一种并联工作的伺服机构自增压回路的制作方法

本发明涉及一种并联工作的伺服机构自增压回路，该回路由两台伺服机构的液压回路组成，分别由高压气体和高压油对该回路增压。

背景技术：

伺服系统是我国对运载火箭飞行控制执行机构子系统的统称，是推动火箭发动机实现推力矢量控制的系统。我国新一代运载火箭对伺服系统提出更高的可靠性要求，加之发动机周围安装空间局促，体积重量要求更加严格。如何满足运载火箭日益严格的技术要求，成为伺服系统发展的动力之一。

为提高伺服系统的可靠性并保证液压泵良好的吸油能力，其液压回路一般采用闭式油箱增压回路。通常伺服机构的闭式油箱增压回路采用弹簧增压油箱回路，增压油箱采用活塞式，在其背后设置有弹簧，通过压缩弹簧对油箱活塞提供压力为油箱增压。此种增压油箱回路具有结构简单，容易实现的特点，但也存在重量较大，可靠性较低，油箱活塞行程较短，弹簧提供的压力较小等特点。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种满足高可靠性要求的运载火箭推力矢量控制用的伺服机构系统回路，可实现能源冗余，油、气冗余油箱自增压的功能。

本发明的技术解决方案是：

一种并联工作的伺服机构自增压回路，包括：第一伺服机构和第二伺服机构，第一伺服机构包括第一液压泵、蓄能器、第一油箱、第一安全阀、第一伺服阀和第一作动器；第二伺服机构包括第二液压泵、高压液体增压装置、第二油箱、第二安全阀、第二伺服阀和第二作动器；

第一作动器和第二作动器结构相同，均包括第一容腔和第二容腔；

第一伺服机构中的第一液压泵产生的高压油分为两路，一路提供给蓄能器，另一路作为冗余高压油提供给第二伺服机构，蓄能器输出的高压油分为两路，一路提供给第一安全阀，另一路提供给第一伺服阀的供油口，第一伺服阀连接第一作动器的第一容腔，第一作动器的第二容腔回油到第一伺服阀，第一伺服阀回油口输出的低压油路分为三路，第一路连接第一油箱，第二路连接第一安全阀，第三路作为冗余低压油路提供给第二伺服机构，蓄能器对第一油箱进行增压，第一油箱将低压油提供给第一液压泵，完成了第一伺服机构油路的闭环循环；

第二伺服机构中的第二液压泵产生的高压油分为四路，第一路连接高压液体增压装置，第二路作为冗余高压油提供给第一伺服机构，第三路连接第二安全阀，第四路连接第二伺服阀的供油口，第二伺服阀连接第二作动器的第一容腔，第二作动器的第二容腔回油到第二伺服阀，第二伺服阀回油口输出的低压油分为三路，第一路连接第二油箱，第二路连接第二安全阀，第三路作为冗余低压油提供给第一伺服机构，高压液体增压装置固定安装在第二油箱上，高压液体增压装置对第二油箱进行增压，第二油箱将低压油提供给第二液压泵，完成了第二伺服机构油路的闭环循环。

蓄能器中包括两个腔体，分别为液体腔和气体腔，第一油箱与蓄能器之间通过气体增压杆连接，气体增压杆的一端连接到第一油箱中的活塞上，蓄能器中的气体腔填充有高压气体，第一油箱的增压方式是通过蓄能器中的高压气体与气体增压杆配合完成，通过高压气体的压力推动气体增压杆移动，从而使得第一油箱中的低压油提高压力。

所述高压气体采用高压氮气或者高压惰性气体。

气体增压杆和第一油箱之间为动密封结构。

所述高压液体采用高压液压油或者高压煤油。

所述高压液体增压装置包括腔体和液体增压杆；腔体为中空圆柱体结构，腔体开口的一端密封安装在第二油箱上，腔体外部有加强筋和安装支耳，腔体内部的空腔为圆柱体空腔，液体增压杆位于腔体内的空腔中，液体增压杆的一端连接到第二油箱的活塞上，腔体的侧壁上留有高压油输入口，用于接收第二液压泵提供的高压油，通过高压油的压力推动液体增压杆移动，从而使得第二油箱中的低压油提高压力。

