CN111550468B - 致动器控制阀布置 - Google Patents

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Abstract

一种致动器控制布置，所述致动器控制布置包括：液压致动器(100)，所述液压致动器具有壳体(200)和活塞杆(300)，所述活塞杆可响应于向所述活塞杆施加压力而在所述壳体内相对于所述壳体在中性位置、缩回位置与延伸位置之间轴向地移动；止动件(900)，所述止动件设置在所述壳体内以限制所述活塞杆移动到所述壳体中的程度，所述止动件可在中性位置与缩回位置之间移动；以及电磁阀(140)，所述电磁阀布置在压力源与所述致动器之间，所述电磁阀可响应于电控制信号而在第一模式与第二模式之间切换，其中在所述第一模式下，所述电磁阀形成从所述压力源到所述致动器的流体流动路径，以便将所述止动件定位在其中性位置，并且在所述第二模式下，所述电磁阀形成流体流动路径以从所述致动器释放压力来准许所述止动件移动到其缩回位置。在电故障的情况下，所述止动件将所述致动器设定到其中性位置并且因此防止干扰襟翼面板。

Description

致动器控制阀布置
技术领域
本公开涉及用于控制液压致动器的阀布置，所述液压致动器诸如用于定位可移动表面，诸如飞机中的扰流器。
背景技术
液压致动器有很多应用，特别是在控制可移动部件的移动方面。在飞机中，很多可移动部件和表面借助于液压致动器进行移动。
一般来说，液压致动器包括圆柱形壳体，其中安装可轴向地移动的活塞杆。在壳体的内部，杆的头将壳体分成两个室，每一个室都具有流体端口，经由该流体端口，加压流体可以注射到该室中或低压力流体离开该室，以便在活塞头的任一侧改变两个室中的相对压力，从而引起活塞相对于壳体移动。活塞杆的延伸出壳体的自由端附接到要移动的部件或表面。将液压流体从经由致动器壳体中的端口与该壳体的内部流体连通的液压流体供应源提供到致动器，以引起活塞杆延伸出壳体，或者将液压流体从壳体抽出，以引起活塞杆缩回到壳体中。活塞杆的移动由响应于控制信号而施加到致动器的流体的方向或/和压力决定。
在活塞杆相对于壳体移动时，它附接到的可移动部件或表面将相应地移动。
为了允许杆的延伸和杆的缩回，提供阀以将移动设定为延伸或缩回。这可以是伺服阀，更具体地是电液伺服阀(EHSV)。该阀定位在液压流体供应源与致动器之间，并且可响应于电控制信号而在第一位置与第二位置之间移动，在第一位置，高压力流体从供应源流到致动器壳体的一个室中并且低压力流体从另一个室离开，在第二位置，高压力流体注射到另一个室中并且从致动器壳体的第一室抽出。阀还可以具有中性或关闭位置，在该位置，流体既不供应到致动器壳体也不从致动器壳体抽出。
由EHSV控制的液压致动器的一个特定应用是控制飞机的机翼上的扰流器的移动。扰流器是安装在机翼上、在襟翼后方的可移动表面。当飞机在巡航时，襟翼和扰流器两者都沿着机翼平放。为了降低飞机速度，扰流器相对于机翼向上抬高。
扰流器移动是液压致动器延伸引起的，如上所述。
如果在扰流器延伸时损失电力，则扰流器可能会施加过度的阻力。因此，已知在电力损失的情况下将扰流器缩回到其在壳体中的‘零’位置的系统。通常，这通过以下手段来实现：将EHSV偏置到阀位置，以引起活塞缩回到壳体中，在该阀位置，高压力流体被提供到活塞头的活塞杆侧上的室，使得该头的这侧上的压力大于另一个室中的压力。这将在下文进一步描述。
常规上，在壳体内的机械止动件将活塞杆停止在零位置处。
如果出现液压动力的损失，则在扰流器控制中也可能发生问题。此处，防止致动器的延伸的解决方案是EHSV与致动器之间的防延伸阀，该防延伸阀在液压压力降至低于预定压力(通常是给定的‘失速’压力的1.2倍)时切换到压力释放位置。同样，这将在下文进一步描述。
