新型的电动静液作动器研究

　　0 引言

　　近年来随着液压技术、计算机控制和电力电子技术的发展,出现了一种集成化的电液致动器,即EHA(Electro-hydrostatic Actuator)。将电动机、液压泵、油箱、液压阀组、作动器、检测元件和控制器集成一体化,体积小并质轻高效,在航空、车辆等方面具有重大的实用价值。

　　1 发展概况

　　20世纪70年代国外已研制出作为应急舵机用的功率电传舵机—电液静液作动器。80年代初英国卢卡斯(Lucas)公司又发展成了一种集成驱动组件。采用功率电传作动器的电力作动系统,如电动静液压作动器(Electro-hydrostatic Actuator)和机电作动器(Electro-mechanical Actuator)等,使飞机第二能源系统至作动系统各执行机构之间的功率传输,通过电导线以电能量传输,取代现行的通过液压管路里来传递功率,将给飞行器的操纵和控制方式带来巨大变化^[2]。90年代末EHA及EMA开始在F-18等战斗机上进行试验,获得了巨大成功并将在JSF联合攻击机等新型战斗机中开始装备。

　　国内在这方面的研究刚刚起步,主要集中在国外率先获得发展的EHA上。本文主要论述了一种新型的EHA的工作原理和特点。

　　2 方案分析与原理设计

　　我们阐述是一种排量恒定、变转速型系统,通过电机转速调节泵流量的,如图1a所示。取消了伺服阀,由电机直接驱动式电液伺服系统,操作与控制简单,且节能、高效为本文的研究对象。在比较研究国外各种EHA方案的基础上,设计了一种新型集成机载EHA作动系统。原理样机的框图如图1b所示,该作动器是一个定量泵-变转速调节的直传闭环电动静液作动系统。

　　图1b为直传闭环EHA系统,是一个闭式的系统,由控制器、伺服电机、单向定量柱塞泵、双作用对称缸、蓄能器、信号测量装置和油滤组成。其传动直接由伺服电机驱动,经过齿轮减速器、滚珠丝杠传递到液压活塞变为直线运动^[4]。与传统的液压系统不同,其原理是通过电机调速,直接驱动定量泵,控制定量泵的转速,从而控制泵输出的压力和流量,最终达到控制作动筒位移输出的目的。蓄能器兼作油箱,通过两个溢流阀连接到系统,使系统的压力始终不低于蓄能器的压力,防止油液中气穴现象的发生。为了保证系统的安全,系统中设置了两个溢流阀,防止液压缸两腔中的过高压力。系统的外环为压力环,由两个压力传感器测试液压缸两腔中的压力并加以比较,从而控制系统的输出力。

　　3 直传闭环EHA系统的特点及应用

　　直传闭环EHA系统是交流伺服电动机技术和液压技术相结合的产物,是近10年来交叉学科相结合的技术成果。这种EHA系统具有电动机控制的灵活性和液压大出力的双重优点,在一定的场合下,它可替代使用电液伺服阀的电液伺服系统,特别适合于军民两用的电液伺服系统的各种装置^[5]。与其他电动静液作动器相比较,直传闭环EHA系统具有如下的优点: