本發(fā)明涉及一種雙主控閥集成射流管伺服閥，尤其是一種多余度高性能作動(dòng)系統(tǒng)中起著電液轉(zhuǎn)換和功率放大的作用的伺服閥。

背景技術(shù)：

現(xiàn)今流體動(dòng)力控制系統(tǒng)具有多油路控制特性以便適用不同的極其重要的、高可靠性的工況，比如航空系統(tǒng)中的電液伺服控制動(dòng)作器。在這種系統(tǒng)中，可以避免控制泵站和控制作動(dòng)器之間冗余的機(jī)械連接、操縱桿等，因?yàn)檫@些連接有一定柔性，可能使輸入信號(hào)失真，而且當(dāng)需要傳遞快速變化的信號(hào)時(shí)，這些冗余的質(zhì)量可能成為影響因素。目前的飛機(jī)都是用電液伺服系統(tǒng)控制的，它們在飛行的過程中需要保持相對穩(wěn)定性，因此提出了本文中的集成閥。

該集成閥集成了一些航空動(dòng)力結(jié)構(gòu)，這些機(jī)構(gòu)效率高，而且可以提高系統(tǒng)同步輸出性能，因此可以保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性。航空中也需要極度快速響應(yīng)的控制系統(tǒng)，這種響應(yīng)速度是機(jī)械傳動(dòng)的控制裝置無法實(shí)現(xiàn)的。因此，航空伺服控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，這種系統(tǒng)中有自動(dòng)控制的機(jī)電傳感器，或者具有能自動(dòng)產(chǎn)生電控制信號(hào)，并且能通過信號(hào)線而非機(jī)械裝置進(jìn)行遠(yuǎn)程伺服控制。伺服控制系統(tǒng)通過伺服閥將電控信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的機(jī)械信號(hào)或流體信號(hào)。這些信號(hào)經(jīng)過放大后可以按照命令使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，比如飛控結(jié)構(gòu)。伺服控制系統(tǒng)中包含電子轉(zhuǎn)換裝置、傳感器、以及伺服系統(tǒng)中需要的元器件。然而，在伺服系統(tǒng)、航天或者航空系統(tǒng)中，對各種原因?qū)е碌墓收媳容^敏感，這些故障常常使得系統(tǒng)不能保證可靠的穩(wěn)定性。故需要提供一種高可靠性的，具有液壓與電氣冗余，同時(shí)具有兩個(gè)能夠同步輸出相同流量特性液壓通道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是要提供一種雙主控閥集成射流管伺服閥，該伺服閥作為多余度高性能作動(dòng)系統(tǒng)中的重要液壓控制元件，具有電氣四余度、液壓兩余度特性，同時(shí)還具有機(jī)械備份能力。為此，本發(fā)明具有以下目的：

1）提供一種新的具有電氣四余度、液壓兩余度特性，同時(shí)還具有機(jī)械備份能力的液壓控制元件。

2）提供一種自身具備液壓檢測通道可進(jìn)行自身狀態(tài)判別的液壓控制元件。

3）提供一種當(dāng)正常工作的先導(dǎo)級(jí)油路出現(xiàn)故障時(shí)，能夠保證性能不降低的液壓控制元件。

4）提供一種雙主控閥閥芯總成方案。

5）提供一種低摩擦力的動(dòng)密封方案。

6）提供一種液動(dòng)力補(bǔ)償方案。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：一種雙主控閥集成射流管伺服閥，包括兩個(gè)通過獨(dú)立液壓流體控制的兩級(jí)伺服閥、聯(lián)軸器，兩個(gè)兩級(jí)伺服閥的兩個(gè)閥芯通過聯(lián)軸器連接在一起構(gòu)成集成伺服閥；所述兩級(jí)伺服閥上對稱裝有兩個(gè)先導(dǎo)級(jí)組件，用于實(shí)現(xiàn)液壓功率放大功能，所述先導(dǎo)級(jí)組件由力矩馬達(dá)、噴嘴、接收器、反饋桿組成，兩個(gè)兩級(jí)伺服閥的先導(dǎo)級(jí)組件的油源為相互獨(dú)立的主備油源，閥體中預(yù)留的四個(gè)流體通道分別與兩個(gè)先導(dǎo)級(jí)組件中的兩個(gè)接受器輸出的控制壓力油相通，反饋桿與閥芯相連接構(gòu)成力反饋系統(tǒng)，當(dāng)四個(gè)流體通道的壓力值對應(yīng)不相等時(shí)，相應(yīng)兩級(jí)伺服閥的電氣通道與先導(dǎo)級(jí)液壓通道進(jìn)行隔離，接通處于正常狀態(tài)的兩級(jí)伺服閥的電氣通道與先導(dǎo)級(jí)液壓控制油路通道。

