基于管路流體參數(shù)設(shè)計(jì)的熱備份雙余度電液伺服閥控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于管路流體參數(shù)設(shè)計(jì)的熱備份雙余度電液伺服閥控制系統(tǒng)，在電液伺服閥進(jìn)口設(shè)置定壓活門來保證進(jìn)出口流體壓差穩(wěn)定，根據(jù)進(jìn)出口流體壓差以及所要求的最大流量，選配進(jìn)出口管徑，同時(shí)，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)接塊將兩個(gè)獨(dú)立的電液伺服閥管路相互并聯(lián)，構(gòu)建熱備份雙余度電液伺服閥控制系統(tǒng)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，目前國內(nèi)市場沒有雙余度的電液伺服閥產(chǎn)品，有益效果是解決了現(xiàn)有高可靠性系統(tǒng)對雙余度電液伺服閥產(chǎn)品的急需，二是構(gòu)建的熱備份電液伺服閥避免了故障時(shí)兩個(gè)電液伺服閥之間的切換，提高了系統(tǒng)可靠性，三是逾越了目前國內(nèi)雙余度電液伺服閥設(shè)計(jì)、制造、加工工藝以及可靠性水平低等難題，使復(fù)雜問題簡單化，降低了研制成本和風(fēng)險(xiǎn)，縮短了研制周期。
【專利說明】基于管路流體參數(shù)設(shè)計(jì)的熱備份雙余度電液伺服閥控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于航空、航天、航海等液壓機(jī)械的流體控制領(lǐng)域以及系統(tǒng)可靠性技術(shù)范疇，具體涉及一種基于管路流體參數(shù)設(shè)計(jì)的熱備份雙余度電液伺服閥控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在液壓機(jī)械流體控制領(lǐng)域，為了提高控制系統(tǒng)的可靠性，往往采用熱備份的雙余度電液伺服閥控制系統(tǒng)。然而，高可靠性的雙余度電液伺服閥，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)含量高，我國在設(shè)計(jì)、制造、加工工藝等方面存在諸多困難，短時(shí)間難以克服。為了滿足航空、航天、航海等領(lǐng)域?qū)刂葡到y(tǒng)高可靠性的要求，本專利提出利用兩個(gè)獨(dú)立的成熟電液伺服閥，通過轉(zhuǎn)接塊構(gòu)成管路并聯(lián)的熱備份雙余度電液伺服閥，再通過管路流體參數(shù)的設(shè)計(jì)與選配，實(shí)現(xiàn)對液壓機(jī)械系統(tǒng)流體的流量和流量變化率的熱備份雙余度電液伺服閥控制。
[0003]國內(nèi)目前無法自主制造熱備份雙余度電液伺服閥(尤其是雙余度射流管式電液伺服閥)產(chǎn)品的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]要解決的技術(shù)問題
[0005]為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種基于管路流體參數(shù)設(shè)計(jì)的熱備份雙余度電液伺服閥控制系統(tǒng)，其要解決的主要技術(shù)問題，一是如何利用管路流體參數(shù)設(shè)計(jì)和選配管路的最大流量，二是如何將兩個(gè)獨(dú)立的電液伺服閥構(gòu)建成熱備份雙余度的電液伺服閥，三是如何選定流量變化率滿足控制系統(tǒng)要求。
[0006]技術(shù)方案
[0007]—種基于管路流體參數(shù)設(shè)計(jì)的熱備份雙余度電液伺服閥控制系統(tǒng)，包括柱塞泵、定壓活門和流體管路；其特征在于還包括由第一電液伺服閥、第二電液伺服閥組成的雙余度電液伺服閥，定壓活門以及電液伺服閥控制器；所述雙余度電液伺服閥的第一電液伺服閥和第二電液伺服閥的進(jìn)油口相并聯(lián)，出油口相并聯(lián)，回油口相并聯(lián)；雙余度電液伺服閥的輸入端連接定壓活門的管路輸出端，雙余度電液伺服閥的輸出端通過管路匹配連接燃油出口 ；雙余度電液伺服閥通過與其連接的電液伺服閥控制器，并受控于電液伺服閥控制器的旋鈕開關(guān)。
[0008]并聯(lián)后的進(jìn)油口與出油口管路的管徑與系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的流量相匹配，定壓活門穩(wěn)定的進(jìn)口壓力、管路流體出口壓力與管路進(jìn)出口直徑參數(shù)取決于公式0 —其
中，Q為體積流量、Ci為流量系數(shù)、R為管道半徑、P為液體密度、ΔΡ為進(jìn)出口壓差。
[0009]所述雙余度電液伺服閥是由第一電液伺服閥和第二電液伺服閥，通過轉(zhuǎn)接塊將它們連接在一起；第一電液伺服閥和第二電液伺服閥的I號(hào)油路分別堵死，兩個(gè)電液伺服閥的P油路、T油路和2號(hào)油路，在轉(zhuǎn)接塊中分別相互并聯(lián)連接在一起，P油路與定壓活門的輸出管路相連，2號(hào)油路與燃油出口管路相連，T油路與燃油回油管路連接。
