CN110886728B - 一种智能材料驱动双泵集成式电静液作动器及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能材料驱动双泵集成式电静液作动器及其工作方法，涉及电静液作动器领域，可根据工况切换单泵、双泵串联和双泵并联工作模式，提高作动器的灵活性。所述智能材料驱动双泵集成式电静液作动器包括：智能材料电‑机转换器、泵腔体、阀块、换向阀、液压缸；智能材料电‑机转换器在正弦电压或电流作用下，输出杆输出位移，嵌套式传感器实时检测，输出杆带动活塞往复运动，压缩泵腔油液经单向阀进入油路块中的第二换向阀，通过第二换向阀实现单泵、双泵串联、双泵并联工作模式切换，然后油液进入第一换向阀，通过第一换向阀实现液压缸双向运动，单泵适用于低速轻载场合，双泵串联适用低速重载场合，双泵并联适用高速轻载场合。

Description

一种智能材料驱动双泵集成式电静液作动器及其工作方法

技术领域

本发明涉及电静液作动器技术领域，尤其涉及一种智能材料驱动双泵集成式电静液作动器。

背景技术

多电/全电飞机是未来航空飞行器发展的主要趋势，功率电传是实现多电技术的核心技术之一，其具体的表现形式是以功率电缆替代传统的液压管路来传输功率。其优势是电缆铺设具有更高的灵活性，同时便于能源管理和故障诊断与隔离，并且可以提高次级功率系统的可靠性，降低维护成本并减轻了整机的质量。功率电传系统已经在部分先进的军用和民用机型上得到应用。

电静液作动器(Electro-Hydrostatic Actuator，EHA)是一种典型的功率电传作动器，是由电机、泵、液压阀、液压缸高度集成的闭式局部液压容积控制系统，具有高效性和高可靠性。EHA使用旋转伺服电机带动双向液压泵旋转，产生高压油经过液压阀后流入作动筒，活塞杆在压差的作用下克服负载，带动被控对象运动，并通过传感器反馈作动器的位移，控制电机的转速和方向，实现被控对象的动态控制。

随着智能材料和智能结构技术的发展，在作动器领域，基于智能材料的电静液作动器成为新的研究热点。与传统EHA相比，基于智能材料的新型电静液作动器将机、电、液高度集成于一体，结合智能材料的高能量密度、响应快、传动稳定的优势，为飞控作动的发展提供了新的方向与途径。该作动器的工作方式一般是智能材料在正弦电压或电流激励下产生往复位移，带动泵腔中的活塞作往复运动，通过两个单向阀实现油液的吸排，推动液压缸的运动。但这种作动器存在一个缺陷，相比于实际应用的要求，其输出流量和输出力较小。

发明内容

本发明的目的是提供一种智能材料驱动双泵集成式电静液作动器及其工作方法，实现双泵周期性工作，提高输出流量、输出力并应用于不同的工况，提高作动器的灵活性。

为达到上述目的，本发明提供的智能材料驱动双泵集成式电静液作动器采用如下技术方案：

一种智能材料驱动双泵集成式电静液作动器，其特征在于，包括：智能材料电-机转换器、泵腔体、阀块、换向阀、液压缸；所述的泵腔体下方安装第一智能材料电-机转换器及第二智能材料电-机转换器，所述阀块安装在泵腔体上方，第一换向阀、第二换向阀分别安装在阀块两侧，液压缸安装在阀块上方；

所述第一智能材料电-机转换器及第二智能材料电-机转换器结构相同，均包括外壳、安装于外壳内的环形智能材料、安装于外壳下端的底座、安装于外壳上端的预紧端盖、安装于预紧端盖下方的输出防扭杆、安装在输出防扭杆和预紧端盖之间的预压碟簧、安装在环形智能材料上表面的U形套筒、安装于U形套筒和输出防扭杆之间的传感器；

所述泵腔体包括泵腔壳体，该泵腔壳体内形成相互独立的第一泵腔及第二泵腔，第一智能材料电-机转换器与泵腔壳体连接并与第一泵腔及其组件组成泵一；第二智能材料电-机转换器与泵腔壳体连接并与第二泵腔及其组件组成泵二；

所述阀块，左侧端面有一阀孔用于安装第一换向阀用于液压缸的换向，右侧端面有一阀孔用于安装第二换向阀用于双泵工作模式的切换，底部有第一至第四油口，其中第一油口与泵一排油口相通，第二油口泵一吸油口相通，第三油口与泵二排油口相通，第四油口与泵二吸油口相通，顶部有第五、第六油口用于连接液压缸，第五油口与液压缸左腔连通，第六油口与液压缸右腔相通。

