JP2007517176A - 油圧アクチュエータシステムのための冗長流量制御 - Google Patents

油圧アクチュエータシステムのための冗長流量制御 Download PDF

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Abstract

油圧アクチュエータ(111)またはサーボアクチュエータのための冗長流量制御を与えるために2つまたはそれより多くの流量制御弁(140a,140b)を用いることができる。流量制御弁はスリーブ(142a,142b)及び一次制御スプール(146a,146b)を有する。正常動作状態の下で、それぞれのバイパス制御スプールはスリーブに対して静止し、流量制御弁は4方向油圧流量制御弁として機能する。それぞれの流量制御弁は、遮断位置からバイパス位置に移動可能なバイパススプールを有するバイパス遮断弁(160a,160b)に連結される。1つの流量制御弁に供給圧力不良が生じると、バイパススプールがバイパス位置に移動し、対応するアクチュエータピストンチャンバの圧力を下げる。一次制御スプール(146a,146b)がロック状態になると、対応するバイパス制御スプールがスリーブ(142a,142b)内で移動して、バイパス溝による制御圧力の帰還ラインへの振り向けを可能にし、よって、対応するアクチュエータピストンチャンバの圧力を下げる。

Description

本発明は油圧アクチュエータシステムに関し、特に油圧アクチュエータシステムのための冗長流量制御に関する。
油圧アクチュエータは様々な用途に用いられ、サーボ機構に油圧流量制御弁を備えた場合、機械及び構造体の制御に用いることができる。そのような用途において、油圧アクチュエータはサーボアクチュエータと称されることがある。アクチュエータ及びサーボアクチュエータには機械及び航空用途を含む数多くの用途がある。サーボアクチュエータは、回転翼及び固定翼の航空機で、航空機の飛行及び着陸中に操縦翼面に発生する大きな力に対抗し、その力を制御するために用いられ得る。例えば、サーボアクチュエータは、回転翼航空機においては制流板のような位置調整装置に、固定翼航空機においては前脚着陸装置、主脚着陸装置、速度ブレーキ操縦翼面、フラップ操縦翼面及び一次操縦翼面のような位置調整装置に、用いることができる。
上記及びその他のようないくつかの用途に対しては、縦連油圧ピストン、すなわち2つまたはそれより多くのヘッドを有するピストンの使用が望ましいことがあり得る。縦連ピストンに対しは、油圧システム、例えば操縦システムが、油圧システムの内の1つが故障した場合にも機能できるように、冗長流量制御弁及び油圧システムを用いることができる。2つのピストンヘッドが存在する場合、アクチュエータは縦連または双縦連のアクチュエータまたはサーボアクチュエータと称されることがある。
代表的な冗長双縦連サーボアクチュエータにおいては、必要な流量制御冗長度を与えるために2つの機械的流量制御弁が必要である。冗長度には、油圧源の故障がおこった場合または制御弁のロックがおこった場合、すなわち制御弁スプールがロックするかまたは制御弁のスリーブ内で動かなくなった状況において、アクチュエータに対して流量制御を与えることができる能力を含めることができる。例えば、航空機用途においては、1つの油圧システムの1つの油圧源の故障後に操縦士による別の油圧システムを備えるサーボアクチュエータの機械的操作を可能にする、故障−操作能力を冗長双縦連サーボアクチュエータが有することが望ましい。流量制御弁の内の1つのロックまたは不動化後に操縦士によるいずれの流量制御弁の機械的操作も可能にする、故障−操作能力を冗長双縦連サーボアクチュエータが有することも望ましい。
そのような安全目的のために様々な冗長サーボアクチュエータが用いられてきたが、これらの多くはシステム圧力が比較的高い油圧源を利用していた。一般にそのような圧力を測定すると、数1000ポンド/平方インチ(psi)(1psi〜6.9×10Pa)になる。そのような高い圧力は、1つの油圧システムの故障後に不作動ピストン/シリンダ集成体のチャンバに大きなバイアス力を生じさせることができ、続いてこの力はオペレータよる故障したシステムの操作を困難にすることができ、したがって冗長アクチュエータシステムを有することの利点を無効にし得る。
上述した理由のため、故障アクチュエータシステムにおいて、故障後の圧力が低く、バイアス力が小さい、故障−操作能力を提供する油圧アクチュエータのための冗長流量制御が必要とされている。
本発明は、双油圧アクチュエータシステムを含むがこれには限定されない、冗長油圧アクチュエータシステムのための冗長流量制御弁システムに向けられる。
本発明の第1の実施形態には、縦連油圧アクチュエータとともに用いるための油圧流量制御システムを含めることができる。本流量制御システムは、スリーブ、スリーブ内に滑動可能なように配置されたバイパス制御スプール及びバイパス制御スプール内に滑動可能なように配置された一次制御スプールを有する流量制御弁集成体を備えることができる。アクチュエータの1つのピストンを制御する、供給ライン、帰還ライン、制御ライン、アクチュエータ伸出しライン、及びアクチュエータ引戻しラインに、バイパス遮断弁を油圧結合することができる。流量制御システムは、有向チェック弁及びレストリクター手段を有するレストリクター−チェック弁集成体も備えることができる。バイパス制御スプールは、1つまたはそれより多くの溝を有することができ、2つの制御端を有する制御溝を有することができる。
第2の実施形態にはサーボアクチュエータ制御システムを含めることができる。本システムは、第1のバイパススプール内に滑動可能なように配置された第1の一次制御スプール及びその内部に第1のバイパススプールが滑動可能なように配置された第1の固定スリーブを備えることができる。本システムは、第2のバイパススプール内に滑動可能なように配置された第2の一次制御スプール及びその内部に第2のバイパススプールが滑動可能なように配置された第2の固定スリーブを備えることができる。第1のバイパス遮断弁を第1の制御弁に油圧結合することができる。第2のバイパス遮断弁を第2の制御弁に油圧結合することができる。第1のレストリクター−チェック弁集成体を第1のバイパス遮断弁に油圧結合することができる。第2のレストリクター−チェック弁集成体を第2のバイパス遮断弁に油圧結合することができる。縦連油圧アクチュエータを第1の制御弁及び第2の制御弁に油圧結合することができる。第1及び第2のバイパス制御スプールはそれぞれ、第1及び第2の制御端をもつ制御溝を含む、1つまたはそれより多くの周溝を有する外周面を有することができる。
第3の実施形態には油圧アクチュエータのための冗長流量制御を与える方法を含めることができる。油圧流量制御システムの故障に応答して対応するアクチュエータの両側のシリンダチャンバ圧力を対応する帰還ラインに振り向けることができる。故障していない油圧流量制御システムの対応するピストンに流量制御を与えることができる。油圧供給ライン故障及び/またはアクチュエータロックに応答して、対応するアクチュエータの両側のシリンダチャンバ圧力を帰還ラインに振り向けることができる。バイパス遮断弁を遮断位置からバイパス位置へ移動させることによってシリンダチャンバ圧力を帰還ラインに振り向けることができる。バイパス制御スプールをヌル位置から変位させることによってシリンダチャンバ圧力を帰還ラインに振り向けることができる。制御スプールを変位させる工程には制御ラインを対応する帰還ラインに連結する工程を含めることができる。
本発明の上記及びその他の特徴、態様及び利点は、以下の説明、添付される特許請求の範囲及び添付図面に関して、さらによく理解されることになろう。
本発明は、添付図面とともに読むべきである、以下の詳細な説明によって理解することができる。以下のいくつかの実施形態の詳細な説明は例示に過ぎず、本発明の範囲の限定を意味するものではない。
