CN114013632A - 多余度应急机电作动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种多余度应急机电作动器，能够实现不同工作介质的多余度应急。本发明通过下述技术方案实现：应急脱离组件通过密封圈封装在锁推套筒筒端的环槽内，该应急脱离组件通过径向锁帽被锁定在所述活塞杆的锁腔中，丝杠丝杠副带动活塞杆作直线运动，将旋转运动变换为正常收放活塞杆的直线往复运动；在传动机构卡死或电机无法正常供电的应急放状态下，高压应急介质从作动筒缸体尾管上的应急介质管嘴进入缸体与活塞杆外圆形成的内环腔，高压应急流体推动密封在应急脱离组件中，压缩径向锁帽，克服回复弹簧向外的弹力，从活塞杆的锁腔内脱出，径向锁帽回缩，解除锁腔的约束，高压应急介质推动活塞杆向右伸出，从而实现多余度应急。

Description

多余度应急机电作动器

技术领域

本发明是关于应用于机电作动器上的应急放结构，更具体地说，本发明是关于可提高机电作动器安全性，实现多介质应急放下活塞杆的结构。

背景技术

现代飞机上的作动系统有四种，即液压、电力、气压和机械作动系统。目前，机载液压作动系统应用最广，尤其是在飞行控制领域，几乎完全采用液压作为动力，并由飞控系统计算机进行电传综合控制，以操纵飞机的控制舵面，如升降舵、方向舵、襟副翼和平尾等，实现飞行姿态和轨迹的控制”，机载作动系统的性能优劣直接影响到飞机的整体性能，如机动性、安全可靠性等。为了满足未来飞机向高机动性、超高速及大功率方向发展，飞机液压系统正朝着高压化、大功率、变压力、智能化、集成化、多余度方向发展。但是，采用液压作动系统，由于飞机全身布满液压管路，增加了飞控系统的总重量；其次高压化和大功率则使传统飞机液压系统的效率问题日益突出，进而引发了诸如散热、使飞机燃油总效率降低等问题。目前，机载液压作动系统已成为飞控系统的薄弱环节。机载液压作动系统的费用在电传操纵飞控系统中占42％；机载液压作动系统的可靠性已成为飞控系统中的薄弱环节，致使不得不采用多余度作动系统，但是这又带来了重量、体积增加等新的问题。随着新材料、电机技术、控制学和先进制造技术等的发展，未来飞机上将可能完全取消液压作动系统，而新型的功率电传作动器，如电动静液作动器(Ella，Electro-HydrostaticActuator)和机电作动器(EMA)等，将成为飞控系统的新型舵面执行机构。机电怍动器不仅应用在飞行控制系统，也应用于电动环控系统、电刹车系统、电动燃油系统、发动机控制及飞机上需要进行作动的其它场合。当飞机的所有飞行控制舵面均采用一体化电动作动器后，对于客机，将使飞机燃油节省5～9％，同时减少30～50％的地面设备:对于战斗机，起飞重量可减少600～1000磅，并使易受轻武器攻击的机身面积减少14％。