液体增压杆与第二油箱之间为动密封结构。

腔体内部的圆柱体空腔的直径比液体增压杆的直径大1mm～6mm。

第一油箱和第二油箱的结构相同，均包括气体腔、液体腔和活塞，气体腔侧壁上留有通气孔，与外部大气连通，气体腔和液体腔之间通过活塞隔离，活塞的上下移动使得液体腔中的油液压力变化。

第一油箱和第二油箱中的活塞与侧壁之间均为动密封。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)可实现能源双冗余，通过两套液压泵为伺服系统提供液压能源，提高系统的可靠性；

(2)采用蓄能器为液压回路提供峰值流量，并且稳定系统回路压力，提高液压系统的性能；

(3)高压液体增压装置与蓄能器相通，稳定高压油增压油箱的压力，避免工作压力突变造成对增压油箱的不利影响；

(4)利用蓄能器中的高压气体为油箱增压，减轻了系统的重量，并且提高了增压油箱的压力，增大了油箱活塞行程；

(5)采用设计小巧的高压液体增压装置，利用系统自身的高压油为油箱增压，减小了系统回路的体积，减轻了回路重量；

(6)高压油与高压气体共同作用的增压回路，实现了回路的冗余自增压，并且减小了伺服系统的安装空间，减轻了系统重量；

(7)安全阀可以避免回路压力过高，损坏回路中的元器件，第二安全阀可以避免增压油箱中的压力过高；

(8)可实现在系统未启机时，高压气体增压油箱为回路增压；系统启动后，高压液压油增压油箱为回路增压；实现了高压油、气互补自增压功能；

(9)可实现增压油箱回路双冗余，通过两套增压油箱系统，提高能源系统的可靠性，降低了液压泵吸空停机的风险。

附图说明

图1为本发明整体回路结构示意图；

图2为本发明高压液体增压装置结构示意图；

图3为本发明高压液体增压装置立体图；

具体实施方式

本发明提出一种体积小、重量轻，能源冗余并联工作的自伺服机构自增压回路。自增压采用高压油与高压气体，对能源冗余的伺服系统油箱提供一定的压力，实现油、气自增压能源双冗余的伺服机构系统，达到高可靠性、体积小、重量轻指标。

如图1所示，本发明提供了一种并联工作的伺服机构自增压回路，包括：第一伺服机构A和第二伺服机构B，第一伺服机构A包括第一液压泵、蓄能器、第一油箱、第一安全阀、第一伺服阀和第一作动器；第二伺服机构包括第二液压泵、高压液体增压装置、第二油箱、第二安全阀、第二伺服阀和第二作动器；

第一作动器和第二作动器结构相同，均包括第一容腔和第二容腔；

第一伺服机构中的第一液压泵产生的高压油分为两路，一路提供给蓄能器，另一路作为冗余高压油提供给第二伺服机构，蓄能器输出的高压油分为两路，一路提供给第一安全阀，另一路提供给第一伺服阀的供油通路(P口)。第一伺服阀A口连接第一作动器的第一容腔，第一作动器的第二容腔回油到第一伺服阀的B口，第一伺服阀回油通路(T口)输出的低压油路分为三路，第一路连接第一油箱，第二路连接第一安全阀，第三路作为冗余低压油路提供给第二伺服机构，蓄能器通过增压杆对第一油箱进行增压，第一油箱将低压油提供给第一液压泵，完成了第一伺服机构油路的闭环循环；

