双蝶形协同配流泵驱动的电静液作动器的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种双蝶形协同配流泵驱动的电静液作动器，包括双蝶形协同配流泵，其中双蝶形配流阀块具有X和Y油口，X油口和Y油口分别通过第一管路与第二管路与液压缸连接，两管路之间连接有相并联的两个压力保护阀，且两者的泄压油路方向相反，蓄能器通过第一单向阀和第一管路连接，通过第二单向阀和第二管路连接，蓄能器还通过第三单向阀连接截止阀。本发明提供的双蝶形协同配流泵驱动的电静液作动器具有高频响、高效率和节能效果，更能适应现代化液压系统需求，同时还采用模块设计，使其加工及装配工艺性好。
【专利说明】双蝶形协同配流泵驱动的电静液作动器
【技术领域】
[0001] 本发明涉及液压传动【技术领域】，尤其涉及一种双蝶形协同配流泵驱动的电静液作 动器。
【背景技术】
[0002] 液压技术是现代工程机械【技术领域】内重要的技术之一，液压泵是液压系统中完成 机械能到液压能转换的元件，现有液压泵主要包括柱塞泵、叶片泵、齿轮泵等形式。上述传 统的液压泵主要应用于开式液压系统，其特点是不管负载的需求如何，泵和电机组一直高 速运转完成电能到液压能的转换，通过蓄能器和溢流阀维持系统压力的稳定，给末端的伺 服阀或比例阀提供充足的液压功率，这种系统的功率损失严重，整体效率低。伴随着对高能 源效率、低重量体积、模块化设计、机电一体化等方向需求的发展，容积控制液压系统是一 个发展方向，一种典型应用就是航空航天领域的电静液作动器。
[0003] 传统的纯机械结构液压泵在持续稳定的机械能到液压能转换需求下是一种很好 的技术路径，但容积控制液压系统中液压泵不仅实现机械功率到液压功率的转换，还要完 成对后端作动器液压功率的控制，由于其旋转轴系惯量大，配流结构固定，无法实现对后端 负载压力与流量的高动态调控，因此旋转电机驱动旋转液压泵的这种系统架构在泵控系统 的高动态需求下发展潜力有限。以应用最为广泛的斜盘式轴向柱塞泵为例，柱塞在公转圆 上的运动通过斜盘倾角得到柱塞的往复运动，从而实现柱塞吸排油容腔体积的周期性变 化，通过配流盘的吸油口与排油口实现对泵的油液流动方向的限定。其存在的缺陷是需要 通过复杂的机构将柱塞在公转圆上的旋转运动转换为往复运动，由此造成柱塞泵的内部传 动环节及摩擦副多。对于泵控液压系统的应用需求，柱塞泵需要改变转动部件的旋转方向 来改变油液的流向，或者动态调节斜盘倾角来改变油液的流向，结构的复杂性造成旋转运 动部件的转动惯量大，这样其对系统流量和压力的动态调节能力有限，不能满足泵控系统 的高动态需求。
【发明内容】
[0004] 在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理 解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关 键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念， 以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
[0005] 本发明的目的是提供一种双蝶形协同配流泵驱动的电静液作动器。
[0006] 本发明提供了一种双蝶形协同配流泵驱动的电静液作动器，包括至少一个泵单 元、蓄能器和液压缸，泵单元包括两个泵模块，两泵模块通过双蝶形配流阀块进行油路连 接，泵模块包括直线电机，直线电机的两端均连接有配流阀，配流阀的壳体与直线电机的壳 体固定连接，配流阀的阀芯与直线电机的动子连接，每一配流阀上连接有吸排油柱塞壳，吸 排油柱塞壳内设置有柱塞，柱塞与阀芯一体连接，双蝶形配流阀块具有X油口和Y油口，X 油口通过第一管路与液压缸的第一油口连接，Y油口通过第二管路与液压缸的第二油口连 接，第一管路与第二管路之间连接有相并联的第一压力保护阀和第二压力保护阀，第一压 力保护阀和所述第二压力保护阀的泄压油路方向相反，蓄能器通过第一单向阀和第一管路 连接，通过第二单向阀和第二管路连接，蓄能器还通过第三单向阀连接截止阀。
[0007] 本发明提供的双蝶形协同配流泵驱动的电静液作动器，通过直线电机驱动泵单元 来产生流量，然后利用流量驱动作动器运动。与传统技术相比，本发明具有如下的优点：
[0008] 1、泵由模块化的多个单元构成，各个单元具有相似性，加工及装配工艺性好；