研究表明，飞行控制舵面均采用一体化电动作动器后，由于没有了遍布机身的液压管路，加上一体化作动器易形成容错能力，使飞机具有一系列优点：更好的可靠性、更高的生存力、维修性更好、效率更高、飞机性能提高，同时由于燃油减少且飞机出勤率大为提高，可大量节省费用。正是这些优点，发展功率电传作动器就成了必然。EHA作动系统包括飞控计算机、接线盒、飞机400Hz电源(逆变器)、功率监控电路及EHA作动器本体，而EHA作动器本体由电动机、液压泵、液压油箱、检测阀、油滤、释放阀、管道和液压作动器组成。EMA作动系统通常包括飞控计算机、接线盒、飞机400Hz电源、功率控制监控电路及EMA作动器本体。EMA作动器本体则由直流无刷电动机、滚珠丝杠和微处理控制器以及位置、速度、电压和电流监控装置等组成。机电作动器由电动机、液压泵、液压马达等部件组成。未来飞机的功能系统设计将与飞机的总体设计同步进行，这样就可以充分发挥EHA、EMA各自的优势；另外，一些新型作动原理，如目前多数采用作动筒的直线驱动方式，将来可采用电机或液压马达旋转驱动，这样可减少系统重量并提高效率。作动筒伸出力59.122KN一活塞杆行程57.15mm负载28.134KN负载速度152.40mm/sec空载速度l95.58mm/sec动态刚度49.353。KN/mm响应频率7Hz(5％负载)到目前为止，已进行的飞行试验都取得了成果。确保机电作动器和电动静液作动器不会成为限制多电飞机发展的因素；通过10Q0b的飞行试验证实，功率电传作动器比目前装机使用的液压作动器可靠性高、维修性更好、更易于保障和寿命周期费用低。EHA系统有三个主要部件:三重控制器、双重电源平台和二通道作动器。三重冗余控制器和作动器被集成在一起，然而双重余度的电源是两个独立的组件。系统的出力机构是二通道的作动器。Ella系统结构”系统的神经中枢是三重冗余控制器。此外，EACS系统采用了复杂的余度管理(RM，RedundancyManagement)技术，包括硬件和软件的余度管理，其中要重点解决的问题是:操作模式、系统再入与复位、故障识别和重新配置、故障记录。此外，还必须解决EHA、EMA作动器本身的一些理论问题，譬如:EMA闭环的快速响应控制问题；EHA电机泵集成设计、系统仿真和闭环快速响应的控制问题；电机、液压泵复合调节的稳定性证明以及快速调节方法也亟待解决；目前，国外试飞的EACS只考虑了具有一个EHA的冗余控制和系统监控。如果飞机的所有控制舵面均采用电动作动器，其冗余控制和系统监控的任务将更为复杂，不仅需要进一步研究机载设备公共管理系统，更需要进一步研究机电综合管理、飞控综合以及与航电系统综合的体系结构、可靠性以及综合调度管理算法。采用一体化作动器后，要实现这些功能，可能比当前采用集中供油液压作动系统的算法要复杂和困难得多，这是因为每一个电力作动器都是具有余度的独立系统。