伺服阀包括四个通路，分别为P、T、A和B，P口为伺服阀供油通路，T口为伺服阀回油通路，A、B口分别为伺服阀连接作动器两腔的两个通路。

第二伺服机构中的第二液压泵产生的高压油分为四路，第一路连接高压液体增压装置，第二路作为冗余高压油提供给第一伺服机构，第三路连接第二安全阀，第四路连接第二伺服阀的供油口，第二伺服阀连接第二作动器的第一容腔，第二作动器的第二容腔回油到第二伺服阀，第二伺服阀回油口输出的低压油分为三路，第一路连接第二油箱，第二路连接第二安全阀，第三路作为冗余低压油提供给第一伺服机构，高压液体增压装置固定安装在第二油箱上，高压液体增压装置对第二油箱进行增压，第二油箱将低压油提供给第二液压泵，完成了第二伺服机构油路的闭环循环。高压液体采用高压液压油或者高压煤油。

蓄能器2中包括两个腔体，分别为液体腔和气体腔，第一油箱与蓄能器之间通过气体增压杆连接，气体增压杆的一端连接到第一油箱中的活塞上，蓄能器中的气体腔填充有高压气体，第一油箱的增压方式是通过蓄能器中的高压气体与气体增压杆配合完成，通过高压气体的压力推动气体增压杆移动，从而使得第一油箱中的低压油提高压力。高压气体采用高压氮气或者高压惰性气体。气体增压杆和第一油箱之间为动密封结构。

如图2所示，高压液体增压装置1包括腔体3和液体增压杆4；腔体3为中空圆柱体结构，腔体3开口的一端密封安装在第二油箱2上，腔体3外部有加强筋5和安装支耳6，如图3所示，腔体3内部的空腔为圆柱体空腔，液体增压杆4位于腔体3内的空腔中，液体增压杆4的一端连接到第二油箱的活塞上，腔体3的侧壁上留有高压油输入口7，用于接收第二液压泵提供的高压油，通过高压油的压力推动液体增压杆4移动，从而使得第二油箱中的低压油提高压力。液体增压杆4与第二油箱之间为动密封结构。

腔体1内部的圆柱体空腔的直径比液体增压杆4的直径大1mm～6mm。

第一油箱和第二油箱的结构相同，均包括气体腔、液体腔和活塞，气体腔侧壁上留有通气孔8，与外部大气连通，气体腔和液体腔之间通过活塞隔离，活塞的上下移动使得液体腔中的油液压力变化。

本发明中两套伺服机构的冗余自增压回路只需要设置一个蓄能器和一个高压液体增压装置，同时需要设置两个安全阀。

本发明的工作原理：

本发明包括：第一伺服机构A和第二伺服机构B，第一伺服机构A包括第一液压泵、蓄能器、第一油箱、第一安全阀、第一伺服阀和第一作动器；第二伺服机构包括第二液压泵、高压液体增压装置、第二油箱、第二安全阀、第二伺服阀和第二作动器；第一作动器和第二作动器结构相同，均包括第一容腔和第二容腔。

本发明中蓄能器中包括两个腔体，分别为液体腔和气体腔，第一油箱与蓄能器之间通过气体增压杆连接，气体增压杆的一端连接到第一油箱中的活塞上，蓄能器中的气体腔填充有高压气体，第一油箱的增压方式是通过蓄能器中的高压气体与气体增压杆配合完成，通过高压气体的压力推动气体增压杆移动，从而使得第一油箱中的低压油提高压力。高压气体采用高压氮气或者高压惰性气体。气体增压杆和第一油箱之间为动密封结构。

在第一液压泵和第二液压泵启动前，蓄能器中充有6～12MPa的高压气体，通过气体增压杆对第一油箱增压，使低压回路有0.2～0.5MPa的压力，有利于液压泵吸油。

当液压泵启动后，系统工作压力上升，第一液压泵产生的高压油分为两路，一路提供给蓄能器，另一路作为冗余高压油提供给第二伺服机构，蓄能器输出的高压油分为两路，一路提供给第一安全阀，另一路提供给第一伺服阀的供油通路(P口)。第一伺服阀A口连接第一作动器的第一容腔，第一作动器的第二容腔回油到第一伺服阀的B口，第一伺服阀回油通路(T口)输出的低压油路分为三路，第一路连接第一油箱，第二路连接第一安全阀，第三路作为冗余低压油路提供给第二伺服机构，蓄能器通过增压杆对第一油箱进行增压，第一油箱将增压后的低压油提供给第一液压泵，完成了第一伺服机构油路的闭环循环。其中，伺服阀包括四个通路，分别为P、T、A和B，P口为伺服阀供油通路，T口为伺服阀回油通路，A、B口分别为伺服阀连接作动器两腔的两个通路。

