CN105570237B

CN105570237B - 一种双余度机电静压伺服机构

Info

Publication number: CN105570237B
Application number: CN201410601786.2A
Authority: CN
Inventors: 何俊; 赵守军; 陈鹏; 曲颖; 赵春
Original assignee: BEIJING EXPERIMENTAL PLANT; China Academy of Launch Vehicle Technology CALT; Beijing Research Institute of Precise Mechatronic Controls
Current assignee: BEIJING EXPERIMENTAL PLANT; China Academy of Launch Vehicle Technology CALT; Beijing Research Institute of Precise Mechatronic Controls
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2014-10-31
Publication date: 2019-02-26
Anticipated expiration: 2034-10-31
Also published as: CN105570237A

Abstract

本发明属于大型舵控机构技术领域，具体涉及一种双余度机电静压伺服机构；包括控制组件(18)、低压组件(19)和作动组件(20)，其中控制组件(18)通过两个控制油路分别与作动组件(20)中的两腔油路相连，控制组件(18)的液压泵低压补油油路和壳体泄油油路分别与低压组件(19)的低压油路相连，作动组件(20)通过旁通阀(14)回油油路与低压油路相连；本发明采用“机电控制，液压传动”技术和电机泵一体化设计技术，并对***中电机泵、伺服控制器、伺服电机驱动器、位移传感器、自增压油箱等部分进行了两余度配置，设置了高压双向过滤器和水冷散热器，达到提高***可靠性、维护性的效果。

Description

一种双余度机电静压伺服机构

技术领域

本发明属于大型舵控机构技术领域，具体涉及一种双余度机电静压伺服机构。

背景技术

机电静压伺服机构Electro-Hydrostatic Actuators,EHA是近年来在航空航天控制执行领域兴起的一种新技术。它用伺服电机控制恒量双向液压泵转速和方向，由液压作动器推动负载实现位移输出。即有机电伺服可靠性高、节能和维护方便的显著特点，又因为采用了液压传动而具有出力大、传动可靠性高的优势。

针对本发明实施例功率大于20kW，负载力大于30T的位置控制伺服机构，机电静压伺服机构与传统阀控电液伺服机构相比，取消了传统的易发生污染堵塞故障的伺服阀，本质可靠性显著提高，也消除了传统的大体积液压油箱和外部液压导管，密封性能和使用维护性能显著提高；与机电伺服机构相比，由于没有采用滚珠或滚柱丝杠，更适用于大载荷情况，也更易实现冗余设计。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供大功率可靠性高的双余度机电静压伺服机构。

本发明所采用的技术方案是：

一种双余度机电静压伺服机构，包括控制组件、低压组件和作动组件，其中控制组件通过两个控制油路分别与作动组件中的两腔油路相连，控制组件的液压泵低压补油油路和壳体泄油油路分别与低压组件的低压油路相连，作动组件通过回油油路与低压油路相连。

所述控制组件中包括，两个伺服电机泵、两个散热器、四个单向阀、两个自增压邮箱、两个高压安全阀、两个隔离阀和两个油滤组件，其中两个整体式伺服电机泵的两个控制油腔共4个油路，每个油路出来后分为两个流向，一个流向通过单向阀接低压组件的低压油路，另一个流向接隔离阀，从隔离阀出来后四个油路汇为两个油路，再分为两个流向，一个流向分别与2个高压安全阀连接，其中一路接一个加注活门，另一个流向分别进入2个双向过滤器，从双向过滤器出来的控制油路分别与作动组件的作动器两腔相接；两个整体式电机泵的2路壳体回油分别流经散热器后与低压组件的低压油路相连。

所述低压组件包括两个个自增压油箱、两个油位传感器、一个低压压力传感器、一个加注活门、两个温度传感器、两个充气嘴、一个低压安全阀；其中2个自增压油箱的油端分别内置油位传感器，气端分别装了一个充气嘴， 2个自增压油箱的油端各有一个低压油路，2个油路相连后，此低压油路分为 8个流向，分别接控制组件低压油路、作动组件旁通阀的回油油路、低压安全阀、接加注活门、2个温度传感器和2个低压压力传感器。

