管伺服阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双主控阀集成射流管伺服阀，两个两级伺服阀的两个阀芯通过联轴器连接在一起构成集成伺服阀；两级伺服阀上对称装有两个先导级组件，先导级组件由力矩马达、喷嘴、接收器、反馈杆组成，两个两级伺服阀的先导级组件的油源为相互独立的主备油源，阀体中预留的四个流体通道分别与两个先导级组件中的两个接受器输出的控制压力油相通，反馈杆与阀芯相连接构成力反馈系统，当四个流体通道的压力值对应不相等时，相应两级伺服阀的电气通道与先导级液压通道进行隔离，接通处于正常状态的两级伺服阀的电气通道与先导级液压控制油路通道。该伺服阀作为多余度高性能作动系统中的重要液压控制元件，具有电气四余度、液压两余度特性，以及机械备份能力。

Description

双主控阀集成射流管伺服阀

技术领域

本发明涉及一种双主控阀集成射流管伺服阀，尤其是一种多余度高性能作动系统中起着电液转换和功率放大的作用的伺服阀。

背景技术

现今流体动力控制系统具有多油路控制特性以便适用不同的极其重要的、高可靠性的工况，比如航空系统中的电液伺服控制动作器。在这种系统中，可以避免控制泵站和控制作动器之间冗余的机械连接、操纵杆等，因为这些连接有一定柔性，可能使输入信号失真，而且当需要传递快速变化的信号时，这些冗余的质量可能成为影响因素。目前的飞机都是用电液伺服系统控制的，它们在飞行的过程中需要保持相对稳定性，因此提出了本文中的集成阀。

该集成阀集成了一些航空动力结构，这些机构效率高，而且可以提高系统同步输出性能，因此可以保持系统的稳定性。航空中也需要极度快速响应的控制系统，这种响应速度是机械传动的控制装置无法实现的。因此，航空伺服控制系统应运而生，这种系统中有自动控制的机电传感器，或者具有能自动产生电控制信号，并且能通过信号线而非机械装置进行远程伺服控制。伺服控制系统通过伺服阀将电控信号转换成相应的机械信号或流体信号。这些信号经过放大后可以按照命令使机构运动，比如飞控结构。伺服控制系统中包含电子转换装置、传感器、以及伺服系统中需要的元器件。然而，在伺服系统、航天或者航空系统中，对各种原因导致的故障比较敏感，这些故障常常使得系统不能保证可靠的稳定性。故需要提供一种高可靠性的，具有液压与电气冗余，同时具有两个能够同步输出相同流量特性液压通道。

发明内容

本发明是要提供一种双主控阀集成射流管伺服阀，该伺服阀作为多余度高性能作动系统中的重要液压控制元件，具有电气四余度、液压两余度特性，同时还具有机械备份能力。为此，本发明具有以下目的：

1）提供一种新的具有电气四余度、液压两余度特性，同时还具有机械备份能力的液压控制元件。

2）提供一种自身具备液压检测通道可进行自身状态判别的液压控制元件。

3）提供一种当正常工作的先导级油路出现故障时，能够保证性能不降低的液压控制元件。

4）提供一种双主控阀阀芯总成方案。

5）提供一种低摩擦力的动密封方案。

6）提供一种液动力补偿方案。

本发明实现上述目的所采用的技术方案是：一种双主控阀集成射流管伺服阀，包括两个通过独立液压流体控制的两级伺服阀、联轴器，两个两级伺服阀的两个阀芯通过联轴器连接在一起构成集成伺服阀；所述两级伺服阀上对称装有两个先导级组件，用于实现液压功率放大功能，所述先导级组件由力矩马达、喷嘴、接收器、反馈杆组成，两个两级伺服阀的先导级组件的油源为相互独立的主备油源，阀体中预留的四个流体通道分别与两个先导级组件中的两个接收器输出的控制压力油相通，反馈杆与阀芯相连接构成力反馈系统，当四个流体通道的压力值对应不相等时，相应两级伺服阀的电气通道与先导级液压通道进行隔离，接通处于正常状态的两级伺服阀的电气通道与先导级液压控制油路通道。

所述力矩马达装有两个线圈组件，每个线圈组件中绕制两个线圈，四个线圈并联供电，用于保证两级伺服阀的电气四余度性能。

所述联轴器上具有一个与机械操纵杆相连的机械操纵点，若两个两级伺服阀都被判定处于故障状态，两个两级伺服阀的两个先导级组件所对应的油源与电气通道将同时被隔离，此状态下所述集成伺服阀处于机械操纵模式；若一个两级伺服阀被判定处于故障状态，该两级伺服阀的阀芯被正常工作的两级伺服阀的阀芯通过联轴器拉动，处于故障状态下的两级伺服阀液流输出特性不变。