図1を参照すれば、一対の冗長油圧操縦システム120a、120bによる双縦連油圧アクチュエータ111の制御のためのサーボアクチュエータ制御システムすなわち主サーボ制御システム100が示されている。図面において、末尾が「a」及び「b」の参照数字は、注記されている場合を除き、第1及び第2の油圧流量制御システム、例えば120a及び120bのそれぞれの対応する要素を示す。
油圧流量制御システム120a,120bのそれぞれは、油圧流量制御弁140a,140b、バイパス遮断弁集成体160a,160b、及びレストリクターチェック弁集成体170a,170bを備えることができる。流量制御システム120a,120bのそれぞれは、双縦連油圧アクチュエータ111のシリンダ105a,105b内のピストン104a,104bの位置を制御するために作用することができる。ピストン104a,104bは出力ロッド108を有する出力ピストン集成体の一部として連結させることができる。
いくつかの実施形態において、油圧流量制御システム120a,120bはそれぞれ、一方のシステムに影響するクラックが他方のシステムに伝搬し得る可能性を小さくするかまたは排除するために独立マニホールド102a,102b内に収めることができる。第1及び第2のマニホールド102a,102bは堅固に結合することができ、第1及び第2のシリンダ105a,105bは堅固に結合することができる。例えば、シリンダ105a,105bはシリンダ105a,105bの中心グランド領域の周りに間隔をおいて設けられた高強度ボルトを用いて結合することができる。あるいは、油圧流量制御システム120a及び120bは単一のマニホールド内に収めることができる。
図1を続けて参照すれば、出力ロッド108は接続点3において構造体1、例えばヘリコプターの構造体またはフレームに結合することができる。流量制御システム120a,120bは、制流板出力ロッド及びボール端110のピストン104a,104bに対する伸出し及び引戻しを行い、よって取り付けられているいかなる要素も動かすために、油圧アクチュエータ111を制御することができる。例えば、ヘリコプター制流板7はロッド及びボール端110によってマニホールド102bに結合することができ、システム100が制流板7に対する出力位置、レート及び負荷制御を与える。この態様においては、可動体型サーボアクチュエータ制御システムを達成することができる。
流量制御システム120a,120bの油圧流量性制御弁140a,140bのそれぞれは、外部スリーブ142a,142b、バイパス制御スプール144a,144b、及び一次制御スプール146a,146bを有することができる。バイパス制御スプール144a,144bのそれぞれは、付帯するスリーブ142a,142bに嵌合し、それぞれの中で動くことができる。流量制御弁140a,140bは、(破線101aで示されるように)一次制御スプール146a及び146bに連結された入力シャフトのような、連結手段すなわちリンク機構によって連結することができる。この結果、一次制御スプール146a,146bは同じ機械的入力に応答して縦連で動くことができる。
一次制御スプール146a,146bはバイパス制御スプール144a,144b内で軸線に沿って動くことができる。スリーブ142a,142b、バイパス制御スプール144a,144b、及び一次制御スプール146a,146bは、同心の、入れ子構成で配置することができる。一次制御スプール146a,146bはバイパス制御スプール144a,144bに重ねることができる。いくつかの実施形態においては、一次制御スプール146a,146b及びバイパス制御スプール144a,144b及び付帯する溝及びオリフィスは共摺り(flow grinding)にかけることができる。すなわち「共摺り(flow-ground)」することができる。バイパス制御スプール144a,144bは同様に、スリーブ142a,142bに重ね、共摺りすることができる。それぞれの流量制御システムの外部スリーブ142a,142bは、適切な流量制御弁油圧ヌルアジャスター/ロック手段112a,112b、例えば1つまたはそれより多くのねじ集成体によって所定の位置に保持することができる。流量制御弁140aについて1つのアジャスター/ロック手段112aしか示されていないが、流量制御弁140bについて示される第2のアジャスター/ロック手段112bと同様に、第2のアジャスター/ロック手段112aも設けることができる。
中心合せ手段150a,150bがはたらいて、それぞれのバイパス制御スプール144a,144bを関係するそれぞれのマニホールド内のあらかじめ定められた位置につけることができる。いくつかの実施形態においては、例えば図4に示されるように、個別の内部及び外部の、入れ子にされたコイルスプリング及び保持器を含むがこれらには限定されない、バネ集成体を適する中心合せ手段として用いることができる。
バイパス遮断弁160a,160bは流量制御弁140a,140bに油圧結合することができる。バイパス遮断弁160a,160bはシャトル弁とすることができ、例えばバイアスバネのような、バイアス手段164a,164bによって位置決めされるバイパススプール162a,162bを有することができる。流量制御システム120a,120bのそれぞれに対し、それぞれのバイパス遮断弁160a,160bは、(i)正常動作中の供給ライン130a,130bから流量制御弁への油圧液の連続供給を可能にするため、及び(ii)供給不良または制御弁ロックがおこった場合に伸出し及び引戻しラインの制御圧力を帰還ラインに振り向けるために、機能することができる。
特定の油圧流量制御システム、例えば120aでの動作条件に依存して、バイパススプール162a,162bは、図1に示されるような第1の位置から、図2に示されるような第2の位置に移動することができる。スイッチ165a,165bは、いくつかの実施形態において、マイクロスイッチとすることができ、バイパススプール162a,162bがバイパス位置にあるときを示すことができる。
スイッチ165a,165bは、バイパススプール、例えば162aの位置を示すためにバイパス遮断弁160a,160bのそれぞれに対して設けることができる。スイッチ165a,165bは1本またはそれより多くの電気リード線166で接続することができ、電気コネクタ168を介してアクセスすることができる。
レストリクター−チェック弁集成体170a,170bはバイパス遮断弁160a、160bに油圧結合することができる。レストリクター−チェック弁集成体170a,170bは、有向チェック弁171a,171b及び、例えば、寸法が十分小さいオリフィスまたはアパーチャとすることができる、レストリクター手段174a、174bを有することができる。有向チェック弁171a,171bは、バイパススプール162a,162bによって変位させられる油圧液の、付帯する供給ライン130a,130bへの移動を可能にすることができる。レストリクター手段は、以下でさらに詳細に説明するように、制御圧力にある流体を、体積流量を制限しながら、一定の条件においてバイパススプール162a,162bを移動させるために用いることを可能にすることができる。
次に図2を参照すれば、油圧流量制御システム120aが供給圧力不良状態にある、図1のシステム100が示される。図示される状態では、例えば、油圧供給ライン130aに漏れが生じた場合におこるであろうように、供給インレット130aにおける油圧供給圧力が正常供給圧力より下がる。
油圧流量制御システム120bのバイパススプール162bは、油圧流量制御システム120bの正常動作状態に対する、第1の位置すなわち「遮断」位置に示され、油圧流量制御システム120aのバイパススプール162aは第2の位置すなわち「バイパス」位置に示される。遮断位置において、バイパススプール162bの一端での供給圧力にある油圧液からの力はバイアス手段164b、例えばバネの反力より大きい。この結果、バイパススプール162bは遮断位置に保持され、図5に関してさらに詳細に説明するように、関係する油圧回路ラインすなわち通路にあるいくつかのポートを遮断する。遮断位置では、バイパススプールの溝が供給ラインと揃えられ、全供給圧力下の油圧液が制御弁140bに流れることを可能にする。
