CN116517903A - 一种双余度伺服阀及应用 - Google Patents

Abstract

本发明一种双余度伺服阀及应用，属于电液伺服控制领域；包括壳体、两套电液伺服阀和液压压力传感器；将两套电液伺服阀并列连接并设置于壳体内，分别定义为左阀和右阀；通过所述液压压力传感器监测左阀的液压压力；将所述左阀设定为主阀，右阀设置为备份阀；当右阀为热备份时，两套电液伺服阀同时启动对供压进行控制，其中一个出现故障，另一个能够独立完成控制目标；当右阀为冷备份时，只在主阀发生故障时启动备份阀，以完成控制目标。本发明提出的双余度伺服阀由共用壳体上一对孪生电液伺服阀构成。该阀系统的左阀和右阀的可靠性模型为并联关系，只要有一个电液伺服阀正常，双余度伺服阀即可完成输出压力的调节控制。

Description

一种双余度伺服阀及应用

技术领域

本发明属于电液伺服控制领域，具体涉及一种双余度伺服阀及应用。

背景技术

电液伺服阀是伺服控制系统的关键附件，广泛用于航空、航天等高技术领域。它主要由机电换能器、先导级(前置级)、功率级组成。其工作原理一般通过电流信号操纵力矩马达进而操纵前置级，再由前置级液压放大操纵滑阀，由滑阀负载口输出所需的流量和压力。如在飞机刹车中使用电液伺服阀作为防滑控制阀来控制刹车压力，防止刹爆轮胎。刹车系统常用的电液压力伺服阀主要有输出压力随电流增加而增加的正增益电液压力伺服阀和输出压力随电流增加而减小负增益电液压力伺服阀两种，电液压力伺服阀一般由机电转换器、先导级、功率级组成，结构上虽和流量伺服阀组成类似，但其负载输出控制口只有一个，且控制精度要求要高于流量伺服阀。

电液压力伺服阀是精密机电附件，以目前常用的喷嘴挡板伺服阀为例，使用中容易受到油液中污染物的侵害而降低性能，造成喷嘴堵死，不能及时释放压力，或根本不解除刹车压力，常常导致刹爆轮胎的事故征候。目前电液伺服阀基本上采用单余度设计，少量采用余度设计的阀也仅实现了部分余度(如电器或马达余度)，如电液伺服阀力矩马达采用双线圈冗余度设计，提高电气部分的使用可靠性，而机械液压部分(前置级，滑阀级)没有冗余；有的电液伺服阀采用力矩马达前置级余度,滑阀级却是共用的一个滑阀，这些都不能做到真正意义上的多余度。已有双阀结构——此处称之为连体双阀或单体双腔阀结构，但两个电液伺服阀用于控制独立的对象，例如，各阀控制各阀连接的机轮，只不过是两阀共用一个壳体，共用一个总供压口和一个总回油口，该连体双阀仍是没有余度的伺服阀，由此可见，如果采用真正意义上的双余度伺服阀，可提高刹车系统可靠性和安全性。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提供一种双余度伺服阀及应用，所述双余度伺服阀的壳体内并列设置两个电液伺服阀，两个电液伺服阀协同工作避免故障影响，或者当其中一个阀失效时启动另一个阀正常工作，保证了伺服阀工作的稳定性，能够应用于飞机刹车系统防止爆胎。

本发明的技术方案是：一种双余度伺服阀，包括壳体、液压压力传感器和两套电液伺服阀；将两套电液伺服阀并列连接并设置于壳体内，分别定义为左阀和右阀；通过所述液压压力传感器监测左阀的液压压力；

将所述左阀设定为主阀，右阀设置为备份阀；当右阀为热备份时，两套电液伺服阀同时启动对供压进行控制，其中一个出现故障，另一个能够独立完成控制目标；当右阀为冷备份时，只在主阀发生故障时启动备份阀，以完成控制目标。