[0010]有益效果
[0011]本發(fā)明提出的一種基于管路流體參數(shù)設(shè)計(jì)的熱備份雙余度電液伺服閥控制系統(tǒng)，在電液伺服閥進(jìn)口設(shè)置定壓活門來保證進(jìn)出口流體壓差穩(wěn)定，根據(jù)進(jìn)出口流體壓差以及所要求的最大流量，選配進(jìn)出口管徑，同時(shí)，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)接塊將兩個(gè)獨(dú)立的電液伺服閥管路相互并聯(lián)，構(gòu)建熱備份雙余度電液伺服閥控制系統(tǒng)。
[0012]對于某些可靠性要求高的場合，可以通過兩個(gè)成熟的單余度電液伺服閥，經(jīng)過轉(zhuǎn)接塊管路的并聯(lián)，組合成可靠性高的熱備份雙余度電液伺服閥，從而實(shí)現(xiàn)用簡單成熟技術(shù)對高可靠性復(fù)雜系統(tǒng)的控制。
[0013]對于確定的流體(B卩:流體的比重已知)，通過限定管路的進(jìn)口流體壓力、出口流體壓力以及管路的直徑，也就限定了流體的最大流量。選定的單個(gè)電液伺服閥的流量要大于管路的最大流量，當(dāng)電液伺服閥流通截面發(fā)生變化時(shí)，就可以控制流體的流量以及流量的變化率。
[0014]流體經(jīng)過定壓活門穩(wěn)壓，流入管徑確定的并聯(lián)電液伺服閥，流體從兩個(gè)電液伺服閥出來后，再匯入管徑確定的下游管路，從而實(shí)現(xiàn)對控制系統(tǒng)的余度控制。通過在電液伺服閥進(jìn)口設(shè)置定壓活門，使流體經(jīng)過定壓活門后流體壓力保持穩(wěn)定；再根據(jù)管路應(yīng)通過的最大流量設(shè)置管徑。當(dāng)兩個(gè)電液伺服閥正常工作時(shí)，流體通過定壓活門的穩(wěn)壓、電液伺服閥的控制、管路后反壓的阻滯以及管徑限制，就可以獲得所需的流量及其流量變化速率。
[0015]當(dāng)兩個(gè)電液伺服閥同時(shí)通電時(shí)，由于兩個(gè)電液伺服閥的性能相同，因此，在任意時(shí)刻通過每個(gè)電液伺服閥的流量是管路總流量的一半。當(dāng)一個(gè)電液伺服閥故障時(shí)(比如故障電液伺服閥卡在關(guān)閉位置)，流體經(jīng)過定壓活門、另一個(gè)正常的電液伺服閥、轉(zhuǎn)接塊，流入管徑確定的下游管路。此時(shí)，流過管路的流量由正常的電液伺服閥控制，管路的流量變化率是兩個(gè)電液伺服閥都正常工作時(shí)的1/2。
[0016]由于電液伺服閥前后的管徑相同而且確定，以及電液伺服閥管路前后流體壓差恒定，從而，保證了流體經(jīng)過管路不超過最大流量。采用這種方法設(shè)計(jì)的余度控制系統(tǒng)，巧妙利用優(yōu)化的管路參數(shù)的限制特點(diǎn)，解決了復(fù)雜系統(tǒng)的熱備份余度控制問題，逾越了由于雙余度電液伺服閥設(shè)計(jì)、制造、工藝復(fù)雜以及可靠性水平低等難題，使復(fù)雜問題簡單化，實(shí)現(xiàn)了對復(fù)雜系統(tǒng)的熱備份余度控制。如圖1所示。這里流體是指航空燃油、滑油以及氣體等流體。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，目前國內(nèi)市場沒有雙余度的電液伺服閥產(chǎn)品，本發(fā)明的有益效果一是解決了現(xiàn)有高可靠性系統(tǒng)對雙余度電液伺服閥產(chǎn)品的急需，二是構(gòu)建的熱備份電液伺服閥避免了故障時(shí)兩個(gè)電液伺服閥之間的切換，提高了系統(tǒng)可靠性，三是逾越了目前國內(nèi)雙余度電液伺服閥設(shè)計(jì)、制造、加工工藝以及可靠性水平低等難題，使復(fù)雜問題簡單化，降低了研制成本和風(fēng)險(xiǎn)，縮短了研制周期。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1:本發(fā)明的原理圖；
[0019]圖2:流量曲線圖[0020](a):不同流量系數(shù)下流量與壓差關(guān)系曲線；
[0021](b):不同壓差下流量與流量系數(shù)關(guān)系曲線；
[0022]圖3:雙余度電液伺服閥示意圖；
[0023]a:主視圖，b:俯視圖；
[0024]圖4:雙余度電液伺服閥與轉(zhuǎn)接塊油路連接平面示意圖
[0025]1-轉(zhuǎn)接塊，2-轉(zhuǎn)接塊，3-轉(zhuǎn)接塊，
【具體實(shí)施方式】
