CN115949637A

CN115949637A - 一种并联冗余电静液作动器

Info

Publication number: CN115949637A
Application number: CN202211543660.5A
Authority: CN
Inventors: 孙华旺; 张南; 李兴勇; 张伟; 马成成
Original assignee: Shanghai Aerospace Control Technology Institute
Current assignee: Shanghai Aerospace Control Technology Institute
Priority date: 2022-12-01
Filing date: 2022-12-01
Publication date: 2023-04-11

Abstract

本发明提出一种并联冗余电静液作动器，包括：第一余度驱动系统、第二余度驱动系统、并联双余度液压缸、双路补油油箱和控制器组成。第一余度驱动系统、第二余度驱动系统的油路分别连接并联双余度液压缸的两路活塞；两路活塞固连，并配置非相似冗余四余度电位计监测作动器位移；双路补油油箱设有两路隔离的补油机构，分别为两驱动系统补油；控制器用于位置控制解算以及采集液压油路上的压力、位移信号，判断电静液作动器的工作状态。本发明可以实现电静液作动器的液压系统双余度、电气系统四余度配置可以有效提高可靠性，同时并联液压缸可以适应小尺寸安装空间。

Description

一种并联冗余电静液作动器

技术领域

本发明涉及飞行器舵机领域，特别涉及一种并联冗余电静液作动器设计，具体涉及一种并联冗余电静液作动器。

背景技术

电静液作动器是一种典型的泵控作动器，是由电机、泵、作动器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。电静液作动器使用旋转伺服电机带动双向定排量柱塞泵，再由泵通过液压介质驱动液压缸运动，是一种高集成、一体化的泵控作动器，采用容积控制和功率电传的形式，既避免了伺服阀的油液敏感性，也取消了液压油管，相较于传统阀控电液伺服优势明显，在航空领域得到广泛应用。

随着航空航天各类飞行器中对伺服机构的可靠性要求越来越高，通过余度配置来提升作动器的可靠性成为普遍手段，而电静液作动器采用液压传动，其在余度配置方面具有独特的优势。并且现今各类飞行对伺服系统的安装空间异常严格，如何缩短双余度系统的安装空间异常重要。

专利CN105570237公开了“一种双余度机电静压伺服机构”，其两个余度系统驱动同一液压缸，没有对液压缸进行余度配置，一旦液压缸发生泄漏，整个系统即可能失效，因此可靠性偏低；专利CN104595289公开了“一种双余度电动静液作动器”，其采用了串联的双余度液压缸，其对空间要求较大，不利于布置。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为克服现有技术的不足，提出一种并联冗余的电静液作动器。该作动器实现了液压回路双余度、电气回路四余度的多余度配置，可以有效提高作动器的可靠性，同时并联冗余设计可以有效降低作动器的轴向长度，适应小尺寸空间安装要求。

本发明的技术解决方案是：一种并联冗余电静液作动器，包括第一驱动系统、第二驱动系统、并联双余度液压缸、双路补油油箱和伺服驱动控制器；

所述第一驱动系统和第二驱动系统组成相同，均包括双余度伺服电机、液压泵、单向阀、高压安全阀、旁通阀和压力传感器。

进一步，第一驱动系统和第二驱动系统中，双余度伺服电机驱动液压泵从一侧吸油、另一侧排油，两个单向阀分别安装在液压泵进/出油口与补油回路之间；两个高压安全阀的油口分别连接液压泵的进/出油口；旁通阀的油口分别连接液压泵的进/出油口；两个压力传感器分别安装于液压泵进/出油口的回路上；

所述的并联双余度液压缸，包括本体、第一活塞、第二活塞、第一LVDT电位计、第二LVDT电位计、第一模拟电位计、第二模拟电位计、上连接头、锥销、螺母、下连接头。第一活塞、第二活塞分别安装在本体的活塞孔中，两者通过销钉、螺母分别与上连接头并向固定连接；第一LVDT电位计内埋安装于第一活塞中，第二LVDT电位计内埋安装于第二活塞中；第一模拟电位计与第二模拟电位计安装在本体与上连接头之间；下连接头安装在本体尾部用于与外部接口连接。

进一步，第一驱动系统的进/出油口分别连接第一活塞的左右两腔，第二驱动系统的进/出油口分别连接第二活塞的左右两腔；

所述的双路补油油箱，包括油箱壳体、弹簧、第一油箱活塞、第二油箱活塞、压力传感器。弹簧安装在油箱壳体内为第一油箱活塞和第二油箱活塞提供压力，压力传感器分别安装在第一油箱活塞、第一油箱活塞的补油口用以检测补油压力；