例えば、図2の油圧流量制御システム120aに示されるような、供給圧力不良がおこった場合、バイアス手段164a,164bがバイパススプール162a,162bをバイパス位置まで押す。バイパス位置においては、以下でさらに詳細に説明するように、シリンダ105a,105bの伸出し及び引戻しチャンバからの圧力が対応する帰還ライン175a,176bに振り向けられ、ピストン104a,104bに作用する圧力が大きく下がる。
図3は、油圧流量制御システム120bは正常に動作しているが、油圧流量制御システム120aは故障すなわちロック状態になっている動作状態にある図1のシステム100を示す。バイパス制御スプール144aに対してロックされ、不動状態になった、流量制御弁140aの一次制御スプール146aが示される。図1及び2に示されるように、操縦士が機械的入力レバー4及び入力シャフト101aによって機械的ニュートラル位置に対して変位させた、バイパス制御スプール144aが示される。正常に動作している流量制御システム120bは、流量制御システム120aのロックした一次制御スプール146aによる影響を受けない。
図4は一実施形態にしたがう冗長流量制御のための代表的な流量制御弁400の拡大図を示す。流量制御弁400はマニホールド403b内に設けることができ、バイパス制御スプール444内に一次制御スプール446を収めることができる。バイパス制御スプール444はスリーブ442内に受け入れることができる。入力レバーアタッチメントすなわち入力端401は、一次制御スプール446に制御力を伝えるためにはたらくことができる。スリーブ442は、流量制御弁400の油圧ヌルを設定及び調節するために動作させることができる、1つまたはそれより多くのスリーブアジャスター/ロック、例えば402によってマニホールド403bに保持することができる。スリーブアジャスター/ロック402は、双制御弁システム(例えば図1のシステム100)の別の流量制御弁(図示せず)に付帯する第2のマニホールド403aのいくつかの部分を貫通することができ、スリーブ442のアパーチャ406に受け入れられ得る円錐形の先端404を有することができる。
一次制御スプール446は所望の数の、例えば図示されるように4つの、ランド490を有することができ、バイパス制御スプール444に重ねて、共摺りすることができる。一次制御スプール446への機械的入力はいずれか既知の手段によることができ、一次制御スプール446の、例えば入力端401において、溝に嵌め込まれた球形ボールレバーを有することができる。一次制御スプール446の位置は、入力端401に機械的に入力されるコマンドよって、例えば入力シャフト、例えば図1の入力シャフト101に操縦士が入力するコマンドによって、制御することができる。
スリーブ442とバイパス制御スプール444の間及びバイパス制御スプール444と一次制御スプール446の間のそれぞれの直径クリアランスは、いずれか適する大きさすなわち寸法とすることができる。いくつかの実施形態において、直径クリアランスは0.001インチ(0.0254mm)のオーダーにあることができる。取外し可能なカバー430を、流量制御弁400へのアクセスを可能にするために備えることができ、図示されるようにボルト434及びワッシャ432でマニホールド403bに取り付けることができる。
スリーブ442は溝443及び流路445及びオリフィス493を有することができる。溝443により、スリーブ442の周面を回して油圧液を流すことができる。流路445及びオリフィス493により、スリーブ442の径方向に油圧液を流すことができる。供給ライン478を、図示されるように、スリーブの溝443及び流路445に連結することができる。伸出し制御ライン476及び引戻し制御ライン472をスリーブ442の溝443及び流路445に連結することができる。図4に示されるように、伸出し制御ライン476及び引戻し制御ライン472の上部及び下部は、それぞれ、バイパス遮断弁、例えば図1の160b、及び関連するシリンダ、例えば図1の105b、に通じることができる。あるいは、伸出し制御ライン及び引戻し制御ラインは逆の構成でバイパス遮断弁及びシリンダに接続することができる。
バイパス制御スプール444も油圧液を同様の流すことができる溝447及び流路449を有することができる。バイパス制御スプール444も液流を制御するためのオリフィス492を有することができる。バイパス制御スプール及びスリーブのそれぞれの溝及び流路のいくつかは径方向に揃えることができるが、径方向の位置の方位合せは必要ではない。バイパス制御スプール444,スリーブ442及び一次制御スプール446は、正常動作の下で4方向弁として動作する。それぞれの溝は、スリーブの外周面をスリーブの内周面に接続する1つまたはそれより多くのオリフィスまたは流路を有することができる。バイパス制御スプールがオリフィス492を閉塞していない場合、油圧液はスリーブ442の外部の油圧ラインから、バイパス制御スプール444及び一次制御スプール446が配置されている、スリーブ内部に流れることができる。スリーブ442には7本の溝が示されているが、他の数の溝443も用いられ得ることは理解されるであろう。
バイパス制御スプール444はスリーブ442に重ねて、共摺りすることができる。バイパス制御スプール444は、正常動作状態においてスリーブ442上の流量計量スロットすなわち流路445に重なる、2つの共摺りされた帰還制御端482,484を有する制御溝480を有することができる。例えば図1のレストリクター手段174bからの、システム圧力にある油圧液を有する制御ライン474は、計量面すなわち制御端482,484に対応する2つのオリフィス493の間の溝480に、油圧結合することができる。正常動作に対するヌル位置においては、制御端482,484の重なりにより、制御ライン474と帰還ライン470,471の間のいかなる液流または圧力の漏れも最小限に抑えることができる。制御端482,484がスリーブ442及びオリフィス493に対して移動すると、制御ライン474の圧力が470及び471において連結された帰還ラインに振り向けられる。
バイパス制御スプール444は、(i)正常な流量制御弁動作のための一次制御スプール446への液流源、及び(ii)図3の油圧流量制御システム120aについて示されているような、バイパス制御スプール444と一次制御スプール446の間の、不動化またはロックに続くバイパス遮断弁のバイパス流量制御を提供するために機能することができる。スリーブ442は油圧供給ライン、帰還ライン、シリンダチャンバ制御ラインすなわち伸出しライン及び引戻しラインのため、及びバイパス遮断弁制御圧力のための、流量制御弁集成体400の出入りポート形成を提供する。バイパス制御スプール444と一次制御スプール446の間でロックがおこった場合、バイパス制御スプール444はスリーブ442に対して滑り、バイパス溝480及び計量面、例えば482,484が制御チャンバ、例えば図5の511の圧力を、例えば470及び471において帰還ライン圧力に振り向けるであろう。
中心合せ手段450は、バイパス制御スプール444の位置をスリーブ442に対してあらかじめ定められた位置にバイアスするためにはたらくことができる。いくつかの実施形態において、中心合せ手段450は、一対の入れ子にされた内部及び外部圧縮バネ452及び454,一対のバネ保持器456及びインサートピン457を有する隔離カバー450を有する、中心合せバネ集成体を有することができる。外部バネ454は一方の側のマニホールド/シリンダ集成体表面と他方の側のバネ保持器スリーブ表面の間であらかじめ荷重をかけておくことができる。内部バネ452は同じ保持器/スリーブ表面であらかじめ荷重をかけておくことができ、保持器はバイパス制御スプール444にピン止めすることができる。
