CN206144886U - 一种液压伺服作动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及固体发动机流量调节设备领域，公开了一种液压伺服作动系统，包括整体式伺服控制器、至少两个液压作动器以及集成阀块，其中，每个液压作动器由一组液压控制阀组控制，每个液压作动器的液压控制阀组均设置在所述集成阀块上。本实用新型提供的液压伺服作动系统，通过将液压作动器的控制阀组均集成到同一集成阀块上，其综合采用流体、机械、电子、电磁、信息处理技术高度集中成一体，具有结构精简、体积小、质量轻、可靠性高、性能优良稳定和使用维护简便的优点，更加适合狭小空间的安装需求。

Description

一种液压伺服作动系统

技术领域

本实用新型涉及固体发动机流量调节设备领域，特别是涉及一种液压伺服作动系统。

背景技术

随着航天飞行器、运载火箭等系统对重量的要求越来越高，固体发动机以其比冲高、体积小、重量轻、结构简单、工作可靠、储存性好、生产成本低等优点，成为未来航天飞行器等系统的首选动力装置。流量调节机构作为固体发动机的关键执行部件之一，主要用来控制发动机燃气流量，以调整发动机的工作状态，其工作性能和可靠性直接影响固体冲压发动机的工作性能和可靠性。

针对固体发动机体积小、重量轻等特点，流量调节机构必须适应发动机狭小安装空间、工作环境恶劣的要求，进行小型化、轻质化、高可靠性设计。传统流量调节机构采用步进电机作为动力源，其低频性能差、精度低、体积大等缺点，不能满足小型化、高可靠性等要求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型的目的是提供一种液压伺服作动系统，解决现有传统流量调节机构的体积大以及可靠性低的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种液压伺服作动系统，所述系统包括整体式伺服控制器、至少两个液压作动器以及集成阀块，其中，每个液压作动器由一组液压控制阀组控制，每个液压作动器的液压控制阀组均设置在所述集成阀块上；

所述集成阀块上还设置有用于与系统能源连接的能源进油接管嘴和低压接管嘴以及用于与每个液压作动器的油腔连通的控制出油接管嘴，其中能源进油接管嘴和低压接管嘴与每组液压控制阀组均连通，每组液压控制阀组与其控制的液压作动器相连通的控制出油接管嘴连通；

所述液压作动器包括作动筒体以及与所述作动筒体配合的活塞杆，所述活塞杆上设置有位移传感器，每个液压作动器的液压控制阀组和位移传感器均与所述整体式伺服控制器电连接构成位置反馈闭环回路，所述整体式伺服控制器通过位移传感器换算出每个活塞杆的速度，伺服控制器通过位置反馈闭环回路分别对每个活塞杆的位移和速度单独控制，实现各个液压作动器的动作的同步性和位置的一致性。

进一步地，所述作动筒体上设置有温度传感器。

进一步地，所述液压控制阀组包括依次设置的伺服阀、液压锁和压差传感器，其中，所述压差传感器设置在靠近控制出油接管嘴的一侧。

进一步地，所述液压作动器为非对称液压杆，所述液压作动器无杆端的活塞面积大于有杆端的活塞面积，所述作动筒体内侧在所述无杆端一侧设置有支承座。

进一步地，所述活塞杆为中空结构，所述位移传感器的移动段安装在所述活塞杆内部，所述位移传感器的固定端安装在支承座上固定。

进一步地，所述活塞杆与作动筒体采用双重密封结构。

进一步地，所述液压作动器的作动筒体上设置有接管嘴，所述接管嘴与该液压作动器对应的液压控制阀组连接的控制出油接管嘴连接并连通。

进一步地，所述集成阀块上设置有三组液压控制阀组，三组液压控制阀组有三组独立的控制通道且依次设置在所述集成阀块的左端、中间和右端。

(三)有益效果

本实用新型提供的液压伺服作动系统，通过将液压作动器的控制阀组均集成到同一集成阀块上，其综合采用流体、机械、电子、电磁、信息处理技术高度集中成一体，具有结构精简、体积小、质量轻、可靠性高、性能优良稳定和使用维护简便的优点，更加适合狭小空间的安装需求，同时能够满足航天飞行器和运载火箭等系统的发动机总体对液压作动器的极端高温(600℃以上)环境条件、狭小空间需求(长行程、短安装距离)以及长时(4800秒)工作的要求。

