CN111550469A - 致动器控制阀布置 - Google Patents

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Abstract

一种致动器控制布置，包括：具有外壳和能够在外壳内轴向地移动的活塞杆的液压致动器；布置在压力源与致动器之间而能够在第一模式与第二模式之间切换的电磁阀；设置在压力源与致动器之间而在第一位置与第二防伸出位置之间移动的防伸出阀；防伸出阀具有第一压力输入端和第二压力输入端，第一输入端处和第二输入端处的压力的总和对抗使防伸出阀偏置到第二位置的弹簧；还包括在致动器外壳中的出口端口，出口端口在电磁阀处于第一位置时闭合并且在电磁阀处于第二位置时打开，并且在打开时将压力从致动器传递到防伸出阀的第三压力输入端以增加对抗弹簧的压力。在活塞杆处在负行程中的情况下和在压力故障的情况下，解除防伸出功能需要较少的力。

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、例如用于定位例如飞行器中的下垂扰流板的可移动表面的阀布置。
背景技术
液压致动器有许多应用，特别在控制可移动部件的移动方面。在飞行器中，借助于液压致动器来移动许多可移动部件和表面。
一般来说，液压致动器包括圆柱形外壳，轴向可移动的活塞杆被安装在圆柱形外壳中。在外壳内的杆的头部将外壳划分成两个腔室，每个腔室具有流体端口，经由流体端口，加压流体能够注入到腔室中或低压流体离开腔室，以致改变在活塞头部任一侧的两个腔室内的相对压力，从而导致活塞相对于外壳移动。伸出外壳的活塞杆的自由端附接到要移动的部件或表面。液压流体将经由外壳中的端口从与致动器外壳的内部流体连通的液压流体供应器提供到致动器，以导致活塞杆伸出外壳，或从外壳抽取液压流体以导致活塞杆缩回到外壳中。活塞杆的移动由施加到致动器的流体的方向或和压力确定，所述移动响应于控制信号。
当活塞杆相对于外壳移动时，活塞杆附接到的可移动部件或表面将相应地移动。
为了允许杆的伸出和杆的缩回两者，设置阀以将移动设定成伸出或缩回。这个阀可以是伺服阀，更确定地，电液伺服阀(electrohydraulic servovalve；EHSV)。所述阀定位在液压流体供应器与致动器之间，并且响应于电控制信号能够在第一位置与第二位置之间移动，在所述第一位置中，高压流体从供应器流到致动器外壳的一个腔室中并且低压流体离开另一个腔室，在所述第二位置中，高压流体被注入到另一个腔室中并且从致动器外壳的第一腔室抽取。所述阀也可以具有中立或闭合位置，在所述中立或闭合位置中，即不供应流体到致动器外壳，也不从致动器外壳抽取流体。
由EHSV控制的液压致动器的一个特别应用是控制飞行器的机翼上的扰流板的移动。扰流板是在机翼襟翼后面安装在飞行器机翼上的可移动表面。当飞行器在巡航中时，机翼襟翼和扰流板均沿着机翼躺平。为了降低飞行器速度，相对于机翼向上升高扰流板。
扰流板移动是通过液压致动器如上所述地伸出导致。
如果在伸出扰流板时失去电力，则扰流板会施加过度拖曳。系统因此知道在失去电力的情况下将扰流板缩回到其在外壳中的“零”位置。这作通常借助于将EHSV偏置到一阀位置，在所述阀位置中，高压流体被提供到活塞头的活塞杆侧上的腔室，使得活塞头的所述侧上的压力大于另一腔室中的压力，从而导致活塞缩回到外壳中。这种情况将在下文加以进一步描述。
常规地，在外壳内的机械止挡件使活塞杆停止在零位置。
如果失去液压动力，则也会出现扰流板控制上的问题。在这里，防止致动器伸出的解决方法是介于EHSV与致动器之间的防伸出阀，当液压动力降到预定压力(通常是给定“失速”压力的1.2倍)以下时，所述防伸出阀切换到压力释放位置。再一次，这种情况将在下文加以进一步描述。如果扰流板伸出，并且失去压力，则扰流板将由于气动负载而缩回，且将逐渐下降以变得与机翼表面对齐，直到达到零铰链位置。重要的是将扰流板保持在这个位置并且防止杂散延伸。