一次制御スプール446がバイパス制御スプール444に対して不動になるかロックしてしまった場合、一次制御スプール446及びバイパス制御スプール444は機械的入力に応答して一緒に動くことができ、よって中心合せ手段450の内部バネ452または外部バネ454を圧縮する。一次制御スプール446は、冗長流量制御弁(図示せず)の圧力、例えばエンドチャンバ458を帰還圧力に平衡させることができる、中空流路448を有することができる。すなわち、流路448は、流量制御弁400を備える冗長流量制御システムの帰還圧力平衡化を容易にすることができる。
対応するスリーブ/バイパス制御スプール集成体を、油圧ヌルが達成されるまで、それぞれの方向に調節することによって流量制御弁400の一次制御スプール446のヌル調節を与えるために、1つまたはそれより多くのアジャスター/ロック402を用いることができる。この調節のため、入力レバー上の弁ストロークピンと嵌合する高硬度ピンツールの使用によって、入力レバーを機械的ヌルに保持することができる。油圧ヌルが達成されると、スリーブに対するいずれのアジャスターも、制御されているかまたはあらかじめ定められたトルクレベルに同時に固定され、マニホールド/シリンダ集成体に対してスリーブを所定の位置に確実に保持するためにマニホールド及び/またはシリンダ集成体にワイアーロックされる。制御されたトルクにより、スリーブ重ね嵌めの内径をスプール対スリーブ重ねクリアランスの歪み及びおそらくは減少から防止することができる。1つの流量制御システム、例えば図1の140aは、他の流量制御システム(図示せず)に配置することができるヌルアジャスター/ロックによって油圧ヌルに調節することができる。ヌル調節及びロック機能を達成するために別のアジャスター/ロックを用いることができる。
冗長流量制御システムの残りの流量制御弁(図示せず)に備えられる対応する中心合せ手段によって与えられる相補的に対向する軸方向力のため、バイパス制御スプール444は中心合せされ、双方向性の荷重があらかじめかけられた状態の下においてあらかじめ定められた位置でスリーブ442に保持される。中心合せバネ集成体はあらかじめいずれの方向にも等しく荷重をかけることができ、(スプール中心線上の)変位方向においてバイパス制御スプールとスリーブの間のクリアランスがゼロであるように設計することができる。
いくつかの実施形態、例えば異なる油圧システム間のシステム間漏れが望ましくはない実施形態において、図示されるように運動用シール460,460,460を設けることができる。シール460はスリーブ442とマニホールド403bの間の漏れを小さくするようにはたらくことができる。シール460,460はスリーブ442とバイパス制御スプール444の間の漏れ、及びバイパス制御スプール444と一次制御スプールの間の漏れも、防止するように配置することができる。そのようなシールはエンドチャンバ458への油圧システム漏れを防止するかまたは最小限に抑えることができる。そのようなシールを必要に応じて設けることができ、設けられていても、付帯する流量制御弁には必要ではない。
次に図5を参照すれば、バイパス遮断弁500の拡大図が示されている。バイパス遮断弁500は、バイアス手段505によってあらかじめ定められた位置にバイアスされる、バイパススプール501を有することができる。バイアス手段の例には、バネ集成体、例えば受座579及び止め504をもつ1つまたはそれより多くのバネを含めることができるがこれには限定されない。
バイパス遮断弁500は、マニホールド、例えば529内に設けることができ、付帯するピストン及びシリンダ(図示せず)に対する、制御またはバイパスされたシリンダチャンバライン、例えば伸出しライン509e及び引戻しライン509rを帰還ライン576に振り向けることができる。バイパススプール501は、バイパスされるシリンダチャンバライン509e及び509rが閉塞され、供給ライン530が関係する流量制御弁、例えば図4の400に開放され、よって正常な流量制御弁流量制御を与える、第1の位置すなわち「遮断」位置から、シリンダチャンバライン509e及び509rを帰還ライン576に連結する、第2の位置すなわち「バイパス」位置に移動することができる。
バイパススプール501は、(i)例えば図2のレストリクター−チェック弁集成体170aからの、制御ライン578におけるシステム圧力が不良になる、すなわち閾値より低下するか、あるいは(ii)バイパス制御スプール、例えば図4の444がロック故障の結果としてスリーブ、例えば図4の442に対して動いた場合に、遮断位置からバイパス位置に位置を変えることができる。状況(i)または(ii)のいずれにおいても、バイパススプール501の一方の側で制御ライン578に連結されている制御チャンバ511内の圧力があらかじめ定められた閾値より低くなり、バイパススプール501は(図示される)遮断位置からバイパス位置、例えば図5における制御チャンバ511の左端に位置を変える。
バイパススプール501は、1つまたはそれより多くのランド502及び周溝503を有することができる。バイパススプール501は、中央ポート512及び流路506を有する、通路すなわち内部流路も有することができる。流路506は中央ポート512をランド502のいくつかの間でチャネルすなわち溝503に連結できる。流路506及び中央ポート512はドリルで開けるかまたは、放電加工(EDM)を含むがこれには限定されない、その他の方法で形成することができる。
いくつかの実施形態において、システム圧力不良または流量制御弁不動故障を監視者またはオペレータに示すことができるように、バイパススプール501の位置を検出するためにマイクロスイッチ520を設けることができる。取り外し可能なマイクロスイッチカバー524によりマイクロスイッチ520へのアクセスが可能になる。改善された油圧シールのために運動用シール526及び526を設けることができる。圧力を逃がすために運動用シール526と526の間にベント510を設けることができる。マイクロスイッチ520を確実に固定するために1つまたはそれより多くのねじ522を使うことができる。バイパススプール501の動きを拘束するため並びにバネ止め504へのアクセス及びその位置決めを可能にするために保持器508を設けることができる。
図6は2つの流量制御システムを備える主サーボ制御アクチュエータシステム600の一部を示し、それらの内の1つ、流量制御システム620aが示される。流量制御システム620aは流量制御弁640aを備えることができ、バイパス遮断弁660aも備えることができる。付帯する双ピストン縦連アクチュエータの、対応するシリンダ614a,ピストン615a,運動用シール611,619を有する出力ロッド610及び主シャフト621が示される。出力ロッド610はロッド及びボール端607及びブラケット633によって操縦機素または機体のような構造体631に連結することができる。図面には示していないが、第2の流量制御システムを、双ピストン縦連アクチュエータの第2のピストンに作用するため及び冗長流量制御機能を与えるために、示される特徴とともに用い得ることは当然である。
流量制御弁640aはバイパス制御スプール644a内に一次制御スプール646aを有することができる。スリーブ642a内にバイパス制御スプール644aを受け入れることができる。スリーブ642aは、溝643a,流路645a及びオリフィス698aを有することができる。バイパス制御スプール644aは、上述したように、溝647a,オリフィス649a及び流路697aを有することができ、よって流量制御弁644aは正常動作の下で4方向弁としてはたらく。バイパス制御スプール644aは計量面すなわち制御端682a及び684aをもつバイパス溝643aも有することができる。スリーブ642aの1つまたはそれより多くの溝643aはバイパス帰還ライン696aによって帰還回路すなわち帰還ライン690aに連結することができる。ピストン615aの伸出し及び引戻しのための制御ライン692a,694aは、図示されるように、流量制御弁640a及びスリーブ642aにピストン615aを連結することができる。制御ライン692a,694aは、ピストン615aの相異なる側に、例えば伸出し面及び引戻し面すなわち618a側及び617a側に作用することができる。漏れを小さくするかまたは排除し、シリンダチャンバ圧力612a及び613aを隔てるために、運動用シール616aを設けることができる。
