CN108180176A - 一种复合式随动液压作动器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种复合式随动液压作动器，包括一端固定的随动缸活塞杆以及缸筒，随动缸活塞杆的另一端伸入缸筒的随动缸内；随动缸活塞杆内设置进油道和回油道；随动缸活塞杆的活塞上开设有用于连通随动缸有杆腔和随动缸无杆腔的阻尼孔；随动缸活塞杆通过复位装置连接阀芯的一端，阀芯和随动缸活塞杆的活塞组成机液伺服阀；阀芯的另一端伸入缸筒的加载缸内且和加载缸活塞杆固定相连；加载缸上安装压力伺服阀和用于测量加载缸无杆腔压力的压力传感器，压力伺服阀的进油口连接恒压进油口，压力伺服阀的工作油口连接加载缸无杆腔，压力传感器连接控制器，控制器连接压力伺服阀。本发明能够快速高精度的实现位置跟随和力同步加载控制。

Description

一种复合式随动液压作动器
技术领域
本发明属于机电液控制领域，具体涉及一种复合式随动液压作动器。
背景技术
传统的液压伺服作动器是电液伺服系统的执行机构，已广泛应用于航行器的飞控系统，实现副翼、升降舵、方向舵主控制面的位置闭环控制。现有的液压伺服作动器只是单一的进行位置伺服控制、速度伺服控制或者力伺服控制，目前尚未见有实现复合控制的液压作动器报道。在航行器的地面半物理试验中，需要进行一系列飞控操纵系统的半物理模拟试验，模拟空中气动载荷的及时性和准确性，要求既能位移跟随，同时又能进行力加载。传统的加载试验台一般会使用了单一液压伺服作动器，分别进行位移控制和力加载，其控制系统复杂，频宽过低，同时系统还会因响应过慢产生多余力问题，造成加载力失调或超调，影响控制系统的动态精度和稳定性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种复合式随动液压作动器，可快速高精度的实现对被加载装置的位移跟随和力同步加载。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
包括一端固定在基座上的随动缸活塞杆，以及含有随动缸和加载缸的缸筒，随动缸活塞杆的另一端伸入缸筒的随动缸内，且通过随动缸活塞杆端部的活塞将随动缸分隔成随动缸有杆腔和随动缸无杆腔；随动缸活塞杆的杆内设置进油道和回油道；随动缸活塞杆的活塞上开设有用于连通随动缸有杆腔和随动缸无杆腔的阻尼孔；随动缸活塞杆通过复位装置连接阀芯的一端，阀芯和随动缸活塞杆的活塞组成用于控制进油道、随动缸无杆腔/随动缸有杆腔和回油道是否连通的机液伺服阀；阀芯的另一端伸入缸筒的加载缸内且和加载缸活塞杆固定相连；加载缸上安装压力伺服阀和用于测量加载缸无杆腔压力的压力传感器，压力伺服阀的进油口连接恒压进油口，压力伺服阀的工作油口连接加载缸无杆腔，压力传感器连接控制器，控制器连接压力伺服阀。
进一步地，复位装置采用弹簧。
进一步地，阀芯采用四边阀或单边阀。
进一步地，随动缸活塞杆的活塞上开设两个第一环形槽，阀芯上开设三个第二环形槽；
在阀芯处于中位时，相邻第二环形槽之间的凸起将第一环形槽密封，进油道和中间的第二环形槽相连通，回油道和两侧的第二环形槽均连通；随动缸活塞杆的活塞上还开设有用于连通一个第一环形槽和随动缸有杆腔的工作油口A，以及用于连通另一个第一环形槽和随动缸无杆腔的工作油口B。
进一步地，加载缸端部设置阀块，压力伺服阀和压力传感器集成在加载缸端部的阀块上，恒压进油口设置在阀块上，加载缸有杆腔与恒压进油口相连通。
进一步地，压力伺服阀通过管路与加载缸无杆腔连接。