本发明的进一步技术方案是：所述壳体的内腔安装有两套电液伺服阀，外壁面开有四个液压接口和一个电气接口，分别通过壳体壁面内置通道与两套电液伺服阀的相应部件连通；

所述四个液压接口为供压口、负载口、回油口、监测口，分别与系统压力源、液压作动器、油箱和液压压力传感器液压连接；所述电气接口与控制器电气连接。

本发明的进一步技术方案是：所述壳体为平顶房型块体，由一块长方体被对称的两斜面剖切而成，平顶房型上部是由中心顶面和两侧对称斜面组成，顶面与底面平行，斜面的倾斜角为30-60°；所述回油口设置于顶面，负载口设置于右斜面，监测口设置于左斜面，供压口设置于右斜面靠近后端面处；所述壳体的后端面设有圆凸台，通过圆凸台中心处的孔腔安装液压油滤。

本发明的进一步技术方案是：所述左阀和右阀均包括力矩马达、前置级、滑阀级，两个力矩马达分别设置在双余度伺服阀的两侧面，即左阀力矩马达设置在左侧面，右阀力矩马达设置在右侧面，分别与壳体上的电气接口电气连接；左阀和右阀的前置级、滑阀对称设置于壳体内两侧。

本发明的进一步技术方案是：所述左阀和右阀的进油口均通过内置油路与壳体上的供压口连通；所述左阀和右阀的负载口均通过内置油路与壳体上的负载口连通；所述左阀和右阀的回油口均通过内置油路与壳体上的回油口连通。

本发明的进一步技术方案是：所述壳体上的供压口延伸至壳体内分为两条油路，一条油路连通至左阀进油口；另一条油路连通至右阀前置级进油口。

本发明的进一步技术方案是：所述供压口设置有液压油滤，用于滤除油源污染物，以免脏污侵入阀内，所述液压油滤精度为3-15μ。

本发明的进一步技术方案是：所述壳体外壁面设有三点分布安装孔，通过紧固件安装于支座或托架上；其中一个安装孔位于壳体前端面的凸耳上，另两个位于后端面的两个对称凸耳上。

一种双余度伺服阀的应用，所述双余度伺服阀用于飞机刹车系统，右阀处于热备份模式；

当没有控制电流信号时，两个电液伺服阀未启动，双余度伺服阀回油口关闭，负载口与供压口保持畅通，由负载口向液压作动器输出液压压力；此时，所述双余度伺服阀仅相当于一段管路；

当有控制电流信号时，两个电液伺服阀启动，左阀和右阀的进油口开度逐渐关小或完全关闭，左阀和右阀的回油口开度逐渐开大或完全开启；同时，左阀、右阀的负载口与左阀、右阀回油口连通，再通过油路与壳体上的回油口连通，减小或完全泄放负载口压力；依据控制电流大小，左阀、右阀的负载口输出与控制电流成反比的液压压力；壳体上的负载口与右阀负载口通过内置油路连通，由壳体上的负载口输出与控制电流相应的液压压力；

在两个电液伺服阀通电运行中，当壳体的监测口检测的压力不降低，提示左阀故障，此时控制任务则由右阀完成；

当壳体的监测口检测的压力不降低，同时壳体的负载口压力也不降低，则左阀和右阀均发生故障，双余度伺服阀失效。

一种双余度伺服阀的应用，所述双余度伺服阀用于飞机刹车系统，右阀处于冷备份模式；

当有控制电流信号时，左阀作为主阀启动，右阀为冷备份处于关闭状态，由左阀独立完成输出液压的控制；当左阀发生故障时，由控制器向右阀发出控制电流信号，启动右阀完成控制任务。

有益效果

本发明的有益效果在于：本发明对连体双阀或单体双腔阀进行了结构改进，将独立应用于控制两个对象，即两个负载口的双阀改为应用于一个对象的双阀，有效克服了现有技术电液伺服阀为单余度的不足。本发明提出的双余度伺服阀由共用壳体上一对孪生电液伺服阀构成。该阀系统的左阀和右阀的可靠性模型为并联关系，只要有一个电液伺服阀正常，双余度伺服阀即可完成输出压力的调节控制。

本发明左阀负载口与右阀负载口连通，由右阀负载口作为输出口与双余度伺服阀负载口液压连通，以此实现左阀和右阀的可靠性模型为并联模型，左阀和右阀是相同的电液伺服阀，从而实现真正意义上的双余度阀。双阀同时失效的概率是小事件，因此，本发明双余度伺服阀使用可靠性成倍提高，以适当重量为代价显著提高了安全关键应用领域电液伺服阀使用可靠性，尤其避免了飞机刹车刹爆轮胎的事故征候。

