本發(fā)明涉及固體發(fā)動機流量調(diào)節(jié)設(shè)備領(lǐng)域，特別是涉及一種液壓伺服作動系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著航天飛行器、運載火箭等系統(tǒng)對重量的要求越來越高，固體發(fā)動機以其比沖高、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、儲存性好、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點，成為未來航天飛行器等系統(tǒng)的首選動力裝置。流量調(diào)節(jié)機構(gòu)作為固體發(fā)動機的關(guān)鍵執(zhí)行部件之一，主要用來控制發(fā)動機燃氣流量，以調(diào)整發(fā)動機的工作狀態(tài)，其工作性能和可靠性直接影響固體沖壓發(fā)動機的工作性能和可靠性。

針對固體發(fā)動機體積小、重量輕等特點，流量調(diào)節(jié)機構(gòu)必須適應(yīng)發(fā)動機狹小安裝空間、工作環(huán)境惡劣的要求，進行小型化、輕質(zhì)化、高可靠性設(shè)計。傳統(tǒng)流量調(diào)節(jié)機構(gòu)采用步進電機作為動力源，其低頻性能差、精度低、體積大等缺點，不能滿足小型化、高可靠性等要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的目的是提供一種液壓伺服作動系統(tǒng)，解決現(xiàn)有傳統(tǒng)流量調(diào)節(jié)機構(gòu)的體積大以及可靠性低的問題。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種液壓伺服作動系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括整體式伺服控制器、至少兩個液壓作動器以及集成閥塊，其中，每個液壓作動器由一組液壓控制閥組控制，每個液壓作動器的液壓控制閥組均設(shè)置在所述集成閥塊上；

所述集成閥塊上還設(shè)置有用于與系統(tǒng)能源連接的能源進油接管嘴和低壓接管嘴以及用于與每個液壓作動器的油腔連通的控制出油接管嘴，其中能源進油接管嘴和低壓接管嘴與每組液壓控制閥組均連通，每組液壓控制閥組與其控制的液壓作動器相連通的控制出油接管嘴連通；

所述液壓作動器包括作動筒體以及與所述作動筒體配合的活塞桿，所述活塞桿上設(shè)置有位移傳感器，每個液壓作動器的液壓控制閥組和位移傳感器均與所述整體式伺服控制器電連接構(gòu)成位置反饋閉環(huán)回路，所述整體式伺服控制器通過位移傳感器換算出每個活塞桿的速度，伺服控制器通過位置反饋閉環(huán)回路分別對每個活塞桿的位移和速度單獨控制，實現(xiàn)各個液壓作動器的動作的同步性和位置的一致性。

進一步地，所述作動筒體上設(shè)置有溫度傳感器。

進一步地，所述液壓控制閥組包括依次設(shè)置的伺服閥、液壓鎖和壓差傳感器，其中，所述壓差傳感器設(shè)置在靠近控制出油接管嘴的一側(cè)。

進一步地，所述液壓作動器為非對稱液壓桿，所述液壓作動器無桿端的活塞面積大于有桿端的活塞面積，所述作動筒體內(nèi)側(cè)在所述無桿端一側(cè)設(shè)置有支承座。

進一步地，所述活塞桿為中空結(jié)構(gòu)，所述位移傳感器的移動段安裝在所述活塞桿內(nèi)部，所述位移傳感器的固定端安裝在支承座上固定。

進一步地，所述活塞桿與作動筒體采用雙重密封結(jié)構(gòu)。

進一步地，所述液壓作動器的作動筒體上設(shè)置有接管嘴，所述接管嘴與該液壓作動器對應(yīng)的液壓控制閥組連接的控制出油接管嘴連接并連通。

進一步地，所述集成閥塊上設(shè)置有三組液壓控制閥組，三組液壓控制閥組有三組獨立的控制通道且依次設(shè)置在所述集成閥塊的左端、中間和右端。

(三)有益效果

本發(fā)明提供的液壓伺服作動系統(tǒng)，通過將液壓作動器的控制閥組均集成到同一集成閥塊上，其綜合采用流體、機械、電子、電磁、信息處理技術(shù)高度集中成一體，具有結(jié)構(gòu)精簡、體積小、質(zhì)量輕、可靠性高、性能優(yōu)良穩(wěn)定和使用維護簡便的優(yōu)點，更加適合狹小空間的安裝需求，同時能夠滿足航天飛行器和運載火箭等系統(tǒng)的發(fā)動機總體對液壓作動器的極端高溫(600℃以上)環(huán)境條件、狹小空間需求(長行程、短安裝距離)以及長時(4800秒)工作的要求。