机电作动器作为一种直线运动执行元件，是用来实现工作机构直线往复运动或小于360°摆动运动的能量转换装置。常见的电动作动筒的基本构成如下：电机、减速箱、传动部件、滚珠丝杠副、外筒组件、活塞杆组件、自锁定组件等。带有自锁装置的电动作动筒，在限定位置停止运动时能防止外力作用而发生窜动，通常由作动筒内的机械锁锁住。机械锁的形式常用的为钢球锁，它由钢球、锁槽、锥形活塞和弹簧等组成。在某些安全性要求较高的应用场合，例如应用于飞机起落架收放的机电作动器，往往不采用作动器内置机械锁承载，而采用外置机械锁承受重载，因此要求作动器必须具备一定的安全余度，在应急状况下，仍能使起落架顺利放下。常用的机电作动器多余度设计为备份一个电机，当主电机失效时备用电机工作而实现应急放下或收回活塞杆，但该结构无法解决丝杠、齿轮、减速器等卡死时实现应急放下或收回。常规双余度机电作动器仍需依赖电力实现应急放，且丝杠、齿轮、减速器等传动部件卡死时无法工作。

发明内容

本发明的任务是针对现有技术很难解决丝杠、齿轮、减速器等卡死时实现应急放下或收回的问题，提供一种结构简单，能够实现不依赖于电力的应急放下活塞杆的方案，以解决常规双余度机电作动器仍需依赖电力实现应急放，且丝杠、齿轮、减速器等传动部件卡死时无法工作的问题，实现不同工作介质的多余度应急。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多余度应急机电作动器，包括：连接电机主轴的螺旋传动机构，套装在丝杆副螺母4内，将旋转运动转化成直线往复运动的丝杠11，在作动筒缸体2中作往复作动的活塞杆10，通过两端密封圈轴向串联在锁推套筒3与活塞杆组件10中空活塞的台阶孔之间的应急脱离组件6，其特征在于：应急脱离组件6通过密封圈封装在锁推套筒3筒端的环槽内，机电作动器正常工作状态，该应急脱离组件6通过径向锁帽5被锁定在所述活塞杆10锁腔7中，丝杠11丝杠副通过丝杠螺母4带动活塞杆10作直线运动，将旋转运动变换为正常收放活塞杆10的直线往复运动；在传动机构卡死或电机无法正常供电的应急放状态下，高压应急介质从作动筒缸体2尾管上的应急介质管嘴1进入缸体2与活塞杆10外圆形成的内环腔，高压应急流体推动密封在应急脱离组件6中，压缩径向锁帽5，克服回复弹簧9向外的弹力，从活塞杆10锁腔7内脱出，径向锁帽5回缩，解除锁腔7的约束，实现应急介质分离锁推套筒3与活塞杆10)，高压应急介质推动活塞杆10)向右伸出，从而实现多余度应急。

本发明相比于现有技术具有如下增益效果：

本发明采用连接电机主轴的螺旋传动机构，套装在丝杆副螺母4内的丝杠11，在作动筒缸体2中作往复作动的活塞杆10，驱动活塞杆10将旋转运动转化成直线往复运动的丝杠11，提供联接力的应急脱离组件，结构简单，紧凑。

本发明采用高压应急介质从作动筒缸体2尾管上的应急介质管嘴1进入缸体2与活塞杆10外圆形成的内环腔，高压应急流体推动密封在应急脱离组件6中的径向锁帽5，压缩径向锁帽5，克服回复弹簧9向外的弹力，从活塞杆10锁腔7内脱出，应急脱离组件6中径向锁帽5回缩，解除锁腔7的约束，实现应急介质分离锁推套筒3与活塞杆10，高压应急介质推动活塞杆10向右伸出，从而实现多余度应急，能够实现不依赖于电力的应急放下活塞杆,能有效解决常规双余度机电作动器仍需依赖电力实现应急放，尤其是在丝杠、齿轮、减速器等传动部件卡死时无法工作的问题。

本发明在锁推套筒3与活塞杆10之间设置应急介质开锁应急脱离组件6，实现机电作动器正常工作时，该应急脱离组件6处于锁定状态，丝杠螺母4带动与之螺纹连接的锁推套筒3直线运动，从而带动活塞杆10运动。而需应急操作时，进入作动器的应急介质能推动径向锁帽5从锁腔7内脱出而实现活塞杆10和锁推套筒3之间的开锁，并将活塞杆10推出，从而解决了常规机电作动器只能依靠机电系统应急操作的问题。

附图说明

图1是本发明多余度应急机电作动器正常工作状态结构示意图；

图2是图2应急放工作状态结构示意图；

图3是应急脱离组件与活塞杆之间的轴向剖视图。

图中：1应急介质管嘴，2作动筒缸体，3锁推套筒，4丝杠螺母，5径向锁帽，6应急脱离组件，7锁腔，8螺套，9回复弹簧，10活塞杆，11丝杠。

下面结合附图和实施例进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。所有这些构思应视为本技术所公开的内容和本发明的保护范围。