大部分飞行器具有使用致动器杆的正行程操作的扰流板-即使杆伸出以提升扰流板。致动器的行程介于外壳中的“零”位置与伸出位置之间，并且控制系统被偏置以使杆返回到零位置。
最近，一些飞行器已使用活塞杆的负行程在扰流板中并入“下垂”功能-即在外壳中回到比零位置更远的位置，换句话说，从反方向上的零位置移动到在用于使杆伸出的正行程中移动的方向的行程。
下垂功能用于例如为了升高操纵而相对于机翼降低扰流板，或在机翼襟翼伸出的情况下闭合机翼襟翼与扰流板之间的巨大气隙。
问题出现在扰流板与机翼襟翼运动范围的重叠区域中。如果例如失去驱动扰流板的电流，则当不被致动器驱动时，扰流板在其自身重量下或在来自EHSV偏置的压力下将压在机翼襟翼上，从而干扰机翼襟翼的移动。
当扰流板处在非重叠区域中时，系统将具有比失速负载高的抗伸展，例如1.2倍的失速负载Fstall。这意味在作用于与弹簧相反的侧的压力小于1.2倍Fstall(或其他设定的防伸出力)时，防伸出机构起作用。然而，在重叠区域中，这个力会过大并且对机翼襟翼造成伤害。因此希望襟翼能够以减小的防伸出阈值驱动扰流板以避免对机翼襟翼造成伤害-即以较小力触发防伸出机构。
然而，本发明已发现提供防止扰流板和襟翼彼此干扰的阀总成的需要。
发明内容
本公开提供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，所述液压制动器具有外壳和活塞杆，所述活塞杆能够响应于对所述活塞杆施加压力而在所述外壳内在相对于所述外壳的中立位置、缩回位置和伸出位置之间轴向地移动；电磁阀，所述电磁阀布置在压力源与所述致动器之间，所述电磁阀能够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，在所述第一模式中，所述电磁阀形成从所述压力源到所述致动器的液体流动路径，并且在所述第二模式中，所述电磁阀形成用于从所述致动器释放压力的液体流动路径；以及防伸出阀，所述防伸出阀设置在所述压力源与所述致动器之间，被配置成在第一位置与第二防伸出位置之间移动，在所述第一位置中，流体路径在所述压力源与所述致动器之间形成，所述第二防伸出位置用于防止所述活塞杆在失去压力的情况下相对于所述外壳延伸；其中所述防伸出阀具有被布置成从所述压力源接收压力的第一压力输入端和被布置成从所述致动器接收压力的第二压力输入端，所述第一输入端处和所述第二输入端处的所述压力的总和对抗弹簧，所述弹簧使所述防伸出阀偏置到所述第二位置中；并且还包括在所述致动器外壳中的出口端口，所述出口端口被布置成在所述电磁阀处于所述第一位置时闭合且在所述电磁阀处于所述第二位置时打开，并且在打开时将压力从所述致动器传递到所述防伸出阀的第三输入端，以增加对抗所述弹簧的所述压力。
因此，在所述活塞杆处在负行程中的情况下和在压力故障的情况下，解除防伸出功能需要较少的力，这是因为力在施加到所述防伸出阀的对抗所述弹簧偏置的末端时加倍。
所述致动器优选地也包括介于所述压力源与所述致动器之间的电液伺服阀EHSV，所述EHSV用于响应于所述电控制信号而控制将加压流体引导到所述致动器。优选地，所述EHSV能够在第一位置与第二位置之间移动，在所述第一位置中，高压流体从流体源被引导到所述致动器的第一腔室，以导致所述活塞杆伸出，借助于所述第二位置，高压流体被引导到所述致动器的第二腔室，以导致所述活塞杆相对于所述外壳缩回。
所述EHSV的缺省位置优选地是所述第二位置。
在用于飞行器的扰流板控制布置中优选地使用所述致动器布置，所述扰流板控制布置包括：扰流板，所述扰流板能够相对于机翼表面移动；以及如上所述的致动器控制布置，所致动器被布置成通过活塞杆的移动来移动所述扰流板。
附图说明
现在将仅用举例方式并且参考图式描述优选实施方案。