进一步地，随动缸活塞杆的活塞和缸筒之间、阀芯和随动缸活塞杆之间以及阀芯和缸筒之间均为间隙密封。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明复合式随动液压作动器把传统的位置控制伺服作动器和力加载伺服作动器集成于一体，通过将随动缸活塞杆固定，与加载缸共用缸筒，机液伺服阀的阀芯内置于随动缸活塞杆中，阀芯通过与加载缸活塞杆刚性连接，可快速跟随被加载对象的位移，同时通过压力伺服阀、压力传感器和控制器，调节压力伺服阀的阀芯开度，直至加载缸无杆腔压力信号与输入加载信号相等，控制加载缸的输出力，可快速高精度的实现位置跟随和力同步加载控制，且频宽高，其响应频率远大于被加载对象运动频率，可以达到很高的控制精度，结构紧凑，占用空间小，且便于加工制造，有效解决目前动态加载存在的多余力及频响慢的关键技术问题，可广泛应用于航空、航天、航海等领域的加载试验装置、地震模拟试验装置及其它电液伺服控制系统，具有广阔的市场应用前景。
进一步地，本发明中采用间隙密封，允许少量泄漏，因此摩擦系数低，阻尼小，系统响应速度快，可靠性高。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图；
图2是本发明装置的俯视结构示意图。
其中：1-随动缸活塞杆；2-弹簧；3-阀芯；4-缸筒；5-压力伺服阀；6-压力传感器；7-管路；8-加载缸活塞杆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
参见图1和图2，本发明包括：随动缸活塞杆1、弹簧2、阀芯3、缸筒4、压力伺服阀5、压力传感器6、管路7和加载缸活塞杆8。复合式随动液压作动器的随动缸活塞杆1左端耳环固定在基座上，缸筒4和加载缸活塞杆8运动，且缸筒4上含有随动缸和加载缸。随动缸活塞杆1的右端伸入缸筒4的随动缸内，且通过随动缸活塞杆1端部的活塞将随动缸分隔成随动缸有杆腔和随动缸无杆腔。
随动缸活塞杆1通过复位装置连接阀芯3的左端，阀芯3和随动缸活塞杆1的活塞组成用于控制进油道、随动缸无杆腔/随动缸有杆腔和回油道是否连通的机液伺服阀；机液伺服阀的阀体集成在随动缸活塞杆1上，也就是随动缸活塞杆1的活塞，阀芯3右端伸入缸筒4的加载缸内且通过螺纹副与加载缸活塞杆8刚性连接，加载缸活塞杆8的活塞将加载缸分隔成加载缸有杆腔和加载缸无杆腔；复位装置采用弹簧2，起复位阀芯3作用。
随动缸活塞杆1杆内有进油道P口和回油道T口，随动缸活塞杆1的活塞上开设两个第一环形槽，阀芯3上开设三个第二环形槽；在阀芯3处于中位时，相邻第二环形槽之间的凸起将第一环形槽密封，进油道和中间的第二环形槽相连通，回油道和两侧的第二环形槽均连通；随动缸活塞杆1的活塞上还开设有用于连通一个第一环形槽和随动缸有杆腔的工作油口A，以及用于连通另一个第一环形槽和随动缸无杆腔的工作油口B，工作油口B穿过随动缸活塞杆1的活塞通随动缸无杆腔。
加载缸端部设置阀块，压力伺服阀5和压力传感器6集成在加载缸端部的阀块上，压力传感器6用于测量加载缸无杆腔压力；阀块设置有单独的恒压进油口D，压力伺服阀5的进油口与恒压进油口D相通，压力伺服阀5的工作油口通过管路7与加载缸无杆腔连接，加载缸有杆腔与恒压进油口D相通。压力传感器6连接控制器，控制器连接压力伺服阀5。
随动缸活塞杆1的活塞上有个很小的阻尼孔K口连通随动缸有杆腔和随动缸无杆腔，起平衡随动缸活塞杆1的作用。
复合式随动液压作动器的机液伺服阀的阀芯3不限于四边阀，还可使用单边阀等。
使用时，复合式随动液压作动器的随动缸活塞杆1左端耳环固定，加载缸活塞杆8与被加载对象刚性连接，被加载对象运动时加载缸活塞杆8推动机液伺服阀的阀芯3向右(向左)运动，脱离平衡位置(非中位)，高压油依次通过进油道P口、中间的第二环形槽、右侧的第一环形槽和工作油口B进行入随动缸无杆腔(或者高压油依次通过进油道P口、中间的第二环形槽、左侧的第一环形槽和工作油口A进入随动缸有杆腔)，从而推动缸筒4右移(左移)，与阀芯3位移形成闭环反馈，在阀芯3处于非平衡位置时，回油道T口通过两侧任意一个第二环形槽始终与低压腔(进油道P口连通的是高压腔，另一个为低压腔)相通，最后使阀芯3在中位关闭，两腔压力通过K口卸压，达到平衡，从而保证复合式随动液压作动器的位移随动性能，这个过程为跟随被加载对象。
