CN108266413B - 基于压力选择阀的非对称电静液作动器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于压力选择阀的非对称电静液作动器，包括伺服电机，双向液压泵，压力选择阀，两个补油阀，蓄能器，非对称结构作动筒。采用非对称结构作动筒可以减小电静液作动器的结构尺寸，使电静液作动器能够满足更为苛刻的安装尺寸限制；通过使用压力选择阀，可以使用普通双向液压泵对非对称结构作动筒进行驱动控制，并获得与对称结构作动筒接近的控制效果。本发明能够在不增加液压泵设计、制造与控制难度的基础上，提高电静液作动器的集成度，降低电静液作动器的质量。适合于电静液作动器工作行程较大而对其尺寸与重量有较高要求的场合。

Description

基于压力选择阀的非对称电静液作动器

技术领域

本发明属于液压传动与控制技术，涉及一种基于压力选择阀的非对称电静液作动器。

背景技术

电静液作动器是多电飞机中重要的飞行操纵装置，相比于传统飞机的液压伺服作动器，电静液作动器直接使用电能作为输入能源，因此可以取消传统飞机中错综复杂的液压管路，有利于提高飞机的维护性并降低失效风险。然而，由于电静液作动器集成了伺服电机、液压泵、阀块、作动筒等多个部件，其体积重量较传统液压伺服作动器有明显不足，限制了它的应用范围。

目前，绝大部分的电静液作动器均使用对称结构的作动筒，这主要由于双向液压泵多为对称结构，使用对称结构的作动筒可以避免由于液压泵正反向吸入、流出流量与作动筒正反方向运行需求流量不一致引起的吸空与憋压问题。然而，使用对称结构的作动筒会使电静液作动器整体尺寸变大，因为对称结构的作动筒需采用双出杆形式，双出杆作动筒需要的最小轴向尺寸为两倍的全工作行程，而非对称结构的作动筒需要的最小轴向尺寸为一倍的全工作行程，两者相比相差了一倍的全工作行程，当作动器工作行程较大时，对称结构的作动筒在尺寸上存在明显劣势，限制了其在飞机上的应用。

目前也有少数的电静液作动器为了提高系统集成度、减小系统尺寸而采用了非对称结构的作动筒，为了匹配作动筒不对称带来的作动筒两腔输入输出流量不相等的特点，这种结构的电静液作动器需要配套使用特殊设计的非对称三端口液压泵，而三端口液压泵较工业普遍使用的液压泵结构有较大差异，设计手段与验证方法还不成熟，因此这种结构的电静液作动器一般价格很高且容易出现故障，也限制了它的应用范围。

发明内容

为了克服上述提到的现有电静液作动器使用对称结构作动筒尺寸较大而使用非对称结构作动筒又需采用不成熟的三端口泵设计的缺点，本发明的目的在于提供一种基于压力选择阀的非对称电静液作动器，其既采用了非对称结构的作动筒以减小电静液作动器的结构尺寸，又通过使用压力选择阀，使其可以采用普通双向液压泵对非对称结构作动筒进行驱动控制。

为了达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于压力选择阀的非对称电静液作动器，包括伺服电机1、双向液压泵2、压力选择阀3、补油阀、蓄能器5、非对称结构作动筒6，伺服电机1与双向液压泵2刚性连接，双向液压泵2的左右端口分别与非对称结构作动筒6的左右腔相连，同时，压力选择阀3具有四个油口，第一油口A、第二油口B分别接非对称结构作动筒6的左右腔，第三油口C、第四油口D与蓄能器5相连，同时蓄能器5通过两个补油阀分别与非对称结构作动筒6的右腔和左腔相连。

所述压力选择阀3包括阀套31，顶杆32，右阀芯33，右阀芯弹簧34，左阀芯弹簧35，左阀芯36；左阀芯36与右阀芯33通过顶杆32相连，左阀芯36与右阀芯33分别通过左阀芯弹簧35与右阀芯弹簧34安装在阀套31内，在仅受弹簧力的作用下，左阀芯36与右阀芯33上的油口分别与阀套31上的第三油口C和第四油口D接通，接通量为全部开口的1/3。