如果扰流器延伸并且压力损失，则扰流器将通过空气动力载荷而缩回，并且将逐渐地下降以变成与机器表面对齐，直到达到零铰链位置为止。重要的是，将扰流器保持在这个位置以防止伪延伸。
大多数飞机都具有使用致动器杆的正行程(即，用于使杆延伸以抬起扰流器)操作的扰流器。致动器的行程是在壳体中的‘零’位置与延伸位置之间，并且控制系统偏置以将杆返回到零位置。
最近，一些飞机已经使用活塞杆的负行程在扰流器中结合‘下垂’功能，负行程即回到壳体中比零位置更远的位置，或者换句话说，在与用于使杆延伸的正行程中移动的方向相反的方向上从零位置移动的行程。
下垂功能用来相对于机翼降低扰流器，例如，用于高扬程操纵，或者如果襟翼延伸，则用来封闭襟翼与扰流器之间的较大气隙。
在扰流器和襟翼运动范围的重叠区域中出现问题。如果例如驱动扰流器的电力损失，则当未被致动器驱动时，扰流器将在其自身的重量下或在来自EHSV偏置的压力下压靠襟翼，从而干扰襟翼的移动(如果需要缩回的话)。在液压故障的情况下，防延伸阀将被激活并且襟翼然后将克服防延伸阈值以便能够推动扰流器并因此返回到其中性位置。
然而，本发明人已经认识到需要提供一种阀和活塞组件，该阀和活塞组件在将扰流器重定中心到其中性位置的情况下、特别是在电故障的情况下防止扰流器和襟翼彼此干扰。
发明内容
本公开的布置允许扰流器致动器在电故障的情况下借助于致动器壳体内部的可移动止动件从负行程重定中心到其零位置或中性位置。
具体地，提供了一种致动器控制布置，所述致动器控制布置包括：液压致动器，所述液压致动器具有壳体和活塞杆，所述活塞杆可响应于向所述活塞杆施加压力而在所述壳体内相对于所述壳体在中性位置、缩回位置与延伸位置之间轴向地移动；止动件，所述止动件设置在所述壳体内以限制所述活塞杆移动到所述壳体中的程度，所述止动件可在中性位置与缩回位置之间移动；以及电磁阀，所述电磁阀布置在压力源与所述致动器之间，所述电磁阀可响应于电控制信号而在第一模式与第二模式之间切换，其中在所述第一模式下，所述电磁阀形成从所述压力源到所述致动器的流体流动路径，以便将所述止动件定位在其中性位置，并且在所述第二模式下，所述电磁阀形成流体流动路径以从所述致动器释放压力来准许所述止动件移动到其缩回位置。
所述布置优选地还包括电液伺服阀(EHSV)，所述EHSV在所述压力源与所述致动器之间以响应于所述电控制信号而控制加压流体到所述致动器的方向。所述EHSV优选地可在第一位置与第二位置之间移动，在所述第一位置，高压力流体从所述流体源被引向所述致动器的第一室以引起所述活塞杆的延伸，在所述第二位置，高压力流体被引向所述致动器的第二室以引起所述活塞杆相对于所述壳体的缩回。
所述EHSV的默认位置优选地是所述第二位置。
所述布置优选地还包括设在所述EHSV与所述致动器之间的防延伸阀，所述防延伸阀被配置成在第一位置与第二防延伸位置之间移动，在所述第一位置，所述EHSV与所述致动器之间形成流体路径，所述第二防延伸位置用于在压力损失的情况下防止所述活塞杆相对于所述壳体的延伸。
附图说明
现在将仅通过示例并参考附图来描述优选实施方案。
图1是常规致动器控制阀布置的示意图。
图2是根据本公开的处于第一状态的致动器控制阀布置的示意图。
图3是根据本公开的处于第二状态的致动器控制阀布置的示意图。
图4是根据本公开的处于第三状态的致动器控制阀布置的示意图。
图5是根据本公开的处于第四状态的致动器控制阀布置的示意图。
图6是根据本公开的处于第五状态的致动器控制阀布置的示意图。
图7是根据本公开的处于第六状态的致动器控制阀布置的示意图。
图8是根据本公开的处于第七状态的致动器控制阀布置的示意图。
图9是根据本公开的处于第八状态的致动器控制阀布置的示意图。
图10是根据本公开的处于第九状态的致动器控制阀布置的示意图。
图11是根据本公开的处于第十状态的致动器控制阀布置的示意图。
图12是根据本公开的处于第十一状态的致动器控制阀布置的示意图。
图13是根据本公开的处于第十二状态的致动器控制阀布置的示意图。