图1是常规致动器控制阀布置的示意图。
图2是在第一状态(非重叠区域)下的根据本公开的致动器控制阀布置的示意图。
图3是在第二状态(重叠区域)下的根据本公开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示出液压致动器1，所述液压致动器包括外壳2和包括活塞杆3的活塞，所述活塞杆能够在外壳2中轴线地移动。活塞杆3相对于外壳2的移动是通过响应于电控制信号而经由致动器外壳2中的端口4、5将加压液压流体从流体供应器10提供到致动器1造成。所述活塞杆具有自由端3a，所述自由端伸出所述外壳并且用于附接到将由所述致动器移动的表面(未示出)。在外壳2内的所述活塞杆的另一端具有活塞头3b，所述活塞头跨外壳2的直径延伸，因而将外壳内部划分成两个腔室2a、2b-在活塞头3b的每一侧有一个腔室。
如果活塞杆3将伸出外壳2，则来自源HP流体的高压流体将经由流体线路14经由端口4提供到外壳2的腔室2b中，高压流体导致活塞杆在箭头A的方向上移动。当活塞头移动通过外壳时，存在于腔室2a中的流体因此在活塞头的另一侧上作为低压(LP)流体被迫从外壳2经由端口5在流体线路15上移动到储集器(未示出)。如果活塞杆3将自伸出位置缩回，则高压流体经由端口5提供到腔室2a，从而导致活塞杆3在箭头B的方向上移动，并且流体经由端口4自腔室 2b喷出到储集器。
流体的方向由EHSV阀12控制，EHSV阀12响应于电控制信号 (未图示)而占据不同的阀位置。关于如上所述地使杆伸出，将EHSV 阀定位在位置12X，即12X中所示的线路与来自供应器和到储集器的流体线路对齐。
关于活塞杆3的缩回，流体线路通过EHSV阀处在位置12Y反转。EHSV也可以具有中立位置，在中立位置中，在任何方向上不存在流体流动。EHSV阀优选地经由EHSV弹簧122偏置到位置12Y。因此，在失去电力的情况下，EHSV将恢复到位置12Y以避免伸出。
腔室2b中的机械止挡件(未示出)使缩回的杆停止在“零”位置。
为了避免致动器在失去液压的情况下延伸，设置防伸出阀13。防伸出阀13通常处在允许致动器与EHSV阀12之间的流体连通的位置13X，这是因为端口131和132处所提供的流体压力加起来超过卸压阀弹簧133的力。在液压故障的情况下，端口131处无压力。由拉伸负载在端口132产生的压力不足以克服弹簧133的偏置，并且因此，弹簧将防伸出阀13推到使活塞杆保持在零位置的位置13Y，从而防止伸出。
在实践中，活塞杆3的末端3a附接到要移动的部件或表面，例如扰流板(未示出)。
系统也能够在如上文简要讨论的下垂模式中操作，在下垂模式中，响应于电控制信号，经由电磁阀140，致动器活塞杆经历负行程 -即活塞头在与伸出时相反的方向(方向B)上移动离开零位置。
本公开涉及当系统处在有效下垂模式中、但接着失去电力或液压时提供致动器管理。
如上文所提及，在伸出(正行程)模式下，当失去压力时，防伸出阀操作以防止活塞杆的伸出，使得杆保持在零位置。
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) 模式中，扰流板(或其他部件)将卡在向下位置中，这是因为防伸出被激活。这能够对例如机翼襟翼的其他部件施加压力并且干扰所述其他部件的移动。
本公开因此提供当处在负行程中时准许待减小的襟翼负载克服扰流板的防伸出的解决方法。当扰流板处在负行程中时，系统对防伸出阀施加额外压力，使得用比通常小的力克服防伸出功能。
现在将参考图2和图3讨论这个问题的解决方法。
致动器100对应于上述的致动器1并且具有活塞杆300，所述活塞杆由于液压流体经由端口400、500进入或离开外壳200而能够在外壳200中轴向地移动，流动方向由三位置EHSV阀120控制。
电磁阀140也设置在流体供应器(这里未示出)与模式选择器阀柱之间，以使总成处于有效或阻尼模式中。
