磁致伸缩轴向四柱塞泵驱动的电静液作动器及其工作方法与流程

技术特征：
1.一种磁致伸缩轴向四柱塞泵驱动的电静液作动器，其特征在于，包括：四个磁致伸缩电
‑
机转换器、主动配流阀、伺服电机、油路块、液压缸；所述主动配流阀(n)包括阀体(ⅳ)、内置于阀体(ⅳ)的阀芯(ⅲ)和轴承(6、7)；所述主动配流阀(n)一侧安装四个磁致伸缩电
‑
机转换器(
ⅶ
、
ⅷ
、
ⅸ
、
ⅹ
)，另一侧通过电机连接架(ⅱ)安装伺服电机(ⅰ)；所述油路块(
ⅴ
)安装在阀体(ⅳ)的上方，液压缸(
ⅵ
)安装在油路块(
ⅴ
)的上方；每个磁致伸缩电
‑
机转换器(
ⅶ
、
ⅷ
、
ⅸ
、
ⅹ
)均包括外壳(2)、安装于外壳(2)下端的底座(1)、安装于底座(1)上端的线圈骨架(4)和磁致伸缩棒(3)、安装于线圈骨架(4)外侧的导电线圈(5)、安装于磁致伸缩棒(3)上端的输出杆(11)、安装于外壳(2)上端的预紧端盖(10)、安装于输出杆(11)和预紧端盖(10)之间的碟簧组合(14)、安装于线圈骨架(4)上端的防扭端盖(12)、安装于防扭端盖(12)上的防扭螺钉(13)、安装于输出杆(11)上端的活塞(9)；所述阀体(ⅳ)为一体式零件，包括内部用于安装阀芯(ⅲ)的圆柱状阀腔、两层油路、用于分别安装四个磁致伸缩电
‑
机转换器(
ⅶ
、
ⅷ
、
ⅸ
、
ⅹ
)的四个圆柱状泵腔(e、f、g、h)、连通泵腔与阀腔的四个锥形进出口油路；四个泵腔分别为第一泵腔(e)、第二泵腔(f)、第三泵腔(g)、第四泵腔(h)；所述阀芯(ⅲ)包括若干个长油路(k1、k3、k5、k7、k9、k11、k13、k15、k17)和若干个短油路(k2、k4、k6、k8、k10、k12、k14、k16、k18)，长、短油路均布于阀芯圆周，且交错分布；长、短油路均为在阀芯圆周面及端面所钻油孔连通形成；所述阀芯(ⅲ)由伺服电机(ⅰ)通过联轴器带动旋转；每个磁致伸缩电
‑
机转换器的活塞(9)与对应安装的泵腔间隙配合，并通过o型圈(16)实现动密封；所述泵腔(e、f、g、h)分别通过四个锥形进出口油路与阀腔连通；所述主动配流阀(n)包括阀体(ⅳ)、阀芯(ⅲ)、轴承(6、7)、端盖(8)和电机连接架(ⅱ)；所述主动配流阀(n)在旋转过程中，通过阀芯(ⅲ)上的长、短油路与阀体(ⅳ)上的两层油路以及四个泵腔(e、f、g、h)的进出口油路形成的交替连通关系，实现配油过程；阀芯(ⅲ)上的长油路(k1)与第一泵腔(e)的进出口油路和阀体(ⅳ)上的油口(b1)同时连通时，阀芯(ⅲ)上相隔180
°
角度的短油路(k10)与第二泵腔(f)的进出口油路和阀体(ⅳ)上的油口(c1)同时连通，此时，第三泵腔(g)、第四泵腔(h)的进出口油路正对阀芯(ⅲ)端面上无油孔的位置；所述油路块(
ⅴ
)包括两层油路，与阀体(ⅳ)上的两层油路相对应；液压缸(
ⅵ
)的一侧经过油路块(
ⅴ