[0026]現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0027]以某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油供油系統(tǒng)為例，要保證發(fā)動(dòng)機(jī)在高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速> 85%以上的狀態(tài)工作，其 所需燃油流量應(yīng)> 25L/min。按圖1設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其中電液伺服閥進(jìn)口燃油工作壓力為17~21Mpa，燃油出口壓力(即燃燒室壓力)氺3Mpa，對應(yīng)的進(jìn)出口壓差為14~18Mpa,燃油系統(tǒng)的管徑為Φ6。
[0028]本實(shí)施例包括柱塞泵、定壓活門、與管路流量參數(shù)相匹配的轉(zhuǎn)接塊進(jìn)口管徑和出口管徑，以及雙余度電液伺服閥；雙余度電液伺服閥的輸出端通過管路匹配連接燃油出口 ；雙余度電液伺服閥通過與其連接的電液伺服閥控制器，并受控于電液伺服閥控制器的旋鈕開關(guān)；所述雙余度電液伺服閥的第一電液伺服閥和第二電液伺服閥的進(jìn)油口相并聯(lián)，出油口相并聯(lián)，回油口相并聯(lián)；雙余度電液伺服閥的輸入端連接定壓活門的管路輸出端。
[0029]雙余度電液伺服閥的第一電液伺服閥和第二電液伺服閥的具體并聯(lián)關(guān)系為，通過轉(zhuǎn)接塊將它們連接在一起；第一電液伺服閥和第二電液伺服閥的I號(hào)油路分別堵死，兩個(gè)電液伺服閥的P油路、T油路和2號(hào)油路，在轉(zhuǎn)接塊中相互并聯(lián)連接在一起，P油路與定壓活門的輸出管路相連，2號(hào)油路與燃油出口管路相連，T油路與燃油回油管路連接；第一電液伺服閥和第二電液伺服閥電纜分別與電液伺服閥控制器相連，并受控于電液伺服閥控制器的旋鈕開關(guān)。旋鈕開關(guān)是雙刀10檔波段開關(guān)，每一刀控制一個(gè)電液伺服閥控制器，旋鈕開關(guān)滿量程對應(yīng)控制器最大電流，也對應(yīng)電液伺服閥的最大開度。
[0030]兩個(gè)獨(dú)立的電液伺服閥管路并聯(lián)連接如圖1所示，從圖中可以看到，兩個(gè)獨(dú)立的電液伺服閥(見圖3)進(jìn)油口、出油口和回油口分別相連，結(jié)構(gòu)外形圖以及內(nèi)部連接管路如圖4所示。
[0031]油泵包括柱塞泵、齒輪泵、離心泵等。
[0032]根據(jù)流量計(jì)算公式Q = CrrR
【權(quán)利要求】
1.一種基于管路流體參數(shù)設(shè)計(jì)的熱備份雙余度電液伺服閥控制系統(tǒng)，包括油泵、定壓活門、雙余度電液伺服閥和連接管路；其特征在于所述雙余度電液伺服閥是由第一電液伺服閥和第二電液伺服閥，通過轉(zhuǎn)接塊將它們連接在一起，此外，還包括電液伺服閥控制器；雙余度電液伺服閥的輸出端通過管路匹配連接燃油出口 ；雙余度電液伺服閥通過與其連接的電液伺服閥控制器，并受控于電液伺服閥控制器的旋鈕開關(guān)；所述雙余度電液伺服閥的第一電液伺服閥和第二電液伺服閥的進(jìn)油口相并聯(lián)，出油口相并聯(lián)，回油口相并聯(lián)；雙余度電液伺服閥的輸入端連接定壓活門的管路輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于管路流體參數(shù)設(shè)計(jì)的熱備份雙余度電液伺服閥控制系統(tǒng)，其特征在于:在雙余度電液伺服閥進(jìn)出口壓差確定的條件下，第一電液伺服閥和第二電液伺服閥并聯(lián)后的進(jìn)油口與出油口管路的管徑，與系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的流量相匹配；管路的流量、定壓活門穩(wěn)定的進(jìn)口壓力、管路流體出口壓力與管路進(jìn)出口直徑參數(shù)之間的關(guān)系，由公式
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于管路流體參數(shù)設(shè)計(jì)的熱備份雙余度電液伺服閥控制系統(tǒng)，其特征在于:第一電液伺服閥和第二電液伺服閥的I號(hào)油路分別堵死(或者兩個(gè)電液伺服閥的2號(hào)油路分別堵死)，兩個(gè)電液伺服閥的P油路、T油路和2號(hào)油路或者I號(hào)油路，在轉(zhuǎn)接塊中相互并聯(lián)連接在一起，P油路與定壓活門的輸出管路相連，2號(hào)油路或者I號(hào)油路與燃油出口管路相連，T油路與燃油回油管路連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 所述的基于管路流體參數(shù)設(shè)計(jì)的熱備份雙余度電液伺服閥控制系統(tǒng)，其特征在于:所述油泵為柱塞泵、齒輪泵或離心泵等油泵。
【文檔編號(hào)】F15B21/00GK103939406SQ201410062090
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年2月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月24日
【發(fā)明者】謝壽生, 田虎森, 彭靖波, 任立通, 張馭 申請人:中國人民解放軍空軍工程大學(xué)