在活塞杆300将要缩回的有效正行程模式中，操作如上所述(未示出)。
EHSV 120响应于电控制信号而处在位置12X。高压(HP)流体在端口400处馈送到致动器中，并且低压(LP)流体在端口500处喷出。经由处在位置140X中的电磁阀140，高压流体也馈送到防伸出阀 130。作用于防伸出阀的高压线路和低压线路的效果抵抗弹簧600的力将这个阀推动到位置13X，使得来自端口500的低压流体流到储集器(未示出)。
如果在正常正行程模式中，压力故障，则防伸出阀在弹簧600的力作用下移动到位置13Y。弹簧力被设定成1.2倍的失速力。在防伸出阀处于位置13Y的情况下，活塞将不伸出。
然而，在下垂或负行程模式中，在电气故障的情况下，希望位置返回到中立位置，即活塞在伸出方向上移动有限量。在液压故障的情况下，目标是减小为了驱动处在非重叠区域中的扰流板必须克服的负载。
本公开的布置的目标是针对如此情况提供对致动器的控制。
根据本公开，根据提供到螺线管的控制信号确定扰流板是处在正行程中还是处在负行程中。在正行程的情况下，如上所述地连接布置，使得高压经由端口400施加到致动器并且低压通过使活塞杆伸出而在端口500喷出，并且在左侧的力小于设定成1.2*Fstall的弹簧偏置的情况下，如上所述地连接防伸出阀以行进到位置13Y。
在正行程并且压力故障的情况下，设定第一操作模式，防伸出阀 130借此操作以防止扰流板在气动负载下伸出，例如在机翼襟翼位置上方。
在根据本公开的系统中，致动器外壳包括端口800，所述端口确定扰流板是在正常模式还是在下垂模式中。
图2示出当系统起作用并且活塞杆300在正行程中时的总成配置。在这种情况下，在端口800检测到正行程，并且电磁阀140被设定到图2所示的位置以提供从高压供应器HP到致动器外壳的流体连通。在正行程中，端口800闭合，因此没有额外力从端口800经由线路134在端口133处施加到防伸出阀130的末端。因此用一般方式来控制防伸出阀，以在作用于另一末端的压力小于1.2*Fstall时触发到位置13Y。模式选择阀130由弹簧600偏置到连通位置13X。弹簧常数被设定到系统中产生失速的力的例如1.2倍的值-即Fstall*1.2。
在EHSV阀电气故障的情况下，EHSV阀将偏置到如图2所示的位置12Y(即活塞杆缩回配置)。
在正行程中压力故障(参见图2中的虚线)的情况下，端口800将闭合，如上所提及。当失去防伸出阀的端口131处的压力时，所述阀行进到其防伸出位置130Y。空气动力将作用于活塞杆300，所述空气动力能够拉动活塞杆。这将使腔室200a中的压力增大，并且所述压力被施加到防伸出阀的端口132。只要这一压力小于弹簧600的设定力，防伸出阀130就将保持在位置130Y中并且防止杆300伸出。如果拉动杆并且施加到端口132的空气动力超过弹簧的设定力，则这将克服防伸出功能并且将防伸出阀推到位置130X。活塞杆因而能够伸出。在正行程中，克服防伸出需要高力(在这个实例中，1.2倍的 Fstall)。
如果扰流板处在扰流板可与机翼襟翼接触并且在所述扰流板的自身重量下对机翼襟翼施加压力的下垂位置或负行程中(图3)，有设定安全机构，使得防伸出阀130允许活塞杆在压力小于1.2*Fstall 时伸出，即克服防伸出功能，这是因为1.2*Fstall是过高而不能作用于机翼襟翼的压力。在负行程中，电磁阀140切换到位置140Y，在位置140Y中，致动器和低压储集器LP经由端口400连接。
在负行程中压力故障的情况下，扰流板通常将卡在这个位置，这是因为防伸出功能被激活。然而，在这种压力故障情形中(参见图3 中的虚线)，本公开的布置在第二负载限制减小模式中操作，使得扰流板能够在比正行程小的力下伸出。额外压力是经由端口800提供到设置在端口133的防伸出阀。图3中的在活塞头左边的腔室中的较高压力被提供到防伸出阀130的端口，使得所述阀能够在活塞杆上的较小压力-即小于1.2*Fstall-下退出防伸出位置13Y。