入力アタッチメント603aをもつ入力レバーまたは入力端601aは制御力を一次制御スプール646aに伝えるためにはたらくことができる。入力レバーまたは入力端601a及び入力アタッチメント603aは、2つの一次制御弁が縦連で動くように、付帯する流量制御システムの対応する入力集成体に連結することができる。流量制御弁640aはマニホールド606a内に設けることができ、マニホールド606aは第2の流量制御システム(図示せず)を収める第2のマニホールド606bに連結することができる。2つのマニホールド606a,606bは連結点で、例えばボルト連結として連結することができ、区分線632で示されるように互いに接することができる。スリーブ642aは1つまたはそれより多くのスリーブアジャスター/ロック602aによってマニホールド606aに保持することができる。
内部バネ652a及び外部バネ654a,保持器656a及びピン658aを含むバネ集成体を有する中心合せ手段650aはスリーブ642aに対してバイパス制御スプール644aを位置決めし、あらかじめ荷重をかけることができる。カバー659aが中心合せ手段及び/または制御弁640aへのアクセスを可能にすることができる。
図6に示される動作状態は第1の油圧流量制御システム620aへの供給ライン630aにおけるシステム圧力低下不良または油圧液減損不良に相当する。供給ライン630aの圧力があらかじめ定められた閾値より低下したとき、例えば油圧液漏れの場合は、制御ライン686aの圧力も低下し、バネ669aで与えられるバイアス力がバイパス遮断弁集成体660a内部でシャトルバルブまたはバイパススプール662aを遮断位置からバイパス位置に移す。制御ラインの上部678a及び下部686aに連結されたバイパス遮断弁制御圧力チャンバからの油圧液量は、バイパススプール662aの位置変化を容易にするために,1方向チェック弁671aを介して移すことができる。矢印で示されるような流れ遮断方向をもつチェック弁671aは、オリフィスのようなレストリクター手段674aも有するレストリクター−チェック弁集成体670aの一部とすることができる。油圧液汚染物を除去するためにフィルタ673aを供給ライン630aに設けることができる。
図示されるように、バイパススプール662aがバイパス位置にある場合、伸出し側612a及び引戻し側613aのいずれにおいてもシリンダチャンバ圧力は、バイパスライン685a及び688aを介し、バイパススプールの流路663aを介して、帰還ラインすなわち帰還回路676aに振り向けられる。バイパス位置において、バイパススプール662aは供給ライン630aの上部を流量制御弁640aに供給する供給ラインの下部687aから遮断する。
バイパススプール662aのバイパス位置は、所望の位置、例えば、第2の流量制御システムのための対応するスイッチ及び/または入力/出力接続、例えば図1の電気コネクタ168に、線路または電線666によって接続することができる、スイッチ665aで検出することができる。
図6に示される構成において、シリンダ614aのピストン615aのそれぞれの側612a,613aにおけるシリンダ圧力は、帰還ライン676aの圧力に等しいかまたは実質的に等しいであろう。帰還ライン圧力は一般に供給圧力すなわちシステムライン圧力よりかなり低いから、双縦連ピストンのシャフト621に連結された第2のピストンに作用する正常動作油圧流量制御システム(図示せず)は、そうでなければ存在するであろうピストン615aにかかる大きな力に打ち勝つ必要なしに動作することができる。
いくつかの実施形態において、一方の流量制御システム、例えば図示されていない関連システムの帰還ライン圧力は、主サーボ制御アクチュエータシステム600のいずれの流量制御弁集成体についても帰還ライン圧力の平衡を維持するために、流量制御弁640aのエンドチャンバ651aに振り向けることができる。例えば、関係する流量制御弁集成体の帰還ライン696bからの653における帰還ライン圧力は一次制御スプール646aにあるポート、例えば648aを介してエンドチャンバ651aに振り向けることができる。
図7は、流量制御弁640aが不動またはロック状態にある、図6の主サーボ制御アクチュエータシステム600の一部を示す。バイパス制御スプール644aがスリーブ642aに対してニュートラル位置から変位している、関係するバイパス制御スプール644aに対してロックしたかまたは不動状態になっている一次制御スプール646aが示される。バイパス制御スプール644aに対するニュートラル位置は所望の位置、例えば図1及び2に示される位置に調節することができる。
図7に示されるように、バイパス制御スプール644aがニュートラル位置から変位していると、計量面の内の1つ、例えば682aまたは684aがスリーブ642aの付帯するオリフィス698aの端または一部を過ぎて移動し、制御ライン686aにおいて制御圧力にある油圧液を、バイパス遮断弁の制御側からライン690aを通して帰還ライン676aに振り向けることが可能になる。制御ライン686aの油圧液が帰還ラインに振り向けられると、バイパススプール662aの制御側にかかる圧力が低下し、(図示されるように)バイパススプール662aはバイアス手段669aによって遮断位置からバイパス位置に移される。バイパス位置につくと、バイパススプール662aは、ライン687aを介する供給ライン630aから流量制御弁640aへの油圧液の流れを遮断する。
この構成において、制御ライン686aの油圧液は(矢印で示されるように)バイパス溝645aを流過して、流路645a及び対応するスリーブ溝643aに入ることができる。周溝とすることができる溝642a内にあると、油圧液は帰還ラインシステム、例えばライン696a及び690a並びに溝643aに入ることができる。ライン690aの上部は、図示されるように、スリーブ642aをバイパス遮断弁660a及び帰還ライン676aに連結することができる。図示される位置に対し、レストリクター−チェック弁集成体670aのレストリクターすなわちオリフィス674aが、帰還ライン676aとの連結により、供給圧力にある大量の油圧液の686aにおける圧力増大を防止することができる。これにより、バイパススプール662aの遮断位置への移行を防止することができる。
図7に示される構成では、シリンダチャンバ圧力は、ピストン615aの伸出し側612a及び引戻し側613aのいずれにおいても帰還ライン圧力のレベルまで下がる。正常動作している流量制御システム(図示せず)は、ピストン615aに作用する高圧力に対抗する必要なしにシャフト621に連結された双ピストンアクチュエータの他方のピストンを制御し続けることができる。(図示されていない)一方の流量制御システムの帰還ライン圧力は、両方の流量制御弁集成体について帰還ライン圧力平衡を維持するために、ポート648aを介してエンドチャンバ651aに振り向けることができる。
図8は、代表的な双縦連出力ピストン集成体すなわちアクチュエータ800の部分断面図を示す。第1のピストンヘッド804a及び第2のピストンヘッド804bを有する主ピストンに連結された、ストローク長819を有する出力シャフト808が示される。第1のピストンヘッド804aは、ピストンヘッド804aのための油圧流量制御システムを収めているシステムマニホールドと一体化するかまたはこれに取り付けることができる、第1のシリンダ集成体805a内を滑動する。同様に、第2のピストンヘッド804bは対応する第2のシリンダ集成体805b内を滑動する。第2のシリンダ集成体805bは異なるシステムマニホールドと一体化するかまたはこれに取り付けることができる。図には制御ラインまたは油圧ポートが示されていないが、それらが適する場所に設けられていることは理解されるであろう。