上述右阀芯弹簧34和左阀芯弹簧35均为直弹簧。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

1)通过使用非对称结构的作动筒，可以有效较少电静液作动器的尺寸，理论上非对称结构的作动筒的轴向尺寸仅为称结构作动筒轴向尺寸的一半。

2)使用压力选择阀后，压力选择阀将根据系统压力变化自动切换油路，实现作动筒的补油或将多余的油液排回蓄能器，以协调非对称结构作动筒输入输出的流量与液压泵输入输出流量之间的关系，因此可以使用工业上十分成熟的双向液压泵对非对称结构作动筒进行驱动控制，有利于降低设备成本，提高可靠性。

3)压力选择阀同时具备一定的补油能力，因此在系统设计时可以选择容量较小的补油阀，可以进一步提高电静液作动器的集成度，减小体积。

本发明适合于工作行程较大且对电静液作动器尺寸与重量有较高要求的场合。

附图说明

图1是本发明的系统原理图；

图2是本发明中压力选择阀的结构图；

其中：1、伺服电机，2、双向液压泵，3、压力选择阀，41、第一补油阀，42、第二补油阀，5、蓄能器，6、非对称结构作动筒，31、阀套，32、顶杆，33、右阀芯，34、右阀芯弹簧，35、左阀芯弹簧，36、左阀芯。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

如图1所示，包括伺服电机1，双向液压泵2，压力选择阀3，补油阀，蓄能器5，非对称结构作动筒6补油阀，补油阀有两个，分别是第一补油阀41和第二补油阀42；伺服电机1与双向液压泵2刚性连接，双向液压泵2的左右端口分别与非对称结构作动筒6的左右腔相连，同时，压力选择阀3具有四个油口，第一油口A、第二油口B分别接非对称结构作动筒6的左右腔，第三油口C、第四油口D与蓄能器5相连，同时蓄能器5通过两个补油阀分别与非对称结构作动筒6的右腔和左腔相连。

图2所示为压力选择阀的结构，压力选择阀3包括阀套31，顶杆32，右阀芯33，右阀芯弹簧34，左阀芯弹簧35，左阀芯36；左阀芯36与右阀芯33通过顶杆32相连，左阀芯36与右阀芯33分别通过左阀芯弹簧35与右阀芯弹簧34安装在阀套31内，在仅受弹簧力的作用下，左阀芯36与右阀芯33上的油口分别与阀套31上的第三油口C和第四油口D接通，接通量为全部开口的1/3。

上述右阀芯弹簧34和左阀芯弹簧35均为直弹簧，可以使阀芯运动更加均匀。

假定作动筒伸出方向为作动筒运动正方向，使作动筒缩回的负载方向为负载正方向，下面将分正方向运动正方向负载、正方向运动负方向负载、负方向运动正方向负载、负方向运动负方向负载四种情况分别说明本发明原理；

1)正方向运动正方向负载：因为负载为正方向，因此非对称结构作动筒6左腔为高压，右腔为低压；在作动筒6左腔的高压作用下，压力选择阀左阀芯36通过顶杆32推动右阀芯33克服右阀芯弹簧34的弹簧力向右运动，使得左阀芯36与阀套31上的第三油口C之间的油路被切断，右阀芯33与阀套31上的第四油口D之间的油路被打开；因为运动为正方向，此时非对称结构作动筒6的左腔为吸油腔，右腔为排油腔，双向液压泵2的左端为排油端，右端为吸油端；由于压力选择阀左阀芯36与阀套31上的第三油口C之间的油路被切断，因此双向液压泵2的左端排出的油液全部进入非对称结构作动筒6的左腔，同时，压力选择阀右阀芯33与阀套31上的第四油口D之间的油路被打开，蓄能器5中的油液经过此油路与非对称结构作动筒6右腔流出的油液一同进入双向液压泵2的右端，补偿此时非对称结构作动筒6右腔流出的油液小于双向液压泵2右端所需吸油流量的差值。

2)负方向运动正方向负载：因为负载为正方向，因此非对称结构作动筒6左腔为高压，右腔为低压；在作动筒6左腔的高压作用下，压力选择阀左阀芯36通过顶杆32推动右阀芯33克服右阀芯弹簧34的弹簧力向右运动，使得左阀芯36与阀套31上的第三油口C之间的油路被切断，右阀芯33与阀套31上的第四油口D之间的油路被打开；因为运动为负方向，此时非对称结构作动筒6的右腔为吸油腔，左腔为排油腔，双向液压泵2的右端为排油端，左端为吸油端；由于压力选择阀左阀芯36与阀套31上的第三油口C之间的油路被切断，因此非对称结构作动筒6左腔排出的油液全部进入双向液压泵2的左端，同时，压力选择阀右阀芯33与阀套31上的第四油口D之间的油路被打开，双向液压泵2右端排出的油液一部分经过此油路流入蓄能器5，另一部分流入非对称结构作动筒6右腔，补偿此时非对称结构作动筒6右腔流入的油液小于双向液压泵2右端所排出油液流量的差值。

