一種雙余度電動靜液作動器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種雙余度電動靜液作動器，屬于電液伺服控制和作動技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]作動系統(tǒng)是飛機(jī)的一個重要環(huán)節(jié)?，F(xiàn)代飛機(jī)上的作動系統(tǒng)有液壓、電力、氣壓和機(jī)械作動系統(tǒng)等四種。當(dāng)前機(jī)載液壓作動系統(tǒng)是在飛行控制領(lǐng)域應(yīng)用最廣的一個方式，目前的飛行器大多數(shù)采用液壓作為動力，并由飛控計(jì)算機(jī)進(jìn)行電傳的綜合控制，以操縱飛機(jī)控制舵面，實(shí)現(xiàn)飛行姿態(tài)和軌跡的控制。機(jī)載作動系統(tǒng)的性能優(yōu)劣將直接影響飛機(jī)的整體性會K。
[0003]為了滿足未來飛機(jī)向高機(jī)動性、超高速及大功率方向發(fā)展，飛機(jī)液壓系統(tǒng)正朝著高壓化、大功率、變壓力、智能化、集成化、多余度方向發(fā)展。但是，采用液壓作動系統(tǒng)，由于飛機(jī)全身布滿液壓管路，增加了飛控系統(tǒng)的總重量，使飛機(jī)的受攻擊面積增大，導(dǎo)致飛機(jī)戰(zhàn)傷生存率不高；高壓化和大功率則使傳統(tǒng)飛機(jī)液壓系統(tǒng)的效率問題日益突出，進(jìn)而引發(fā)了諸如散熱、使飛機(jī)燃油總效率降低等問題。
[0004]因此，隨著新材料、電機(jī)技術(shù)、控制學(xué)和先進(jìn)制造技術(shù)等的發(fā)展，用以取代目前所依賴的功率液壓傳動的功率電傳技術(shù)就應(yīng)運(yùn)而生了。所謂功率電傳是指由飛機(jī)第二能源系統(tǒng)至作動系統(tǒng)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的功率傳輸采用電導(dǎo)線以電能量傳輸?shù)姆绞酵瓿?。以多電飛機(jī)為發(fā)展方向的未來飛行器的機(jī)載作動系統(tǒng)將主要采用功率電傳作動器，如電動靜液作動器(EHA, Electro-Hydrostatic Actuator)和機(jī)電作動器(EMA，Electro-MechanicalActuator)等。
[0005]采用功率電傳作動系統(tǒng)后，由于沒有了遍布機(jī)身的液壓管路，且一體化作動器易形成容錯能力，使飛機(jī)具有了以下優(yōu)點(diǎn):
[0006]I)維修性好。易于檢測，具有很強(qiáng)的機(jī)內(nèi)自檢能力；同時，定期維護(hù)工作也有所減輕。2)可靠性高。電力作動方式易形成容錯能力；取消了原液壓作動系統(tǒng)中高故障率的伺服閥。3)生存力強(qiáng)。在機(jī)身和機(jī)翼中沒有高壓的液壓管道，不存在液壓油可燃等問題，因而它在戰(zhàn)斗受損后的生存力強(qiáng)，也更安全。4)減輕起飛重量。采用電力作動方式將大大節(jié)省燃油，減少管路布置，減輕飛機(jī)的冷卻負(fù)擔(dān)。5)大量節(jié)省費(fèi)用。降低了飛機(jī)的生產(chǎn)費(fèi)用、發(fā)展費(fèi)用和壽命期維護(hù)費(fèi)用等。
[0007]典型的EHA主要由伺服電動機(jī)、液壓泵和作動筒組成，如圖1所示，通過電動機(jī)驅(qū)動液壓泵，提供系統(tǒng)流量，直接驅(qū)動作動筒，通過調(diào)節(jié)電動機(jī)轉(zhuǎn)速和(或)泵的排量來改變流量，達(dá)到對作動器輸出位移或速度進(jìn)行伺服控制的目的，泵的輸出壓力由負(fù)載決定，較閥控系統(tǒng)而言，不存在壓力損失，屬于容積控制系統(tǒng)，系統(tǒng)效率較高。
[0008]當(dāng)EHA用于驅(qū)動飛機(jī)主飛控舵面時，往往需要其能夠提供至少兩個余度。在一套系統(tǒng)發(fā)生故障時，另一套系統(tǒng)能夠替代其投入運(yùn)行，以保證飛行安全?，F(xiàn)有的雙余度EHA系統(tǒng)一般采用串聯(lián)雙出桿對稱液壓缸，如圖2所示，每套EHA系統(tǒng)分別與其中對稱的兩個液壓缸兩腔直接相連。由于這種雙出桿液壓缸的活塞桿雙向伸出，導(dǎo)致其占用空間較大，這對于飛機(jī)來講是不可取的。針對該問題，現(xiàn)有專利“一種雙余度電液伺服執(zhí)行器(CN 102226453B) ”公開了一種米用非對稱單出桿液壓缸與對稱雙出桿液壓缸串聯(lián)的雙余度電液伺服執(zhí)行器，分別針對單出桿液壓缸和雙出桿液壓缸設(shè)計(jì)了不同的液壓回路。上述方案雖然解決了串聯(lián)雙出桿液壓缸占用空間大的問題，但結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提出一種新型的雙余度電動靜液作動器，通過對串聯(lián)液壓缸的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，既節(jié)省空間，又結(jié)構(gòu)簡單，同時又對現(xiàn)有EHA改動最小。
[0010]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:
[0011 ] 本發(fā)明的雙余度電動靜液作動器，主要包括兩套完全相同的EHA本體和一個新型的串聯(lián)液壓缸；
[0012]所述的EHA本體，包括DSP控制器、功率驅(qū)動單元、直流無刷伺服電機(jī)、雙向伺服泵、單向閥、蓄能器、阻尼旁通閥、安全閥、電流傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器和壓力傳感器；
[0013]所述的串聯(lián)液壓缸，包括A、B、C、D四個腔室，其中A腔室的作用面積與D腔室相同，B腔室的作用面積與C腔室相同，B和C兩個腔室分別與上通道EHA本體的進(jìn)出油口相連，A和D兩個腔室分別與下通道EHA本體的進(jìn)出油口相連。
[0014]兩套完全相同的EHA本體構(gòu)成了作動器功率源的相似雙余度，可采用任一種現(xiàn)有EHA的原理，如變轉(zhuǎn)速變排量(VMVP)型、變轉(zhuǎn)速定排量(VMFP)型、定轉(zhuǎn)速變排量(FMVP)型，下文以變轉(zhuǎn)速定排量(VMFP)型EHA本體為例進(jìn)行說明。如圖3所示，每套EHA本體的DSP控制器分別接收上級飛控計(jì)算機(jī)控制指令，通過控制算法計(jì)算出輸出信號傳遞給功率驅(qū)動單元。功率驅(qū)動單元依照輸入信號給直流無刷伺服電機(jī)輸出相應(yīng)電功率，調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。伺服電機(jī)進(jìn)而帶動雙向伺服泵旋轉(zhuǎn)，以調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)流量，油液直接進(jìn)入對應(yīng)的液壓缸容腔，最終實(shí)現(xiàn)了對液壓缸輸出位置和速度的調(diào)節(jié)。由于EHA屬于閉式液壓系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)油液需保持平衡，所以要設(shè)置單向閥和蓄能器，用于控制系統(tǒng)的泄油和補(bǔ)油，避免系統(tǒng)出現(xiàn)氣穴。阻尼旁通閥用于隔離本通道液壓缸與EHA本體的連接，以保證該通道EHA本體能順利與作動系統(tǒng)脫離，進(jìn)入隨動狀態(tài)。安全閥用于過壓保護(hù)，可避免異常狀態(tài)下系統(tǒng)壓力過高造成的危害。各類傳感器用于系統(tǒng)的實(shí)時控制和狀態(tài)監(jiān)測。
[0015]雙余度作動器有多種工作狀態(tài)。正常工作時，兩個通道可工作在“主動/主動”或“主動/隨動”狀態(tài)。“主動/主動”指兩個通道都一直連續(xù)進(jìn)行主動調(diào)節(jié)。如圖3所示，液壓缸活塞桿需要伸出時，上通道EHA本體輸出油液到液壓缸的C腔，下通道EHA本體輸出油液到液壓缸A腔?；钊麠U需要縮回時，上通道EHA本體輸出油液到液壓缸的B腔，下通道EHA本體輸出油液到液壓缸D腔。兩個通道輸出值的具體大小由上級余度控制計(jì)算機(jī)給出，由于液壓缸兩個通道的作用面積不同，兩個EHA本體接收到的指令也是不同的。當(dāng)工作在“主動/隨動”狀態(tài)時，某一個通道工作在主動控制下，另外的通道系統(tǒng)正常上電，但不輸出，液壓回路處于旁通狀態(tài)，油液是在主動通道的帶動下進(jìn)行流動。相對于“主動/主動”狀態(tài)，輸出功率約減小一倍，但兩通道的均衡控制簡化很多。當(dāng)某一通道異常不能正常工作時，余度作動器工作在降級狀態(tài)，異常通道處于旁通狀態(tài)，不再輸出。正常通道工作在主動控制方式下，驅(qū)動負(fù)載，并帶動異常通道動作。
[0016]兩個EHA本體在余度控制器和本通道控制器下，單獨(dú)或同時以液壓能的方式輸出功率給液壓缸，液壓缸負(fù)責(zé)將輸入的液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能直接驅(qū)動負(fù)載。本作動器采用圖4所示的液壓缸，有四個工作油腔，可雙余度實(shí)現(xiàn)由液壓能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)化。液壓缸采用了新型的單出桿液壓對稱原理，相對于之前的雙余度串聯(lián)液壓缸，有諸多優(yōu)勢。液壓缸缸筒分為左右2段容腔，中間靠固定隔板隔開，每段容腔內(nèi)都有能自由滑動的活塞，兩個活塞的直徑和行程相等。任一活塞受到壓力驅(qū)動時，都可通過活塞桿向外傳遞直線作用力。缸筒內(nèi)部軸線上有一導(dǎo)桿，活塞桿是中空的，套在導(dǎo)桿上滑動，二者之間有密封裝置，防止油液進(jìn)入中空活塞桿內(nèi)。中空活塞桿的可變?nèi)萸慌c外界大氣連通，避免出現(xiàn)閉死空間。在結(jié)構(gòu)尺寸上，導(dǎo)桿直徑與活塞桿伸出部分直徑相等，這樣可保證液壓缸A腔和D腔作用面積相等。依據(jù)結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度要求，兩個活塞之間的活塞桿直徑大于導(dǎo)桿直徑，也保證了 B腔和C腔的作用面積相等，但作用面積小于A腔和D腔。這樣兩套EHA本體的油口分別與液壓缸A、D和B、C油口相連，就實(shí)現(xiàn)了液壓的