当两级伺服阀的两个先导级组件都正常工作时，两个先导级组件中的接收器输出压力对应相等，若监测到所述阀体上与两个先导级的接收器输出压力油相通的四个流体通道中的油液的压力值不对应相等，即可判定该两级伺服阀处于故障状态。

所述联轴器由球杆组件和平行板组成，球杆组件的球头与平行板中的平行槽相配合，球杆组件和平行板分别通过螺纹连接两个阀芯，并用夹紧螺钉锁紧阀芯，用于防止阀芯旋转。

所述两级伺服阀的阀芯两端与阀体之间通过密封套实现一级密封对高压油进行卸荷，以及通过动密封件实现二级动态密封，其中，密封套与阀体的阀套之间密封间隙为0~2μ，密封套与阀芯间为动密封，密封间隙为2~4μ，所述动密封件由NBR弹性橡胶与Avalon含氟聚化物组成。

所述阀体的阀套进油孔与阀套中心轴线成45°角，当滑阀工作窗口打开时，高压油液通过该45°斜孔直接冲击阀芯轴肩上，使得阀芯获得一定量的开启力；所述阀芯的回油腔处的轴肩两侧分别设有60°倒角和30°倒角，回油油液冲击在与阀芯轴线成60°倒角的轴肩上，流经与阀芯轴线成30°倒角的轴肩。

本发明的有益效果：

1、高可靠性：本发明的双主控阀集成射流管伺服阀是多余度高性能作动系统中的重要液压控制元件，具有电气四余度、液压两余度特性，同时还具有机械备份控制能力。

2、同步输出特性：本发明中的两个两级伺服阀的阀芯通过由球杆组件和平行板组成的阀芯联轴器连接在一起，该状态下两阀芯间具有5个自由度，两阀芯在运动过程中不会相互干涉，同时通过阀芯轴向自由度的限制使得两个阀芯在运动过程中相对位置不会改变，也就是保证了两个两级伺服阀的滑阀工作窗口的打开状态一致，此状态下两个两级伺服阀的流量输出特性一致。

3、具有机械操纵性：本发明采用了特殊设计的动密封方案及液动力补偿结构，即保证了集成伺服阀在机械操纵模式下，阀芯上的操纵阻力较小，机械操纵性强。

附图说明

图1为本发明的双主控阀集成射流管伺服阀原理构架图；

图2为本发明的双主控阀集成射流管伺服阀结构主视图；

图3为本发明中两级伺服阀A的主剖视图；

图4为本发明中两级伺服阀的左视图；

图5为本发明中联轴器剖视图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

参见图1~图5，本发明的双主控阀集成射流管伺服阀（以下简称集成伺服阀），包括两个通过独立液压流体控制的两级伺服阀A1-1，两级伺服阀B1-2、阀芯联轴器3、夹紧螺钉4。从图2可知，两级伺服阀A1-1与两级伺服阀B1-2通过联轴器3将两个阀芯A、B5-1，5-2连接在一起构成集成伺服阀，联轴器3上预留有机械操纵接口，若两级伺服阀A1-1和两级伺服阀B1-2都处于故障状态，则通过机械操纵接口控制集成伺服阀。两级伺服阀A1-1中的两个先导级组件6-1的控制压力输出口AC1、AC2，BC1、BC2中的压力输出口AC1、BC1与阀芯A5-1两端的控制压力腔XX相接通，反馈杆7与阀芯A5-1相连接构成力反馈系统，控制压力输出口AC1、AC2，BC1、BC2与阀体8预留通道相接通，集成伺服阀在正常工作状态下两级伺服阀A1-1和两级伺服阀B1-2的AC1与BC2、AC2与BC1的压力值对应相等，若外置压力检测传感器检测四个通道的压力值对应不相等，则判定相应两级伺服阀故障，并对相应两级伺服阀的电气通道与先导级液压通道进行隔离，接通处于正常状态的两级伺服阀的电气通道与先导级液压控制油路通道。

