CN108506254A - 可控协调卸载电液作动器 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种可控协调卸载电液作动器，包括对液压缸施加的载荷进行卸载的卸载系统，其特征在于，卸载系统包括第一卸载通道和第二卸载通道，第一卸载通道和第二卸载通道位于液压缸和油箱之间，其中，第一卸载通道包括电液比例阀，通过电液比例阀来控制载荷的卸载；第二卸载通道包括可调节流阀，通过可调节流阀来控制载荷的卸载；以及在对载荷进行卸载时，通过控制电液比例阀来进行载荷卸载，在电液比例阀不能实现载荷卸载功能的情况下，通过可调节流阀进行载荷卸载。

Description

可控协调卸载电液作动器

技术领域

本公开涉及一种可控协调卸载电液作动器。

背景技术

飞机结构试验是一种破坏性试验，当结构试验过程中试验件因为强度破坏或试件疲劳引起断裂，或是因为未知故障导致系统停止工作时，试验件上的载荷会产生较大的局部应力，此时如果没有可控协调地对施加载荷进行卸除，可能会对试验件造成二次破坏，使试验结果不能真实反映结构在正常加载下的破坏程度，甚至还会威胁到人身安全。因此，可控的协调卸载是飞机结构试验时对试验件安全和人身安全的重要保障。

结构试验对可控协调卸载的安全保护液压模块提出一些功能要求。例如：

超载保护，即在加载试验过程中，当出现未知的故障导致载荷急剧上升时，必须确保所施加的载荷不能超过设定值；

载荷卸除，即在加载试验完成后或在加载过程中，试验件还未破坏，但加载系统因为某些原因已无法正常工作，此时需要按一定的时间将已经加上的载荷可控协调地卸除，保证被试对象不被损坏；

可控协调，即要求卸载模块在卸载的时候保证多个加载通道之间能够协同地工作，按照相同的速度完成载荷的卸除，防止在卸载过程中加载通道之间存在力纷争而对试验件造成破坏，此外，卸载安全保护模块应可以根据需要进行卸载速度的调节；以及

模块独立，即卸载安全保护液压模块的控制系统是独立于加载控制系统，当加载控制系统崩溃时不会影响卸载系统的正常工作。

发明内容

为了解决至少一个上述技术问题，本公开提供了一种可控协调卸载电液作动器和一种可控协调卸载电液作动器的分布式模块化控制系统。

根据本公开的一个方面，一种可控协调卸载电液作动器，包括对液压缸施加的载荷进行卸载的卸载系统，卸载系统包括第一卸载通道和第二卸载通道，第一卸载通道和第二卸载通道位于液压缸和油箱之间，其中，

第一卸载通道包括电液比例阀，通过电液比例阀来控制载荷的卸载；

第二卸载通道包括可调节流阀，通过可调节流阀来控制载荷的卸载，

在对载荷进行卸载时，通过控制电液比例阀来进行载荷卸载，在电液比例阀不能实现载荷卸载功能的情况下，通过可调节流阀进行载荷卸载。

根据本公开的至少一个实施方式，当进入卸载模式时，

在油源压力及电源正常的情况下，通过电液比例阀进行载荷卸载，而不通过可调节流阀进行载荷卸载；以及

在电源正常而油源故障的情况下，通过电液比例阀进行载荷卸载，而不通过可调节流阀进行载荷卸载。

根据本公开的至少一个实施方式，在电源断电时电液比例阀不能进行载荷卸载的情况下，通过可调节流阀进行载荷卸载。

根据本公开的至少一个实施方式，还包括溢流阀，当施加的载荷压力超过设定安全阈值时，溢流阀将进行载荷卸载。

根据本公开的至少一个实施方式，在载荷卸载的后期阶段，为了完全卸除残余压力，使电液比例阀导通，从而使得液压缸的腔室与油箱联通。

根据本公开的至少一个实施方式，作动器还包括加载系统，加载系统包括加载通道，加载通道用于对液压缸进行载荷加载，以及加载通道包括进行加载控制的伺服阀。

根据本公开的至少一个实施方式，当伺服阀出现故障时，通过电液比例阀实现载荷加载功能，此时第一卸载通道进行载荷加载。

根据本公开的至少一个实施方式，第一卸载通道还包括换向阀，用于控制液压油的流向，以进行载荷加载或载荷卸载。

根据本公开的至少一个实施方式，卸载通道的控制系统与加载通道的控制系统相互独立。

根据本公开的另一方面，一种可控协调卸载电液作动器的分布式模块化控制系统，包括：

多个分布式控制器，每个分布式控制器用于控制一个上述第一方面中的卸载系统的模块；以及

主站控制器，通过网络与多个分布式控制器连接，以监控多个分布式控制器，从而进行协调卸载。

附图说明

附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是根据本公开的至少一个实施方式的可控协调卸载电液作动器的液压方案原理图。

图2是根据本公开的至少一个实施方式的可控协调卸载电液作动器分布式模块化控制系统的总体架构图。

图3是根据本公开的至少一个实施方式的可控协调卸载电液作动器的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。

