1 引言 近年來(lái)隨著液壓技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制和電子技術(shù)的發(fā)展出現(xiàn)了一種新型集成一體化的無(wú)伺服閥電液伺服執(zhí)行器，即EHA（ElectrohydrostaticActuator），將電動(dòng)機(jī)、液壓泵、油箱、液壓閥組、液壓缸、檢測(cè)元件和控制器集成化、小型化，使得該新型集成一體化執(zhí)行器體積小、質(zhì)量輕、效率高，克服了傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)固有的一些缺點(diǎn)，具有重大的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
2 EHA的原理
通過(guò)對(duì)比國(guó)內(nèi)外各種EHA方案，設(shè)計(jì)EHA液壓原理圖如圖1所示。
EHA是一個(gè)閉式的系統(tǒng)。系統(tǒng)由DSP控制器、高速無(wú)刷直流電機(jī)、高速雙向定量柱塞泵、雙作用對(duì)稱(chēng)缸、增壓油箱、信號(hào)測(cè)量裝置和過(guò)濾器等組成。與傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)不同，其原理是通過(guò)電機(jī)??速，直接驅(qū)動(dòng)定量泵，控制定量泵的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，從而控制系統(tǒng)泵輸出的壓力和流量，*終達(dá)到控制液壓缸位移輸出的目的。增壓油箱通過(guò)兩個(gè)單向閥連接到系統(tǒng)，使系統(tǒng)的壓力始終不低于增壓油箱的壓力，防止油液中氣穴現(xiàn)象的發(fā)生。為了保證系統(tǒng)的**，系統(tǒng)中設(shè)置了**閥，以防止液壓泵和液壓缸兩腔中的壓力過(guò)高。系統(tǒng)中還設(shè)置了一個(gè)阻尼旁通閥，當(dāng)整個(gè)液壓缸發(fā)生故障時(shí)，可以開(kāi)啟旁通閥，使泵出的流量經(jīng)旁通閥全部回到泵的吸油口，此時(shí)，液壓缸處于自由狀態(tài)，對(duì)負(fù)載不發(fā)生作用，在重要的應(yīng)用場(chǎng)合可以用其他驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行**操作。系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)為直流伺服電動(dòng)機(jī)的雙環(huán)伺服控制系統(tǒng)，即電流環(huán)、速度環(huán)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的**速度控制；系統(tǒng)的對(duì)外環(huán)為位置環(huán)，由裝在活塞桿中心的直線位移傳感器（LVDT）實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的位置反饋，控制系統(tǒng)的輸出位移。
3EHA的仿真分析
以某型飛機(jī)副翼電液執(zhí)行器的性能參數(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)滿(mǎn)足其性能的電動(dòng)液壓執(zhí)行器。并用液壓專(zhuān)用仿真軟件EASY5對(duì)所設(shè)計(jì)的電動(dòng)液壓執(zhí)行器的工作特性進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證了系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)的合理性。
3.1EHA系統(tǒng)仿真參數(shù)的確定
某型飛機(jī)副翼作動(dòng)器主要性能參數(shù)為：總行程44.25mm，空載速度26mm/s，*大輸出力48kN。為滿(mǎn)足該執(zhí)行器的性能要求，經(jīng)反復(fù)計(jì)算，選擇無(wú)刷直流電機(jī)的*大輸出轉(zhuǎn)矩4Nm，*高轉(zhuǎn)速10000r/min，額定功率4.2kW，電樞電阻O.19Ω，電樞回路電感O.25mH，電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)0.4Vs/rad，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)0.089Nm/A；雙向定量柱塞泵的排量0.8ml/r，雙作用對(duì)稱(chēng)缸活塞有效面積22.4cm2，*大行程44.25mm。
3.2EHA仿真模型的建立
EASY5為專(zhuān)用液壓仿真軟件，在仿真整個(gè)系統(tǒng)之前，需要對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)建立子模型。忽略無(wú)刷直流電機(jī)換相過(guò)渡過(guò)程的影響，無(wú)刷直流電機(jī)可看作直流電機(jī)。
*后，得到整個(gè)系統(tǒng)的EASY5仿真模型如圖2所示。圖中增壓油箱初始?jí)毫?MPa，*大體積630ml；兩個(gè)溢流閥壓力設(shè)定在24MPa，單向閥的壓力降為2KPa。泵的排量為0.8ml/r，容積效率為99%。油缸的活塞面積為22.4cm2。系統(tǒng)采用PI控制器。
圖2 EHA系統(tǒng)EASY5仿真總圖
3.3 EHA仿真結(jié)果及分析
系統(tǒng)在負(fù)載48kN，±8mm階段信號(hào)作用下的響應(yīng)曲線，見(jiàn)圖3。
從圖3可以看出，設(shè)計(jì)的電液伺服執(zhí)行器滿(mǎn)足性能要求。負(fù)載為48kN時(shí)，系統(tǒng)從-8mm至+8mm的時(shí)間約為0.3s，對(duì)應(yīng)液壓缸兩腔的壓差為21MPa，與計(jì)算值有較好的吻合。系統(tǒng)在階躍過(guò)程中，電機(jī)以*高轉(zhuǎn)速10000r/min運(yùn)行，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速有一定的超調(diào)和波動(dòng)，這是控制器的設(shè)計(jì)引起的，但具有較好的快速性。
圖3 仿真結(jié)果曲線
4結(jié)束語(yǔ)
本文提出了一種無(wú)伺服閥電液伺服執(zhí)行器原理樣機(jī)的方案，以某型飛機(jī)性能參數(shù)為基礎(chǔ)，用液壓仿真軟件EASY5對(duì)系統(tǒng)樣機(jī)進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果表明，系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)性能，能夠滿(mǎn)足該型飛機(jī)副翼作動(dòng)器的性能要求。當(dāng)用普通的交流電機(jī)取代無(wú)刷直流電機(jī)，或去掉系統(tǒng)中的位置反饋，所設(shè)計(jì)的EHA系統(tǒng)完全可以用于一般電液傳動(dòng)及控制系統(tǒng)上。這種新型的無(wú)伺服閥電液伺服執(zhí)行器無(wú)論是對(duì)航空，還是一般的工業(yè)領(lǐng)域，都具有重大的發(fā)展意義。