两级伺服阀A1-1中装有力矩马达9-1，力矩马达9-2。两级伺服阀B1-2中装有力矩马达9-3，力矩马达9-4。

每个力矩马达中装有两个线圈组件，每个线圈组件中绕制两个线圈，力矩马达中的四个线圈并联供电，若力矩马达的一个、两个、或者三个线圈发生故障时，剩余线圈通过的总电流大小不变，力矩马达输出力矩不变（总电流大小正比于力矩马达输出力），保证了两级伺服阀的电气四余度性能。两级伺服阀A1-1和两级伺服阀B1-2的先导级组件的油源为相互独立的主备油源，当一个先导级组件6所属的两级伺服阀被判定处于故障状态时，该两级伺服阀所对应的两个先导级组件6的液压控制油路及电气通道将被隔离，并接通另一两级伺服阀所对应的两个先导级组件6控制油路及电气通道。联轴器3分别与两个两级伺服阀的阀芯A5-1、阀芯B5-2相连，联轴器3上具有一个与机械结构相连的机械操纵点S，若两级伺服阀A1-1和两级伺服阀B1-2都被判定处于故障状态，两级伺服阀A1-1和两级伺服阀B1-2的先导级组件6所对应的控制油路将同时被隔离，此状态下所述集成伺服阀处于机械操纵模式。

每个两级伺服阀上对称装有两个先导级组件6，力矩马达分别与喷嘴10、接收器11组成先导级组件6，实现液压功率放大功能，阀体8中预留有四个流体通道分别与两个先导级组件6中的两个接收器11输出的控制压力油相通，当两级伺服阀的两个先导级组件6都正常工作时，两个先导级组件6中的接收器11输出压力对应相等，若外置压力传感器监测到阀体8上与两个先导级组件6的接收器11输出控制压力油相通的四个流体通道中的油液的压力值不对应相等，即可判定该两级伺服阀处于故障状态。

两级伺服阀A1-1和两级伺服阀B1-2的阀芯A、B5-1，5-2通过联轴器3相连，若一个两级伺服阀A1-1被判定处于故障状态，该两级伺服阀A1-1的阀芯A5-1被正常工作的两级伺服阀B1-2的阀芯B5-2通过联轴器3拉动，处于故障状态下的两级伺服阀A1-1液流输出特性不变。

两级伺服阀A1-1和两级伺服阀B1-2同步工作，阀芯A、B5-1，5-2在运动过程中，阀芯A、B5-1，5-2需要4个自由度。将阀芯A、B5-1，5-2运动方向、垂直安装底面方向作为直角坐标系的+X、+Y方向，建立直角坐标系。在此直角坐标系中阀芯A、B5-1，5-2运动过程中需保证Y方向、Z向两个平移自由度与Z轴旋转自由度、Y轴旋转自由度。阀芯A、B5-1，5-2通过联轴器3进行总成，该联轴器3由球杆组件16和平行板17两部分组成，两部分分别与阀芯A、B5-1，5-2相连，联轴器3的球杆组件16的球头与平行板17中的平行槽相配合，该配合部位采用1~2μ间隙配合，联轴器3材料选用17-4PH。阀芯A、B5-1，5-2通过螺纹结构与联轴器3相连，联轴器3的球杆组件16和平行板17上都预留有贯穿螺纹孔，阀芯A、B5-1，5-2与联轴器3装配完成后，将四个夹紧螺钉4安装在预留螺纹孔中，对阀芯进行防旋转锁紧。

以两级伺服阀A1-1为例（图2），两级伺服阀A1-1的阀芯A5-1两端处于阀体8外部，需要对阀芯A5-1两端进行动密封。该处采用了两级密封的密封方案，通过一级密封对高压油进行卸荷，二级密封实现动态密封。一级密封采用机械间隙密封，密封套12-1与阀套13密封间隙为0~2μ,密封套12-1与阀套13之间为静密封，在0~2μ的间隙密封条件下，该处可实现无泄漏密封，同时0~2μ的密封间隙可以很好的保证密封套12-1孔与阀套13孔的同轴度；密封套12-1与阀芯A5-1间的密封间隙为2~4μ，密封套12-1与阀芯A5-1间为动密封，在2~4μ的间隙密封条件下，该处密封可实现静态密封无泄漏、动态密封过程中仅有少量附着于阀芯A5-1表面的油膜在阀芯A5-1运动过程中被带出，同时该处间隙密封几乎不产生摩擦力。二级密封按AS4716标准选用Advancap结构动密封件15，该动密封件15由NBR弹性橡胶与Avalon含氟聚化物（与阀芯接触）组成。在经一级密封结构卸荷降压后，二级密封处的油压较低，在此条件下，含氟聚化物与阀芯A5-1的接触压力较低，阀芯A5-1与动密封件15的密封摩擦力相对于常规密封结构产生的密封摩擦力大大降低。