本发明设置监测口通过液压压力传感器检测左阀负载口液压压力信号，可实时监测双余度伺服阀运行状态，极大地便于使用维护和排故。

本发明设计合理，性能优良，简便易行，以较低代价，克服电液伺服阀制约系统的瓶颈问题，显著提高了安全关键应用领域电液伺服阀使用可靠性，特别是飞机电子防滑控制系统使用安全性可靠性，具有明显的技术经济军事和社会效益。

附图说明

图1是本发明一种双余度伺服阀的结构示意图，前置级喷挡阀；

图2是本发明实施例1的双余度伺服阀外形图(俯视图)；

图3是双余度伺服阀壳体外形图，俯视图；

图4是双余度伺服阀壳体前端视图，即图3K向；

图5是双余度伺服阀壳体后端视图，即图3N向；

图6是双余度伺服阀壳体剖视图，即图4A-A向，曲线部分不在同一面；

附图标记说明：1、壳体；2、左阀；3、右阀；4、供压口；5、回油口；6、负载口；7、左阀进油口；8、左阀负载口；9、左阀回油口；10、左阀前置级进油口；11、左阀前置级溢流腔；12、右阀进油口；13、右阀负载口；14、右阀回油口、15、右阀前置级进油口；16、右阀前置级溢流腔；17、监测口；18、液压油滤；19、电气接口；20、安装孔。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本实施例提供一种双余度伺服阀及应用，所述双余度伺服阀的壳体内并列设置两个电液伺服阀，两个电液伺服阀协同工作避免故障影响，或者当其中一个阀失效时启动另一个阀正常工作，保证了伺服阀工作的稳定性，能够应用于飞机刹车系统防止爆胎。

所述双余度伺服阀包括壳体、两套电液伺服阀和液压压力传感器；将两套电液伺服阀并列连接并设置于壳体内，分别定义为左阀和右阀；通过所述液压压力传感器监测左阀的液压压力；将所述左阀设定为主阀，右阀设置为备份阀；当右阀为热备份时，两套电液伺服阀同时启动对供压进行控制，其中一个出现故障，另一个能够独立完成控制目标；当右阀为冷备份时，只在主阀发生故障时启动备份阀，以完成控制目标。

本发明对连体双阀或单体双腔阀进行了结构改进，将独立应用于控制两个对象，即两个负载口的双阀改为应用于一个对象的双阀，有效克服了现有技术电液伺服阀为单余度的不足。本发明提出的双余度伺服阀由共用壳体上一对孪生电液伺服阀构成。该阀系统的左阀和右阀的可靠性模型为并联关系，只要有一个电液伺服阀正常，双余度伺服阀即可完成输出压力的调节控制。

以下结合附图对本发明技术方案进行具体描述。

实施例：

参见附图1-6。一种双余度伺服阀，包括：壳体1、两个电液伺服阀和液压压力传感器，两个电液伺服阀称为左阀2和右阀3；所述两个电液伺服阀对称设置在所述壳体1，且所述两个电液伺服阀与所述壳体1共体，形成一种连体双阀或单体双腔阀结构。所述两个电液伺服阀均包括力矩马达、前置级、滑阀级。

所述壳体上设有四个液压接口和一个电气接口19；所述四个液压接口为供压口4、负载口6、回油口5、监测口17，分别与系统压力源、液压作动器、油箱和液压压力传感器液压连接；所述电气接口19与控制器电气连接。控制器为系统设备，且图中未示出。

所述两个电液伺服阀左阀进油口7与壳体上的供压口4液压连通，所述两个电液伺服阀左阀负载口8与所述两个电液伺服阀右阀进油口12液压连通，所述两个电液伺服阀左阀回油口9与壳体上的回油口5液压连通。

所述两个电液伺服阀右阀进油口12与所述两个电液伺服阀左阀负载口8液压连通，所述两个电液伺服阀右阀回油口14与壳体上的回油口5液压连通，所述两个电液伺服阀右阀负载口13与与壳体上的负载口6液压连通，所述两个电液伺服阀右阀前置级进油口15与壳体上的供压口4液压连通。

