一种智能材料驱动双泵集成式电静液作动器及其工作方法技术

本发明专利技术公开了一种智能材料驱动双泵集成式电静液作动器及其工作方法，涉及电静液作动器领域，可根据工况切换单泵、双泵串联和双泵并联工作模式，提高作动器的灵活性。所述智能材料驱动双泵集成式电静液作动器包括：智能材料电‑机转换器、泵腔体、阀块、换向阀、液压缸；智能材料电‑机转换器在正弦电压或电流作用下，输出杆输出位移，嵌套式传感器实时检测，输出杆带动活塞往复运动，压缩泵腔油液经单向阀进入油路块中的第二换向阀，通过第二换向阀实现单泵、双泵串联、双泵并联工作模式切换，然后油液进入第一换向阀，通过第一换向阀实现液压缸双向运动，单泵适用于低速轻载场合，双泵串联适用低速重载场合，双泵并联适用高速轻载场合。

An integrated electro Hydrostatic Actuator with two pumps driven by intelligent materials and its working method

【技术实现步骤摘要】
一种智能材料驱动双泵集成式电静液作动器及其工作方法
本专利技术涉及电静液作动器
，尤其涉及一种智能材料驱动双泵集成式电静液作动器。
技术介绍
多电/全电飞机是未来航空飞行器发展的主要趋势，功率电传是实现多电技术的核心技术之一，其具体的表现形式是以功率电缆替代传统的液压管路来传输功率。其优势是电缆铺设具有更高的灵活性，同时便于能源管理和故障诊断与隔离，并且可以提高次级功率系统的可靠性，降低维护成本并减轻了整机的质量。功率电传系统已经在部分先进的军用和民用机型上得到应用。电静液作动器(Electro-HydrostaticActuator，EHA)是一种典型的功率电传作动器，是由电机、泵、液压阀、液压缸高度集成的闭式局部液压容积控制系统，具有高效性和高可靠性。EHA使用旋转伺服电机带动双向液压泵旋转，产生高压油经过液压阀后流入作动筒，活塞杆在压差的作用下克服负载，带动被控对象运动，并通过传感器反馈作动器的位移，控制电机的转速和方向，实现被控对象的动态控制。随着智能材料和智能结构技术的发展，在作动器领域，基于智能材料的电静液作动器成为新的研究热点。与传统EHA相比，基于智能材料的新型电静液作动器将机、电、液高度集成于一体，结合智能材料的高能量密度、响应快、传动稳定的优势，为飞控作动的发展提供了新的方向与途径。该作动器的工作方式一般是智能材料在正弦电压或电流激励下产生往复位移，带动泵腔中的活塞作往复运动，通过两个单向阀实现油液的吸排，推动液压缸的运动。但这种作动器存在一个缺陷，相比于实际应用的要求，其输出流量和输出力较小。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种智能材料驱动双泵集成式电静液作动器及其工作方法，实现双泵周期性工作，提高输出流量、输出力并应用于不同的工况，提高作动器的灵活性。为达到上述目的，本专利技术提供的智能材料驱动双泵集成式电静液作动器采用如下技术方案：一种智能材料驱动双泵集成式电静液作动器，其特征在于，包括：智能材料电-机转换器、泵腔体、阀块、换向阀、液压缸；所述的泵腔体下方安装第一智能材料电-机转换器及第二智能材料电-机转换器，所述阀块安装在泵腔体上方，第一换向阀、第二换向阀分别安装在阀块两侧，液压缸安装在阀块上方；所述第一智能材料电-机转换器及第二智能材料电-机转换器结构相同，均包括外壳、安装于外壳内的环形智能材料、安装于外壳下端的底座、安装于外壳上端的预紧端盖、安装于预紧端盖下方的输出防扭杆、安装在输出防扭杆和预紧端盖之间的预压碟簧、安装在环形智能材料上表面的U形套筒、安装于U形套筒和输出防扭杆之间的传感器；所述泵腔体包括泵腔壳体，该泵腔壳体内形成相互独立的第一泵腔及第二泵腔，第一智能材料电-机转换器与泵腔壳体连接并与第一泵腔及其组件组成泵一；第二智能材料电-机转换器与泵腔壳体连接并与第二泵腔及其组件组成泵二；所述阀块，左侧端面有一阀孔用于安装第一换向阀用于液压缸的换向，右侧端面有一阀孔用于安装第二换向阀用于双泵工作模式的切换，底部有第一至第四油口，其中第一油口与泵一排油口相通，第二油口泵一吸油口相通，第三油口与泵二排油口相通，第四油口与泵二吸油口相通，顶部有第五、第六油口用于连接液压缸，第五油口与液压缸左腔连通，第六油口与液压缸右腔相通。进一步的，所述传感器是石英晶体压电材质，传感器一端与套筒接触，传感器另一端与输出防扭杆底面接触，设置两根输出线从套筒底端引出并外接电荷放大和滤波电路，对输出电信号进行监测，实时检测智能材料在工作时的输出力变化。进一步的，泵腔体还包括安装在第一泵腔中的第一排油单向阀及其压盖，第一吸油单向阀及其压盖，密封圈，第一活塞及其固定螺钉，安装在第二泵腔中的第二排油单向阀及其压盖，第二吸油单向阀及其压盖，密封圈，第二活塞及其固定螺钉。进一步的，所述输出防扭杆上有两个弧形凸起与外壳上的两个弧形凹坑配合，中间环形面与预压碟簧接触，顶端开有螺纹孔，通过螺钉联接活塞，所述预紧端盖通过外螺纹与外壳上的内螺纹配合安装，所述预压碟簧在预紧端盖作用下压缩，产生预紧力，挤压传感器并通过U形套筒将力传递至环形智能材料。