伺服泵的电动变量机构

　　0前言

　　电动静液作动器(Electro七ydrostaticactUator,EHA)是功率电传作动器(P。wer一by一wire,PBw)的发展方向之一,也是多电飞机(Moreeleetricaircraft,MEA)的关键子技术之一,将会成为未来飞机机载作动系统的主要方式。电动静液作动器是指通过控制集成液压系统中电动机转速或(和)泵的排量,以改变系统流量,达到控制作动器输出的目的,属于容积控制的一种。按照所采用电动机和泵的形式以及控制方式的不同,EHA可分为定排量变转速(EHA.FpVM)、变排量定转速(EHA一vPFM)和变排量变转速(EHA一vPvM)三种。

　　EHA一钟vM方案中采用双变量控制的方式,对电动机转速和泵的排量同时进行调节,与EHA一FPVM和EHA一VPFM方案比较各增加了一个调节自由度,不但可以提高系统动态响应性能,还能减少系统发热,使电动机功率与系统要求完全匹配,并提高系统刚度,使系统具有更好的中位性能12一3]。

　　传统的伺服泵变量执行机构大多采用液压伺服驱动,通过伺服阀控制一个液压缸来驱动泵的变量机构实现变排量。变量机构的工作油液由系统直接提供或采用与变量泵同轴的一个小泵提供。这种方式技术上比较成熟,响应性能好,但附加的液压执行机构结构复杂,引入了精密的伺服阀环节,增加了系统故障率。在EHA中,由于不具有恒定的系统压力,必须采取另外的方式提供变量机构的驱动力。随着电动机技术的发展,伺服电动机的性能得到了较大提高,其输出功率及响应特性已能满足一些高需求场合的应用,例如最近出现的利用伺服电动机取代前置级的直接驱动阀等。为此,提出了电动变量伺服泵的设计概念。采用直流伺服电动机通过传动装置驱动伺服泵的变量机构,以解决上述矛盾。

　　直流伺服电动机具有响应快、转速高的特点,但驱动力矩远小于液压执行机构,为此,必须对变量泵斜盘驱动力矩进行分析,作为电动机选型依据,以满足驱动力矩和动态响应性能的要求。

　　1 斜盘驱动力矩分析与计算

　　目前机载液压系统所采用直轴式柱塞变量泵中的斜盘转轴大多采用偏心机构,即斜盘转轴与缸体轴线不相交,有一径向间隙a。同时转轴也不在球J自平面上,有一距离b以改善调节性能。规定使斜盘倾角厂减小的力矩为正,反之为负,则对于斜盘力矩的计算如下[4]。

　　(l)柱塞液压力矩Ml的计算如下

　　式中ZP—柱塞个数

　　e—排油腔压力

　　Pa—吸油腔压力

　　O—柱塞面积

　　Q—斜盘倾角

　　(2)过渡区闭死液压力矩M:的计算如下

　　配油盘为零重叠型的泵中无压缩角，所以Mz=0。