如图1所示，一种可控协调卸载电液作动器，包括对液压缸施加的载荷进行卸载的卸载系统，卸载系统包括第一卸载通道和第二卸载通道，第一卸载通道和第二卸载通道位于液压缸16和油箱(未示出)之间，其中，第一卸载通道包括电液比例阀5，通过电液比例阀5来控制载荷的卸载；第二卸载通道包括可调节流阀15，通过可调节流阀15来控制载荷的卸载，在对载荷进行卸载时，通过控制电液比例阀5来进行载荷卸载，在电液比例阀5不能实现载荷卸载功能的情况下，通过可调节流阀15进行载荷卸载。

下面参照图1，详细地说明根据本公开的一个实施方式的可控协调卸载电液作动器的详细构成。可控协调卸载电液作动器包括大体由电磁换向阀1(两位四通的电磁换向阀)、第一液控单向阀2、伺服阀4、加载液控换向阀6、7(常断液控换向阀)、和液压缸16依次连接形成作动器的加载系统。

如图1所示，可控协调卸载电液作动器还包括卸载系统，卸载系统用于在作动器出现故障时卸除液压缸16的压力。卸载系统包括第一卸载通道和第二卸载通道。第一卸载通道大体由电磁换向阀1、第二液控单向阀3、电液比例阀5、卸载液控换向阀8、9(常通液控换向阀)、和液压缸16组成。第二卸载通道大体由电磁开关阀14、可调节流阀15、和液压缸16组成。

加载通道和第一卸载通道均与高压油油路相连，而第二卸载通道则与回油油路相连。

其中，图1中还示出了第一溢流阀10、第二溢流阀11、第一单向阀12和第二单向阀13，其具体功能将在下面详细说明。

当处于加载模式时，加载系统对液压缸进行载荷加载。参见图1进行说明，此时，电磁换向阀1得电，控制液控单向阀2和液控换向阀6、7导通，而液控单向阀3和液控换向阀8、9关闭，将油路切至伺服阀4加载控制回路，同时电磁开关阀14得电切断回油油路，这样可调节流阀15不工作，此时通过伺服阀4供油控制作动器实现加载功能。

当因故障或其他原因进入卸载模式时，在油源压力及电源正常的情况下，通过电液比例阀5进行载荷卸载，而不通过可调节流阀15进行载荷卸载；以及在电源正常而油源故障的情况下，通过电液比例阀5进行载荷卸载，而不通过可调节流阀15进行载荷卸载。

由于结构试验的故障模式多样，卸载方式也不同，下面根据不同的卸载保护工况，详细说明卸载模式的各种方式的工作原理。

1)人工操作执行卸载模式，或系统识别出故障自动进入卸载模式的情况下。

此时油源压力和电源均正常，卸载系统会控制电磁换向阀1掉电，关闭加载系统，将油路切换至第一卸载通道。此时，控制第二液控单向阀3、电液比例阀5、及卸载液控换向阀8和卸载液控换向阀9导通，关闭第一液控单向阀2和加载液控换向阀6、7，这样油路便可以切换至第一卸载通道。而此时电磁开关阀14仍处于通电状态，从而控制可调节流阀15不工作。

通过调节电液比例阀5，将液压缸16的两腔的压力按照一定时间卸除，完成卸载任务后，为确保试验件和操作人员的安全，将电磁开关阀14断电，使液压缸16的两个腔室和油箱连通，以便卸除残余压力。

当系统出现故障自动进入卸载模式时，不能通过加载系统进行载荷加载的情况下，但此时若仍希望继续加载试验，则可将电液比例阀5作为伺服阀4的余度备份，根据需要调节卸载时间和速度，由第一卸载通道继续完成加载任务。

2)在电源供电正常，但油源出现故障无法提供高压油的情况下。

控制电磁换向阀1掉电，关闭加载系统，油路切换至第一卸载通道，通过电液比例阀5的比例调节将压力卸除。并且此时，如图1所示设置的单向阀12和单向阀13对液压缸两腔的压力大小做出逻辑判断，自动将高压腔的压力卸除。并且最后通过回油油路，使液压缸16的两个腔室和油箱连通，以便卸除残余压力。

3)在电源出现断电故障的情况下。

此时无法通过电液比例阀5(第一卸载通道)进行卸载，将通过第二卸载通道进行卸载。这时，电磁开关阀14掉电，液压缸两腔的压力将可以通过可调节流阀15卸除。采用可调节流阀15的卸除方式只能手动调节卸载时间，且很难保证每个加载通道的协调性，只能作为在极端情况下的辅助卸载方式。

4)在因伺服阀阻塞或油源故障等原因导致液压急剧升高的情况下。

这时加载系统关闭，液压系统的压力若超过了设定的安全阈值，除了通过上述的卸载通路进行卸载时，则如图1所示设置的溢流阀10和11将参与卸载，能够起到安全保护的作用，从而确保载荷在任何情况下都不会超限。

需要注意的是，无论是哪种情况下的卸载，最后一步都是将电磁开关阀14掉电，让液压缸16的两腔和油箱联通，完全卸除液压缸16内的残余压力，保证结构试件和操作人员的安全。