其中，液壓作動組件的數(shù)量與流量調(diào)節(jié)機構(gòu)需要的作動器的數(shù)量相同；每組液壓作動器的控制閥組和位移傳感器均與所述伺服控制器電連接構(gòu)成獨立的位置反饋閉環(huán)回路，伺服控制器通過位移傳感器換算出每個活塞桿的速度，進而通過位置反饋閉環(huán)回路分別對每個活塞桿的位移和速度單獨控制，實現(xiàn)各組液壓作動器的同步性和位置的一致性；由于各組液壓作動桿組件的同步工作得到保證，從而相應(yīng)的提高了整體液壓伺服作動系統(tǒng)對流量調(diào)節(jié)機構(gòu)作動的可靠性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例液壓伺服作動系統(tǒng)的集成閥塊的軸向示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例液壓伺服作動系統(tǒng)的液壓作動器的軸向示意圖；

圖3是圖2的剖視圖；

圖4是本發(fā)明實施例液壓伺服作動系統(tǒng)的原理圖。

圖中：1-位移傳感器，11-保護環(huán)套，12-螺栓密封環(huán)，2-活塞桿，21-桿部，22-活塞，23-活塞密封環(huán)，3-作動筒體，31-接管嘴，32-連接支耳，4-左油腔，5-右油腔，6-支承座，7-溫度傳感器，8-集成閥塊，81-伺服閥(一)，82-伺服閥(二)，83-伺服閥(三)，84-液壓鎖(一)，85-液壓鎖(二)，86-液壓鎖(三)，87-壓差傳感器(一)，88-壓差傳感器(二)，89-壓差傳感器(三)，810-控制出油接管嘴。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

本發(fā)明實施例以應(yīng)用在無級可調(diào)噴管上為例進行說明，但是本發(fā)明的液壓伺服作動系統(tǒng)不限于應(yīng)用在無級可調(diào)噴管上，所有需要至少兩組液壓作動組件驅(qū)動的流量調(diào)節(jié)機構(gòu)均可以采用本發(fā)明的液壓伺服作動系統(tǒng)，其中，液壓作動組件的數(shù)量與流量調(diào)節(jié)機構(gòu)需要的作動器的數(shù)量相同，由于無級可調(diào)噴管一般采用三組液壓作動器進行調(diào)節(jié)，所以本實施例給出的是三組液壓作動組件的形式。

本實施例一種液壓伺服作動系統(tǒng)，包括整體式伺服控制器和三組液壓作動器，三組液壓作動器分別受三組獨立的液壓控制閥組控制，三組液壓控制閥組有三組獨立的液壓控制通道且依次設(shè)置在集成閥塊8的左端、中間和右端，定義位于左端的為第一液壓控制閥組、中間的為第二液壓控制閥組、右端的為第三液壓控制閥組，如圖1所示，第一液壓控制閥組包括伺服閥(一)81、液壓鎖(一)84、壓差傳感器(一)87，第二液壓控制閥組包括伺服閥(二)82、液壓鎖(二)85、壓差傳感器(二)88，第一液壓控制閥組包括伺服閥(三)83、液壓鎖(三)86、壓差傳感器(三)89。同時集成閥塊8上設(shè)置有與能源系統(tǒng)連通的能源進油接管嘴和低壓接管嘴，且集成閥塊8上分別設(shè)置有與每組液壓控制閥組連通的控制出油接管嘴810，由于一個液壓作動器設(shè)置有兩個進油腔，所以每組液壓控制閥組均與兩個控制出油接管嘴連通，也即在集成閥塊要設(shè)置3組6個控制出油接管嘴，從而使每個液壓作動器的油腔均與其對應(yīng)的液壓控制閥組通過相應(yīng)的控制出油接管嘴連通。