所述两个电液伺服力矩马达均与壳体上的电气接口19电气连接。所述液压压力传感器安装在壳体上的监测口17。液压压力传感器用于检测左阀负载口8压力，检测压力信号输入给控制器，对左阀运行状态进行监控，并且在采用右阀为热备份模式下，当左阀故障时，由控制器向右阀发出控制电流信号，启动右阀运行。为清晰起见，液压压力传感器图中未示出。

优选的，所述供压口4设置有液压油滤18，以滤除油源污染物，以免脏污侵入阀内。所述液压油滤18精度为3-15μ，本实施例采用5μ精滤油滤。

所述供压口4进入壳体内油路分为两条：一条油路进入左阀进油口7；一条油路进入右阀前置级进油口15。

本实施例所述两个电液伺服阀是一种压力型负增益阀，负载口为一个，用于飞机刹车，故负载口亦称刹车口，该电液伺服阀包括力矩马达和喷挡阀前置级、滑阀功率级。所述两个电液伺服阀为现有技术。

所述壳体1为平顶房型块体，是一块长方体被对称的两斜面剖切而成，平顶房型上部是由两个对称斜面和顶面组成，顶面与底面平行，顶面与侧面上部斜面连接，两侧上部斜面对称，斜面倾斜角为30-60°，本实施例斜面倾斜角为45°，回油口5设置在顶面，负载口6设置在右斜面，监测口17设置在左斜面；后端面设有圆凸台，该圆凸台中心开有孔腔，以容纳液压油滤18；供压口4设置在后端面附近右斜面上；两个电液伺服阀力矩马达对称设置在两侧面，分别是：左阀力矩马达设置在左侧面，右阀力矩马达设置在右侧面，两个电液伺服阀前置级和滑阀对称设置在壳体内。

所述壳体1内油路、孔腔按现有技术加工。例如：钻，铣。

所述壳体1设有三点分布安装孔20，以供紧固件紧固在支座或托架上。所述安装孔一个位于前端面底部中间凸耳，另两个位于后端面底部对称的两个凸耳。

本实施例用减震垫片和自锁螺栓通过三个安装孔20将阀牢靠安装在托架上。

所述回油口5直径大于供压口4、负载口6和监测口17直径；本实施例回油口5直径比其他油口大5mm。

所述供压口4、负载口6、回油口5和监测口17油口旁边均设有字符标记，以方便管路连接和防错连接。本实施例分别标记P、B、R、C。

所述后端面顶部设有凹口，以容纳电气接口19。

本实施例一种双余度伺服阀的应用操作过程：

包括两种模式：右阀为热备份和右阀为冷备份。

左阀、右阀的力矩马达和前置级操纵功率级滑阀的电液伺服阀操作过程按现有技术。

模式一：右阀为热备份；

当没有控制电流信号时，两个电液伺服阀未启动，双余度伺服阀回油口关闭，负载口与进油口保持畅通，由负载口向液压作动器输出液压压力。此时，所述双余度伺服阀仅相当于一段管路。

当有控制电流信号时，两个电液伺服阀启动，左阀和右阀进油口开度逐渐关小或完全关闭，左阀和右阀回油口开度逐渐开大或完全开启，同时，左阀和右阀负载口与左阀和右阀回油口连通，再通过油路与双余度伺服阀回油口连通，减小或完全泄放负载口压力，依据控制电流大小左阀和右阀负载口输出与控制电流成反比的液压压力。双余度伺服阀负载口与右阀负载口通过油路连通，这样，双余度伺服阀负载口输出与控制电流相应的液压压力。

在两个电液伺服阀通电运行中，如果监测口17检测的压力不降低，提示左阀故障，控制任务则由右阀完成。

当控制电流监测口检测的压力不降低，且壳体1的负载口压力也不降低，说明左阀和右阀均发生故障，双余度伺服阀失效。

模式二：右阀为冷备份；

所述双余度伺服阀亦可这样操作:左阀为主阀运行，右阀为冷备份，仅当左阀故障时，由控制器向右阀发出控制电流信号，启动右阀完成控制任务。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种双余度伺服阀，其特征在于：包括壳体、液压压力传感器和两套电液伺服阀；将两套电液伺服阀并列连接并设置于壳体内，分别定义为左阀和右阀；通过所述液压压力传感器监测左阀的液压压力；