第1及び第2のシリンダ集成体805a,805bは適する連結手段によって連結することができる。例えば、ボルトによる堅固な連結等を行うことができる。第1及び第2の中央グランド816a,816bが、ピストン止め面及び油圧シールを与えるために、連結されたシリンダ集成体805a,805bの2つの内部チャンバを隔てることができる。それぞれの中央グランド、例えば816aは、単ピストンロッド運動用シール803及び単固定用シール807を有することができる。それぞれの中央グランド、例えば816bは、両システムチャンバの間に設置し、閉じ込めることができる。いくつかの実施形態において、中央グランド816a,816bは、ピストンロッド−中央グランド接触摩耗を低減できる、自滑性アルミニウム−青銅材料でつくることができる。両シリンダ805a,805bは、中央グランドと同心で、流量制御弁集成体外周に配された精密許容差パイロット直径を用いて、取付けのための位置決めを行うことができる。油圧シールを向上させるために、ピストンロッド運動用シール802及びピストンヘッド運動用シール801を設けることができる。
図8を続けて参照すれば、伸出しチャンバ812a,812b及び引戻しチャンバ813a,813bにそれぞれ作用される、ピストンの伸出し側818a,818b及び引戻し側817a,817bの面積はそれぞれ、必要に応じ、異ならせて設計することができる。例えば、ピストンの伸出し面積及び引戻し面積はストール負荷仕様及びエンベロープ要件のいずれにも合うように設計することができる。いくつかの実施形態において、第1のピストンの面積は若干不等であるか及び/または完全に不等であるように設計することができる。例えば、第1のピストンは1.554平方インチ(1002.8mm)の伸出し面積及び1.063平方インチ(685.9mm)の引戻し面積を有し、対応する第2のピストンは1.604平方インチ(1034.7mm)の伸出し面積及び1.410平方インチ(909.9mm)の引戻し面積を有することができる。いくつかの実施形態において、ピストン面積は、対応するシリンダチャンバ内の対応するピストンを動かす傾向を有するバイアス力を最小限に抑えるために、等しくするかまたは実質的に等しくすることができる。
図9は、冗長油圧アクチュエータまたはサーボアクチュエータシステムのための冗長流量制御を与える方法900についてのフローチャートを示す。対応する油圧流量制御システムの故障に応答して、冗長アクチュエータの油圧アクチュエータの両側におけるシリンダ圧力を対応する帰還ラインに振り向けることができる(ステップ902)。ロックした制御弁の制御スプール不動に応答して、圧力制御ラインを対応する帰還ラインに連結することができる(ステップ904)。対応する供給ラインの不良に応答して、アクチュエータの両側のチャンバ圧力を対応する帰還ラインに振り向けることができる(ステップ906)。故障していない油圧流量制御システムを用いて冗長アクチュエータのピストンへの流量制御を与えることができる(ステップ908)。故障した油圧流量制御システムのアクチュエータシリンダチャンバ圧力を振り向けることにより、冗長アクチュエータにかかる故障システムからの負荷を低減または排除することができる。ステップ904及び906は個別にまたは、順序を問わず、ともにおこり得ることは理解されるであろう。
図面を参照して主サーボ制御システムの動作を次に説明する。例えば図1に示されるような、正常動作状態においては、それぞれの流量制御システムにシステム圧力にある供給ラインから油圧液が供給される。バイパス遮断弁の制御端における油圧液圧力はバイパス手段によってバイパススプールに印加される力に対抗し、したがって、4方向流量制御弁、例えば閉中心4方向流量制御弁として機能することができる流量制御弁への供給ラインによる流れをバイパススプールのポートまたは溝が可能にするように、バイパススプールの位置が定められる。
正常動作において、それぞれの流量制御弁はそれぞれのサーボアクチュエータピストンの伸出しまたは引戻しを行うために互いに縦連で作用することができる。機械的な操縦士入力コマンドに応答して制御されたレートでサーボアクチュエータが負荷、例えば主ローター制流板を動かすことができるように、双流量制御弁制御油圧のそれぞれが、直線伸出し及び引戻しシリンダーキャビティに加えられ、直線伸出し及び引戻しシリンダーキャビティから抜かれる。
図2及び6に示されるように、一方の流量制御システムに油圧供給故障がある場合、バイパス遮断弁の制御端における制御圧力が低下し、バイパス手段により与えられる力がバイパススプールをバイパス位置に移動させる。バイパス位置において、バイパススプールのポートがアクチュエータ制御チャンバライン、すなわち伸出し及び引戻しラインを帰還ラインに連結し、その流量制御システムに対してアクチュエータのチャンバ内圧力を抜く、すなわち「ダンプ」する。残りの流量制御システム及びアクチュエータは、故障システムのアクチュエータによって生じるシステム圧力に対抗する必要なしに、正常に制御することができる。ピストンの相異なる側の面積が等しくない場合には故障システムに小さなバイアス力が存在し得るが、帰還ライン圧力は供給圧力すなわちシステム圧力に比較して低いから、そのようなバイアス力は小さい。
流量制御弁の一次制御スプールの内の1つが、図3及び7に示されるように、対応するバイパス制御スプール内でロックするかまたは不動になった場合、それぞれのバイパス制御スプール及び一次制御スプールは、中心合せ手段によって与えられる力に打ち勝つに十分な力が与えられれば、流量制御弁のスリーブ内を一体なって移動するであろう。バイパススプールがスリーブに対して移動すると、バイパス制御スプール上の計量面または制御端がスリーブのオリフィスに対して移動する。スリーブのオリフィスは、帰還ライン及びバイパス遮断弁制御ライン、溝及びバイパス溝までスリーブを貫通する関連流路に直接に連結される。バイパス制御スプールがスリーブに対していずれかの方向にニュートラル位置から移動すると、制御ライン及びバイパス弁の制御側の圧力が帰還ラインに接続される、すなわち振り向けられる。バイパス弁の制御側圧力が低下すると、バイパススプールがバイパス位置に移動し、アクチュエータ伸出し及び引戻しラインがバイパススプールを介して帰還ラインに連結される。したがって、シリンダのチャンバ内圧力が帰還ライン圧力まで下がり、ピストンに作用する圧力はわずかでしかない。
バイパス制御スプールに対して一次制御スプールが不動になった後、バイパス制御スプールの変位は、(i)バイパス遮断弁制御チャンバ内の油圧液を帰還ラインに振り向け、よってバイパス遮断弁のバイパス位置への移動及びシリンダチャンバの帰還ラインへの相互連結を可能にし、(ii)不動になっていない流量制御弁集成体の正常な機械的入力制御を可能にする。
1つの流量制御システムに、図2に示されるような、油圧供給故障があるか、または1つの流量制御弁の一次制御スプールが、図3に示されるような、ロック状態にある場合、シリンダチャンバを帰還ラインに対して圧力平衡状態にし、故障していないシステムを用いて操縦士がサーボアクチュエータを機械的に稼働させ続けることが可能になるように帰還ラインに相互連結することができる。
すなわち、本発明は油圧アクチュエータ及びサーボアクチュエータのための冗長流量制御を提供し、単独の油圧供給故障または単独の流量制御弁ロック故障、あるいは単独のシステムにおける油圧供給故障及び流量制御弁ロックの同時発生後の、故障−操作能力を提供する。故障していないシステムを、本発明を用いて動作させれば、遭遇する性能低下を最小限に抑えられるであろう。
したがって、本発明の実施形態は、制流板、着陸装置、主脚着陸装置、速度ブレーキ操縦翼面、フラップ操縦翼面及び一次操縦翼面を含むがこれらには限定されない、装置を調節及び定位するための操縦システム、例えば固定翼機またはヘリコプターの操縦システムを含む、航空宇宙システムに用いることができる。
