[实用新型]新型数控电液伺服机构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种液压伺服机构，尤其是一种没有电机驱动的液压伺服机构，具体地说是一种新型数控电液伺服机构。

背景技术

众所周知，液压伺服机构是航空、航天控制系统的执行机构，是决定系统性能的关键子系统。目前液压伺服机构主要是采用恒压变量泵+伺服阀控制的形式，电动机(或燃气涡轮)带动恒压变量泵给伺服机构提供能源，通过伺服阀精确控制作动器的位置、力或速度。由于存在原动机且采用阀控缸的控制形式，传统液压伺服机构在不同程度上存在如下问题：(1)体积和重量较大；(2)油液清洁度要求高；(3)效率低；(4)动密封效果较差；(5)噪声大；(6)组成复杂、可靠性低。

CN1168715A公开了一种运用形状记忆合金的液压泵。该液压泵通过改变形状记忆合金的温度实现形状记忆合金变形，从而推动活塞运动实现活塞腔体的吸排油。但是，该方法由于受温度场驱动，其响应频率很低(1Hz左右)，很难满足工业化要求。

公知磁控形状记忆合金(Magnetic Shape Memory Alloy，MSMA)是一类新型的机敏功能材料，不但具有传统形状记忆合金受温度场控制的热弹性形状记忆效应，而且具有受磁场控制的磁性形状记忆效应(Magnetic ShapeMemory Effect，MSME)。因此，兼有大恢复应变、大输出应力、高响应频率和可精确控制的综合特性，使其可能在大功率水下声呐、微位移器、震动和噪声控制、线性马达、微波器件、机器人等领域有重要应用，有望成为压电陶瓷和磁致伸缩材料之后的新一代驱动与传感材料。目前，已发现的磁控形状记忆合金主要包括：Ni系合金，Ni-Mn-Ga，Ni-Al-Mn，Ni-Co-Al等；Co系合金，Co-Mn，Co-Ni，Co-Ni-Ga等；Fe系合金，Fe-Pd，Fe-Mn-Si，Fe-Ni-Co-Ti，Fe-Pt，Fe-C，Fe-Cr-Ni-Mn-Si-Co等。其中，Ni-Mn-Ga合金是最早发现的MSMA，对它的研究也最为深入和最具代表性，并且已实现初步应用。

传统形状记忆合金，如TiNi基，Cu基，Fe基等，虽然具有较大的可逆恢复应变和大的恢复力，但由于受温度场驱动，其响应频率很低(1Hz左右)。与形状记忆合金相比，压电陶瓷和磁致伸缩材料虽然具有很高的响应频率(1000Hz左右)，但所能达到的最大应变也只有0.2％，限制了材料在实际工程中的应用。而MSMA则兼有大应变和高响应频率，目前报道MSMA的最大磁致应变为9.4％，最高响应频率可达5000Hz，在150Hz高频交变磁场中仍能获得高达1％的大磁致应变，弥补了传统形状记忆合金响应频率慢、压电及磁致伸缩材料应变小的不足，是一种较为理想的驱动材料。

数字控制功率驱动器在电机的变频控制与伺服控制中应用广泛。用控制芯片控制功率驱动管的开关频率可以控制磁控形状记忆合金磁场激励线圈电源的通断频率。这样，很容易实现液压动力单元的流量、压力输出数字控制。通过控制磁控形状记忆合金磁场激励线圈电源的通断频率，可以精确控制伺服作动器的位置、力或速度。与传统的伺服机构相比，该伺服机构直接将电能转化为液压能，具有体积小、重量轻，数字控制、响应快，密封性能好、噪声低，效率高、可靠性高等优点。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有的由电机驱动的液压伺服机构存在的体积和重量较大、油液清洁度要求高、效率低、动密封效果较差、噪声大、组成复杂、可靠性低等一系列问题，设计一种体积小、重量轻，数字控制、响应快，密封性能好、噪声低，效率高、可靠性高等优点的没有电机驱动的新型数控电液伺服机构。

本实用新型的技术方案是：

一种新型数控电液伺服机构，其特征是它主要由液压动力单元本体1、数字驱动控制器2和伺服作动器3组成，所述的伺服作动器3包括高速换向阀4和作动器5，所述的液压动力单元本体1中的油缸柱塞与磁控形状记忆合金棒相连，磁控形状记忆合金棒位于磁场激励线圈中，磁场激励线圈受控于数字驱动控制器2；液压动力单元本体1的低压油进口通过单向阀与油箱8相连通，液压动力单元本体1的高压油出口通过单向阀与高速换向阀4的进油腔相连通，高速换向阀4的两个出油口分别与作动器5的正向输入端和反向输入端相连通，安装在作动器5上的传感器6的输出端与数字驱动控制器2的反馈信号输入端相连。

在高速换向阀4的两个高压油出油口之间连接有旁通阀7。

所述的液压动力单元本体1并接有七个以上的、单数个的由柱塞、磁控形状记忆合金棒及柱塞腔组成的高压油产生单元。