[0009] 2、柱塞由直线电机动子直接驱动，与传统的斜盘柱塞泵相比不需要通过缸体、滑 靴、斜盘等部件得到柱塞的往复运动，减少了摩擦副对数，并且没有斜盘倾斜角度带来的侧 向力问题，摩擦损耗更小；
[0010] 3、通过调节直线谐振电机动子的往复运动幅值、频率和两个单元运动函数的相位 差，可以调节泵的流量大小及方向。传统液压泵根据排量是否可变及变排量的模式可以分 为三类：定量泵、离线变排量、实时变排量；其中实时变排量泵一般是通过改变斜盘倾角来 改变排量，调节动态响应时间长。而本发明各单元动子往复运动幅值调节响应时间短，因此 本发明提供的电静液作动器具有高动态的流量调节能力和高响应特点，更能适应泵控系统 需求；
[0011] 4、泵的泵油方向可以主动调节，而单向阀配流的往复泵一旦安装完成，泵的流量 方向也就固定，即本发明提供的是一种双向泵；
[0012] 5、可以增加泵单元的数量，提高泵单元的泵送能力，进而提高本发明提供的电静 液作动器工作效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0014] 图1为本发明实施例提供的双蝶形协同配流泵驱动的电静液作动器原理图；
[0015] 图2为本发明实施例提供的双蝶形协同配流泵驱动的电静液作动器的立体图；
[0016] 图3为本发明实施例提供的双蝶形协同配流泵的立体图；
[0017] 图4为本发明实施例提供的泵单元的半机械原理图；
[0018] 图5为本发明实施例提供的泵单元的第一工况示意图；
[0019] 图6为本发明实施例提供的泵单元的第二工况示意图；
[0020] 图7为本发明实施例提供的泵单元的第三工况示意图；
[0021] 图8为本发明实施例提供的泵单元的第四工况示意图；
[0022] 图9为本发明实施例提供的第一泵模块与第二泵模块运动相位差为π /2时的流 量曲线图；
[0023] 图10为本发明实施例提供的第一泵模块与第二泵模块运动相位差为-π /2时的 流量曲线图。
【具体实施方式】
[0024] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例 中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是 本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0025] 如图1所示，本发明实施例提供了一种双蝶形协同配流泵驱动的电静液作动器， 包括至少一个泵单元、蓄能器1和液压缸9,泵单元包括两个泵模块，两泵模块通过双蝶形 配流阀块30进行油路连接，泵模块包括直线电机，直线电机的两端均连接有配流阀，配流 阀的壳体与直线电机的壳体固定连接，配流阀的阀芯12与直线电机的动子15连接，每一配 流阀上连接有吸排油柱塞壳，吸排油柱塞壳内设置有柱塞12,柱塞12与阀芯12 -体连接， 双蝶形配流阀块30具有X油口和Y油口，X油口通过第一管路与液压缸9的第一油口连接， Y油口通过第二管路与液压缸9的第二油口连接，第一管路与第二管路之间连接有相并联 的第一压力保护阀5和第二压力保护阀6,第一压力保护阀5和第二压力保护阀6的泄压油 路方向相反，蓄能器1通过第一单向阀4和第一管路连接，通过第二单向阀3和第二管路连 接，蓄能器1还通过第三单向阀3连接截止阀7。
[0026] 在本实施例中，双蝶形协同配流泵驱动的电静液作动器包括至少一个泵单元、蓄 能器1和液压缸9。如图3所示，在每个泵单元可设置两个泵模块，即第一泵模块10和第 二泵模块20,这两泵模块是通过双蝶形配流阀块30进行油路连接。其中，泵模块包括直线 电机，可用来驱动柱塞12作往复运动，直线电机的两端均连接有配流阀，配流阀的壳体与 直线电机的壳体固定连接，配流阀的阀芯12与直线电机的动子15连接件连接，动子15连 接件固定安装在动子15端部，每一配流阀上连接有吸排油柱塞壳，吸排油柱塞壳内设置有 柱塞12,柱塞12与所述阀芯12 -体连接，该结构不仅可以实现柱塞12和阀芯12的作用， 还可以避免柱塞12与阀芯12之间发生磨损，收到了意想不到的效果。柱塞12可以由吸排 油活塞代替。在泵单元中，柱塞是由直线电机动子15直接驱动，这与传统的斜盘柱塞泵相 比不需要通过缸体、滑靴、斜盘等部件得到吸排油塞体的往复运动，减少了摩擦副对数，并 且没有斜盘倾斜角度带来的侧向力问题，摩擦损耗更小。