所述力矩馬達(dá)裝有兩個(gè)線圈組件，每個(gè)線圈組件中繞制兩個(gè)線圈，四個(gè)線圈并聯(lián)供電，用于保證兩級(jí)伺服閥的電氣四余度性能。

所述聯(lián)軸器上具有一個(gè)與機(jī)械操縱桿相連的機(jī)械操縱點(diǎn)，若兩個(gè)兩級(jí)伺服閥都被判定處于故障狀態(tài)，兩個(gè)兩級(jí)伺服閥的兩個(gè)先導(dǎo)級(jí)組件所對應(yīng)的油源與電氣通道將同時(shí)被隔離，此狀態(tài)下所述集成伺服閥處于機(jī)械操縱模式；若一個(gè)兩級(jí)伺服閥被判定處于故障狀態(tài)，該兩級(jí)伺服閥的閥芯被正常工作的兩級(jí)伺服閥的閥芯通過聯(lián)軸器拉動(dòng)，處于故障狀態(tài)下的兩級(jí)伺服閥液流輸出特性不變。

當(dāng)兩級(jí)伺服閥的兩個(gè)先導(dǎo)級(jí)組件都正常工作時(shí)，兩個(gè)先導(dǎo)級(jí)組件中的接受器輸出壓力對應(yīng)相等，若監(jiān)測到所述閥體上與兩個(gè)先導(dǎo)級(jí)的接受器輸出壓力油相通的四個(gè)流體通道中的油液的壓力值不對應(yīng)相等，即可判定該兩級(jí)伺服閥處于故障狀態(tài)。

所述聯(lián)軸器由球桿組件和平行板組成，球桿組件的球頭與平行板中的平行槽相配合，球桿組件和平行板分別通過螺紋連接兩個(gè)閥芯，并用夾緊螺釘鎖緊閥芯，用于防止閥芯旋轉(zhuǎn)。

所述兩級(jí)電液伺服閥的閥芯兩端與閥體之間通過密封套實(shí)現(xiàn)一級(jí)密封對高壓油進(jìn)行卸荷，以及通過動(dòng)密封件實(shí)現(xiàn)二級(jí)動(dòng)態(tài)密封，其中，密封套與閥體的閥套之間密封間隙為0~2μ，密封套與閥芯間為動(dòng)密封，密封間隙為2~4μ，所述動(dòng)密封件由NBR彈性橡膠與Avalon含氟聚化物組成。

所述閥體的閥套進(jìn)油孔與閥套中心軸線成45°角，當(dāng)滑閥工作窗口打開時(shí)，高壓油液通過該45°斜孔直接沖擊閥芯軸肩上，使得閥芯獲得一定量的開啟力；所述閥芯的回油腔處的軸肩兩側(cè)分別設(shè)有60°倒角和30°倒角，回油油液沖擊在與閥芯軸線成60°倒角的軸肩上，流經(jīng)與閥芯軸線成30°倒角的軸肩。

本發(fā)明的有益效果：

1、高可靠性：本發(fā)明的雙主控閥集成射流管伺服閥是多余度高性能作動(dòng)系統(tǒng)中的重要液壓控制元件，具有電氣四余度、液壓兩余度特性，同時(shí)還具有機(jī)械備份控制能力。