所述作动组件包括，旁通阀、作动器、两个压差传感器及位移传感器，其中作动器内置三余度位移传感器，作动器两腔分别接控制组件的2个控制油腔、旁通阀和两个压差传感器。

所述每套机电静压伺服机构配置一套双驱动伺服控制驱动器。

本发明的有益效果是：

1.本发明采用两余度电机泵、两余度伺服控制器、两余度伺服电机驱动器、三余度位移传感器、两余度自增压油箱的***组成，确保伺服机构一度故障工作；

2.本发明采用伺服电机和恒量液压泵集成一体化设计，使得电机泵接口简单，结构简洁利索，消除了旋转密封环节，提高了密封可靠性，电机浸油工作，提高了电机冷却性能和长时工作能力；

3.本发明采用两个两位四通电磁隔离阀进行故障的隔离，当一个电机泵通路(包括控制驱动器、电机泵等)出现故障时，隔离阀工作，电机泵两个出油口连通，隔离阀的两个输出油口截止，确保故障不会影响正常通路的工作；

4.本发明采用两个相互独立的伺服控制驱动器分别控制驱动两个电机泵，确保一个驱动控制器故障不会影响另一个驱动控制器正常工作；

5.本发明设置了压差、低压压力、油箱油面、油温、位置传感器、相电流、母线电压、Iq、Id、各种供电电压等测量参数，通过以上参数，能够进行伺服机构的健康诊断，并采取相应的余度管理措施；

6.本发明分别在每个电机泵的壳体回油油路设置了水冷散热器，加速电机泵散热，使***能够长时工作；

7.本发明分别在作动器两腔各设置了一个双向高压过滤器，电机泵壳体回油油路各设置了一个低压过滤器，保证***的工作介质清洁度，确保***能够可靠长时工作；

8.本发明采用“机电控制，液压传动”技术和电机泵一体化设计技术，并对***中电机泵、伺服控制器、伺服电机驱动器、位移传感器、自增压油箱等部分进行了两余度配置，设置了高压双向过滤器和水冷散热器，达到提高***可靠性、维护性的效果。

附图说明

图1是一种双余度机电静压伺服机构示意图；

图中：1.伺服电机泵、2.散热器、3.单向阀、4.自增压油箱、5.作动器、 6.位移传感器、7.高压安全阀、8.隔离阀、9.油滤组件、10.低压安全阀、11. 加注活门、12.低压压力传感器、13.压差传感器、14.旁通阀、15.温度传感器、 16.充气嘴、17.油位传感器、18.控制组件、19.低压组件、20.作动组件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明提供的一种进行介绍：

一种双余度机电静压伺服机构，包括控制组件18、低压组件19和作动组件20，其中控制组件18通过两个控制油路分别与作动组件20中的两腔油路相连，控制组件18的液压泵低压补油油路和壳体泄油油路分别与低压组件 19的低压油路相连，作动组件20通过回油油路与低压油路相连。

所述控制组件中包括，两个伺服电机泵1、两个散热器2、四个单向阀3、两个自增压邮箱4、两个高压安全阀7、两个隔离阀8和两个油滤组件9，其中两个整体式伺服电机泵1的两个控制油腔共4个油路，每个油路出来后分为两个流向，一个流向通过单向阀3接低压组件的低压油路，另一个流向接隔离阀8，从隔离阀8出来后四个油路汇为两个油路，再分为两个流向，一个流向分别与2个高压安全阀7连接，其中一路接一个加注活门11，另一个流向分别进入2个双向过滤器9，从双向过滤器9出来的控制油路分别与作动组件的作动器两腔相接；两个整体式电机泵1的2路壳体回油分别流经散热器2后与低压组件的低压油路相连。

所述低压组件包括两个个自增压油箱4、两个油位传感器17、一个低压压力传感器12、一个加注活门11、两个温度传感器15、两个充气嘴16、一个低压安全阀10；其中2个自增压油箱4的油端分别内置油位传感器17，气端分别装了一个充气嘴16，2个自增压油箱4的油端各有一个低压油路，2 个油路相连后，此低压油路分为8个流向，分别接控制组件低压油路、作动组件旁通阀14的回油油路、低压安全阀10、接加注活门11、2个温度传感器15和2个低压压力传感器12。

所述作动组件20包括，旁通阀14、作动器5、两个压差传感器13及位移传感器6，其中作动器5内置三余度位移传感器6，作动器两腔分别接控制组件的2个控制油腔、旁通阀14和两个压差传感器13。

