一种负载敏感非对称电静液作动器及工作方法

技术领域

本申请属于电静液作动器领域，涉及一种非对称的电静液作动器，具体涉及一种负载敏感非对称电静液作动器及工作方法。

背景技术

基于对可靠性、安全性、维护性以及经济性等综合因素的权衡，采用功率电传技术的多电飞机简化了遍布机身的液压管路，获得了测试、控制管理、容错能力等多方面收益，逐步占据现代民机市场，而高度集成化的电静液作动器是实现多电飞机功率电传作动系统的关键一环，高性能电静液作动器的研发成为全球飞机液压供应商的关注焦点。

电静液作动器集成了电机、泵、阀、传感器、作动筒等部件，导致其自身体积尺寸较大，限制了其在局部有严格空间约束场景的使用，由于对称泵控非对称作动筒存在容腔体积不一致带来的控制难题，而非对称泵的技术成熟度尚不能满足工业化需求，当前应用较为成熟的电静液作动器主要采用对称式作动筒结构，这就导致电静液作动器的轴向尺寸覆盖作动筒的两倍工作行程，使其较传统液压伺服作动器的结构尺寸劣势更为明显。此外，电静液作动器的高度集成化设计还带来了散热难题，必须解决长时间空载、满载不同工作负荷下的系统发热问题，保证其安全可靠工作。

为了减小电静液作动器的体积尺寸，专利【申请号：201810178711.6】提出了一种非对称泵控非对称液压缸的电动静液作动器，但是非对称泵的设计加工难度较大，技术成熟度不高；专利【申请号：201711348907.7】提出一种基于压力选择阀的非对称电静液作动器，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。为了降低电静液作动器的发热，专利【申请号：201811227191.X】针对采用对称作动筒的电动静液作动器提出一种主动负载敏感控制方式。专利【申请号：201510120019.4】将负载敏感技术应用于采用非对称作动筒的电动静液作动器，但是该方法仅实现了单侧负载敏感控制。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种负载敏感非对称电静液作动器及工作方法，缩短电静液作动器轴向尺寸的同时抑制其发热，在不增加元器件设计制造难度的前提下，采用非对称作动筒减小电静液作动器体积，借助负载敏感机构降低电静液作动器的发热量，降低加工制造和驱动控制难度。

本发明通过以下技术方案实现：

一种负载敏感非对称电静液作动器，包括调速电机、负载敏感液压泵、负载敏感机构、压力选择梭阀、液控换向阀、蓄能器和非对称作动筒；非对称作动筒是非对称的液压驱动作动筒，其一个油腔连接负载敏感液压泵的A口，另一个油腔连接负载敏感液压泵的B口；负载敏感液压泵是双向液压泵，通过与其连接的调速电机控制和切向；负载敏感机构通过压力选择梭阀连接负载敏感液压泵的A口或B口的压力并调整负载敏感液压泵的排量；液控换向阀根据负载敏感液压泵A口和B口的压力大小选择其中一端连接蓄能器。

进一步的，调速电机是发电电动一体机。

进一步的，压力选择梭阀的两个进油口分别连接负载敏感液压泵A口和B口，并将压力较大一端的压力通过工作口传递给负载敏感机构。

进一步的，负载敏感机构根据感受到的压力来调整负载敏感液压泵的排量，压力越大时负载敏感液压泵的排量越小。

进一步的，液控换向阀通过感受负载敏感液压泵A口和B口的压力，选择负载敏感液压泵A口和B口中压力较小的一口与蓄能器连通。

进一步的，液控换向阀的阀芯为对称布置的两位四通阀芯，液控换向阀的两个控制油口分别连接负载敏感液压泵的A口和B口，液控换向阀的第一工作油口和第二工作油口分别连接负载敏感液压泵A口和B口，液控换向阀的第三工作油口和第四工作油口连接蓄能器；液控换向阀选择压力较小的一个控制油口一端的工作油口与蓄能器连接。