2、同步輸出特性：本發(fā)明中的兩個(gè)兩級(jí)伺服閥的閥芯通過由球桿組件和平行板組成的閥芯聯(lián)軸器連接在一起，該狀態(tài)下兩閥芯間具有5個(gè)自由度，兩閥芯在運(yùn)動(dòng)過程中不會(huì)相互干涉，同時(shí)通過閥芯軸向自由度的限制使得兩個(gè)閥芯在運(yùn)動(dòng)過程中相對位置不會(huì)改變，也就是保證了兩個(gè)兩級(jí)伺服閥的滑閥工作窗口的打開狀態(tài)一致，此狀態(tài)下兩個(gè)兩級(jí)伺服閥的流量輸出特性一致。

3、具有機(jī)械操縱性：本發(fā)明采用了特殊設(shè)計(jì)的動(dòng)密封方案及液動(dòng)力補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，即保證了集成伺服閥在機(jī)械操縱模式下，閥芯上的操縱阻力較小，機(jī)械操縱性強(qiáng)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的雙主控閥集成射流管伺服閥原理構(gòu)架圖；

圖2為本發(fā)明的雙主控閥集成射流管伺服閥結(jié)構(gòu)主視圖；

圖3為本發(fā)明中兩級(jí)伺服閥A的主剖視圖；

圖4為本發(fā)明中兩級(jí)伺服閥的左視圖；

圖5為本發(fā)明中聯(lián)軸器剖視圖。

具體實(shí)施方式

下面通過具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

參見圖1~圖5，本發(fā)明的雙主控閥集成射流管伺服閥（以下簡稱集成伺服閥），包括兩個(gè)通過獨(dú)立液壓流體控制的兩級(jí)伺服閥A1-1，兩級(jí)伺服閥B1-2、閥芯聯(lián)軸器3、夾緊螺釘4。從圖2可知，兩級(jí)伺服閥A1-1與兩級(jí)伺服閥B1-2通過聯(lián)軸器3將兩個(gè)閥芯A、B5-1，5-2連接在一起構(gòu)成集成伺服閥，聯(lián)軸器3上預(yù)留有機(jī)械操縱接口，若兩級(jí)伺服閥A1-1和兩級(jí)伺服閥B1-2都處于故障狀態(tài)，則通過機(jī)械操縱接口控制集成伺服閥。兩級(jí)伺服閥A1-1中的兩個(gè)先導(dǎo)級(jí)組件6-1的控制壓力輸出口AC1、AC2，BC1、BC2中的壓力輸出口AC1、BC1與閥芯A5-1兩端的控制壓力腔XX相接通，反饋桿7與閥芯A5-1相連接構(gòu)成力反饋系統(tǒng)，控制壓力輸出口AC1、AC2，BC1、BC2與閥體8預(yù)留通道相接通，集成伺服閥在正常工作狀態(tài)下兩級(jí)伺服閥A1-1和兩級(jí)伺服閥B1-2的AC1與BC2、AC2與BC1的壓力值對應(yīng)相等，若外置壓力檢測傳感器檢測四個(gè)通道的壓力值對應(yīng)不相等，則判定相應(yīng)兩級(jí)伺服閥故障，并對相應(yīng)兩級(jí)伺服閥的電氣通道與先導(dǎo)級(jí)液壓通道進(jìn)行隔離，接通處于正常狀態(tài)的兩級(jí)伺服閥的電氣通道與先導(dǎo)級(jí)液壓控制油路通道。