一体化伺服电机泵1通过补油单向阀3从自增压油箱4吸油，***通过控制伺服电机泵1的液流方向和大小，从而控制伺服作动器的伸缩和速度，隔离阀8可以进行单电机泵工作模式和双电机泵工作模式切换，并且在双电机泵工作模式时，当一个电机泵通路故障时，隔离阀8可以实现将故障通路与正常***隔离，使伺服机构转换为单电机泵工作模式保持正常工作；油液从隔离阀8出来分成两路，一路经过双向油滤组件9后进入作动器5工作腔，另一路进入高压安全阀7，在负载压力异常升高时，安全阀打开卸压，保护伺服机构结构。***通过设置在作动器有杆腔油路上和低压油路上的加注活门11进行工作油液加注；自增压油箱4通过充气嘴16充入一定压力的气体进行增压来保证低压油路的压力；当低压***压力异常升高超过低压安全阀 10开启压力时，低压安全阀10开启卸荷，保护低压油路的安全；电机泵的壳体回油经过过滤器后，流经散热器2进行冷却后回到油箱。两余度位移传感器内置于作动器5的活塞杆内，作动器5两腔设置有旁通阀14，在需要的使用能够使作动器5两腔旁路；***设置有两个低压压力传感器12测量油箱压力、两个压差传感器13测量作动器5两腔的压差、两个温度传感器15测量油箱的油温、两个油面电位计17侧量两个油箱的油面。

一台机电静压伺服机构配置一套伺服控制驱动器。采用双通道的伺服控制驱动器。一套伺服控制驱动器驱动两台伺服电机同时工作，控制***通过CAN总线或模拟通路将位置指令发送给伺服控制驱动器，并提供 +24V直流电，伺服控制驱动器接收位置指令，采集液压作动器线位移信号和永磁同步伺服电机状态数据，运行闭环控制算法，控制驱动2台电机泵共同控制一个机电静压作动器按控制***指令动作。

伺服控制驱动器主要包括两套DSP处理器电路、电源变换电路、旋转变压器解码电路、CAN总线接口电路、电流电压检测与硬件保护电路、电源管理电路、功率驱动电路，连接关系所示。与控制***、机电静压作动器、伺服动力电源存在电气接口关系。

Claims

1.一种双余度机电静压伺服机构，其特征在于：包括控制组件(18)、低压组件(19)和作动组件(20)，其中控制组件(18)通过两个控制油路分别与作动组件(20)中的两腔油路相连，控制组件(18)的液压泵低压补油油路和壳体泄油油路分别与低压组件(19)的低压油路相连，作动组件(20)通过旁通阀(14)回油油路与低压油路相连；

所述控制组件中包括，两个伺服电机泵(1)、两个散热器(2)、四个单向阀(3)、两个自增压油箱(4)、两个高压安全阀(7)、两个隔离阀(8)和两个双向过滤器(9)，其中两个伺服电机泵(1)的两个控制油腔共4个油路，每个油路出来后分为两个流向，一个流向通过单向阀(3)接低压组件的低压油路，另一个流向接隔离阀(8)，从隔离阀(8)出来后四个油路汇为两个油路，再分为两个流向，一个流向分别与2个高压安全阀(7)连接，其中一路接一个加注活门(11)，另一个流向分别进入2个双向过滤器(9)，从双向过滤器(9)出来的控制油路分别与作动组件的作动器两腔相接；两个伺服电机泵(1)的2路壳体回油分别流经散热器(2)后与低压组件的低压油路相连。

2.根据权利要求1所述的一种双余度机电静压伺服机构，其特征在于：所述低压组件包括两个自增压油箱(4)、两个油位传感器(17)、一个低压压力传感器(12)、一个加注活门(11)、两个温度传感器(15)、两个充气嘴(16)、一个低压安全阀(10)；其中2个自增压油箱(4)的油端分别内置油位传感器(17)，气端分别装了一个充气嘴(16)，2个自增压油箱(4)的油端各有一个低压油路，2个油路相连后，此低压油路分为8个流向，分别接控制组件低压油路、作动组件旁通阀(14)的回油油路、低压安全阀(10)、加注活门(11)、2个温度传感器(15)和2个低压压力传感器(12)。

3.根据权利要求1所述的一种双余度机电静压伺服机构，其特征在于：所述作动组件(20)包括，旁通阀(14)、作动器(5)、两个压差传感器(13)及位移传感器(6)，其中作动器(5)内置三余度位移传感器(6)，作动器两腔分别接控制组件的2个控制油腔、旁通阀(14)和两个压差传感器(13)。

4.根据权利要求1所述的一种双余度机电静压伺服机构，其特征在于：每套机电静压伺服机构配置一套双驱动伺服控制驱动器。