进一步，双路补油油箱的两路补油口分别连接第一驱动系统和第二驱动系统的补油口；

第一驱动系统、第一活塞杆和双路补油油箱的补油口一和第二驱动系统、第二活塞杆和双路补油油箱的补油口二分别组成了两套液压驱动回路，两套回路彼此隔离，不会因某一回路泄漏影响另一回路；

所述的伺服驱动控制器用于根据电位计信号解算指令，并驱动第一、第二驱动系统的双余度伺服电机；根据作动器压力传感器、油箱压力传感器监测作动器工作状态；通过第一、第二驱动系统的旁通阀控制第一、第二驱动系统是否驱动液压缸。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

(1)本发明的电静液作动器具有液压驱动回路双冗余备份，两回路彼此隔离，不会因一路发生泄漏导致另一路无法工作；伺服电机为四余度冗余设计，电位计采用双模拟电位计、双LVDT电位计的非相似四余度冗余设，有效提高了作动器电气回路的可靠性；

(2)本发明的液压作动器为并联设计，两路活塞杆横向固连，两驱动回路分别驱动一路活塞杆，可以有效降低串联双余度作动器的轴向长度，适合小尺寸空间安装；

(3)本发明的双路补油油箱实现了对两驱动系统同时补油并将两液压回路进行隔离，同时可以通过压力传感器监控补油压力判断是否泄漏。

附图说明

图1是本发明实施例的并联冗余电动静液的液压结构原理图；

图2是本发明实施例的并联双余液压缸结构示意图；

图3是本发明实施例的双路补油油箱结构示意图；

图中：第一驱动系统1、双余度伺服电机1.1、液压泵1.2、单向阀1.3、高压安全阀1.4、电磁开关阀1.5、压力传感器1.6、第二驱动系统2、双余度伺服电机2.1、液压泵2.2、单向阀2.3、高压安全阀2.4、电磁开关阀2.5、压力传感器2.6、并联双余度液压缸3、下连接头3.1、本体3.2、上连接头3.3、螺母3.4、销钉3.5、第一模拟电位计3.6、第二模拟电位计3.7、第一活塞杆3.8、第二活塞杆3.9、第一LVDT电位计3.10、第二LVDT电位计3.11、双路补油油箱4、油箱壳体4.1、弹簧4.2、第一油箱活塞4.3、第二油箱活塞4.4、第一油箱压力传感器4.5、第二油箱压力传感器4.6、伺服驱动控制器5。

具体实施方式

以下将结合附图和实施对本发明作进一步说明。

如图1所示，是并联冗余电动静液的液压原理图。其中，并联冗余电动静液作动器由第一驱动系统1、第二驱动系统2、并联双余度液压缸3、双路补油油箱4、伺服驱动控制器5组成。第一驱动系统1中双余度伺服电机1.1连接驱动液压泵1.2，双余度伺服电机1.1由伺服驱动控制器5驱动；液压泵1.2的进/出油口分别连接并联双余度液压缸3的第一活塞杆3.8的左右容腔；电磁开关阀1.5两油口分别连接液压泵1.2的进/出油口，并由伺服驱动控制器5控制通断；两个高压安全阀1.4两油口分别连接液压泵1.2的进/出油口且溢流方向相反；两个单向阀1.3分别连接液压泵1.2的进/出油口与泄漏油口，泄漏油口与双路补油油箱4的补油口一相连；两个压力传感器1.6分别测量液压泵1.2进/出油口的压力，并将压力信号传递给伺服驱动控制器。同样的，第二驱动系统2的组成与第一驱动系统1相同、连接关系相同，两驱动系统同时驱动并联双余度液压缸3，并联双余度液压缸3的第一LVDT电位计3.10、第二LVDT电位计3.11、第一模拟电位计3.6、第二模拟电位计3.7将液压缸的位置信号传递给伺服驱动控制器5；双路补油油箱4同时为第一驱动系统1、第二驱动系统2同时补油，且两油路彼此隔离不相沟通。

如图2所示，是并联双余液压缸结构示意图。下连接头3.1固定安装在本体3.2上，作为对外连接接口；本体3.2设有两并列活塞孔安装第一活塞杆3.8、第二活塞杆3.9，两活塞杆通过螺母3.4、销钉3.5分别与上连接头3.3固定，因此两活塞杆之间固定连接；第一LVDT电位计3.11内埋安装于第一活塞杆3.8内，电位计外壳与本体3.2连接，活动杆与第一活塞杆3.8连接，同样，第二LVDT电位计3.10内埋安装于第二活塞杆3.9内，电位计外壳与本体3.2连接，活动杆与第二活塞杆3.9连接；第一模拟电位计3.6、第二模拟电位3.7的壳体与本体3.2连接，活动杆分别与上连接头3.4连接；本体3.2设有进/出油口一和进/出油口二在本体内分别连接第一活塞杆3.8、第二活塞杆3.9的左右两腔，对外分别连接第一驱动系统1、第二驱动系统2的进/出油口。