泵单元与其他结构的连接方式如 下：双蝶形配流阀块30具有X油口和Y油口，X油口通过第一管路与液压缸9的第一油口 连接，Y油口通过第二管路与液压缸9的第二油口连接，第一管路与第二管路之间连接有相 并联的第一压力保护阀5和第二压力保护阀6,第一压力保护阀5和第二压力保护阀6的泄 压油路方向相反，蓄能器1通过第一单向阀4和第一管路连接，通过第二单向阀3和第二管 路连接，蓄能器1还通过第三单向阀3连接截止阀7。在本实施例中还可在第一管路和第二 管路上分别设有两个压力表8,用来时刻检测压力值。本发明实施例提供的双蝶形协同配流 泵驱动的电静液作动器，通过直线电机带动柱塞12往复运动，进而带动配流阀的运动，再 利用配流阀块的独特的油路设计，从而为电静液作动器提供了高动态的流量调节能力的液 压泵，具体地，泵单元可通过调节柱塞12的往复运动行程和频率来改变泵油流量，调节两 个模块化单元运动函数的相位差来改变泵油方向，实现双向运动，且各单元动子15往复运 动幅值调节响应时间短，具有高动态的流量调节能力，为电静液作动器提供了高动态的流 量调节能力的液压泵，从而使电静液作动器具有高动态的调节能力和高响应特点。
[0027] 优选地，配流阀为两位三通阀。
[0028] 如图4所示，在本实施例中，配流阀优选为两位三通阀，该结构具有三个各不相通 的接口，而且可以和系统中不同油路的油口相连，只有通过控制阀芯12才能实现部分接口 连通。该结构简单，阀芯12可与柱塞12整体设计，实现阀芯12的往复运动，从而达到控制 配流阀块中油路开关的作用。
[0029] 优选地，吸排油柱塞壳与配流阀的壳体为一体结构的壳体，一体结构的壳体内具 有在同一直线方向上相互连通的吸排油腔和阀芯腔，阀芯腔设置有三个环形油槽，阀芯腔 靠近直线电机，柱塞12与阀芯12为一体的柱体结构，主体的中部设置有环槽，环槽选择性 的与两相邻的环形油槽连通。
[0030] 如图4所示，在本实施例中，吸排油柱塞壳与配流阀的壳体为一体结构的壳体，实 现模块化设计，可避免不同壳体在连接时出现的不紧密等问题，也利用各个单元具有相似 性，便于加工及装配。在阀芯腔设置有三个环形油槽，三个环形油槽的形状大小相同且等间 距设置，吸排油腔、阀芯腔和直线电机依次连接，柱塞12与阀芯12为一体的柱体结构，主体 的中部设置有环槽，环槽选择性的与两相邻的环形油槽连通。
[0031] 优选地，四个一体结构的壳体呈2X2矩阵的方式布置，沿顺时针方向依次为第一 壳体11、第二壳体16、第三壳体21和第四壳体22 ;第一壳体11上设置有与第一壳体11的 吸排油腔连通的Aa油口，与第一壳体11的阀芯腔连通的T i油口、A i油口和P i油口；第二 壳体16上设置有与第二壳体16的吸排油腔连通的Ba油口，与第二壳体16的阀芯腔连通 的C 1油口、B i油口和D i油口；第三壳体21上设置有与第三壳体21的吸排油腔连通的B C2 油口，与第三壳体21的阀芯腔连通的C2油口、B2油口和D2油口；第四壳体22上设置有与 第四壳体22的吸排油腔连通的A c2油口，与第四壳体22的阀芯腔连通的T2油口、A2油口和 P2油口；两所述泵模块通过双蝶形配流阀块30进行油路连接，具体为：AC1油口与A2油口连 通，T 1油口与P 2油口连通，A i油口与A。2油口连通，P i油口与T 2油口连通，C i油口与D 2油口 连通，B1油口与B。2油口连通，D i油口与C 2油口连通，B α油口与B 2油口连通，P i油口和C挪 口与双蝶形配流阀块30的X油口连通，P2油口和C 2油口与双蝶形配流阀块30的Y油口连 通。
[0032] 如图4所示，在本实施例中四个一体结构的壳体优选2 X 2矩阵的方式布置，不仅 便于安装和拆卸，而且体积小，节约制造成本；在第一壳体11至第四壳体22中，每个壳体分 别设有与相连的吸排油腔连通的油口，与对应的阀芯腔连通的三个油口，再通过位于在第 一泵模块10和第二泵模块20之间的双蝶形配流阀块30内部的油路，实现了油液在不同泵 模块之间的传送，具体地，通过调节直线电机动子15的往复运动幅值、频率和两个单元运 动函数的相位差，利用上述的油液传送方式，便可以调节泵的流量大小及方向。
[0033] 优选地，动子15通过直线轴承13滑动安装在定子14内。
[0034] 如图4所示，在本实施例中动子15通过直线轴承13滑动安装在定子14内，具体 地，在动子15的两端表面上设有环形槽，直线轴承13滑动安装于平面槽上，可便于动子15 的运动。