进一步的，所述传感器是石英晶体压电材质，传感器一端与套筒接触，传感器另一端与输出防扭杆底面接触，设置两根输出线从套筒底端引出并外接电荷放大和滤波电路，对输出电信号进行监测，实时检测智能材料在工作时的输出力变化。

进一步的，泵腔体还包括安装在第一泵腔中的第一排油单向阀及其压盖，第一吸油单向阀及其压盖，密封圈，第一活塞及其固定螺钉，安装在第二泵腔中的第二排油单向阀及其压盖，第二吸油单向阀及其压盖，密封圈，第二活塞及其固定螺钉。

进一步的，所述输出防扭杆上有两个弧形凸起与外壳上的两个弧形凹坑配合，中间环形面与预压碟簧接触，顶端开有螺纹孔，通过螺钉联接活塞，所述预紧端盖通过外螺纹与外壳上的内螺纹配合安装，所述预压碟簧在预紧端盖作用下压缩，产生预紧力，挤压传感器并通过U形套筒将力传递至环形智能材料。

进一步的，所述智能材料包括压电材料、磁致伸缩材料和电致伸缩材料。

本发明还公开了智能材料驱动双泵集成式电静液作动器的工作方法，具体步骤如下：

通过第二换向阀实现单泵一、单泵二、双泵串联、双泵并联四种工作模式的切换，通过第一换向阀实现液压缸的换向，具体步骤如下：

(1)单泵一驱动；

当第一换向阀断电时，处于左位，第二换向阀得电，处于右位，泵一在正弦驱动信号0-T/2周期往外排油，此时第一泵腔中设置的第一活塞向上运动压缩油液，第一泵腔中设置的第一排油单向阀打开，第一吸油单向阀关闭，泵二不工作，油液经过泵一的第一排油单向阀流入阀块，经过第二换向阀进入第一换向阀，再经液压缸右侧油口进入液压缸右腔，驱动液压缸向左运动，左腔油液压缩；泵一在正弦驱动信号T/2-T周期内吸油，此时第一活塞向下运动释放油液，第一排油单向阀关闭，第一吸油单向阀打开，泵二不工作，左腔压缩油液从液压缸左侧口流进第一换向阀，再经过阀块油口进入泵一的吸油口，经过第一吸油单向阀进入泵一泵腔，完成一次液压缸运动；

(2)单泵二驱动；

当第一换向阀断电时，处于左位，第二换向阀得电时，处于右位，泵二在正弦驱动信号0-T/2周期内吸油，此时第二泵腔中设置的第二活塞向下运动释放油液，第二泵腔中设置的第二排油单向阀关闭，第二吸油单向阀打开，泵一不工作，油液从液压缸左腔通过第一换向阀进入第二换向阀，再流入阀块和泵二后，经过第二吸油单向阀进入泵二泵腔；泵二在正弦驱动信号T/2-T周期内排油，此时第二活塞向上运动压缩油液，第二排油单向阀打开，第二吸油单向阀关闭，泵一不工作，油液经泵二的第二排油单向阀和阀块进入第一换向阀，再经液压缸的右侧口进入右腔，推动液压缸向左运动，完成一次液压缸运动；

(3)双泵串联驱动；

当第一、第二换向阀断电时，处于左位，泵一在正弦驱动信号0-T/2周期往外排油，此时第一活塞向上运动压缩油液，第一排油单向阀打开，第一吸油单向阀关闭，泵二在正弦驱动信号0-T/2周期下吸油，此时第二活塞向下运动释放油液，第二排油单向阀关闭，第二吸油单向阀打开，构成异步驱动，油液经过泵一的第一排油单向阀流出，进入阀块并经过第二换向阀，再从泵二的吸油口进入，经过泵二的第二吸油单向阀进入泵二泵腔；

泵一在正弦驱动信号T/2-T周期吸油，此时第一活塞向下运动释放油液，第一排油单向阀关闭，第一吸油单向阀打开，泵二在正弦驱动信号T/2-T周期下排油，此时第二活塞向上运动压缩油液，第二排油单向阀打开，第二吸油单向阀关闭，构成异步驱动，油液经过泵二的第二排油单向阀进入阀块后，经过第一换向阀进入液压缸右腔，推动液压缸向左运动，左腔油液进入第一换向阀，再进入泵一的吸油口，经过第一吸油单向阀进入泵一泵腔；

(4)双泵并联驱动；

当第一换向阀断电时，处于左位，第二换向阀得电，处于右位，泵一在正弦驱动信号0-T/2周期往外排油，此时第一活塞向上运动压缩油液，第一排油单向阀打开，第一吸油单向阀关闭，泵二在正弦驱动信号0-T/2周期下吸油，此时第二活塞向下运动释放油液，第二排油单向阀关闭，第二吸油单向阀打开，构成异步驱动，油液经过泵一的第一排油单向阀和阀块流入，并经过第二换向阀进入第一换向阀，再进入液压缸右腔，驱动液压缸向左运动，液压缸左腔油液进入第一换向阀，再进入第二换向阀、阀块、泵二的吸油口，经过第二吸油单向阀进入泵二泵腔；