具体实施方式

参阅图1、图2。在以下描述的优选实施例中，一种多余度应急机电作动器，包括：连接电机主轴的螺旋传动机构，套装在丝杆副螺母4内，将旋转运动转化成直线往复运动的丝杠11，在作动筒缸体2中作往复作动的活塞杆10，通过两端密封圈轴向串联在锁推套筒3与活塞杆组件10中空活塞的台阶孔之间的应急脱离组件6。应急脱离组件6通过密封圈封装在锁推套筒3筒端的环槽内，机电作动器正常工作状态，该应急脱离组件6通过径向锁帽5被锁定在所述活塞杆10锁腔7中，丝杠11丝杠副通过丝杠螺母4带动活塞杆10作直线运动，将旋转运动变换为正常收放活塞杆10的直线往复运动；在传动机构卡死或电机无法正常供电的应急放状态下，高压应急介质从作动筒缸体2尾管上的应急介质管嘴1进入缸体2与活塞杆10外圆形成的内环腔，高压应急流体推动密封在应急脱离组件6中的径向锁帽5，压缩径向锁帽5，克服回复弹簧9向外的弹力，从活塞杆10锁腔7内脱出，应急脱离组件6中径向锁帽5回缩，解除锁腔7的约束，实现应急介质分离锁推套筒3与活塞杆10，高压应急介质推动活塞杆10向右伸出，从而实现多余度应急。

参阅图3。所述的应急脱离组件包括：通过密封圈密封在锁推套筒3筒端环槽内的螺套8，通过螺套8套端锁孔径向伸出的径向螺帽5，约束在径向螺帽5∩盲孔内的复位弹簧9，复位弹簧9为径向锁帽5提供上锁力。

螺套8套端制有密封径向螺帽5密封环槽，密封环槽通过密封圈密封径向螺帽5。

螺套8端平面可进入活塞杆10尾接中空开口的活塞的台阶孔。

两个应急脱离组件关于丝杠11镜像对称。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种多余度应急机电作动器，包括：连接电机主轴的螺旋传动机构，套装在丝杆副螺母(4)内，将旋转运动转化成直线往复运动的丝杠(11)，在作动筒缸体(2)中作往复作动的活塞杆(10)，通过两端密封圈轴向串联在锁推套筒(3)与活塞杆组件(10)中空活塞的台阶孔之间的应急脱离组件(6)，其特征在于：应急脱离组件(6)通过密封圈封装在锁推套筒(3)筒端的环槽内，机电作动器正常工作状态，该应急脱离组件(6)通过径向锁帽(5)被锁定在所述活塞杆(10)锁腔(7)中，丝杠(11)丝杠副通过丝杠螺母(4)带动活塞杆(10)作直线运动，将旋转运动变换为正常收放活塞杆(10)的直线往复运动；在传动机构卡死或电机无法正常供电的应急放状态下，高压应急介质从作动筒缸体(2)尾管上的应急介质管嘴(1)进入缸体(2)与活塞杆(10)外圆形成的内环腔，高压应急流体推动密封在应急脱离组件(6)中，压缩径向锁帽(5)，克服回复弹簧(9)向外的弹力，从活塞杆(10)锁腔(7)内脱出，径向锁帽(5)回缩，解除锁腔(7)的约束，实现应急介质分离锁推套筒(3)与活塞杆(10)，高压应急介质推动活塞杆(10)向右伸出，从而实现多余度应急。

2.如权利要求1所述的多余度应急机电作动器，其特征在于：所述的应急脱离组件包括：通过密封圈密封在锁推套筒(3)筒端环槽内的螺套(8)，通过螺套(8)套端锁孔径向伸出的径向螺帽(5)，约束在径向螺帽(5)∩盲孔内的复位弹簧(9)，复位弹簧(9)为径向锁帽(5)提供上锁力。

3.如权利要求:2所述的多余度应急机电作动器，其特征在于：螺套(8)套端制有密封径向螺帽(5)密封环槽，密封环槽通过密封圈密封径向螺帽(5)。

4.如权利要求3所述的多余度应急机电作动器，其特征在于：螺套(8)端平面进入活塞杆(10)尾接中空开口的活塞的台阶孔。

5.如权利要求1所述的多余度应急机电作动器，其特征在于：两个应急脱离组件关于丝杠(11)镜像对称。

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