[0035] 优选地，动子15的外周面与定子14之间设置有滑动间隙。
[0036] 如图4所示，在本实施例中动子15的外周面与定子14之间设置有滑动间隙，以便 避免动子15在运动时与定子14的内表面产生磨损，进而避免导致装置受到损害。
[0037] 根据上述对双蝶形配流油路的描述，利用数学语言对双蝶形协同配流泵的工作原 理进行说明。双蝶形协同配流泵的两个直线电机动子15均驱动两端的吸排油塞体和配流 阀做往复运动，二者的运动需要保证一定的相位差，相位差不同，泵的流量曲线不同。
[0038] 定义泵的X油口的流量为Qx，定义Y油口的流量为QY，流量方向均为流出油口为 正，流入油口为负，定义图4中向右为位移正方向，当配流阀处于中位时位移为零，定义第 一泵模块的直线电机动子15及柱塞12位移为X 1，运动速度为V1，定义第二泵模块20的直 线电机动子15及柱塞12位移为X2，运动速度为V 2。定义吸排油塞体的作用面积为Ap。
[0039] 定义符号函数sign (X)为
[0040]
【权利要求】
1. 一种双蝶形协同配流泵驱动的电静液作动器，其特征在于，包括至少一个泵单元、蓄 能器和液压缸，所述泵单元包括两个泵模块，两所述泵模块通过双蝶形配流阀块进行油路 连接，所述泵模块包括直线电机，所述直线电机的两端均连接有配流阀，所述配流阀的壳体 与所述直线电机的壳体固定连接，所述配流阀的阀芯与所述直线电机的动子连接，每一所 述配流阀上连接有吸排油柱塞壳，所述吸排油柱塞壳内设置有柱塞，所述柱塞与所述阀芯 一体连接，所述双蝶形配流阀块具有X油口和Y油口，所述X油口通过第一管路与所述液压 缸的第一油口连接，所述Y油口通过第二管路与所述液压缸的第二油口连接，所述第一管 路与第二管路之间连接有相并联的第一压力保护阀和第二压力保护阀，所述第一压力保护 阀和所述第二压力保护阀的泄压油路方向相反，所述蓄能器通过第一单向阀和第一管路连 接，通过第二单向阀和第二管路连接，所述蓄能器还通过第三单向阀连接截止阀。
2. 根据权利要求1所述的双蝶形协同配流泵驱动的电静液作动器，其特征在于，所述 配流阀为两位三通阀。
3. 根据权利要求2所述的双蝶形协同配流泵驱动的电静液作动器，其特征在于，所述 吸排油柱塞壳与所述配流阀的壳体为一体结构的壳体，所述一体结构的壳体内具有在同一 直线方向上相互连通的吸排油腔和阀芯腔，所述阀芯腔设置有三个环形油槽，所述阀芯腔 靠近所述直线电机，所述柱塞与所述阀芯为一体的柱体结构，所述主体的中部设置有环槽， 所述环槽选择性的与两相邻的所述环形油槽连通。
4. 根据权利要求3所述的双蝶形协同配流泵驱动的电静液作动器，其特征在于，四个 所述一体结构的壳体呈2X2矩阵的方式布置，沿顺时针方向依次为第一壳体、第二壳体、 第三壳体和第四壳体； 所述第一壳体上设置有与第一壳体的吸排油腔连通的Aa油口，与第一壳体的阀芯腔 连通的油口、A i油口和Pi油口； 所述第二壳体上设置有与第二壳体的吸排油腔连通的Ba油口，与第二壳体的阀芯腔 连通的C1油口、B1油口和Di油口； 所述第三壳体上设置有与第三壳体的吸排油腔连通的Be2油口，与第三壳体的阀芯腔 连通的C2油口、B 2油口和D 2油口； 所述第四壳体上设置有与第四壳体的吸排油腔连通的AC2油口，与第四壳体的阀芯腔 连通的T2油口、A 2油口和P 2油口； 所述两所述泵模块通过双蝶形配流阀块进行油路连接，具体为： Aa油口与A 2油口连通，T i油口与P 2油口连通，A i油口与A。2油口连通，P i油口与T 2油 口连通，Q油口与D 2油口连通，B i油口与B。2油口连通，D i油口与C 2油口连通，B ei油口与B 2 油口连通，Pi油口和C i油口与双蝶形配流阀块的X油口连通，P 2油口和C 2油口与双蝶形配 流阀块的Y油口连通。
5. 根据权利要求1-4任一项所述的双蝶形协同配流泵驱动的电静液作动器，其特征在 于，所述动子通过直线轴承滑动安装在所述定子内。
6. 根据权利要求5所述的双蝶形协同配流泵驱动的电静液作动器，其特征在于，所述 动子的外周面与所述定子之间设置有滑动间隙。
【文档编号】F15B15/18GK104500492SQ201410790690
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月17日 优先权日:2014年12月17日
【发明者】焦宗夏, 王子蒙, 李洋, 尚耀星, 吴帅 申请人:北京航空航天大学