进一步的，负载敏感液压泵的A口和B口还通过安全阀连接。

一种负载敏感非对称电静液作动器工作方法，包括负载敏感液压泵提供主动力的方法：

负载敏感液压泵将油液从低压端泵向高压端；在高压油液作用下，压力选择梭阀的高压工作口和负载敏感机构相连，高压油通过液控换向阀的高压控制油口推动阀芯，使得蓄能器和液控换向阀的低压工作油口连通；

负载敏感液压泵向非对称作动筒的高压油腔注入液压油，非对称作动筒的活塞杆提供主动负载力，负载敏感液压泵的低压端作为吸油口从非对称作动筒的低压油腔吸取液压油，蓄能器用于补偿非对称作动筒无杆腔和有杆腔面积差导致的吸油量差值。

进一步的，还包括负载作为主动力的方法：

非对称作动筒的高压腔内的油液推动负载敏感液压泵作为马达工作，调速电机作为发电机提供阻力；在高压油液作用下，压力选择梭阀的高压工作口和负载敏感机构相连，高压油通过液控换向阀的高压控制油口推动阀芯，使得蓄能器和液控换向阀的低压工作油口连通；

负载敏感液压泵的高压端作为吸油口从非对称作动筒的高压油腔吸入液压油，非对称作动筒的活塞杆运动时，负载敏感液压泵的低压端作为排油口向非对称作动筒低压油腔注入液压油，蓄能器吸收非对称作动筒无杆腔和有杆腔面积差导致的油液容积差。

与以往技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明的负载敏感非对称电静液作动器采用非对称作动筒，结构尺寸较对称作动筒形式的电静液作动器更小；

(2)本发明采用液控换向阀和蓄能器实现了对称泵控制非对称作动筒，避免使用非常规形式的液压元器件，降低了加工设计和控制难度；

(3)本发明使用负载敏感机构和压力选择梭阀的结构实现了负载敏感控制，有利于降低电静液作动器的发热量，提高能效；

(4)本发明原理简单，负载敏感非对称电静液作动器全部采用成熟的工业元器件，因而具有更高可靠性和可行性。

附图说明

图1是负载敏感非对称电静液作动器的原理图；

图2是负载敏感非对称电静液作动器的非对称作动筒无杆腔为高压腔时的实施方案示意图；

图3是负载敏感非对称电静液作动器的非对称作动筒有杆腔为高压腔时的实施方案示意图；

其中，1-调速电机、2-负载敏感液压泵、3-负载敏感机构、4-压力选择梭阀、5-液控换向阀、6-蓄能器、7-第一安全阀、8-第二安全阀、9-非对称作动筒。

具体实施方式

本部分是本发明的实施例，用于解释和说明本发明的技术方案。

一种负载敏感非对称电静液作动器，包括调速电机1、负载敏感液压泵2、负载敏感机构3、压力选择梭阀4、液控换向阀5、蓄能器6和非对称作动筒9；非对称作动筒9是非对称的液压驱动作动筒，其一个油腔连接负载敏感液压泵2的A口，另一个油腔连接负载敏感液压泵2的B口；负载敏感液压泵2是双向液压泵，通过与其连接的调速电机1控制和切向；负载敏感机构3通过压力选择梭阀4连接负载敏感液压泵2的A口或B口的压力并调整负载敏感液压泵2的排量；液控换向阀5根据负载敏感液压泵2A口和B口的压力大小选择其中一端连接蓄能器6。