泵一在正弦驱动信号T/2-T周期吸油，此时第一活塞向下运动释放油液，第一排油单向阀关闭，第一吸油单向阀打开，泵二在正弦驱动信号T/2-T周期下排油，此时第二活塞向上运动压缩油液，第二排油单向阀打开，第二吸油单向阀关闭，构成异步驱动，油液经过泵二的第二排油单向阀及阀块，再进入第一换向阀，再进入液压缸右腔，推动液压缸向左运动，左腔油液进入第一换向阀，经过阀块进入泵一，经过第一吸油单向阀进入泵一泵腔。

本发明相比于现有的电静液作动器，具有以下优势：

(1)通过将环形智能材料与传感器通过套筒嵌套安装，在不占用轴向空间位移的前提下实现智能材料电机转换器的输出力检测；

(2)利用双泵驱动，提高电静液作动器输出性能，双泵串联工作实现电静液作动器的极限输出力的提高，双泵并联工作实现电静液作动器输出流量的提高；

(3)同时可以在电静液作动器工作的过程中根据具体工况切换工作模式，在低速重载下使用双泵串联，在高速轻载下使用双泵并联，在低速轻载下使用单泵驱动，提高电静液作动器的工作效率和灵活性；

(4)将切换工作模式的换向阀和控制液压缸换向的换向阀集成在一油路块上，同时与智能材料电机转换器、泵腔体、液压缸集成，使得作动器的结构更加紧凑。

附图说明

图1为本发明实施例提供的双泵电静液作动器结构示意图；

图2为本发明实施例提供的双泵电静液作动器前视局部剖视图；

图3为本发明实施例提供的双泵电静液作动器右侧局部剖视图；

图4为本发明实施例提供的双泵电静液作动器左侧局部剖视图；

图5为本发明实施例提供的阀块右视图；

图6为本发明实施例提供的阀块A-A向剖视图；

图7为本发明实施例提供的阀块B-B向剖视图；

图8为本发明实施例提供的泵腔体俯视图；

图9为本发明实施例提供的异步驱动信号示意图；

图10为本发明实施例提供的环形智能材料与传感器安装示意图；

图11为本发明实施例提供的防扭输出杆示意图。

具体实施方式

为了更加直观清楚的表述本发明实例中的结构原理和工作方法，下面将结合相关的附图对所实施例进行介绍，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

本发明的实施例提供一种智能材料驱动双泵集成式电静液作动器及其工作方法，能够实现双泵周期性工作并感知电-机转换器的输出力和位移，同时通过双泵的协同工作来提高作动器输出流量、输出力，使得作动器的应用更加灵活。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种智能材料驱动双泵集成式电静液作动器，如图1所示，包括：第一智能材料电-机转换器、第二智能材料电—机转换器、泵腔体、阀块、换向阀、液压缸；

所述第一智能材料电-机转换器Ⅰ及第二智能材料电-机转换器Ⅶ结构相同,如图2、3、4所示，包括外壳4，安装于外壳4内的环形智能材料2，安装于外壳4下端的底座1，安装于外壳4上端的预紧端盖15，安装于预紧端盖15下方的输出防扭杆17，安装在输出防扭杆17和预紧端盖15之间的预压碟簧16，安装在环形智能材料2上表面的U形套筒18，安装于U形套筒18和输出防扭杆17之间的传感器3。

所述泵腔体Ⅱ包括泵腔壳体13，安装于第一泵腔27中的排油单向阀11及其压盖12，吸油单向阀8及其压盖7，密封圈14，活塞6及其固定螺钉5，安装于第二泵腔28中的排油单向阀21及其压盖22，吸油单向阀20及其压盖19，密封圈23，活塞24及其固定螺钉25，顶部有四个油口，分别为泵一Ⅲ的排油口41，吸油口42，泵二Ⅵ的排油口39，吸油口40，第一智能材料电-机转换器Ⅰ与泵腔壳体13通过螺钉连接，并与第一泵腔27及其组件组成泵一Ⅲ，第二智能材料电-机转换器Ⅶ与泵腔壳体13通过螺钉连接，并与第二泵腔28及其组件组成泵二Ⅵ。