其中，液压作动组件的数量与流量调节机构需要的作动器的数量相同；每组液压作动器的控制阀组和位移传感器均与所述伺服控制器电连接构成独立的位置反馈闭环回路，伺服控制器通过位移传感器换算出每个活塞杆的速度，进而通过位置反馈闭环回路分别对每个活塞杆的位移和速度单独控制，实现各组液压作动器的同步性和位置的一致性；由于各组液压作动杆组件的同步工作得到保证，从而相应的提高了整体液压伺服作动系统对流量调节机构作动的可靠性。

附图说明

图1为本实用新型实施例液压伺服作动系统的集成阀块的轴向示意图；

图2为本实用新型实施例液压伺服作动系统的液压作动器的轴向示意图；

图3是图2的剖视图；

图4是本实用新型实施例液压伺服作动系统的原理图。

图中：1-位移传感器，11-保护环套，12-螺栓密封环，2-活塞杆，21-杆部，22-活塞，23-活塞密封环，3-作动筒体，31-接管嘴，32-连接支耳，4-左油腔，5-右油腔；6-支承座；7-温度传感器，8-集成阀块，81-伺服阀(一)，82-伺服阀(二)，83-伺服阀(三)，84-液压锁(一)，85-液压锁(二)，86-液压锁(三)，87-压差传感器(一)，88-压差传感器(二)，89-压差传感器(三)，810-控制出油接管嘴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型实施例以应用在无级可调喷管上为例进行说明，但是本实用新型的液压伺服作动系统不限于应用在无级可调喷管上，所有需要至少两组液压作动组件驱动的流量调节机构均可以采用本实用新型的液压伺服作动系统，其中，液压作动组件的数量与流量调节机构需要的作动器的数量相同，由于无级可调喷管一般采用三组液压作动器进行调节，所以本实施例给出的是三组液压作动组件的形式。

本实施例一种液压伺服作动系统，包括整体式伺服控制器和三组液压作动器，三组液压作动器分别受三组独立的液压控制阀组控制，三组液压控制阀组有三组独立的液压控制通道且依次设置在集成阀块8的左端、中间和右端，定义位于左端的为第一液压控制阀组、中间的为第二液压控制阀组、右端的为第三液压控制阀组，如图1所示，第一液压控制阀组包括伺服阀(一)81、液压锁(一)84、压差传感器(一)87，第二液压控制阀组包括伺服阀(二)82、液压锁(二)85、压差传感器(二)88，第一液压控制阀组包括伺服阀(三)83、液压锁(三)86、压差传感器(三)89。同时集成阀块8上设置有与能源系统连通的能源进油接管嘴和低压接管嘴，且集成阀块8上分别设置有与每组液压控制阀组连通的控制出油接管嘴810，由于一个液压作动器设置有两个进油腔，所以每组液压控制阀组均与两个控制出油接管嘴连通，也即在集成阀块要设置3组6个控制出油接管嘴，从而使每个液压作动器的油腔均与其对应的液压控制阀组通过相应的控制出油接管嘴连通。

如图2所示，所述液压作动器包括作动筒体3以及与所述作动筒体3配合的活塞杆2，所述活塞杆2上设置有位移传感器1，每个液压作动器的液压控制阀组和位移传感器1均与所述伺服控制器电连接构成独立的位置反馈闭环回路。

如图4所示，伺服控制器在工作中与发动机的控制系统连接，所述液压作动器的油腔通过集成阀块8上相应的液压控制阀组与能源系统连接，其中，每组所述液压控制阀组包括依次设置在相应控制通道上的伺服阀、液压锁、压差传感器；其中，伺服阀、液压锁直接连接在每个液压控制阀组的两条通道上，控制两条油路的导通；压差传感器设置在液压控制阀组的两条通道之间，用于测量液压作动器两个油腔的压差，且所述压差传感器设置在靠近所述液压作动器的油腔的一侧。两条油通道的两个端口，靠近压差传感器的一侧均分别与一个控制出油接管嘴连通，靠近液压阀的一端分别与能源进油接管嘴和低压接管嘴连通。

同时为了方便连接，每个液压作动器的作动筒体3上均设置有能与其油腔连通的接管嘴31。

本实施例液压伺服作动系统的在使用过程中，首先将液压作动器通过接嘴管31和控制出油接管嘴810固定连接，再将位移传感器1和液压控制阀组与伺服控制器电连接。具体工作过程为，伺服控制器按照控制系统的输入指令，对集成阀块8中的每组液压控制阀组进行单独控制，每个液压控制阀组将能源系统提供的高压油液分配至单个作动器两腔，液压作动器输出一定作用力并反馈活塞杆2位置至伺服控制器，由此每个每组阀锁压差组合与一套作动器构成独立的位置闭环回路；同时，伺服控制器可以每个位移传感器1的位移确认每个活塞杆2的速度，从而形成了活塞杆2与伺服控制器的速度环闭合回路，从而通过速度环闭合回路保证三路作动器运动的同步性和位置的一致性。

其中，伺服控制器的工作原理为：数字指令通过总线发送给伺服控制器，经内部芯片采集后输出给主控芯片。线位移传感器与压差传感器输出的反馈电压，通过AD转换为数字量，输入给控制电路。控制信号与反馈信号经过控制算法得出控制量，与主控芯片内比较单元得出闭环控制信号，闭环输出信号经功率放大后输入到作动器伺服阀，驱动伺服阀进行液压功率放大。

作为本实用新型的一种优选实施例，在每个伺服作动器的作动筒体3上均设置有温度传感器7，所述温度传感器7用于对作动筒体3温度进行监测，有效对作动筒体3内的温度进行监控，避免温度过对装置造成影响。

如图2或3所示，所述液压作动器为非对称液压杆，有杆端的活塞面积大于无杆端的活塞面积，液压作动筒的一端为密封端，所述作动筒体的另一端为供活塞杆2移动的开口端，所述开口端的开口口径小于所述作动筒体3的内径；所述活塞杆2沿所述作动筒体3的轴向设置，所述活塞杆2包括靠近所述密封端并设置在所述作动筒体3内的活塞22以及与所述活塞连接的杆部21，所述活塞22的外径与所述作动筒体3的内径适配，所述杆部21的外径与所述开口端的开口口径适配，所述活塞22的一侧与所述杆部21位于作动筒体内部分的外周侧以及所述作动筒体形成左油腔4，所述活塞22的另一侧与所述作动筒体3形成右油腔5，所述左油腔4和所述右油腔5分别与设置在作动筒体3上的与油路连接的相应的接管嘴31连通，所述位移传感器1设置在所述杆部21上。

容易理解所述左油腔4内进油，所述活塞22带动所述杆部21和位移传感器1向作动筒体3密封端移动，所述右油腔5进油，所述活塞22带动所述杆部21和位移传感器1向作动筒体外侧移动。

如图3所示，所述活塞杆2为中空结构，所述作动筒体内侧在无杆端一侧设置有支承座6，所述位移传感器1的移动端设置在活塞杆2内，所述位移传感器1与所述杆部21一端的轴孔侧壁密封连接，所述位移传感器1的固定端固定在支承座6上。

作为一种可选实施例，所述位移传感器1通过固定组件与所述杆部21一端的轴孔侧壁密封连接，所述固定组件包括套设在所述位移传感器外侧的保护环套11，所述保护环套11套设固定在所述轴孔内侧，且所述保护环套11与所述轴孔通过螺栓锁定密封连接。

作为一种可选，所述保护环套11的外周上沿其圆周方向设置有螺栓密封环槽，所述螺栓密封环槽内设置有与所述螺栓密封环槽适配的螺栓密封环12，螺栓密封环槽与螺栓密封环可以沿保护环套11的轴向间距设置两组，形成双重密封机构。通过螺栓密封环有效保证了保护环套11与轴孔侧壁的密封。

作为一种可选，所述活塞22的外侧沿其圆周方向设置有活塞密封环槽，所述活塞密封环槽内设置有与所述活塞密封环槽适配的活塞密封环23。活塞密封环23保证活塞可以将两个作动腔完全的隔离，避免了两腔室内液压油的连通。

作为本实用新型的可选实施例，所述能源系统可采用煤油介质。

本实施例液压伺服作动系统，三套液压控制阀组集成到一个集成阀块上，用于对液压作动器两腔油液的压力和流量进行控制，同时监测作动器两腔压力，同时在检测到系统压力归零后优选的将作动器活塞杆锁定在归零前的位置。

液压作动器采用位移传感器1内置式单出杆非对称的轻质化设计方案。活塞杆2上装有位移传感器1，跟随活塞杆2进行同步运动，并将活塞杆2的运动位置反馈至伺服控制器，从而构成位置闭环控制及速度控制。作动器筒体上安装有温度传感器7，可对作动筒壳体温度进行监测。

本实施例液压伺服作动系统具有以下有益效果：

采用浸油式位移传感器-非对称作动缸技术方案，极大减小了液压作动器的空间尺寸，以满足极为苛刻的小零位安装长度-大行程要求；

采用三路集成式“伺服阀-传感器”集成阀块与作动器分离式技术方案，将集成阀块单独布置，以提高液压作动系统的耐高温性能，满足机上严酷的高温工作环境要求；

采取非对称伺服作动器的动静态控制策略，以确保三路作动器的同步性，完成同步控制；

采用介质相容性、耐高低温的密封材料和多道密封结构保证该液压作动同时适用于煤油和红油等多种工作介质。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种液压伺服作动系统，其特征在于，包括整体式伺服控制器、至少两个液压作动器以及集成阀块，其中，每个液压作动器由一组液压控制阀组控制，每个液压作动器的液压控制阀组均设置在所述集成阀块上；

所述集成阀块上还设置有用于与系统能源连接的能源进油接管嘴和低压接管嘴以及用于与每个液压作动器的油腔连通的控制出油接管嘴，其中能源进油接管嘴和低压接管嘴与每组液压控制阀组均连通，每组液压控制阀组与其控制的液压作动器相连通的控制出油接管嘴连通；

所述液压作动器包括作动筒体以及与所述作动筒体配合的活塞杆，所述活塞杆上设置有位移传感器，每个液压作动器的液压控制阀组和位移传感器均与所述整体式伺服控制器电连接构成位置反馈闭环回路，所述整体式伺服控制器通过位移传感器换算出每个活塞杆的速度，伺服控制器通过位置反馈闭环回路分别对每个活塞杆的位移和速度单独控制，实现各个液压作动器的动作的同步性和位置的一致性。

2.如权利要求1所述的液压伺服作动系统，其特征在于，所述作动筒体上设置有温度传感器。

3.如权利要求1所述的液压伺服作动系统，其特征在于，所述液压控制阀组包括依次设置的伺服阀、液压锁和压差传感器，其中，所述压差传感器设置在靠近控制出油接管嘴的一侧。

4.如权利要求1所述的液压伺服作动系统，其特征在于，所述液压作动器为非对称液压杆，所述液压作动器无杆端的活塞面积大于有杆端的活塞面积，所述作动筒体内侧在所述无杆端一侧设置有支承座。

5.如权利要求4所述的液压伺服作动系统，其特征在于，所述活塞杆为中空结构，所述位移传感器的移动段安装在所述活塞杆内部，所述位移传感器的固定端安装在支承座上固定。

6.如权利要求5所述的液压伺服作动系统，其特征在于，所述活塞杆与作动筒体采用双重密封结构。

7.如权利要求1所述的液压伺服作动系统，其特征在于，所述液压作动器的作动筒体上设置有接管嘴，所述接管嘴与该液压作动器对应的液压控制阀组连接的控制出油接管嘴连接并连通。

8.如权利要求3所述的液压伺服作动系统，其特征在于，所述集成阀块上设置有三组液压控制阀组，三组液压控制阀组有三组独立的控制通道且依次设置在所述集成阀块的左端、中间和右端。