如圖2所示，所述液壓作動器包括作動筒體3以及與所述作動筒體3配合的活塞桿2，所述活塞桿2上設(shè)置有位移傳感器1，每個液壓作動器的液壓控制閥組和位移傳感器1均與所述伺服控制器電連接構(gòu)成獨立的位置反饋閉環(huán)回路。

如圖4所示，伺服控制器在工作中與發(fā)動機的控制系統(tǒng)連接，所述液壓作動器的油腔通過集成閥塊8上相應(yīng)的液壓控制閥組與能源系統(tǒng)連接，每組所述液壓控制閥組的伺服閥、液壓鎖、壓差傳感器依次設(shè)置在相應(yīng)控制通道上；其中，伺服閥、液壓鎖直接連接在每個液壓控制閥組的兩條通道上，控制兩條油路的導(dǎo)通；壓差傳感器設(shè)置在液壓控制閥組的兩條通道之間，用于測量液壓作動器兩個油腔的壓差，且所述壓差傳感器設(shè)置在靠近所述液壓作動器的油腔的一側(cè)。兩條油通道的兩個端口，靠近壓差傳感器的一側(cè)均分別與一個控制出油接管嘴連通，靠近液壓閥的一端分別與能源進油接管嘴和低壓接管嘴連通。

同時為了方便連接，每個液壓作動器的作動筒體3上均設(shè)置有能與其油腔連通的接管嘴31。

本實施例液壓伺服作動系統(tǒng)的在使用過程中，首先將液壓作動器通過接嘴管31和控制出油接管嘴810固定連接，再將位移傳感器1和液壓控制閥組與伺服控制器電連接。具體工作過程為，伺服控制器按照控制系統(tǒng)的輸入指令，對集成閥塊8中的每組液壓控制閥組進行單獨控制，每個液壓控制閥組將能源系統(tǒng)提供的高壓油液分配至單個作動器兩腔，液壓作動器輸出一定作用力并反饋活塞桿2位置至伺服控制器，由此每個每組閥鎖壓差組合與一套作動器構(gòu)成獨立的位置閉環(huán)回路；同時，伺服控制器可以每個位移傳感器1的位移確認每個活塞桿2的速度，從而形成了活塞桿2與伺服控制器的速度環(huán)閉合回路，從而通過速度環(huán)閉合回路保證三路作動器運動的同步性和位置的一致性。

其中，伺服控制器的工作原理為：數(shù)字指令通過總線發(fā)送給伺服控制器，經(jīng)內(nèi)部芯片采集后輸出給主控芯片。線位移傳感器與壓差傳感器輸出的反饋電壓，通過AD轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，輸入給控制電路?？刂菩盘柵c反饋信號經(jīng)過控制算法得出控制量，與主控芯片內(nèi)比較單元得出閉環(huán)控制信號，閉環(huán)輸出信號經(jīng)功率放大后輸入到作動器伺服閥，驅(qū)動伺服閥進行液壓功率放大。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例，在每個伺服作動器的作動筒體3上均設(shè)置有溫度傳感器7，所述溫度傳感器7用于對作動筒體3溫度進行監(jiān)測，有效對作動筒體3內(nèi)的溫度進行監(jiān)控，避免溫度過對裝置造成影響。

如圖2或3所示，所述液壓作動器為非對稱液壓桿，有桿端的活塞面積大于無桿端的活塞面積，液壓作動筒的一端為密封端，所述作動筒體的另一端為供活塞桿2移動的開口端，所述開口端的開口口徑小于所述作動筒體3的內(nèi)徑；所述活塞桿2沿所述作動筒體3的軸向設(shè)置，所述活塞桿2包括靠近所述密封端并設(shè)置在所述作動筒體3內(nèi)的活塞22以及與所述活塞連接的桿部21，所述活塞22的外徑與所述作動筒體3的內(nèi)徑適配，所述桿部21的外徑與所述開口端的開口口徑適配，所述活塞22的一側(cè)與所述桿部21位于作動筒體內(nèi)部分的外周側(cè)以及所述作動筒體形成左油腔4，所述活塞22的另一側(cè)與所述作動筒體3形成右油腔5，所述左油腔4和所述右油腔5分別與設(shè)置在作動筒體3上的與油路連接的相應(yīng)的接管嘴31連通，所述位移傳感器1設(shè)置在所述桿部21上。