兩級(jí)伺服閥A1-1中裝有力矩馬達(dá)9-1，力矩馬達(dá)9-2。兩級(jí)伺服閥B1-2中裝有力矩馬達(dá)9-3，力矩馬達(dá)9-4。

每個(gè)力矩馬達(dá)中裝有兩個(gè)線圈組件，每個(gè)線圈組件中繞制兩個(gè)線圈，力矩馬達(dá)中的四個(gè)線圈并聯(lián)供電，若力矩馬達(dá)的一個(gè)、兩個(gè)、或者三個(gè)線圈發(fā)生故障時(shí)，剩余線圈通過的總電流大小不變，力矩馬達(dá)輸出力矩不變（總電流大小正比于力矩馬達(dá)輸出力），保證了兩級(jí)伺服閥的電氣四余度性能。兩級(jí)伺服閥A1-1和兩級(jí)伺服閥B1-2的先導(dǎo)級(jí)組件的油源為相互獨(dú)立的主備油源，當(dāng)一個(gè)先導(dǎo)級(jí)組件6所屬的兩級(jí)伺服閥被判定處于故障狀態(tài)時(shí)，該兩級(jí)伺服閥所對應(yīng)的兩個(gè)先導(dǎo)級(jí)組件6的液壓控制油路及電氣通道將被隔離，并接通另一兩級(jí)伺服閥所對應(yīng)的兩個(gè)先導(dǎo)級(jí)組件6控制油路及電氣通道。聯(lián)軸器3分別與兩個(gè)兩級(jí)伺服閥的閥芯A5-1、閥芯B5-2相連，聯(lián)軸器3上具有一個(gè)與機(jī)械結(jié)構(gòu)相連的機(jī)械操縱點(diǎn)S，若兩級(jí)伺服閥A1-1和兩級(jí)伺服閥B1-2都被判定處于故障狀態(tài)，兩級(jí)伺服閥A1-1和兩級(jí)伺服閥B1-2的先導(dǎo)級(jí)組件6所對應(yīng)的控制油路將同時(shí)被隔離，此狀態(tài)下所述集成伺服閥處于機(jī)械操縱模式。

每個(gè)兩級(jí)伺服閥上對稱裝有兩個(gè)先導(dǎo)級(jí)組件6，力矩馬達(dá)分別與噴嘴10、接收器11組成先導(dǎo)級(jí)組件6，實(shí)現(xiàn)液壓功率放大功能，閥體8中預(yù)留有四個(gè)流體通道分別與兩個(gè)先導(dǎo)級(jí)組件6中的兩個(gè)接受器11輸出的控制壓力油相通，當(dāng)兩級(jí)伺服閥的兩個(gè)先導(dǎo)級(jí)組件6都正常工作時(shí)，兩個(gè)先導(dǎo)級(jí)組件6中的接受器11輸出壓力對應(yīng)相等，若外置壓力傳感器監(jiān)測到閥體8上與兩個(gè)先導(dǎo)級(jí)組件6的接受器11輸出控制壓力油相通的四個(gè)流體通道中的油液的壓力值不對應(yīng)相等，即可判定該兩級(jí)伺服閥處于故障狀態(tài)。

兩級(jí)伺服閥A1-1和兩級(jí)伺服閥B1-2的閥芯A、B5-1，5-2通過聯(lián)軸器3相連，若一個(gè)兩級(jí)伺服閥A1-1被判定處于故障狀態(tài)，該兩級(jí)伺服閥A1-1的閥芯A5-1被正常工作的兩級(jí)伺服閥B1-2的閥芯B5-2通過聯(lián)軸器3拉動(dòng)，處于故障狀態(tài)下的兩級(jí)伺服閥A1-1液流輸出特性不變。

兩級(jí)伺服閥A1-1和兩級(jí)伺服閥B1-2同步工作，閥芯A、B5-1，5-2在運(yùn)動(dòng)過程中，閥芯A、B5-1，5-2需要4個(gè)自由度。將閥芯A、B5-1，5-2運(yùn)動(dòng)方向、垂直安裝底面方向作為直角坐標(biāo)系的+X、+Y方向，建立直角坐標(biāo)系。在此直角坐標(biāo)系中閥芯A、B5-1，5-2運(yùn)動(dòng)過程中需保證Y方向、Z向兩個(gè)平移自由度與Z軸旋轉(zhuǎn)自由度、Y軸旋轉(zhuǎn)自由度。閥芯A、B5-1，5-2通過聯(lián)軸器3進(jìn)行總成，該聯(lián)軸器3由球桿組件16和平行板17兩部分組成，兩部分分別與閥芯A、B5-1，5-2相連，聯(lián)軸器3的球桿組件16的球頭與平行板17中的平行槽相配合，該配合部位采用1~2μ間隙配合，聯(lián)軸器3材料選用17-4PH。閥芯A、B5-1，5-2通過螺紋結(jié)構(gòu)與聯(lián)軸器3相連，聯(lián)軸器3的球桿組件16和平行板17上都預(yù)留有貫穿螺紋孔，閥芯A、B5-1，5-2與聯(lián)軸器3裝配完成后，將四個(gè)夾緊螺釘4安裝在預(yù)留螺紋孔中，對閥芯進(jìn)行防旋轉(zhuǎn)鎖緊。