将所述左阀设定为主阀，右阀设置为备份阀；当右阀为热备份时，两套电液伺服阀同时启动对供压进行控制，其中一个出现故障，另一个能够独立完成控制目标；当右阀为冷备份时，只在主阀发生故障时启动备份阀，以完成控制目标。

2.根据权利要求1所述一种双余度伺服阀，其特征在于：所述壳体的内腔安装有两套电液伺服阀，外壁面开有四个液压接口和一个电气接口，分别通过壳体壁面内置通道与两套电液伺服阀的相应部件连通；

所述四个液压接口为供压口、负载口、回油口、监测口，分别与系统压力源、液压作动器、油箱和液压压力传感器液压连接；所述电气接口与控制器电气连接。

3.根据权利要求2所述一种双余度伺服阀，其特征在于：所述壳体为平顶房型块体，由一块长方体被对称的两斜面剖切而成，平顶房型上部是由中心顶面和两侧对称斜面组成，顶面与底面平行，斜面的倾斜角为30-60°；所述回油口设置于顶面，负载口设置于右斜面，监测口设置于左斜面，供压口设置于右斜面靠近后端面处；所述壳体的后端面设有圆凸台，通过圆凸台中心处的孔腔安装液压油滤。

4.根据权利要求3所述一种双余度伺服阀，其特征在于：所述左阀和右阀均包括力矩马达、前置级、滑阀级，两个力矩马达分别设置在双余度伺服阀的两侧面，即左阀力矩马达设置在左侧面，右阀力矩马达设置在右侧面，分别与壳体上的电气接口电气连接；左阀和右阀的前置级、滑阀对称设置于壳体内两侧。

5.根据权利要求4所述一种双余度伺服阀，其特征在于：所述左阀和右阀的进油口均通过内置油路与壳体上的供压口连通；所述左阀和右阀的负载口均通过内置油路与壳体上的负载口连通；所述左阀和右阀的回油口均通过内置油路与壳体上的回油口连通。

6.根据权利要求5所述一种双余度伺服阀，其特征在于：所述壳体上的供压口延伸至壳体内分为两条油路，一条油路连通至左阀进油口；另一条油路连通至右阀前置级进油口。

7.根据权利要求6所述一种双余度伺服阀，其特征在于：所述供压口设置有液压油滤，用于滤除油源污染物，以免脏污侵入阀内，所述液压油滤精度为3-15μ。

8.根据权利要求7所述一种双余度伺服阀，其特征在于：所述壳体外壁面设有三点分布安装孔，通过紧固件安装于支座或托架上；其中一个安装孔位于壳体前端面的凸耳上，另两个位于后端面的两个对称凸耳上。

9.一种双余度伺服阀的应用，其特征在于：所述双余度伺服阀用于飞机刹车系统，右阀处于热备份模式；

当没有控制电流信号时，两个电液伺服阀未启动，双余度伺服阀回油口关闭，负载口与供压口保持畅通，由负载口向液压作动器输出液压压力；此时，所述双余度伺服阀仅相当于一段管路；

当有控制电流信号时，两个电液伺服阀启动，左阀和右阀的进油口开度逐渐关小或完全关闭，左阀和右阀的回油口开度逐渐开大或完全开启；同时，左阀、右阀的负载口与左阀、右阀回油口连通，再通过油路与壳体上的回油口连通，减小或完全泄放负载口压力；依据控制电流大小，左阀、右阀的负载口输出与控制电流成反比的液压压力；壳体上的负载口与右阀负载口通过内置油路连通，由壳体上的负载口输出与控制电流相应的液压压力；

在两个电液伺服阀通电运行中，当壳体的监测口检测的压力不降低，提示左阀故障，此时控制任务则由右阀完成；

当壳体的监测口检测的压力不降低，同时壳体的负载口压力也不降低，则左阀和右阀均发生故障，双余度伺服阀失效。

10.一种双余度伺服阀的应用，其特征在于：所述双余度伺服阀用于飞机刹车系统，右阀处于冷备份模式；

当有控制电流信号时，左阀作为主阀启动，右阀为冷备份处于关闭状态，由左阀独立完成输出液压的控制；当左阀发生故障时，由控制器向右阀发出控制电流信号，启动右阀完成控制任务。