所述阀块9，左侧端面有一阀孔33用于安装第一换向阀Ⅴ用于液压缸10的换向，右侧端面有一阀孔38用于安装第二换向阀Ⅳ用于双泵工作模式的切换。其内部油口如图5、图6、图7、图8所示，底部有四个油口36、29、32、37，其中油口36与泵一Ⅲ排油口41相通，油口29泵一Ⅲ吸油口42相通，油口32与泵二Ⅵ排油口39相通，油口37与泵二Ⅵ吸油口40相通，顶部有两个油口34、35用于连接液压缸10，油口35与液压缸10左腔连通，油口34与液压缸10右腔相通，所述第一换向阀和第二换向阀均是两位四通，每个换向阀均有四个油口，分别为第一换向阀Ⅴ控油口A1，控油口B1，进油口P1，出油口T1，第二换向阀Ⅳ控油口A2，控油口B2，进油口P2，出油口T2；第一换向阀Ⅴ的P1口和T1口分别与泵二Ⅵ的排油口39和泵一Ⅲ的吸油口42相连通，第一换向阀Ⅴ的A1口和B1口分别与液压缸10的进油口35出油口34相连通；第二换向阀Ⅳ的P2口和T2口分别与泵二Ⅵ的排油口39和吸油口40相连通，第二换向阀Ⅳ的A2口和B2口分别与泵一Ⅲ的吸油口42和排油口41相连通。

所述环形智能材料2下端与底座1上的环形槽定位安装，所述底座1通过螺钉连接安装在外壳4上，所述U形套筒18通过面面接触安装在环形智能材料2上表面，套筒18底面钻有2个环形槽孔，用于传感器3走线，所述输出防扭杆17上有两个弧形凸起与外壳4上的两个弧形凹坑配合，中间环形面与预压碟簧16接触，顶端开有螺纹孔，通过螺钉5联接活塞6，所述预紧端盖15通过外螺纹与外壳4上的内螺纹配合安装，所述预压碟簧16在预紧端盖15作用下压缩，产生预紧力，挤压传感器3并通过U形套筒18将力传递至环形智能材料2。

所述传感器3是石英晶体压电材质，一端与套筒18接触，一端与输出防扭杆17底面接触，两根输出线从套筒18底端引出，外接电荷放大和滤波电路，对输出电信号进行监测，实时检测智能材料2在工作时的输出力(位移)变化，利用U形套筒18和环形智能材料2的嵌套安装，使得结构更加紧凑。

所述泵腔体中的单向阀21、20、11、8分别与压盖22、19、12、7通过螺钉联接安装在泵腔壳体13上，所述第一、第二智能材料电-机转换器Ⅰ、Ⅶ通过螺钉联接安装在泵腔壳体13上，保证活塞6与压盖7、12、活塞24与压盖19、22之间留有一定间隙构成泵腔。

本发明还公开了智能材料驱动双泵集成式电静液作动器的工作方法，具体步骤如下：

所述电静液作动器由两个智能材料泵驱动，既可以单泵工作也可以双泵协同工作。单泵工作时，既可以泵一单独工作，也可以泵二单独工作，若两泵的输出流量不同，可以根据具体工况选择相应的泵工作；双泵协同工作时，双泵的驱动信号为相差180度相位的正弦信号，如图9所示，其工作方式分为两种：串联异步驱动、并联异步驱动，所述异步指的是电-机转换器的控制信号异步，所述串联、并联指的是泵一Ⅲ、泵二Ⅵ协同工作的方式，工作方式的切换通过阀块9右侧的第二换向阀Ⅳ来调节，液压缸10的双向运动通过阀块9左侧的第一换向阀Ⅴ来调节。

所述第二换向阀Ⅳ断电时，处于左位，此时出油口T2和控油口B2连通，进油口P2和控油口A2阻断，油液允许从B2流向T2口；在得电时，处于右位，此时出油口T2和控油口A2连通，进油口P2和油口B2连通，油液允许从A2流向T2口，P2和B2口互通。

所述第一换向阀Ⅴ断电时，处于左位，此时出油口T1和控油口B1连通，进油口P1和控油口A1连通；得电时，处于右位，此时出油口T1和控油口A1连通，进油口P1和油口B1连通。

(1)单泵一驱动

当第一换向阀Ⅴ断电时，处于左位，第二换向阀Ⅳ得电，处于右位，泵一Ⅲ在正弦驱动信号0-T/2周期往外排油，此时活塞6向上运动压缩油液，排油单向阀11打开，吸油单向阀8关闭，泵二Ⅵ不工作，油液经过泵一Ⅲ的排油单向阀11从排油口41流出，从阀块上的油口36流入，经过第二换向阀Ⅳ的B2口，从P2口流出，经过中间管路30进入第一换向阀Ⅴ的P1口，从A1口流出，经液压缸右侧油口进入液压缸右腔，驱动液压缸向左运动，左腔油液压缩；泵一Ⅲ在正弦驱动信号T/2-T周期内吸油，此时活塞6向下运动释放油液，排油单向阀11关闭，吸油单向阀8打开，泵二Ⅵ不工作，左腔压缩油液从液压缸左侧口流入进入第一换向阀B1口，从T1口流出，经过阀块油口29进入泵一Ⅲ的吸油口42，经过吸油单向阀8进入泵一Ⅲ泵腔，完成一次吸排油过程。