进一步的，所述智能材料包括压电材料、磁致伸缩材料和电致伸缩材料。本专利技术还公开了智能材料驱动双泵集成式电静液作动器的工作方法，具体步骤如下：通过第二换向阀实现单泵一、单泵二、双泵串联、双泵并联四种工作模式的切换，通过第一换向阀实现液压缸的换向，具体步骤如下：(1)单泵一驱动；当第一换向阀断电时，处于左位，第二换向阀得电，处于右位，泵一在正弦驱动信号0-T/2周期往外排油，此时第一泵腔中设置的第一活塞向上运动压缩油液，第一泵腔中设置的第一排油单向阀打开，第一吸油单向阀关闭，泵二不工作，油液经过泵一的第一排油单向阀流入阀块，经过第二换向阀进入第一换向阀，再经液压缸右侧油口进入液压缸右腔，驱动液压缸向左运动，左腔油液压缩；泵一在正弦驱动信号T/2-T周期内吸油，此时第一活塞向下运动释放油液，第一排油单向阀关闭，第一吸油单向阀打开，泵二不工作，左腔压缩油液从液压缸左侧口流进第一换向阀，再经过阀块油口进入泵一的吸油口，经过第一吸油单向阀进入泵一泵腔，完成一次液压缸运动；(2)单泵二驱动；当第一换向阀断电时，处于左位，第二换向阀得电时，处于右位，泵二在正弦驱动信号0-T/2周期内吸油，此时第二泵腔中设置的第二活塞向下运动释放油液，第二泵腔中设置的第二排油单向阀关闭，第二吸油单向阀打开，泵一不工作，油液从液压缸左腔通过第一换向阀进入第二换向阀，再流入阀块和泵二后，经过第二吸油单向阀进入泵二泵腔；泵二在正弦驱动信号T/2-T周期内排油，此时第二活塞向上运动压缩油液，第二排油单向阀打开，第二吸油单向阀关闭，泵一不工作，油液经泵二的第二排油单向阀和阀块进入第一换向阀，再经液压缸的右侧口进入右腔，推动液压缸向左运动，完成一次液压缸运动；(3)双泵串联驱动；当第一、第二换向阀断电时，处于左位，泵一在正弦驱动信号0-T/2周期往外排油，此时第一活塞向上运动压缩油液，第一排油单向阀打开，第一吸油单向阀关闭，泵二在正弦驱动信号0-T/2周期下吸油，此时第二活塞向下运动释放油液，第二排油单向阀关闭，第二吸油单向阀打开，构成异步驱动，油液经过泵一的第一排油单向阀流出，进入阀块并经过第二换向阀，再从泵二的吸油口进入，经过泵二的第二吸油单向阀进入泵二泵腔；泵一在正弦驱动信号T/2-T周期吸油，此时第一活塞向下运动释放油液，第一排油单向阀关闭，第一吸油单向阀打开，泵二在正弦驱动信号T/2-T周期下排油，此时第二活塞向上运动压缩油液，第二排油单向阀打开，第二吸油单向阀关闭，构成异步驱动，油液经过泵二的第二排油单向阀进入阀块后，经过第一换向阀进入液压缸右腔，推动液压缸向左运动，左腔油液进入第一换向阀，再进入泵一的吸油口，经过第一吸油单向阀进入泵一泵腔；(4)双泵并联驱动；当第一换向阀断电时，处于左位，第二换向阀得电，处于右位，泵一在正弦驱动信号0-T/2周期往外排油，此时第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能材料驱动双泵集成式电静液作动器，其特征在于，包括：智能材料电-机转换器、泵腔体、阀块、换向阀、液压缸；所述的泵腔体(Ⅱ)下方安装第一智能材料电-机转换器(Ⅰ)及第二智能材料电-机转换器(Ⅶ)，所述阀块(9)安装在泵腔体(Ⅱ)上方，第一换向阀(Ⅴ)、第二换向阀(Ⅳ)分别安装在阀块(9)两侧，液压缸(10)安装在阀块(9)上方；/n所述第一智能材料电-机转换器(Ⅰ)及第二智能材料电-机转换器(Ⅶ)结构相同，均包括外壳(4)、安装于外壳(4)内的环形智能材料(2)、安装于外壳(4)下端的底座(1)、安装于外壳(4)上端的预紧端盖(15)、安装于预紧端盖(15)下方的输出防扭杆(17)、安装在输出防扭杆(17)和预紧端盖(15)之间的预压碟簧(16)、安装在环形智能材料(2)上表面的U形套筒(18)、安装于U形套筒(18)和输出防扭杆(17)之间的传感器(3)；/n所述泵腔体(Ⅱ)包括泵腔壳体(13)，该泵腔壳体(13)内形成相互独立的第一泵腔(27)及第二泵腔(28)，第一智能材料电-机转换器(Ⅰ)与泵腔壳体(13)连接并与第一泵腔(27)及其组件组成泵一(Ⅲ)；第二智能材料电-机转换器(Ⅶ)与泵腔壳体(13)连接并与第二泵腔(28)及其组件组成泵二(Ⅵ)；/n所述阀块(9)，左侧端面有一阀孔(33)用于安装第一换向阀(Ⅴ)用于液压缸(10)的换向，右侧端面有一阀孔(38)用于安装第二换向阀(Ⅳ)用于双泵工作模式的切换，底部有第一至第四油口(36、29、32、37)，其中第一油口(36)与泵一(Ⅲ)排油口(41)相通，第二油口(29)泵一(Ⅲ)吸油口(42)相通，第三油口(32)与泵二(Ⅵ)排油口(39)相通，第四油口(37)与泵二(Ⅵ)吸油口(40)相通，顶部有第五、第六油口(34、35)用于连接液压缸(10)，第五油口(35)与液压缸(10)左腔连通，第六油口(34)与液压缸(10)右腔相通。/n...