第二伺服机构中的第二液压泵产生的高压油分为四路，第一路连接高压液体增压装置，第二路作为冗余高压油提供给第一伺服机构，第三路连接第二安全阀，第四路连接第二伺服阀的供油口，第二伺服阀连接第二作动器的第一容腔，第二作动器的第二容腔回油到第二伺服阀，第二伺服阀回油口输出的低压油分为三路，第一路连接第二油箱，第二路连接第二安全阀，第三路作为冗余低压油提供给第一伺服机构，高压液体增压装置固定安装在第二油箱上，高压液体增压装置对第二油箱进行增压，第二油箱将增压后的低压油提供给第二液压泵，完成了第二伺服机构油路的闭环循环。其中，高压液体采用高压液压油或者高压煤油。

伺服机构A中的蓄能器与伺服机构B中的高压液体增压装置相通，当工作压力波动时，蓄能器可以起到平稳压力的作用，防止工作压力的压力峰值造成高压液体增压装置增压过大；当工作压力过大时，第一安全阀与第二安全阀将过大的压力卸掉，保护伺服回路中的元器件不受损坏，并且可避免高压液体增压装置的增压过大。

当作动器的第一容腔压力足够大于第二容腔压力时，作动器向第二容腔方向运动；反之，向第一容腔方向运动。

如图3所示，腔体3内部的空腔为圆柱体空腔，液体增压杆4位于腔体3内的空腔中，液体增压杆4的一端连接到第二油箱的活塞上，腔体3的侧壁上留有高压油输入口7，用于接收第二液压泵提供的高压油，通过高压油的压力推动液体增压杆4移动，从而使得第二油箱中的低压油提高压力。液体增压杆4与第二油箱之间为动密封结构。

第一油箱和第二油箱的结构相同，均包括气体腔、液体腔和活塞，气体腔侧壁上留有通气孔8，与外部大气连通，气体腔和液体腔之间通过活塞隔离，活塞的上下移动使得液体腔中的油液压力变化。

实施例：

1.高压气体增压油箱压力：蓄能器压力6～12MPa，气体增压杆直径16mm，油箱活塞直径80mm，忽略增压杆摩擦力可得增压油箱压力为0.24～0.48MPa，即在液压泵未启动之前，回路压力约为0.24～0.48MPa。

2.高压液体增压的油箱压力：液压泵启动后，工作压力为20～21.5MPa，液体增压杆直径为14mm，油箱活塞直径80mm，忽略增压杆摩擦力可得第二油箱压力为0.61～0.66MPa。此时蓄能器中气体被挤压，气体压力上升到与工作压力一致，即20～21.5MPa，第一油箱的压力为0.8～0.86MPa，第一油箱优先被排空。如果第一油箱未被排空，第二油箱活塞为最大限位，此时回路中低压压力为0.8～0.86MPa；如果第一油箱已排空，油箱活塞为最小限位，第二油箱开始供油，此时回路中低压压力为0.61～0.66MPa。

3.当回路工作中蓄压峰值流量时，蓄能器的液体腔可为其提供；当回路产生峰值压力时，高压液体增压装置会产生较大的力施加到液体增压杆上，推动第二油箱活塞提高回路低压压力，当回路低压压力大于0.8Pa时，第一邮箱活塞会反向推动气体增压杆，增大容积，降低低压回路压力，达到低压回路压力平稳负反馈控制的效果，保持增压油箱回路中低压压力平稳。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。