いくつかの実施形態において、主ピストン及びピストンヘッドのための材料は15-5PH耐蝕鋼(CRES)とすることができる。このタイプの鋼は、熱処理して約155〜175psi(1069〜1206N/m)の降伏強度に相当するH1025条件に合せることができる。ピストンロッド周面はクロムメッキすることができ、あるいはピストンロッド運動用シール/スクレーパー実用寿命を最大化するに適する別のコーティングを施すことができる。いくつかの実施形態において、ピストンヘッドは無メッキ/裸の15-5PHCRESとすることができる。ピストン集成体とともに用いられるロックナットはピストンと同じ材料のものとすることができる。300シリーズCRESでつくられたロックナットワッシャを用いることができる。
いくつかの実施形態において、アクチュエータシリンダは、耐摩耗及び腐食保護のため、シリンダ内腔を含めて、ほぼ0.0015〜0.0020インチ(0.0381〜0.0508mm)の深さまで完全に硬質陽極酸化被膜を施した、7075-T73アルミニウム合金でつくることができる。硬質陽極酸化されたピストンシリンダ内腔により、ピストンヘッド運動用シールの摩耗が最小限に抑えられるであろうことを保証できる。硬質陽極酸化されたピストンロッド内腔により、いかなるピストンロッドの往復運動によって生じる内腔の摩耗も最小限に抑えられるであろうことを保証できる。
いくつかの実施形態において、ピストン集成体とともに用いるに適する運動用シールには、ビューサック−シャンバン(Busak-Shamban)ブランドSTEPSEALタイプシール及びO-リングを含めることができる。その他の適する材料も多素シール及びO-リングとして用いることができる。ピストンロッドスクレーパーも設けることができる。いくつかの実施形態において、ビューサック−シャンバンブランドEXCLUDERロッドスクレーパーを用いることができる。
さらに、いくつかの実施形態において、双油圧システム間の漏れの防止を容易にするために、一次制御スプール及びバイパススプールに運動用シールを用いることができる。いくつかの実施形態において、レストリクター−チェック弁集成体は包装及び装着の容易さのためにカートリッジとすることができ、固定オリフィス及びチェック弁の機能を複合することができる。チェック弁部分はボール/受座構造として構成することができ、小寸法固定オリフィスは汚染物による詰りを防止するために流れのいずれの方向にもフィルタリングすることができる。レストリクター−チェック弁集成体は300シリーズ耐蝕鋼(CRES)でつくることができる。いくつかの実施形態において、リー社(Lee Company)のレストリクター−チェック弁集成体(パーツ番号:FCFA2815シリーズ)または等価なレストリクター−チェック弁集成体を用いることができる。標準のAN814アルミニウム合金ブリーダープラグでマニホールド/シリンダ集成体に保持されるインレットをフィルタとともに用いることができる。
いくつかの実施形態において、中心合せ手段の内部及び外部バネは、熱処理でH900条件に合せた17-7PH耐蝕鋼(CRES)材料でつくることができる。いくつかの実施形態において、バネとともに用いられる保持器は300シリーズCRES材料でつくることができ、保持器ピンは400シリーズCRES材料でつくることができる。
いくつかの実施形態において、ハネウエルディビジョン(Honeywell Division)マイクロスイッチ耐環境基本スイッチ、例えばパーツ番号1XESの、単極単投(SPST)ノーマリーオープンマイクロスイッチを用いることができる。いくつかの実施形態において、MIL-C-83723,シリーズIIIコネクタにしたがう壁付け電気コンセントM83723/83W1005Wのような電気コネクタを用いることができる。いくつかの実施形態において、一次制御スプール、バイパス制御スプール及びスリーブは440C耐蝕鋼(CRES)でつくることができ、熱処理してロックウエルC硬度スケールで58(RHC58)以上の硬度にすることができる。いくつかの実施形態において、流量制御弁のためのスリーブアジャスター/ロックは15-5PHCRESでつくることができ、熱処理してH1205条件に合せることができる。
本発明をいくつかの好ましい実施形態を参照してかなり詳細に説明したが、その他の実施形態も可能である。例えば、先の説明では可動体型サーボアクチュエータシステムを参照したが、本発明の実施形態は固定体型サーボアクチュエータ制御システムにも用いることができる。先の説明ではヘリコプター制流板制御システムにおける実施形態の使用を参照したが、当業者であれば、本発明の範囲が故障−操作可能性をもつ冗長アクチュエータが必要とされるいかなる用法または用途も含むことを理解するであろう。先の説明では機械的操縦士入力制御双ピストンアクチュエータ及び/またはサーボアクチュエータを参照したが、本発明の範囲は多重ピストンを有するアクチュエータとの使用を含む。サーボアクチュエータへの言及は、位置フィードバック機能、例えば電子的位置エラー信号及び電気制御流量制御弁をもつフライバイワイア構成における全ての電気的操作を含み得ることが理解されるであろう。さらに、本発明の範囲はいかなる特定の諸元にも限定されないから、本明細書に用いられるいかなる諸元も説明の目的のために過ぎない。さらに、先の説明では4方向弁としてはたらく流量制御弁を参照したが、本発明の範囲がその他のタイプの流量制御弁、例えば3方向流量制御弁を含むことは当然である。
読者の注意は、本明細書と同時に出願され、本明細書とともに公衆の便覧に供される全ての論文及び文書に向けられ、全てのそのような論文及び文書の内容は本明細書に参照として含まれる。添付されるいずれの特許請求項、要約書及び図面を含む、本明細書に開示される特徴の全てを、別に明白に述べられていない限り、同じか、等価であるかまたは同様の目的を果たす別の特徴で置き換えることができる。
ヘリコプター操縦システムに適用される主サーボ制御システムを示す 1つの流量制御システムにシステム圧力不良がある、図1のシステムを示す 1つの流量制御弁がロック状態にある、図1のシステムを示す 主サーボ制御システムの代表的な流量制御弁の拡大図を示す バイパス遮断弁の拡大図を示す システム圧力不良がある、1つの流量制御システムの拡大図を示す 流量制御弁がロック状態にある図6のシステムを示す 代表的な双縦連出力ピストン集成体の部分断面図を示す 冗長油圧アクチュエータのための冗長流量制御を与える方法についてのフローチャートを示す
符号の説明
100 主サーボ制御システム
111 油圧アクチュエータ
102a,102b マニホールド
104a,104b ピストン
105a,105b シリンダ
108 出力ロッド
120a,120b 冗長油圧流量制御システム
140a,140b 油圧流量制御弁
142a,142b スリーブ
144a,144b バイパス制御スプール
146a,146b 一次制御スプール
160a,160b バイパス遮断弁集成体
170a,170b レストリクター−チェック弁集成体

Claims (39)

  1. 縦連油圧アクチュエータとともに用いるための油圧流量制御システムにおいて、前記システムが、
    スリーブ、前記スリーブ内に滑動可能なように配置されたバイパス制御スプール及び前記バイパス制御スプール内に滑動可能なように配置された一次制御スプールを有する流量制御弁集成体、
    供給ライン、帰還ライン、圧力制御ライン、アクチュエータ伸出しライン及びアクチュエータ引戻しラインに油圧結合されたバイパス遮断弁、及び
    レストリクター−チェック弁集成体、
    を備えることを特徴とするシステム。
  2. 前記一次制御スプールが1つまたはそれより多くのランドを有することを特徴とする請求項1に記載のシステム。
  3. 前記バイパス制御スプールが外周面上に1つまたはそれより多くの周溝を有することを特徴とする請求項1に記載のシステム。
  4. 前記1つまたはそれより多くの溝が第1及び第2の制御端を有するバイパス溝を含むことを特徴とする請求項3に記載のシステム。