如图3所示，是双路补油油箱结构示意图。油箱壳体4.1设有两处活塞孔分别安装第一油箱活塞4.3、第二油箱活塞4.4，弹簧4.2安装于油箱壳体4.1内，同时推动第一油箱活塞4.3、第二油箱活塞4.4增压，压力传感器4.5用以检测补油口一处的补油压力，压力传感器4.6用以检测补油口二处的补油压力，传感器4.5、4.6将压力信号传递给伺服驱动控制器5。

工作过程：伺服驱动控制器5通过接收第一模拟电位计3.6、第二模拟电位计3.7、第一LVDT电位计3.10、第二LVDT电位计3.11的四余度电位计的位移信号，解算第一驱动系统1和第二驱动系统2的转速指令；第一驱动系统中双余度伺服电机1.1驱动液压1.2正反向旋转，从一侧吸油另一侧排油，将油液排入第一活塞杆3.8的进/出油口从而推动活塞杆运动；两个高压安全阀1.4可以保证进/出油口的压力均不超过设定上限用以保证系统安全；双路补油油箱4的补油口一通过油路连接液压泵泄漏油口与两个单向阀1.3的两端，保证补油油箱始终为液压泵1.2的进油口补油，同时压力传感器4.5将补油压力信号传递给伺服驱动控制器5，一旦液压系统发生泄漏，补油压力低于设定值，控制器可判定该路驱动系统故障；电磁开关阀1.5在伺服驱动控制5的控制下通断液压泵1.2的进/出油口,在该驱动系统发生故障的情况下，电磁开关阀1.5上电，可沟通进/出油口，此时该驱动系统即被隔离不会对驱动系统产生影响；压力传感器1.6可以检测进/出油口两端的压力，将压力信号传递给驱动控制器，可以判断该路驱动系统是否正常工作。同理，伺服驱动控制器5同样原理驱动第二驱动系统2控制第二活塞杆3.9的运动。

在正常工作状态下，伺服驱动控制器5控制第一驱动系统1、第二驱动系统2同时工作，同时推动第一活塞杆3.8、第二活塞杆3.9运动对外传递直线作用力，四通道、非相似冗余电位计检测位移。当某一驱动系统发生故障时，伺服驱动控制器5可通过控制电磁开关阀1.5、2.5的工作状态，实现故障回路进/出油口的连通，达到对故障驱动系统隔离的目的，同时该路活塞杆可自由移动不受影响，液压缸可以由另外一套驱动系统工作而不失效。

Claims

1.一种并联冗余电静液作动器，其特征在于：包括第一驱动系统、第二驱动系统、并联双余度液压缸、双路补油油箱和伺服驱动控制器；所述第一驱动系统、第二驱动系统分别与并联双余度液压缸的第一活塞杆、第二活塞杆左右容腔连接，双路补油油箱分别为第一驱动系统、第二驱动系统补油；第一驱动系统和第二驱动系统分别包括双余度电机、液压泵、单向阀、高压安全阀、电磁开关阀、压力传感器；伺服驱动控制器用于驱动双余度电机，控制电磁开关阀，接收电位计信号，接收压力传感器信号。

2.根据权利要求1所述的一种并联冗余电静液作动器，其特征在于：所述并联冗余电静液作动器为液压双余度、电气四余度结构；所述第一驱动系统、第一活塞杆、双路补油油箱的补油口一和第二驱动系统、第二活塞杆、双路补油油箱的补油口二组成的两套液压驱动系统，两液压系统相互隔离；第一驱动系统的双余度电机与第二驱动系统的双余度电机组成四余度电机驱动。

3.根据权利要求1所述的一种并联冗余电静液作动器，其特征在于：所述并联双余度液压缸包括本体、第一活塞杆、第二活塞杆、第一模拟电位计、第二模拟电位计、第一LVDT电位计、第二LVDT电位计、螺母、销钉、上连接头、下连接头；第一活塞杆与第二活塞杆通过上连接头、螺母、销钉并向固定连接；第一活塞杆、第二活塞杆与本体之间分别内埋安装第一LVDT电位计、第二LVDT电位计；本体与上连接头之间安装第一模拟电位计、第二模拟电位计。

4.根据权利要求1所述的一种并联冗余电静液作动器，其特征在于：所述双路补油油箱包括油箱壳体、弹簧、第一油箱活塞、第二油箱活塞、第一油箱压力传感器、第二油箱压力传感器；所述第一油箱活塞与第二油箱活塞同时受弹簧推力进行增压；第一油箱压力传感器用以检测双路补油油箱的补油口一的补油压力，第二油箱压力传感器用以检测双路补油油箱的补油口二的补油压力。