调速电机1是发电电动一体机。

压力选择梭阀4的两个进油口分别连接负载敏感液压泵2A口和B口，并将压力较大一端的压力通过工作口传递给负载敏感机构3。

负载敏感机构3根据感受到的压力来调整负载敏感液压泵2的排量，压力越大时负载敏感液压泵2的排量越小。

液控换向阀5通过感受负载敏感液压泵2A口和B口的压力，选择负载敏感液压泵2A口和B口中压力较小的一口与蓄能器6连通。

液控换向阀5的阀芯为对称布置的两位四通阀芯，液控换向阀5的两个控制油口分别连接负载敏感液压泵2的A口和B口，液控换向阀5的第一工作油口和第二工作油口分别连接负载敏感液压泵2A口和B口，液控换向阀5的第三工作油口和第四工作油口连接蓄能器6；液控换向阀5选择压力较小的一个控制油口一端的工作油口与蓄能器6连接。

负载敏感液压泵2的A口和B口还通过安全阀连接。

一种负载敏感非对称电静液作动器工作方法，包括负载敏感液压泵作为主动力的方法：

负载敏感液压泵将油液从低压端泵向高压端；在高压油液作用下，压力选择梭阀的高压工作口和负载敏感机构相连，高压油通过液控换向阀的高压控制油口推动阀芯，使得蓄能器和液控换向阀的低压工作油口连通；

负载敏感液压泵向非对称作动筒的高压油腔注入液压油，非对称作动筒的活塞杆提供主动负载力，负载敏感液压泵的低压端作为吸油口从非对称作动筒的低压油腔吸取液压油，蓄能器用于补偿非对称作动筒无杆腔和有杆腔面积差导致的吸油量差值。

还包括负载作为主动力的方法：

非对称作动筒的高压腔内的油液推动负载敏感液压泵作为马达工作，调速电机作为发电机提供阻力；在高压油液作用下，压力选择梭阀的高压工作口和负载敏感机构相连，高压油通过液控换向阀的高压控制油口推动阀芯，使得蓄能器和液控换向阀的低压工作油口连通；

负载敏感液压泵的高压端作为吸油口从非对称作动筒的高压油腔吸入液压油，非对称作动筒的活塞杆运动时，负载敏感液压泵的低压端作为排油口向非对称作动筒低压油腔注入液压油，蓄能器吸收非对称作动筒无杆腔和有杆腔面积差导致的油液容积差。

下面参照附图说明本发明的实施例。

本发明的负载敏感非对称电静液作动器的调速电机1和负载敏感液压泵2的机械轴相连接，负载敏感液压泵2的A口和非对称作动筒9的无杆腔相连，负载敏感液压泵2的B口和非对称作动筒9的有杆腔相连。

负载敏感液压泵2的A口和B口之间设置有压力选择梭阀4，用于反馈负载敏感液压泵2出口的控制压力。

负载敏感液压泵2的压力调节口和压力选择梭阀4之间设置有负载敏感机构3，用于调节负载敏感液压泵2的出口压力。

负载敏感液压泵2的A口和B口之间设置有液控换向阀5，液控换向阀5的第一油口M和负载敏感液压泵2的A口相连，液控换向阀5的第二油口N和负载敏感液压泵2的B口相连，液控换向阀5的第一控制油口X和负载敏感液压泵2的A口相连，液控换向阀5的第二控制油口Y和负载敏感液压泵2的B口相连，液控换向阀5的阀芯为对称布置的两位四通阀芯，两位四通阀芯靠近第一控制油口X和第二控制油口Y的外侧对称布置为截止位，远离第一控制油口X和第二控制油口Y的内对称布置为连通位。

液控换向阀5的第三油口和第四油口相连通，并与蓄能器6出口W相连。

非对称作动筒9的无杆腔和有杆腔之间设置有第一安全阀7和第二安全阀8，当无杆腔压力高于第一安全阀7设定值时，无杆腔内油液可经第一安全阀7流入有杆腔，当有杆腔压力高于第二安全阀8设定值时，有杆腔内油液可经第二安全阀8流入无杆腔，保证机构安全性。