具体实施方式
参考图1，将首先描述致动器控制阀布置的已知正行程操作。
图1示出了液压致动器1，该液压致动器包括壳体2和活塞，该活塞包括活塞杆3，该活塞杆可在壳体2中轴向地移动。活塞杆3相对于壳体2的移动是通过响应于电控制信号而经由致动器壳体2中的端口4、5将加压液压流体从流体供应源10提供到致动器1来引起的。活塞杆具有自由端3a，该自由端延伸出壳体并用于附接到待由致动器移动的表面(未示出)。在壳体2内的活塞杆的另一端具有活塞头3b，该活塞头跨壳体2的直径延伸，从而将壳体内部分成两个室2a、2b，活塞头3b的每一个侧上有一个室。
如果活塞杆3将延伸出壳体2，则来自源HP流体的高压力流体经由流体管线14、经由端口4提供到壳体2的室2b中，从而引起活塞杆在箭头A的方向上移动。因此，在活塞头移动通过壳体时，迫使存在于室2a中的流体在活塞头的另一侧上从壳体2经由端口5在流体管线15上到达贮存器(未示出)作为低压力(LP)流体。如果活塞杆3将从延伸位置缩回，则高压力流体经由端口5提供到室2a，从而引起活塞杆3在箭头B的方向上移动并且流体经由端口4从室2b喷射到贮存器。
流体的方向由EHSV阀12控制，该EHSV阀响应于电控制信号(未示出)而占据不同的阀位置。对于如上所述使杆延伸，EHSV阀定位在位置12X处，即，其中以12X示出的管线与来自供应源并通向贮存器的流体管线对齐。
对于活塞杆3的缩回，通过EHSV阀处于位置12Y处而使流体管线反向。EHSV还可以具有中性位置，在该位置，在任一方向上都没有流体流。EHSV阀优选地经由EHSV弹簧122偏置到位置12Y。因此，在电力损失的情况下，EHSV将恢复到位置12Y以避免延伸。
室2b中的机械止动件(未示出)将缩回的杆停止在‘零’位置处。
为了避免致动器在液压压力损失的情况下延伸，提供防延伸阀13。防延伸阀13通常处于位置13X，从而允许致动器与EHSV 12之间的流体连通，因为在端口131和132处提供的流体压力总共超过释放阀弹簧133的力。在液压故障的情况下，在端口131处没有压力。由端口132处的拉伸载荷产生的压力不够克服弹簧133的偏置并且因此弹簧将防延伸阀13推到位置13Y，从而将活塞杆保持在零位置。
在实践中，活塞杆3的端部3a附接到待移动的部件或表面，例如，扰流器(未示出)。
系统还可在下垂模式下操作，如上文简单地讨论，其中响应于电控制信号，通过电磁阀140，致动器活塞杆经历负行程，即，活塞头在与延伸时相反的方向(方向B)上远离零位置移动。
本公开涉及在系统处于有源下垂模式而然后电力损失时提供致动器管理。
如上所述，在延伸(正行程)模式下，当压力损失时，防延伸阀操作以防止活塞杆的延伸，使得杆保持在零位置。
在下垂(负行程)模式下，然而，这实际上将防止杆在方向A上从负位置移动回到中性位置。
如上文所讨论，如果停止向致动器供应压力，则在下垂(负行程)模式下，扰流器(或其他部件)将因其自身的重量而施加向下力。这可能干扰诸如襟翼的其他部件的移动，因为防延伸将被激活。
因此，本公开提供了一种用于扰流器的控制系统，该控制系统在电力损失的情况下，在扰流器处于负行程或下垂模式时提供必要的安全特征。该布置确保即使对于扰流器的负行程，并且在电故障的情况下，扰流器也将自动地重定中心。这将准许襟翼缩回而无任何干扰。
与常规系统一样，致动器100包括壳体200，在该壳体内，活塞杆300可根据活塞杆头300b的任一侧的压力平衡移动。活塞杆300的自由端300a将附接到可移动表面，例如扰流器。
活塞杆300相对于壳体200的移动方向(以及因此杆以及还有扰流器是延伸还是缩回)由来自供应HP的高压力液压流体的流动方向决定。
致动器壳体200在壳体中的活塞头的中性位置或零位置的任一侧具有两个端口400和500。如果扰流器将延伸并且因此杆将从壳体200延伸，则该布置响应于电控制信号将控制高压力流体HP注射到室200b(在图2的左侧示出)中，这将在箭头A的方向上推动活塞杆300。低压力流体将从室200a处的端口500喷射到LP贮存器。