【技术特征摘要】
1.一种智能材料驱动双泵集成式电静液作动器，其特征在于，包括：智能材料电-机转换器、泵腔体、阀块、换向阀、液压缸；所述的泵腔体(Ⅱ)下方安装第一智能材料电-机转换器(Ⅰ)及第二智能材料电-机转换器(Ⅶ)，所述阀块(9)安装在泵腔体(Ⅱ)上方，第一换向阀(Ⅴ)、第二换向阀(Ⅳ)分别安装在阀块(9)两侧，液压缸(10)安装在阀块(9)上方；
所述第一智能材料电-机转换器(Ⅰ)及第二智能材料电-机转换器(Ⅶ)结构相同，均包括外壳(4)、安装于外壳(4)内的环形智能材料(2)、安装于外壳(4)下端的底座(1)、安装于外壳(4)上端的预紧端盖(15)、安装于预紧端盖(15)下方的输出防扭杆(17)、安装在输出防扭杆(17)和预紧端盖(15)之间的预压碟簧(16)、安装在环形智能材料(2)上表面的U形套筒(18)、安装于U形套筒(18)和输出防扭杆(17)之间的传感器(3)；
所述泵腔体(Ⅱ)包括泵腔壳体(13)，该泵腔壳体(13)内形成相互独立的第一泵腔(27)及第二泵腔(28)，第一智能材料电-机转换器(Ⅰ)与泵腔壳体(13)连接并与第一泵腔(27)及其组件组成泵一(Ⅲ)；第二智能材料电-机转换器(Ⅶ)与泵腔壳体(13)连接并与第二泵腔(28)及其组件组成泵二(Ⅵ)；
所述阀块(9)，左侧端面有一阀孔(33)用于安装第一换向阀(Ⅴ)用于液压缸(10)的换向，右侧端面有一阀孔(38)用于安装第二换向阀(Ⅳ)用于双泵工作模式的切换，底部有第一至第四油口(36、29、32、37)，其中第一油口(36)与泵一(Ⅲ)排油口(41)相通，第二油口(29)泵一(Ⅲ)吸油口(42)相通，第三油口(32)与泵二(Ⅵ)排油口(39)相通，第四油口(37)与泵二(Ⅵ)吸油口(40)相通，顶部有第五、第六油口(34、35)用于连接液压缸(10)，第五油口(35)与液压缸(10)左腔连通，第六油口(34)与液压缸(10)右腔相通。