在缸筒4跟随被加载对象位移的同时，另一路独立的高压油通过压力伺服阀5作用于加载缸的无杆腔，通过压力伺服阀5控制被加载对象的加载力，实现无杆腔压力的高精度输出，控制信号来源于被加载对象的运动信号，压力传感器6用于测量加载缸的无杆腔压力。压力传感器6把加载缸的无杆腔压力信号通过压力伺服阀5的放大器与输入加载信号比较得到一个偏差信号来控制调节压力伺服阀5的阀芯开度，直至加载缸无杆腔压力信号与输入加载信号相等，实现无杆腔压力的高精度输出。
本发明复合式随动液压作动器的活塞在缸筒4中的密封、机液伺服阀的阀芯3在随动缸活塞杆1内端部和缸筒4的中端隔板孔中的密封均为间隙密封，允许少量泄漏，因此摩擦系数低，阻尼小，系统响应速度快，可靠性高。
本发明中随动缸活塞杆1固定，与加载缸共用缸筒，机液伺服阀的阀芯3内置于随动缸活塞杆1中，阀芯3通过与加载缸活塞杆8刚性连接，可快速跟随被加载对象的位移，同时通过压力伺服阀5和压力传感器6控制加载缸的输出力。
本发明把控制位移的随动液压缸和伺服阀与控制力加载的加载液压缸和伺服阀设计集成于一体，实现位移和力加载同步闭环控制，可快速高精度的实现对被加载装置的位移跟随和力同步加载，有效解决目前动态加载存在的多余力及频响慢的关键技术问题，克服现有液压伺服作动器不能同时满足位移和力随动控制、存在固有的多余力和频宽低的缺点，该结构紧凑，具有广阔的市场应用前景。

Claims (7)

1.一种复合式随动液压作动器，其特征在于：包括一端固定在基座上的随动缸活塞杆(1)，以及含有随动缸和加载缸的缸筒(4)，随动缸活塞杆(1)的另一端伸入缸筒(4)的随动缸内，且通过随动缸活塞杆(1)端部的活塞将随动缸分隔成随动缸有杆腔和随动缸无杆腔；随动缸活塞杆(1)的杆内设置进油道和回油道；随动缸活塞杆(1)的活塞上开设有用于连通随动缸有杆腔和随动缸无杆腔的阻尼孔；随动缸活塞杆(1)通过复位装置连接阀芯(3)的一端，阀芯(3)和随动缸活塞杆(1)的活塞组成用于控制进油道、随动缸无杆腔/随动缸有杆腔和回油道是否连通的机液伺服阀；阀芯(3)的另一端伸入缸筒(4)的加载缸内且和加载缸活塞杆(8)固定相连；加载缸上安装压力伺服阀(5)和用于测量加载缸无杆腔压力的压力传感器(6)，压力伺服阀(5)的进油口连接恒压进油口，压力伺服阀(5)的工作油口连接加载缸无杆腔，压力传感器(6)连接控制器，控制器连接压力伺服阀(5)。
2.根据权利要求1所述的一种复合式随动液压作动器，其特征在于：复位装置采用弹簧(2)。
3.根据权利要求1所述的一种复合式随动液压作动器，其特征在于：阀芯(3)采用四边阀或单边阀。
4.根据权利要求1或3所述的一种复合式随动液压作动器，其特征在于：随动缸活塞杆(1)的活塞上开设两个第一环形槽，阀芯(3)上开设三个第二环形槽；
在阀芯(3)处于平衡位置时，相邻第二环形槽之间的凸起将第一环形槽密封，进油道和中间的第二环形槽相连通，回油道和两侧的第二环形槽均连通；随动缸活塞杆(1)的活塞上还开设有用于连通一个第一环形槽和随动缸有杆腔的工作油口A，以及用于连通另一个第一环形槽和随动缸无杆腔的工作油口B。
5.根据权利要求1所述的一种复合式随动液压作动器，其特征在于：加载缸端部设置阀块，压力伺服阀(5)和压力传感器(6)集成在加载缸端部的阀块上，恒压进油口设置在阀块上，加载缸有杆腔与恒压进油口相连通。
6.根据权利要求1所述的一种复合式随动液压作动器，其特征在于：压力伺服阀(5)通过管路(7)与加载缸无杆腔连接。
7.根据权利要求1所述的一种复合式随动液压作动器，其特征在于：随动缸活塞杆(1)的活塞和缸筒(4)之间、阀芯(3)和随动缸活塞杆(1)之间以及阀芯(3)和缸筒(4)之间均为间隙密封。
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