如果活塞杆300将缩回，则响应于电控制信号，高压力流体将经由端口500注射到室200a中，并且这会将活塞头推动回到该室中。低压力流体将经由端口400喷射回到贮存器。
流体流动的方向由EHSV 120控制，该EHSV响应于控制信号而改变位置。对于活塞杆的延伸，EHSV采用位置120X，从而产生从HP到端口400并且从端口500到LP的流体管线。对于缩回，EHSV占据位置120Y，使得产生从HP到端口500并且从端口400到LP的流体路径。
防延伸阀130如上文参考图1所述的那样操作，由此通常的位置是130X以完成到端口500的流体路径，但在端口130a和130b处的压力小于弹簧600的设定力(通常是1.2倍F失速(预定失速力))的情况下，弹簧力将防延伸阀驱动到位置130Y以防止活塞杆的延伸。
本公开的布置通过在致动器壳体内在活塞头300b后方提供可移动止动件900来解决特别是负行程中的电故障的问题。
常开式电磁阀140设在一侧上的压力源/贮存器与另一侧上的致动器壳体之间，以控制流向在可移动止动件900后方的致动器室和从该致动器室经由致动器壳体中的端口800流向室200b的流体流动。在未被供电时，常开式电磁阀将准许在室200b中施加高压力。
处于有源正行程或延伸模式的扰流器控制布置在图1中示出并在上文描述，其中没有电故障或液压故障。
图2示出了在扰流器有源地设定到中性或零位置时的布置。因此，意图是将活塞头定位在零位置，如图所示。因此，止动件900将定位在壳体内，使得当活塞头邻接止动件时，头将处于中性位置。止动件900被压力室200b(由螺线管140供应)维持在适当位置。止动件900的面积优选地大于活塞300，以确保活塞300将不驱动止动件900。
响应于中性位置命令，EHSV设定到位置120Y。防延伸阀130不被激活并且因此处于位置130X。
电磁阀140处于位置140X(此处称为‘断开’)，这形成从高压力源HP到端口800的流体流动路径。端口800处的高压力流体和端口500处的高压力流体的平衡将止动件900保持在活塞头的中性位置。
如果如图3所示，系统然后接收命令以使活塞杆(和扰流器)延伸，则EHSV移动到位置120X，使得高压力流体在活塞头后方施加到端口400，因此迫使活塞杆在箭头A的方向上离开壳体。高压力也仍经由端口800在止动件900后方施加，使得止动件因该止动件的任一侧上的高压力平衡而保持在该位置。活塞然后将移动以通过正行程从壳体延伸，如图4所示。
如果系统然后接收命令以缩回(图5)，则EHSV切换到位置120Y，使得形成经由端口500从高压力供应源HP到室200a的流体路径，从而将活塞头往回朝向止动件900推动。止动件900仍经由该路径通过电磁阀140保持在中性位置。
如果向EHSV(120)发送缩回命令以致使致动器相对于中性位置以负行程操作(图6)，则电磁阀140切换到位置140Y(此处称为‘断开’)，这然后封闭从HP到端口800的流体路径，而是在端口800与低压力贮存器LP之间形成流体路径。由于这个变化，室200b中的压力现在小于室200a中的压力，其中高压力流体经由端口500注射，并且这个压力差致使止动件900远离中性位置向室200b中移动得更远。这然后允许活塞头在负行程方向上在壳体内移动得更远(图7)。
图8示出了当缩回命令已经发送到EHSV 120(如在图5中)但存在液压故障，即，高压力HP发生故障(在图8中示为虚线)时的情形。
如果致动器在压力故障时处于正行程中，则空气动力压力F空气动力大于防延伸阀弹簧600的设定力，即，大于1.2*F失速。活塞杆300将仍延伸。(图9)。
