一種雙余度電動靜液作動器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發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領域。
【背景技術】
[0002]作動系統是飛機的一個重要環節。現代飛機上的作動系統有液壓、電力、氣壓和機械作動系統等四種。當前機載液壓作動系統是在飛行控制領域應用最廣的一個方式，目前的飛行器大多數采用液壓作為動力，并由飛控計算機進行電傳的綜合控制，以操縱飛機控制舵面，實現飛行姿態和軌跡的控制。機載作動系統的性能優劣將直接影響飛機的整體性會K。
[0003]為了滿足未來飛機向高機動性、超高速及大功率方向發展，飛機液壓系統正朝著高壓化、大功率、變壓力、智能化、集成化、多余度方向發展。但是，采用液壓作動系統，由于飛機全身布滿液壓管路，增加了飛控系統的總重量，使飛機的受攻擊面積增大，導致飛機戰傷生存率不高；高壓化和大功率則使傳統飛機液壓系統的效率問題日益突出，進而引發了諸如散熱、使飛機燃油總效率降低等問題。
[0004]因此，隨著新材料、電機技術、控制學和先進制造技術等的發展，用以取代目前所依賴的功率液壓傳動的功率電傳技術就應運而生了。所謂功率電傳是指由飛機第二能源系統至作動系統各執行機構之間的功率傳輸采用電導線以電能量傳輸的方式完成。以多電飛機為發展方向的未來飛行器的機載作動系統將主要采用功率電傳作動器，如電動靜液作動器(EHA, Electro-Hydrostatic Actuator)和機電作動器(EMA，Electro-MechanicalActuator)等。
[0005]采用功率電傳作動系統后，由于沒有了遍布機身的液壓管路，且一體化作動器易形成容錯能力，使飛機具有了以下優點:
[0006]I)維修性好。易于檢測，具有很強的機內自檢能力；同時，定期維護工作也有所減輕。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中高故障率的伺服閥。3)生存力強。在機身和機翼中沒有高壓的液壓管道，不存在液壓油可燃等問題，因而它在戰斗受損后的生存力強，也更安全。4)減輕起飛重量。采用電力作動方式將大大節省燃油，減少管路布置，減輕飛機的冷卻負擔。5)大量節省費用。降低了飛機的生產費用、發展費用和壽命期維護費用等。
[0007]典型的EHA主要由伺服電動機、液壓泵和作動筒組成，如圖1所示，通過電動機驅動液壓泵，提供系統流量，直接驅動作動筒，通過調節電動機轉速和(或)泵的排量來改變流量，達到對作動器輸出位移或速度進行伺服控制的目的，泵的輸出壓力由負載決定，較閥控系統而言，不存在壓力損失，屬于容積控制系統，系統效率較高。
[0008]當EHA用于驅動飛機主飛控舵面時，往往需要其能夠提供至少兩個余度。在一套系統發生故障時，另一套系統能夠替代其投入運行，以保證飛行安全。現有的雙余度EHA系統一般采用串聯雙出桿對稱液壓缸，如圖2所示，每套EHA系統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，導致其占用空間較大，這對于飛機來講是不可取的。針對該問題，現有專利“一種雙余度電液伺服執行器(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的雙余度電液伺服執行器，分別針對單出桿液壓缸和雙出桿液壓缸設計了不同的液壓回路。上述方案雖然解決了串聯雙出桿液壓缸占用空間大的問題，但結構相對比較復雜。
【發明內容】
[0009]本發明的目的在于提出一種新型的雙余度電動靜液作動器，通過對串聯液壓缸的結構改進，既節省空間，又結構簡單，同時又對現有EHA改動最小。
[0010]為了實現上述發明目的，本發明采用了如下技術方案:
[0011 ] 本發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液壓缸；
[0012]所述的EHA本體，包括DSP控制器、功率驅動單元、直流無刷伺服電機、雙向伺服泵、單向閥、蓄能器、阻尼旁通閥、安全閥、電流傳感器、轉速傳感器和壓力傳感器；
[0013]所述的串聯液壓缸，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本體的進出油口相連，A和D兩個腔室分別與下通道EHA本體的進出油口相連。
[0014]兩套完全相同的EHA本體構成了作動器功率源的相似雙余度，可采用任一種現有EHA的原理，如變轉速變排量(VMVP)型、變轉速定排量(VMFP)型、定轉速變排量(FMVP)型，下文以變轉速定排量(VMFP)型EHA本體為例進行說明。如圖3所示，每套EHA本體的DSP控制器分別接收上級飛控計算機控制指令，通過控制算法計算出輸出信號傳遞給功率驅動單元。功率驅動單元依照輸入信號給直流無刷伺服電機輸出相應電功率，調節電機的轉速和轉向。伺服電機進而帶動雙向伺服泵旋轉，以調節系統內流量，油液直接進入對應的液壓缸容腔，最終實現了對液壓缸輸出位置和速度的調節。由于EHA屬于閉式液壓系統，系統內油液需保持平衡，所以要設置單向閥和蓄能器，用于控制系統的泄油和補油，避免系統出現氣穴。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脫離，進入隨動狀態。安全閥用于過壓保護，可避免異常狀態下系統壓力過高造成的危害。各類傳感器用于系統的實時控制和狀態監測。
[0015]雙余度作動器有多種工作狀態。正常工作時，兩個通道可工作在“主動/主動”或“主動/隨動”狀態。“主動/主動”指兩個通道都一直連續進行主動調節。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。活塞桿需要縮回時，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算機給出，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。當工作在“主動/隨動”狀態時，某一個通道工作在主動控制下，另外的通道系統正常上電，但不輸出，液壓回路處于旁通狀態，油液是在主動通道的帶動下進行流動。相對于“主動/主動”狀態，輸出功率約減小一倍，但兩通道的均衡控制簡化很多。當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，異常通道處于旁通狀態，不再輸出。正常通道工作在主動控制方式下，驅動負載，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，單獨或同時以液壓能的方式輸出功率給液壓缸，液壓缸負責將輸入的液壓能轉化為機械能直接驅動負載。本作動器采用圖4所示的液壓缸，有四個工作油腔，可雙余度實現由液壓能到機械能的轉化。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液壓缸，有諸多優勢。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動時，都可通過活塞桿向外傳遞直線作用力。缸筒內部軸線上有一導桿，活塞桿是中空的，套在導桿上滑動，二者之間有密封裝置，防止油液進入中空活塞桿內。中空活塞桿的可變容腔與外界大氣連通，避免出現閉死空間。在結構尺寸上，導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。依據結構和強度要求，兩個活塞之間的活塞桿直徑大于導桿直徑，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，就實現了液壓的