  5. 前記バイパス制御スプールが、前記スリーブ内で、前記第1及び第2の制御端に連結された第1及び第2のランドがそれぞれ前記スリーブにあるオリフィスを閉塞する第1の位置から前記ランドの内の1つが前記オリフィスの内の1つを完全には閉塞せず、バイパス遮断弁圧力制御ライン内の油圧液が帰還ラインに入ることを可能にする、1つまたはそれより多くの位置に移動可能であることを特徴とする請求項4に記載のシステム。
  6. サーボアクチュエータ制御システムにおいて、
    第1のバイパス制御スプール内に滑動可能なように配置された第1の一次制御スプール及び前記第1のバイパス制御スプールがその中に滑動可能なように配置された第1の固定スリーブを有する第1の流量制御弁、
    第2のバイパス制御スプール内に滑動可能なように配置された第2の一次制御スプール及び前記第2のバイパス制御スプールがその中に滑動可能なように配置された第2の固定スリーブを有する第2の流量制御弁、
    第1の油圧回路によって前記第1の流量制御弁に油圧結合された第1のバイパス遮断弁、
    第2の油圧回路によって前記第2の流量制御弁に油圧結合された第2のバイパス遮断弁、
    前記第1のバイパス遮断弁に油圧結合された第1のレストリクター−チェック弁集成体、
    前記第2のバイパス遮断弁に油圧結合された第2のレストリクター−チェック弁集成体、及び
    前記第1の流量制御弁及び前記第2の流量制御弁に油圧結合された縦連油圧アクチュエータ、
    を備えることを特徴とするシステム。
  7. 前記第1のスリーブが前記第1の油圧回路の流路と位置合せされる1つまたはそれより多くの周溝を有する外周面を有することを特徴とする請求項6に記載のシステム。
  8. 前記第1のスリーブが1つまたはそれより多くのスリーブオリフィス及び前記周溝の内の1つまたはそれより多くを前記第1のスリーブの内周面に連結する流路を有することを特徴とする請求項7に記載のシステム。
  9. 前記第1のバイパス制御スプールが1つまたはそれより多くの周溝を有する外周面を有することを特徴とする請求項6に記載のシステム。
  10. 前記第1のバイパス制御スプールが第1及び第2の制御端を有するバイパス溝をさらに有することを特徴とする請求項8に記載のシステム。
  11. 前記第1のバイパス制御スプールが前記第1の油圧回路の制御液路と前記第1の油圧回路の帰還液路の間の液流を閉塞する第1の位置から前記制御液路を前記帰還液路に連結する1つまたはそれより多くの第2の位置に移動可能であることを特徴とする請求項10に記載のシステム。
  12. 前記第1及び第2の制御端に連結された第1及び第2のランドが前記帰還液路を前記バイパス制御スプール上の前記バイパス溝に連結する溝にあるオリフィスを閉塞することを特徴とする請求項11に記載のシステム。
  13. 前記第2のスリーブが前記第2の油圧回路の流路と位置合せされる1つまたはそれより多くの周溝を有する外周面を有することを特徴とする請求項6に記載のシステム。
  14. 前記第2のスリーブが1つまたはそれより多くのスリーブオリフィス及び前記周溝の内の1つまたはそれより多くを前記第2のスリーブの内周面に連結する流路を有することを特徴とする請求項13に記載のシステム。
  15. 前記第2のバイパス制御スプールが1つまたはそれより多くの周溝を有する外周面を有することを特徴とする請求項6に記載のシステム。
  16. 前記第2のバイパス制御スプールが第1及び第2の制御端を有するバイパス溝をさらに有することを特徴とする請求項15に記載のシステム。
  17. 前記第2のバイパス制御スプールが前記第2の油圧回路の制御液路と前記第2の油圧回路の帰還液路の間の液流を閉塞する第1の位置から前記制御液路を前記帰還液路に連結する1つまたはそれより多くの第2の位置に移動可能であることを特徴とする請求項16に記載のシステム。
  18. 前記第1及び第2の制御端に連結された第1及び第2のランドが前記帰還液路を前記バイパス制御スプール上の前記バイパス溝に連結する溝にあるオリフィスを閉塞することを特徴とする請求項17に記載のシステム。
  19. 前記第1の一次制御スプールが前記第1のバイパススプールに重ねられ、共摺りされることを特徴とする請求項6に記載のシステム。
  20. 前記第1のバイパス制御スプールが前記第1のスリーブに重ねられ、共摺りされることを特徴とする請求項6に記載のシステム。
  21. 前記第2の一次制御スプールが前記第2のバイパススプールに重ねられ、共摺りされることを特徴とする請求項6に記載のシステム。
  22. 前記第2のバイパス制御スプールが前記第2のスリーブに重ねられ、共摺りされることを特徴とする請求項6に記載のシステム。
  23. 前記第1の一次制御スプールと前記第1のバイパス制御スプールがほぼ0.001インチ(0.0254mm)の直径クリアランスを有することを特徴とする請求項6に記載のシステム。
  24. 前記第1のバイパス制御スプールと前記第1のスリーブがほぼ0.001インチ(0.0254mm)の直径クリアランスを有することを特徴とする請求項6に記載のシステム。
  25. 前記第2の一次制御スプールと前記第2のバイパス制御スプールがほぼ0.001インチ(0.0254mm)の直径クリアランスを有することを特徴とする請求項6に記載のシステム。
  26. 前記第2のバイパス制御スプールと前記第2のスリーブがほぼ0.001インチ(0.0254mm)の直径クリアランスを有することを特徴とする請求項6に記載のシステム。
  27. 前記第1及び第2の一次制御スプールがそれぞれ第1及び第2の入力端において共通入力シャフトに連結されることを特徴とする請求項6に記載のシステム。
  28. 前記第1の流量制御弁の第1の軸線及び前記第2の流量制御弁の第2の軸線が同一直線上にあることを特徴とする請求項6に記載のシステム。
  29. 前記第1の流量制御弁をマニホールドに対して固定するための第1のスリーブ固定手段をさらに備えることを特徴とする請求項6に記載のシステム。
  30. 前記第2の流量制御弁をマニホールドに対して固定するための第2のスリーブ固定手段をさらに備えることを特徴とする請求項6に記載のシステム。
  31. 第1の油圧ヌル調節手段を備えることを特徴とする請求項6に記載のシステム。
  32. 前記第1のバイパス遮断弁に連結される第1の不動状態検出スイッチをさらに備え、前記第1のバイパス遮断弁がバイパス位置にあるときに、前記第1の不動状態検出スイッチが作動して故障信号を発生させ得ることを特徴とする請求項6に記載のシステム。
  33. 前記第2のバイパス遮断弁に連結される第2の不動状態検出スイッチをさらに備え、前記第2のバイパス遮断弁がバイパス位置にあるときに、前記第2の不動状態検出スイッチが作動して故障信号を発生させ得ることを特徴とする請求項6に記載のシステム。
  34. 油圧アクチュエータのための冗長流量制御を与える方法において、
    1つの油圧流量制御システムの故障に応答して、対応するアクチュエータの両側のシリンダチャンバ圧力を対応する帰還ラインに振り向ける工程、及び
    故障していない油圧流量制御システムの対応するピストンに流量制御を与える工程、
    を含むことを特徴とする方法。
  35. シリンダチャンバ圧力を振り向ける前記工程が油圧供給ライン不良に応答して実施されることを特徴とする請求項34に記載の方法。
  36. シリンダチャンバ圧力を振り向ける前記工程がアクチュエータロックに応答して実施されることを特徴とする請求項34に記載の方法。
  37. シリンダチャンバ圧力を振り向ける前記工程がバイパス遮断弁を遮断位置からバイパス位置に移動させる工程を含むことを特徴とする請求項34に記載の方法。
  38. シリンダチャンバ圧力を振り向ける前記工程がバイパス制御スプールをヌル位置から変位させる工程を含むことを特徴とする請求項34に記載の方法。
  39. バイパス制御スプールを変位させる前記工程が制御ラインを前記対応する帰還ラインに連結する工程をさらに含むことを特徴とする請求項38に記載の方法。
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