(2)单泵二驱动

当第一换向阀Ⅴ断电时，处于左位，第二换向阀Ⅳ得电时，处于右位，泵二Ⅵ在正弦驱动信号0-T/2周期内吸油，此时活塞24向下运动释放油液，排油单向阀21关闭，吸油单向阀20打开，泵一Ⅲ不工作，油液从液压缸左腔经过左侧口流进第一换向阀B1口，从T1口流出，经中间管路31进入第二换向阀的A2口，从T2口流出，经过阀块上的油口37，和泵二Ⅵ的吸油口40，经过吸油单向阀20进入泵二Ⅵ泵腔；泵二Ⅵ在正弦驱动信号T/2-T周期内排油，此时活塞24向上运动压缩油液，排油单向阀21打开，吸油单向阀20关闭，泵一Ⅲ不工作，油液经泵二的排油单向阀21从排油口39流出，经过阀块油口32，进入第一换向阀P1口，从A1口流出，经液压缸的右侧口进入右腔，推动液压缸向左运动，完成一次液压缸运动。

(3)双泵串联驱动

当第一、第二换向阀Ⅴ、Ⅳ断电时，处于左位，泵一Ⅲ在正弦驱动信号0-T/2周期往外排油，此时活塞6向上运动压缩油液，排油单向阀11打开，吸油单向阀8关闭，泵二Ⅵ在正弦驱动信号0-T/2周期下吸油，此时活塞24向下运动释放油液，排油单向阀21关闭，吸油单向阀20打开，构成异步驱动，油液经过泵一Ⅲ的排油单向阀11从排油口41流出，从阀块9上的36口进入，经过第二换向阀Ⅳ的B2口，从T2口流出，经过阀块的37口，从泵二的吸油口40进入，经过泵二Ⅵ的吸油单向阀20进入泵二Ⅵ泵腔；

泵一Ⅲ在正弦驱动信号T/2-T周期吸油，此时活塞6向下运动释放油液，排油单向阀11关闭，吸油单向阀8打开，泵二Ⅵ在正弦驱动信号T/2-T周期下排油，此时活塞24向上运动压缩油液，排油单向阀21打开，吸油单向阀20关闭，构成异步驱动，油液经过泵二Ⅵ的排油单向阀21从排油口39流出，进入阀块油口32，经过第一换向阀Ⅴ的P1口，从A1口流出，经液压缸的右侧口进入右腔，推动液压缸向左运动，左腔油液经液压缸左侧口进入第一换向阀Ⅴ的B1口，从T1口流出，经过阀块上的油口29，进入泵一Ⅲ的吸油口42，经过吸油单向阀8进入泵一Ⅲ泵腔。

上述过程是双泵在串联异步驱动工作时的油液运动情况，在前半个驱动信号周期内，泵一Ⅲ向泵二Ⅵ排油，泵二Ⅵ从泵一Ⅲ吸油，在后半个驱动信号周期内，泵二Ⅵ向液压缸右腔排油，泵一Ⅲ从液压缸左腔吸油，驱动液压缸输出杆向左运动，通过控制第一换向阀Ⅴ得电与失电来控制液压缸的往复运动。

在串联异步驱动过程中，在0-T/2周期内，泵一Ⅲ向泵二Ⅵ输出压力，在T/2-T周期内，泵二Ⅵ向液压缸输出压力，假设泵一Ⅲ、泵二Ⅵ的性能完全一样，单个泵输出压力相等且记为p_泵一、p_泵二，输出流量相等且记为Q_泵一、Q_泵二，则理论双泵串联时的输出压力、流量满足以下关系：

p_串联＝p_泵一+p_泵二＝2p_泵一＝2p_泵二 (1)