以兩級(jí)伺服閥A1-1為例（圖2），兩級(jí)伺服閥A1-1的閥芯A5-1兩端處于閥體8外部，需要對閥芯A5-1兩端進(jìn)行動(dòng)密封。該處采用了兩級(jí)密封的密封方案，通過一級(jí)密封對高壓油進(jìn)行卸荷，二級(jí)密封實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)密封。一級(jí)密封采用機(jī)械間隙密封，密封套12-1與閥套13密封間隙為0~2μ,密封套12-1與閥套13之間為靜密封，在0~2μ的間隙密封條件下，該處可實(shí)現(xiàn)無泄漏密封，同時(shí)0~2μ的密封間隙可以很好的保證密封套12-1孔與閥套13孔的同軸度；密封套12-1與閥芯A5-1間的密封間隙為2~4μ，密封套12-1與閥芯A5-1間為動(dòng)密封，在2~4μ的間隙密封條件下，該處密封可實(shí)現(xiàn)靜態(tài)密封無泄漏、動(dòng)態(tài)密封過程中僅有少量附著于閥芯A5-1表面的油膜在閥芯A5-1運(yùn)動(dòng)過程中被帶出，同時(shí)該處間隙密封幾乎不產(chǎn)生摩擦力。二級(jí)密封按AS4716標(biāo)準(zhǔn)選用Advancap結(jié)構(gòu)動(dòng)密封件15，該動(dòng)密封件15由NBR彈性橡膠與Avalon含氟聚化物（與閥芯接觸）組成。在經(jīng)一級(jí)密封結(jié)構(gòu)卸荷降壓后，二級(jí)密封處的油壓較低，在此條件下，含氟聚化物與閥芯A5-1的接觸壓力較低，閥芯A5-1與動(dòng)密封件15的密封摩擦力相對于常規(guī)密封結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的密封摩擦力大大降低。

集成伺服閥具有機(jī)械控制模式，因機(jī)械控制模式需通過撥叉杠桿結(jié)構(gòu)撥動(dòng)閥芯A、B5-1，5-2，這就要求在撥動(dòng)過程中閥芯A、B5-1，5-2上不能夠有過大的軸向阻力，也就是閥芯A、B5-1，5-2上液動(dòng)力不能過大。在集成伺服閥的額定使用工況下：供回油壓差28MPa、兩級(jí)伺服閥A1-1和兩級(jí)伺服閥B1-2流量115L/min下，常規(guī)滑閥結(jié)構(gòu)將會(huì)產(chǎn)生362.2N的液動(dòng)力。為減小滑閥液動(dòng)力，提高集成閥在機(jī)械控制模式下的可操縱性，對滑閥進(jìn)行了液動(dòng)力補(bǔ)償設(shè)計(jì)。在該液動(dòng)力補(bǔ)償設(shè)計(jì)方案中，閥套13進(jìn)油孔與閥套13中心軸線成45°角，當(dāng)滑閥工作窗口打開時(shí)，高壓油液通過該45°斜孔直接沖擊閥芯A、B5-1，5-2軸肩上，使得閥芯A、B5-1，5-2獲得一定量的開啟力。同時(shí)，滑閥的閥芯A、B5-1，5-2采用負(fù)力窗孔設(shè)計(jì)，閥芯A、B5-1，5-2回油腔處的軸肩設(shè)計(jì)為60°、30°倒角，回油油液沖擊在與閥芯A、B5-1，5-2軸線成60°倒角的軸肩上，流經(jīng)與閥芯A、B5-1，5-2軸線成30°倒角的軸肩。通過閥套13斜孔與閥芯A、B5-1，5-2回油負(fù)力窗孔組合設(shè)計(jì)，液動(dòng)力補(bǔ)償效率可達(dá)到75%。