3)正方向运动负方向负载：因为负载为负方向，因此非对称结构作动筒6右腔为高压，左腔为低压；在作动筒6右腔的高压作用下，压力选择阀右阀芯33通过顶杆32推动左阀芯36克服左阀芯弹簧35的弹簧力向左运动，使得左阀芯36与阀套31上的第三油口C之间的油路被打开，右阀芯33与阀套31上的第四油口D之间的油路被切断；因为运动为正方向，此时非对称结构作动筒6的左腔为吸油腔，右腔为排油腔，双向液压泵2的左端为排油端，右端为吸油端；由于压力选择阀右阀芯33与阀套31上的第四油口D之间的油路被切断，因此非对称结构作动筒6右腔排出的油液全部进入双向液压泵2的右端，同时，压力选择阀左阀芯36与阀套31上的第三油口C之间的油路被打开，蓄能器5中的油液经过此油路与双向液压泵2左端排出的油液汇合后一同进入非对称结构作动筒6左腔，补偿此时双向液压泵2左端流出的油液小于非对称结构作动筒6左腔所需吸油流量的差值。

4)负方向运动负方向负载：因为负载为负方向，因此非对称结构作动筒6右腔为高压，左腔为低压；在作动筒6右腔的高压作用下，压力选择阀右阀芯33通过顶杆32推动左阀芯36克服左阀芯弹簧35的弹簧力向左运动，使得左阀芯36与阀套31上的第三油口C之间的油路被打开，右阀芯33与阀套31上的第四油口D之间的油路被切断；因为运动为负方向，此时非对称结构作动筒6的右腔为吸油腔，左腔为排油腔，双向液压泵2的右端为排油端，左端为吸油端；由于压力选择阀右阀芯33与阀套31上的第四油口D之间的油路被切断，因此双向液压泵2的右端排出的油液全部进入非对称结构作动筒6的右腔，同时，压力选择阀左阀芯36与阀套31上的第三油口C之间的油路被打开，非对称结构作动筒6左腔排出的油液一部分经过此油路流入蓄能器5，另一部分流入双向液压泵2左端，补偿此时双向液压泵2左端流入的油液小于非对称结构作动筒6左腔所排出油液流量的差值。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于压力选择阀的非对称电静液作动器，其特征在于：包括伺服电机(1)、双向液压泵(2)、压力选择阀(3)、补油阀、蓄能器(5)、非对称结构作动筒(6)，伺服电机(1)与双向液压泵(2)刚性连接，双向液压泵(2)的左右端口分别与非对称结构作动筒(6)的左右腔相连，同时，压力选择阀(3)具有四个油口，第一油口A、第二油口B分别接非对称结构作动筒(6)的左右腔，第三油口C、第四油口D与蓄能器(5)相连，同时蓄能器(5)通过两个补油阀分别与非对称结构作动筒(6)的右腔和左腔相连；

通过非对称结构作动筒(6)左腔和右腔的压力，调节压力选择阀(3)，控制蓄能器(5)和非对称结构作动筒(6)的排油或吸油。

2.根据权利要求1所述的基于压力选择阀的非对称电静液作动器，其特征在于：压力选择阀(3)包括阀套(31)，顶杆(32)，右阀芯(33)，右阀芯弹簧(34)，左阀芯弹簧(35)，左阀芯(36)；左阀芯(36)与右阀芯(33)通过顶杆(32)相连，左阀芯(36)与右阀芯(33)分别通过左阀芯弹簧(35)与右阀芯弹簧(34)安装在阀套(31)内。

3.根据权利要求2所述的基于压力选择阀的非对称电静液作动器，其特征在于：在仅受弹簧力的作用下，左阀芯(36)与右阀芯(33)上的油口分别与阀套(31)上的第三油口C和第四油口D接通，接通量为全部开口的1/3。

4.根据权利要求2所述的基于压力选择阀的非对称电静液作动器，其特征在于：右阀芯弹簧(34)和左阀芯弹簧(35)均为直弹簧。

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