容易理解所述左油腔4內(nèi)進油，所述活塞22帶動所述桿部21和位移傳感器1向作動筒體3密封端移動，所述右油腔5進油，所述活塞22帶動所述桿部21和位移傳感器1向作動筒體外側(cè)移動。

如圖3所示，所述活塞桿2為中空結(jié)構(gòu)，所述作動筒體內(nèi)側(cè)在無桿端一側(cè)設(shè)置有支承座6，所述位移傳感器1的移動端設(shè)置在活塞桿2內(nèi)，所述位移傳感器1與所述桿部21一端的軸孔側(cè)壁密封連接，所述位移傳感器1的固定端固定在支承座6上。

作為一種可選實施例，所述位移傳感器1通過固定組件與所述桿部21一端的軸孔側(cè)壁密封連接，所述固定組件包括套設(shè)在所述位移傳感器外側(cè)的保護環(huán)套11，所述保護環(huán)套11套設(shè)固定在所述軸孔內(nèi)側(cè)，且所述保護環(huán)套11與所述軸孔通過螺栓鎖定密封連接。

作為一種可選，所述保護環(huán)套11的外周上沿其圓周方向設(shè)置有螺栓密封環(huán)槽，所述螺栓密封環(huán)槽內(nèi)設(shè)置有與所述螺栓密封環(huán)槽適配的螺栓密封環(huán)12，螺栓密封環(huán)槽與螺栓密封環(huán)可以沿保護環(huán)套11的軸向間距設(shè)置兩組形成雙重密封結(jié)構(gòu)。通過螺栓密封環(huán)有效保證了保護環(huán)套11與軸孔側(cè)壁的密封。

作為一種可選，所述活塞22的外側(cè)沿其圓周方向設(shè)置有活塞密封環(huán)槽，所述活塞密封環(huán)槽內(nèi)設(shè)置有與所述活塞密封環(huán)槽適配的活塞密封環(huán)23?；钊芊猸h(huán)23保證活塞可以將兩個作動腔完全的隔離，避免了兩腔室內(nèi)液壓油的連通；同時活塞桿的桿部也采用雙重密封環(huán)的形式與所述作動筒體形成密封結(jié)構(gòu)，避免左油腔內(nèi)油泄露。

作為本發(fā)明的可選實施例，所述能源系統(tǒng)可采用煤油介質(zhì)。

本實施例液壓伺服作動系統(tǒng)，三套液壓控制閥組集成到一個集成閥塊上，用于對液壓作動器兩腔油液的壓力和流量進行控制，同時監(jiān)測作動器兩腔壓力，同時在檢測到系統(tǒng)壓力歸零后優(yōu)選的將作動器活塞桿鎖定在歸零前的位置。

液壓作動器采用位移傳感器1內(nèi)置式單出桿非對稱的輕質(zhì)化設(shè)計方案。活塞桿2上裝有位移傳感器1，跟隨活塞桿2進行同步運動，并將活塞桿2的運動位置反饋至伺服控制器，從而構(gòu)成位置閉環(huán)控制及速度控制。作動器筒體上安裝有溫度傳感器7，可對作動筒殼體溫度進行監(jiān)測。

本實施例液壓伺服作動系統(tǒng)具有以下有益效果：

采用浸油式位移傳感器-非對稱作動缸技術(shù)方案，極大減小了液壓作動器的空間尺寸，以滿足極為苛刻的小零位安裝長度-大行程要求；

采用三路集成式“伺服閥-傳感器”集成閥塊與作動器分離式技術(shù)方案，將集成閥塊單獨布置，以提高液壓作動系統(tǒng)的耐高溫性能，滿足機上嚴酷的高溫工作環(huán)境要求；

采取非對稱伺服作動器的動靜態(tài)控制策略，以確保三路作動器的同步性，完成同步控制；

采用介質(zhì)相容性、耐高低溫的密封材料和多道密封結(jié)構(gòu)保證該液壓作動同時適用于煤油和紅油等多種工作介質(zhì)。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。