集成伺服阀具有机械控制模式，因机械控制模式需通过拨叉杠杆结构拨动阀芯A、B5-1，5-2，这就要求在拨动过程中阀芯A、B5-1，5-2上不能够有过大的轴向阻力，也就是阀芯A、B5-1，5-2上液动力不能过大。在集成伺服阀的额定使用工况下：供回油压差28MPa、两级伺服阀A1-1和两级伺服阀B1-2流量115L/min下，常规滑阀结构将会产生362.2N的液动力。为减小滑阀液动力，提高集成阀在机械控制模式下的可操纵性，对滑阀进行了液动力补偿设计。在该液动力补偿设计方案中，阀套13进油孔与阀套13中心轴线成45°角，当滑阀工作窗口打开时，高压油液通过该45°斜孔直接冲击阀芯A、B5-1，5-2轴肩上，使得阀芯A、B5-1，5-2获得一定量的开启力。同时，滑阀的阀芯A、B5-1，5-2采用负力窗孔设计，阀芯A、B5-1，5-2回油腔处的轴肩设计为60°、30°倒角，回油油液冲击在与阀芯A、B5-1，5-2轴线成60°倒角的轴肩上，流经与阀芯A、B5-1，5-2轴线成30°倒角的轴肩。通过阀套13斜孔与阀芯A、B5-1，5-2回油负力窗孔组合设计，液动力补偿效率可达到75%。

Claims (7)

1.一种双主控阀集成射流管伺服阀，包括两个通过独立液压流体控制的两级伺服阀、联轴器，其特征在于：两个两级伺服阀的两个阀芯通过联轴器(3)连接在一起构成集成伺服阀；所述两级伺服阀上对称装有两个先导级组件，用于实现液压功率放大功能，所述先导级组件(6)由力矩马达、喷嘴(10)、接收器(11)、反馈杆(7)组成，两个两级伺服阀的先导级组件(6)的油源为相互独立的主备油源，阀体(8)中预留的四个流体通道分别与两个先导级组件(6)中的两个接收器(11)输出的控制压力油相通，反馈杆(7)与阀芯相连接构成力反馈系统，当四个流体通道的压力值对应不相等时，相应两级伺服阀的电气通道与先导级液压通道进行隔离，接通处于正常状态的两级伺服阀的电气通道与先导级液压控制油路通道。

2.根据权利要求1所述的双主控阀集成射流管伺服阀，其特征在于：所述力矩马达装有两个线圈组件，每个线圈组件中绕制两个线圈，四个线圈并联供电，用于保证两级伺服阀的电气四余度性能。

3.根据权利要求1所述的双主控阀集成射流管伺服阀，其特征在于：所述联轴器(3)上具有一个与机械操纵杆相连的机械操纵点，若两个两级伺服阀都被判定处于故障状态，两个两级伺服阀的两个先导级组件所对应的油源与电气通道将同时被隔离，此状态下所述集成伺服阀处于机械操纵模式；若一个两级伺服阀被判定处于故障状态，该两级伺服阀的阀芯被正常工作的两级伺服阀的阀芯通过联轴器拉动，处于故障状态下的两级伺服阀液流输出特性不变。

4.根据权利要求1所述的双主控阀集成射流管伺服阀，其特征在于：当两级伺服阀的两个先导级组件都正常工作时，两个先导级组件(6)中的接收器(11)输出压力对应相等，若监测到所述阀体上与两个接收器(11)输出压力油相通的四个流体通道中的油液的压力值不对应相等，即可判定该两级伺服阀处于故障状态。

5.根据权利要求1所述的双主控阀集成射流管伺服阀，其特征在于：所述联轴器(3)由球杆组件(16)和平行板(17)组成，球杆组件(16)的球头与平行板(17)中的平行槽相配合，球杆组件(16)和平行板(17)分别通过螺纹连接两个阀芯，并用夹紧螺钉(4)锁紧阀芯，用于防止阀芯旋转。

6.根据权利要求1所述的双主控阀集成射流管伺服阀，其特征在于：所述两级伺服阀的阀芯两端与阀体(8)之间通过密封套(12-1)实现一级密封对高压油进行卸荷，以及通过动密封件(15)实现二级动态密封，其中，密封套(12-1)与阀体的阀套(13)之间密封间隙为0~2μ，密封套(12-1)与阀芯间为动密封，密封间隙为2~4μ，所述动密封件(15)由NBR弹性橡胶与Avalon含氟聚化物组成。

7.根据权利要求1所述的双主控阀集成射流管伺服阀，其特征在于：所述阀体的阀套(13)进油孔与阀套(13)中心轴线成45°角，当滑阀工作窗口打开时，高压油液通过该45°斜孔直接冲击阀芯轴肩上，使得阀芯获得一定量的开启力；所述阀芯的回油腔处的轴肩两侧分别设有60°倒角和30°倒角，回油油液冲击在与阀芯轴线成60°倒角的轴肩上，流经与阀芯轴线成30°倒角的轴肩。