在负行程中，端口800打开。因此，由空气动力引起的腔室200a 中的增大压力被提供到防伸出阀的两个端口132和133。当132和133 处的总力超过弹簧力时，抗延伸力被克服并且防伸出阀返回到位置 130X。因此可看出，用腔室200b中的比处在端口800闭合的正行程中时小的压力(在这里，一半的压力)克服防伸出功能。
因此，在负行程中，在压力故障的情况下，触发防伸出阀需要比在正行程中所需的压力高的压力，这意味着在压力故障的情况下准许伸出。

Claims (6)

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外壳(200)和活塞杆(300)，所述活塞杆能够响应于对所述活塞杆施加压力而在所述外壳内在相对于所述外壳的中立位置、缩回位置和伸出位置之间轴向地移动；电磁阀(140)，所述电磁阀布置在压力源与所述致动器之间，所述电磁阀能够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，在所述第一模式中，所述电磁阀形成从所述压力源到所述致动器的液体流动路径，并且在所述第二模式中，所述电磁阀形成用于从所述致动器释放压力的液体流动路径；以及防伸出阀(130)，所述防伸出阀设置在所述压力源与所述致动器之间，被配置成在第一位置与第二防伸出位置之间移动，在所述第一位置中，流体路径在所述压力源与所述致动器之间形成，所述第二防伸出位置用于防止所述活塞杆在失去压力的情况下相对于所述外壳伸出；其中所述防伸出阀(130)具有被布置成从所述压力源接收压力的第一压力输入端(131)和被布置成从所述致动器接收压力的第二压力输入端(132)，所述第一输入端处和所述第二输入端处的所述压力的总和对抗弹簧(600)，所述弹簧使所述防伸出阀偏置到所述第二位置中；并且还包括在所述致动器外壳中的出口端口(800)，所述出口端口被布置成在所述电磁阀处于所述第一位置时闭合并且在所述电磁阀处于所述第二位置时打开，并且在打开时将压力从所述致动器传递到所述防伸出阀的第三输入端(133)，以增加对抗所述弹簧(600)的所述压力。
2.如权利要求1所述的致动器控制布置，所述致动器控制布置还包括介于所述压力源与所述致动器之间的电液伺服阀EHSV(120)，所述EHSV用于响应于所述电控制信号而控制将加压流体引导到所述致动器。
3.如权利要求2所述的致动器控制布置，其中所述EHSV能够在第一位置与第二位置之间移动，在所述第一位置中，高压流体从流体源被引导到所述致动器的第一腔室以导致所述活塞杆伸出，借助于所述第二位置，高压流体被引导到所述致动器的第二腔室以导致所述活塞杆相对于所述外壳缩回。
4.如权利要求3所述的致动器控制布置，其中所述EHSV的缺省位置是所述第二位置。
5.一种用于飞行器的扰流板控制布置，所述扰流板控制布置包括：扰流板，所述扰流板能够相对于机翼表面移动；以及如前述权利要求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移动所述活塞杆来移动所述扰流板。
6.一种操作扰流板致动器的方法，所述方法包括：在接收到伸出所述扰流板的命令后对所述致动器的第一腔室施加高压；在接收到缩回所述扰流板的命令后对所述致动器的第二腔室施加高压；在不能供应所述高压的情况下，致动防伸出阀以防止所述扰流板伸出；如果施加到所述防伸出阀的压力超过将所述防伸出阀偏置到接合位置的弹簧的预定力，则使所述防伸出阀脱离以准许伸出，其中如果所述扰流板缩回超过中立位置，则对所述防伸出阀施加额外力。
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