C_v是流量系数，A是过流面积。

所以在串联异步驱动中，相比于单泵，理论上可以输出2倍的极限压力。

(4)双泵并联驱动

当第一换向阀Ⅴ断电时，处于左位，第二换向阀Ⅳ得电，处于右位，泵一Ⅲ在正弦驱动信号0-T/2周期往外排油，此时活塞6向上运动压缩油液，排油单向阀11打开，吸油单向阀8关闭，泵二Ⅵ在正弦驱动信号0-T/2周期下吸油，此时活塞24向下运动释放油液，排油单向阀21关闭，吸油单向阀20打开，构成异步驱动，油液经过泵一Ⅲ的排油单向阀11从排油口41流出，从阀块上的油口36流入，经过第二换向阀Ⅳ的B2口，从P2口流出，经过中间管路30进入第一换向阀Ⅴ的P1口，从A1口流出，经液压缸右侧油口进入液压缸右腔，驱动液压缸向左运动，液压缸左腔油液经液压缸左侧油口进入第一换向阀Ⅴ的B1口，从T1口流出，经中间管路31，进入第二换向阀Ⅳ的A2口，从T2口流出，经过阀块上的油口37，和泵二Ⅵ的吸油口40，经过吸油单向阀20进入泵二Ⅵ泵腔；

泵一Ⅲ在正弦驱动信号T/2-T周期吸油，此时活塞6向下运动释放油液，排油单向阀11关闭，吸油单向阀8打开，泵二Ⅵ在正弦驱动信号T/2-T周期下排油，此时活塞24向上运动压缩油液，排油单向阀21打开，吸油单向阀20关闭，构成异步驱动，油液经过泵二Ⅵ的排油单向阀21从排油口39流出，从阀块油口32流入，经过第一换向阀Ⅴ的P1口，从A1口流出，经液压缸的右侧口进入右腔，推动液压缸向左运动，左腔油液经液压缸左侧口进入第一换向阀Ⅴ的B1口，从T1口流出，经过阀块的油口29进入泵一Ⅲ的吸油口42，经过吸油单向阀8进入泵一Ⅲ泵腔。

上述过程是双泵在并联异步驱动工作时的油液运动情况，在前半个驱动信号周期内，泵一Ⅲ向液压缸右腔排油，泵二Ⅵ从液压缸左腔吸油，液压缸向左运动，在后半个驱动信号周期内，泵二Ⅵ向液压缸右腔排油，泵一Ⅲ从液压缸左腔吸油，液压缸向左运动，通过控制第一换向阀Ⅴ得电与失电来控制液压缸的往复运动。

在并联异步驱动过程中，在0-T/2周期内，泵一Ⅲ液压缸输出压力，在T/2-T周期内，泵二Ⅵ向液压缸输出压力，假设泵一Ⅲ、泵二Ⅵ的性能完全一样，单个泵输出压力相等且记为p_泵一、p_泵二，输出流量相等且记为Q_泵一、Q_泵二，则理论双泵并联时的输出压力、流量满足以下关系：

p_并联＝p_泵一＝p_泵二 (3)

Q_并联＝Q_泵一+Q_泵二＝2Q_泵一＝2Q_泵二 (4)

所以在并联异步驱动中，相比于单泵，理论上可以输出2倍的流量。

本发明相比于现有的电静液作动器，具有以下优势：

(1)通过将环形智能材料与传感器通过套筒嵌套安装，在不占用轴向空间位移的前提下实现智能材料电机转换器的输出力检测；

(2)利用双泵驱动，提高电静液作动器输出性能，双泵串联工作实现电静液作动器的极限输出力的提高，双泵并联工作实现电静液作动器输出流量的提高；

(3)同时可以在电静液作动器工作的过程中根据具体工况切换工作模式，在低速重载下使用双泵串联，在高速轻载下使用双泵并联，在低速轻载下使用单泵驱动，提高电静液作动器的工作效率和灵活性；

(4)将切换工作模式的换向阀和控制液压缸换向的换向阀集成在一油路块上，同时与智能材料电机转换器、泵腔体、液压缸集成，使得作动器的结构更加紧凑。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种智能材料驱动双泵集成式电静液作动器，其特征在于，包括：智能材料电-机转换器、泵腔体、阀块、换向阀、液压缸；智能材料电-机转换器包括第一智能材料电-机转换器（Ⅰ）和第二智能材料电-机转换器（Ⅶ），换向阀包括第一换向阀（Ⅴ）和第二换向阀（Ⅳ）；所述的泵腔体（Ⅱ）下方安装第一智能材料电-机转换器（Ⅰ）及第二智能材料电-机转换器（Ⅶ），所述阀块（9）安装在泵腔体（Ⅱ）上方，第一换向阀（Ⅴ）、第二换向阀（Ⅳ）分别安装在阀块（9）两侧，液压缸（10）安装在阀块（9）上方；

所述第一智能材料电-机转换器（Ⅰ）及第二智能材料电-机转换器（Ⅶ）结构相同，均包括外壳（4）、安装于外壳（4）内的环形智能材料（2）、安装于外壳（4）下端的底座（1）、安装于外壳（4）上端的预紧端盖（15）、安装于预紧端盖（15）下方的输出防扭杆（17）、安装在输出防扭杆（17）和预紧端盖（15）之间的预压碟簧（16）、安装在环形智能材料（2）上表面的U形套筒（18）、安装于U形套筒（18）和输出防扭杆（17）之间的传感器（3）；