本发明的负载敏感非对称电静液作动器的非对称作动筒9无杆腔为高压腔时，如图2所示，在高压油液作用下，压力选择梭阀4的P口和负载敏感机构3相连，高压油通过液控换向阀5的第一控制油口X推动两位四通阀芯，使得蓄能器6出口W和液控换向阀5的第二油口N连通，此时电静液作动器的工作状态分两种情形：

(1)负载敏感液压泵2的A口作为排油口向非对称作动筒9无杆腔注入液压油，非对称作动筒9的活塞杆提供主动负载力伸出，负载敏感液压泵2的B口作为吸油口从非对称作动筒9有杆腔和蓄能器6内吸取液压油，蓄能器6提供的液压油用于补偿非对称作动筒9无杆腔和有杆腔面积差导致的吸油量差值。

当需要非对称作动筒9的活塞杆提供主动负载力较小时，负载敏感液压泵2的A口压力不足以控制负载敏感机构3调节负载敏感液压泵2的斜盘角度改变其排量，通过控制调速电机1转速调整电静液作动器运行速度；当需要非对称作动筒9的活塞杆提供主动负载力增加时，负载敏感液压泵2的A口压力增加，负载敏感机构3调节负载敏感液压泵2的斜盘角度，减小负载敏感液压泵2的输出排量，提高调速电机1转速保证电静液作动器输出速度，从而避免电机转矩增加导致的电流增大，减少电机发热量。

(2)负载敏感液压泵2的A口作为吸油口从非对称作动筒9无杆腔吸入液压油，非对称作动筒9的活塞杆受顺载力收回时，负载敏感液压泵2的B口作为排油口向非对称作动筒9有杆腔和蓄能器6内注入液压油，此时负载敏感液压泵2作为马达拖动调速电机1处于发电模式，蓄能器6吸收非对称作动筒9无杆腔和有杆腔面积差导致的油液容积差。

本发明的负载敏感非对称电静液作动器的非对称作动筒9有杆腔为高压腔时，如图3所示，在高压油液作用下，压力选择梭阀4的Q口和负载敏感机构3相连，高压油通过液控换向阀5的第二控制油口Y推动两位四通阀芯，使得蓄能器6出口W和液控换向阀5的第一油口M连通，此时电静液作动器的工作状态分两种情形：

(1)负载敏感液压泵2的B口作为排油口向非对称作动筒9有杆腔注入液压油，非对称作动筒9的活塞杆提供主动负载力收回，负载敏感液压泵2的A口作为吸油口从非对称作动筒9无杆腔和蓄能器6内吸取液压油，蓄能器6吸收非对称作动筒9无杆腔和有杆腔面积差导致的油液容积差。

当需要非对称作动筒9的活塞杆提供主动负载力较小时，负载敏感液压泵2的B口压力不足以控制负载敏感机构3调节负载敏感液压泵2的斜盘角度改变其排量，通过控制调速电机1转速调整电静液作动器运行速度；当需要非对称作动筒9的活塞杆提供主动负载力增加时，负载敏感液压泵2的B口压力增加，负载敏感机构3调节负载敏感液压泵2的斜盘角度，减小负载敏感液压泵2的输出排量，提高调速电机1转速保证电静液作动器输出速度，从而避免电机转矩增加导致的电流增大，减少电机发热量。

(2)负载敏感液压泵2的B口作为吸油口从非对称作动筒9有杆腔吸入液压油，非对称作动筒9的活塞杆受顺载力伸出时，负载敏感液压泵2的A口作为排油口向非对称作动筒9无杆腔内注入液压油，此时负载敏感液压泵2作为马达拖动调速电机1处于发电模式，蓄能器6向非对称作动筒9无杆腔提供非对称作动筒9无杆腔和有杆腔面积差导致的油液容积差。

综上，本发明的负载敏感非对称电静液作动器系统组成简单，均采用成熟器件，制造难度低且控制简单，采用非对称作动筒9缩小了电静液作动器的结构尺寸，并通过负载敏感技术有效抑制了电静液作动器的发热量，满足电静液作动器的实际应用需求。