2.根据权利要求1所述的智能材料驱动双泵集成式电静液作动器，其特征在于，所述传感器(3)是石英晶体压电材质，传感器(3)一端与套筒(18)接触，传感器(3)另一端与输出防扭杆(17)底面接触，设置两根输出线从套筒(18)底端引出并外接电荷放大和滤波电路，对输出电信号进行监测，实时检测智能材料(2)在工作时的输出力变化。


3.根据权利要求1所述的智能材料驱动双泵集成式电静液作动器，其特征在于，泵腔体(Ⅱ)还包括安装在第一泵腔(27)中的第一排油单向阀(11)及其压盖(12)，第一吸油单向阀(8)及其压盖(7)，密封圈(14)，第一活塞(6)及其固定螺钉(5)，安装在第二泵腔(28)中的第二排油单向阀(21)及其压盖(22)，第二吸油单向阀(20)及其压盖(19)，密封圈(23)，第二活塞(24)及其固定螺钉(25)。


4.根据权利要求1所述的智能材料驱动双泵集成式电静液作动器，其特征在于，所述输出防扭杆(17)上有两个弧形凸起与外壳(4)上的两个弧形凹坑配合，中间环形面与预压碟簧(16)接触，顶端开有螺纹孔，通过螺钉(5)联接活塞(6)，所述预紧端盖(15)通过外螺纹与外壳(4)上的内螺纹配合安装，所述预压碟簧(16)在预紧端盖(15)作用下压缩，产生预紧力，挤压传感器(3)并通过U形套筒(18)将力传递至环形智能材料(2)。


5.根据权利要求1所述的智能材料驱动双泵集成式电静液作动器，其特征在于，所述智能材料包括压电材料、磁致伸缩材料、和电致伸缩材料。


6.一种根据权利要求1至5中任一项所述的智能材料驱动双泵集成式电静液作动器的工作方法，其特征在于：通过第二换向阀(Ⅳ)实现单泵一、单泵二、双泵串联、双泵并联四种工作模式的切换，通过第一换向阀(Ⅴ)实现液压缸的换向，具体步骤如下：
(1)单泵一驱动；
当第一换向阀(Ⅴ)断电时，处于左位，第二换向阀(Ⅳ)得电，处于右位，泵一(Ⅲ)在正弦驱动信号0-T/2周期往外排油，此时第一泵腔(27)中设置的第一活塞(6)向上运动压缩油液，第一泵腔(27)中设置的第一排油单向...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱玉川，江裕雷，王睿，高强，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，南京航启电液控制设备有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32