所述泵腔体（Ⅱ）包括泵腔壳体（13），该泵腔壳体（13）内形成相互独立的第一泵腔（27）及第二泵腔（28），第一智能材料电-机转换器（Ⅰ）与泵腔壳体（13）连接并与第一泵腔（27）及其组件组成泵一（Ⅲ）；第二智能材料电-机转换器（Ⅶ）与泵腔壳体（13）连接并与第二泵腔（28）及其组件组成泵二（Ⅵ）；

所述阀块（9）的左侧端面有一阀孔（33）用于安装第一换向阀（Ⅴ），以用于液压缸（10）的换向，所述阀块（9）的右侧端面有一阀孔（38）用于安装第二换向阀（Ⅳ），以用于双泵工作模式的切换，所述阀块（9）的底部有第一至第四油口（36、29、32、37），其中第一油口（36）与泵一（Ⅲ）排油口（41）相通，第二油口（29）与泵一（Ⅲ）吸油口（42）相通，第三油口（32）与泵二（Ⅵ）排油口（39）相通，第四油口（37）与泵二（Ⅵ）吸油口（40）相通，所述阀块（9）的顶部有第五、第六油口（35、34）用于连接液压缸（10），第五油口（35）与液压缸（10）左腔连通，第六油口（34）与液压缸（10）右腔相通。

2.根据权利要求1所述的智能材料驱动双泵集成式电静液作动器，其特征在于，所述传感器（3）是石英晶体压电材质，传感器（3）一端与套筒（18）接触，传感器（3）另一端与输出防扭杆（17）底面接触，设置两根输出线从套筒（18）底端引出并外接电荷放大和滤波电路，对输出电信号进行监测，实时检测环形智能材料（2）在工作时的输出力变化。

3.根据权利要求1所述的智能材料驱动双泵集成式电静液作动器，其特征在于，泵腔体（Ⅱ）还包括安装在第一泵腔（27）中的第一排油单向阀（11）及其压盖（12），第一吸油单向阀（8）及其压盖（7），密封圈（14），第一活塞（6）及其固定螺钉（5），安装在第二泵腔（28）中的第二排油单向阀（21）及其压盖（22），第二吸油单向阀（20）及其压盖（19），密封圈（23），第二活塞（24）及其固定螺钉（25）。

4.根据权利要求1所述的智能材料驱动双泵集成式电静液作动器，其特征在于，所述输出防扭杆（17）上有两个弧形凸起与外壳（4）上的两个弧形凹坑配合，中间环形面与预压碟簧（16）接触，顶端开有螺纹孔，通过螺钉（5）联接活塞（6），所述预紧端盖（15）通过外螺纹与外壳（4）上的内螺纹配合安装，所述预压碟簧（16）在预紧端盖（15）作用下压缩，产生预紧力，挤压传感器（3）并通过U形套筒（18）将力传递至环形智能材料（2）。

5.根据权利要求1所述的智能材料驱动双泵集成式电静液作动器，其特征在于，所述环形智能材料包括压电材料、磁致伸缩材料、和电致伸缩材料。

6.一种根据权利要求1至5中任一项所述的智能材料驱动双泵集成式电静液作动器的工作方法，其特征在于：通过第二换向阀（Ⅳ）实现单泵一、单泵二、双泵串联、双泵并联四种工作模式的切换，通过第一换向阀（Ⅴ）实现液压缸的换向，具体步骤如下：

（1）单泵一驱动；

当第一换向阀（Ⅴ）断电时，处于左位，第二换向阀（Ⅳ）得电，处于右位，泵一（Ⅲ）在正弦驱动信号0-T/2周期往外排油，此时第一泵腔（27）中设置的第一活塞（6）向上运动压缩油液，第一泵腔（27）中设置的第一排油单向阀（11）打开，第一吸油单向阀（8）关闭，泵二（Ⅵ）不工作，油液经过泵一（Ⅲ）的第一排油单向阀（11）流入阀块，经过第二换向阀（Ⅳ）进入第一换向阀（Ⅴ），再经液压缸右侧口进入液压缸右腔，驱动液压缸向左运动，液压缸左腔油液压缩；泵一（Ⅲ）在正弦驱动信号T/2-T周期内吸油，此时第一活塞（6）向下运动释放油液，第一排油单向阀（11）关闭，第一吸油单向阀（8）打开，泵二（Ⅵ）不工作，液压缸左腔压缩油液从液压缸左侧口流进第一换向阀，再经过阀块油口（29）进入泵一（Ⅲ）的吸油口（42），经过第一吸油单向阀（8）进入泵一（Ⅲ）泵腔，完成一次液压缸运动；