根据上面的说明，本领域的技术人员应当理解，本公开的技术方案采用电液比例阀5为主，可调节流阀15为辅的卸载方案不仅能够有效可靠地满足大型飞机结构试验的各项卸载工况，还能作为伺服阀4的余度备份，在伺服阀4无法完成加载试验时代替伺服阀4工作。

根据本公开的一个可选实施方式，可控协调卸载系统的模块需要独立于加载的控制系统，以在加载的控制系统出现故障时依然能够对载荷进行可靠的卸除。

在本公开中，还提供了一种可控协调卸载电液作动器的分布式模块化控制系统，包括：多个分布式控制器，每个分布式控制器用于控制多个卸载系统中的一个卸载系统模块；以及主站控制器，通过网络与多个分布式控制器连接，以监控多个分布式控制器，从而进行协调卸载。

控制系统的整体构架如图2所示。通过本公开的分布式模块化控制系统，每个卸载系统的模块都配置有一个分布式控制器对其进行独立控制，提高卸载系统的可靠性。同时，各分布式控制器之间通过实时网络进行通信，通过主站控制器实现多个通道之间的协调卸载。

在图3中，示出了一个作动器模块及包括相应分布式控制器的安装结构图。通过主站控制器来控制如图3所示的每一个模块，从而实现协调卸载的功能。并且图3中所示的油路块中包含了该一个模块的油路。

本公开的可控协调卸载的的电液作动器，可以在系统进入故障模式时，对作动器按照预先设定的卸载模式进行可控的载荷卸载，同时模块化的设计可以令多个卸载模块之间进行协调卸载，保证故障不会对加载对象造成破坏性影响。

在本公开中，采用电液比例阀为主，可调节流阀为辅的卸载方案，比例阀能够作为伺服阀的余度备份，在伺服阀出现故障但仍不想停止试验时，能够在一定程度上代替伺服阀完成加载试验。

在本公开中，多个分布式控制器由主站控制器控制，当系统进入故障模式时，主站控制器设定卸载通道，并将指令输送至各分布式控制器，各分布式控制器根据指令控制各卸载模块运作，并通过网络实时通信掌握各通道的卸载状况，及时调节达到协调卸载的目的。

本公开提出的基于模块化的思想设计的分布式模块化控制系统的架构以及分布式控制器的电气方案，可提高卸载模块的可靠性、实现模块化安装、独立供电、灵活方便使用。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种可控协调卸载电液作动器，包括对液压缸施加的载荷进行卸载的卸载系统，其特征在于，所述卸载系统包括第一卸载通道和第二卸载通道，所述第一卸载通道和所述第二卸载通道位于液压缸和油箱之间，其中，

所述第一卸载通道包括电液比例阀，通过所述电液比例阀来控制所述载荷的卸载；

所述第二卸载通道包括可调节流阀，通过所述可调节流阀来控制所述载荷的卸载；以及

在对所述载荷进行卸载时，通过控制所述电液比例阀来进行载荷卸载，在所述电液比例阀不能实现载荷卸载功能的情况下，通过所述可调节流阀进行载荷卸载。

2.如权利要求1所述的作动器，其特征在于，当进入卸载模式时，

在油源压力及电源正常的情况下，通过所述电液比例阀进行载荷卸载，而不通过所述可调节流阀进行载荷卸载；以及

在电源正常而油源故障的情况下，通过所述电液比例阀进行载荷卸载，而不通过所述可调节流阀进行载荷卸载。

3.如权利要求2所述的作动器，其特征在于，在电源断电时所述电液比例阀不能进行载荷卸载的情况下，通过所述可调节流阀进行载荷卸载。

4.如权利要求2或3所述的作动器，其特征在于，还包括溢流阀，当施加的载荷压力超过设定安全阈值时，所述溢流阀将进行载荷卸载。

5.如权利要求4所述的作动器，其特征在于，在载荷卸载的后期阶段，为了完全卸除残余压力，使所述电液比例阀导通，从而使得液压缸的腔室与油箱联通。

6.如权利要求1所述的作动器，其特征在于，所述作动器还包括加载系统，所述加载系统包括加载通道，所述加载通道用于对液压缸进行载荷加载，以及所述加载通道包括进行加载控制的伺服阀。

7.如权利要求6所述的作动器，其特征在于，当所述伺服阀出现故障时，通过所述电液比例阀实现载荷加载功能，此时所述第一卸载通道进行载荷加载。

8.如权利要求7所述的作动器，其特征在于，所述第一卸载通道还包括换向阀，用于控制液压油的流向，以进行载荷加载或载荷卸载。

9.如权利要求6至8中任一项所述的作动器，其特征在于，卸载通道的控制系统与加载通道的控制系统相互独立。

10.一种可控协调卸载电液作动器的分布式模块化控制系统，其特征在于，包括：

多个分布式控制器，每个分布式控制器用于控制一个如权利要求1至9任一项所述的卸载系统的模块；以及

主站控制器，通过网络与所述多个分布式控制器连接，以监控所述多个分布式控制器，从而进行协调卸载。