如果致动器处于负行程，其中可移动止动件缩回到壳体中(见图10)并且存在压力故障，则杆可以延伸并且将襟翼向下推或干扰襟翼的移动。此处，防延伸阀将行进到位置130Y以防止不希望的延伸和干扰襟翼。在要求将襟翼位置定中心时，襟翼将需要克服由防延伸阀设定的载荷。
图11示出了处于负行程的系统。防延伸阀130如上文参考图1所述的那样操作，由此通常的位置是130X以完成到端口500的流体路径，但在端口130a和130b处的压力小于弹簧600的设定力(通常是1.2倍预定失速力F失速)的情况下，弹簧力将防延伸阀130驱动到位置130Y以防止活塞杆的延伸。
图12示出了致动器处于负行程并且存在电故障的情形。对EHSV 120的电命令失败并且EHSV偏置，使得它在电故障的情况下默认位置120Y(缩回位置)。在这个配置中，高压力经由端口500施加到室200a，但高压力也经由伺服阀140施加到端口800，由此引起可移动止动件重定中心。
图13示出了在致动器处于正行程时的情形，其中止动件同样将重定中心。
因此，电磁阀和可移动止动件的组合将确保在电故障的情况下，不论致动器是处于正行程还是负行程，致动器都将始终重定中心。

Claims (4)

1.一种致动器控制布置，所述致动器控制布置包括：
液压致动器(100)，所述液压致动器具有壳体(200)和活塞杆(300)，所述活塞杆可响应于向所述活塞杆施加压力而在所述壳体内相对于所述壳体在中性位置、缩回位置与延伸位置之间轴向地移动；
止动件(900)，所述止动件设置在所述壳体内并跨所述壳体的内部而延伸，所述止动件被布置成限定在所述止动件的活塞侧上的所述壳体的第一室、以及在所述止动件的另一侧上的所述壳体的第二室，以限制所述活塞杆移动到所述壳体中的程度，所述止动件可在中性位置与缩回位置之间移动；以及
电磁阀(140)，所述电磁阀布置在压力源与所述致动器之间，所述电磁阀在未被电控制信号激活时被偏置在第一模式中，并且可响应于电控制信号而从所述第一模式切换到第二模式，其中在所述第一模式下，所述电磁阀形成从所述压力源到所述致动器的流体流动路径，以便将所述止动件定位在其中性位置，并且在所述第二模式下，所述电磁阀形成流体流动路径以从所述致动器释放压力来准许所述止动件移动到其缩回位置；以及
电液伺服阀，所述电液伺服阀在所述压力源与所述致动器之间，以响应于所述电控制信号而控制加压流体到所述致动器的方向；
其中所述电液伺服阀可在第一位置与第二位置之间移动，在所述第一位置，高压力流体从所述压力源被引向在所述止动件的所述活塞侧与所述活塞之间的所述致动器的第三室以引起所述活塞杆的延伸，在所述第二位置，高压力流体被引向所述壳体的第一室以引起所述活塞杆相对于所述壳体的缩回；
其中，在下垂模式中，响应于电控制信号，所述电液伺服阀在所述第二位置中并且所述电磁阀被激活到所述第二模式，从而从所述第二室释放压力，以允许所述止动件从所述中性位置缩回，并且其中，在所述电控制信号的故障的情况下，所述电磁阀返回到所述第一模式，其中，从所述压力源将压力提供到所述第二室以引起所述止动件返回到所述中性位置；
所述致动器控制布置还包括设在所述电液伺服阀与所述致动器之间的防延伸阀(130)，所述防延伸阀被配置成在第一位置与第二防延伸位置之间移动，在所述第一位置，在所述电液伺服阀与所述致动器之间形成流体路径，所述第二防延伸位置用于在压力损失的情况下防止所述活塞杆相对于所述壳体的延伸。
2.如权利要求1所述的致动器控制布置，其中所述电液伺服阀的默认位置是所述第二位置。
3.如权利要求1或2所述的致动器控制布置，其中在所述电控制信号的故障的情况下，所述止动件从其缩回位置返回到其中性位置。
4.一种用于飞机的扰流器控制布置，所述扰流器控制布置包括可相对于机翼表面移动的扰流器以及如权利要求1-3中任一项所述的致动器控制布置，所述致动器被布置成通过所述活塞杆的移动来移动所述扰流器。
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