（2）单泵二驱动；

当第一换向阀（Ⅴ）断电时，处于左位，第二换向阀（Ⅳ）得电时，处于右位，泵二（Ⅵ）在正弦驱动信号0-T/2周期内吸油，此时第二泵腔（28）中设置的第二活塞（24）向下运动释放油液，第二泵腔（28）中设置的第二排油单向阀（21）关闭，第二吸油单向阀（20）打开，泵一（Ⅲ）不工作，油液从液压缸左腔通过第一换向阀进入第二换向阀，再流入阀块和泵二（Ⅵ）后，经过第二吸油单向阀（20）进入泵二（Ⅵ）泵腔；泵二（Ⅵ）在正弦驱动信号T/2-T周期内排油，此时第二活塞（24）向上运动压缩油液，第二排油单向阀（21）打开，第二吸油单向阀（20）关闭，泵一（Ⅲ）不工作，油液经泵二的第二排油单向阀（21）和阀块进入第一换向阀，再经液压缸右侧口进入液压缸右腔，推动液压缸向左运动，完成一次液压缸运动；

（3）双泵串联驱动；

当第一、第二换向阀（Ⅴ、Ⅳ）断电时，处于左位，泵一（Ⅲ）在正弦驱动信号0-T/2周期往外排油，此时第一活塞（6）向上运动压缩油液，第一排油单向阀（11）打开，第一吸油单向阀（8）关闭，泵二（Ⅵ）在正弦驱动信号0-T/2周期下吸油，此时第二活塞（24）向下运动释放油液，第二排油单向阀（21）关闭，第二吸油单向阀（20）打开，构成异步驱动，油液经过泵一（Ⅲ）的第一排油单向阀（11）流出，进入阀块（9）并经过第二换向阀（Ⅳ），再从泵二的吸油口（40）进入，经过泵二（Ⅵ）的第二吸油单向阀（20）进入泵二（Ⅵ）泵腔；

泵一（Ⅲ）在正弦驱动信号T/2-T周期吸油，此时第一活塞（6）向下运动释放油液，第一排油单向阀（11）关闭，第一吸油单向阀（8）打开，泵二（Ⅵ）在正弦驱动信号T/2-T周期下排油，此时第二活塞（24）向上运动压缩油液，第二排油单向阀（21）打开，第二吸油单向阀（20）关闭，构成异步驱动，油液经过泵二（Ⅵ）的第二排油单向阀（21）进入阀块后，经过第一换向阀（Ⅴ）进入液压缸右腔，推动液压缸向左运动，液压缸左腔油液进入第一换向阀（Ⅴ），再进入泵一（Ⅲ）的吸油口（42），经过第一吸油单向阀（8）进入泵一（Ⅲ）泵腔；

（4）双泵并联驱动；

当第一换向阀（Ⅴ）断电时，处于左位，第二换向阀（Ⅳ）得电，处于右位，泵一（Ⅲ）在正弦驱动信号0-T/2周期往外排油，此时第一活塞（6）向上运动压缩油液，第一排油单向阀（11）打开，第一吸油单向阀（8）关闭，泵二（Ⅵ）在正弦驱动信号0-T/2周期下吸油，此时第二活塞（24）向下运动释放油液，第二排油单向阀（21）关闭，第二吸油单向阀（20）打开，构成异步驱动，油液经过泵一（Ⅲ）的第一排油单向阀（11）和阀块流入，并经过第二换向阀（Ⅳ）进入第一换向阀（Ⅴ），再进入液压缸右腔，驱动液压缸向左运动，液压缸左腔油液进入第一换向阀（Ⅴ），再进入第二换向阀（Ⅳ）、阀块、泵二（Ⅵ）的吸油口（40），经过第二吸油单向阀（20）进入泵二（Ⅵ）泵腔；

泵一（Ⅲ）在正弦驱动信号T/2-T周期吸油，此时第一活塞（6）向下运动释放油液，第一排油单向阀（11）关闭，第一吸油单向阀（8）打开，泵二（Ⅵ）在正弦驱动信号T/2-T周期下排油，此时第二活塞（24）向上运动压缩油液，第二排油单向阀（21）打开，第二吸油单向阀（20）关闭，构成异步驱动，油液经过泵二（Ⅵ）的第二排油单向阀（21 ）及阀块，再进入第一换向阀（Ⅴ），再进入液压缸右腔，推动液压缸向左运动，液压缸左腔油液进入第一换向阀，经过阀块进入泵一（Ⅲ），经过第一吸油单向阀（8）进入泵一（Ⅲ）泵腔。

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