)和阀体(ⅳ)上的一层油路与主动配流阀(n)圆周面上的一层配流孔相连通，经主动配流阀配流而与四个泵腔(e、f、g、h)连通。2.根据权利要求1所述的磁致伸缩轴向四柱塞泵驱动的电静液作动器，其特征在于，所述碟簧组合(14)被旋紧的预紧端盖(10)压缩，产生对磁致伸缩棒(3)的近似恒定的预紧力；所述防扭端盖(12)、输出杆(11)、外壳(2)和底座(1)均为导磁材料；所述线圈骨架(4)为尼龙材料。3.根据权利要求1所述的磁致伸缩轴向四柱塞泵驱动的电静液作动器，其特征在于，所述阀芯(ⅲ)与伺服电机连接一侧为台阶轴，与轴承(7)配合，阀芯(ⅲ)与四个泵腔(e、f、g、h)进出口油路连接一侧为台阶孔，与轴承(6)配合；阀芯(ⅲ)在阀腔内的凸台和端盖(8)的外圈共同作用下实现轴向定位，阀芯端面与阀腔端面间隙密封；阀芯(ⅲ)圆周面与阀腔圆周面间隙密封；所述端盖(8)与阀芯(ⅲ)台阶轴和阀腔圆周面间隙配合，并使用o型圈分别
实现动、静密封；端盖(8)被电机连接架(ⅱ)的端面限位。4.根据权利要求1所述的磁致伸缩轴向四柱塞泵驱动的电静液作动器，其特征在于，工作时，泵腔(e、f、g、h)、阀体(ⅳ)、阀芯(ⅲ)、油路块(
ⅴ
)内的油路以及液压缸(
ⅵ
)的容腔内皆充满油液；工作时，此作动器为封闭系统，所有的油路工艺孔皆被堵头密封或铜柱过盈密封。5.根据权利要求1所述的磁致伸缩轴向四柱塞泵驱动的电静液作动器，其特征在于，四个泵腔(e、f、g、h)皆加工工艺排气孔用以在作动器充油过程中排气。6.根据权利要求1所述的磁致伸缩轴向四柱塞泵驱动的电静液作动器，其特征在于，阀芯(ⅲ)上的长油路在位置上对应阀体(ⅳ)上的一层油路，进而对应油路块上的一层油路，进而对应液压缸一侧；阀芯(ⅲ)上的短油路在位置上对应阀体(ⅳ)上的另一层油路，进而对应油路块上的另一层油路，进而对应液压缸另一侧。7.一种根据权利要求1至6中任一项所述的磁致伸缩轴向四柱塞泵驱动的电静液作动器的工作方法，其特征在于：对此电静液作动器的磁致伸缩电
‑
机转换器(
ⅶ
、
ⅷ
、
ⅸ
、
ⅹ
)的导电线圈(5)分别施加正弦电流信号；通过磁致伸缩棒(3)在交变磁场中有规律的伸长和缩短带动活塞(9)高频往复运动，将液压油排出或吸入泵腔(e、f、g、h)；通过主动配流阀(n)的旋转，将油路的连通状态与磁致伸缩电
‑
机转换器的工作状态相匹配，使泵腔不断向液压缸(
ⅵ
)高压侧排入油液，使泵腔不断从液压缸(
ⅵ
)的低压侧吸出油液，从而使液压缸的活塞杆在高低压侧压力差的作用下产生位移输出；当四个磁致伸缩电
‑
机转换器(
ⅶ
、
ⅷ
、
ⅸ
、
ⅹ
)同时工作时，其驱动信号依次相差90
°
相位角，其活塞运动状态依次相差1/4周期；此作动器在1/8周期内的具体工作过程如下：伺服电机(ⅰ)带动阀芯(ⅲ)旋转，某一时刻，当阀芯(ⅲ)上的长油路(k1)与阀体(ⅳ)上的油口(b1)和泵腔(e)同时连通，且油口正对时，磁致伸缩电
‑
机转换器(
ⅶ
)中的磁致伸缩棒(3)处于伸长阶段，活塞(9)压缩油液，使油液通过锥形进出口油路、长油路(k1)、油口(b1)到达阀体油路；此时，阀芯(ⅲ)上的短油路(k10)与阀体(ⅳ)上的油口(c1)和泵腔(f)同时连通，且油口正对，磁致伸缩电
‑
机转换器(
ⅸ
)中的磁致伸缩棒(3)处于缩短阶段，活塞(9)扩张油液，使油液通过阀体(ⅳ)上的油口(c1)、短油路(k10)、锥形进出口油路进入泵腔；此时，磁致伸缩电
‑
机转换器(
ⅷ
、
ⅹ
)中的磁致伸缩棒(3)处于缩短阶段与伸长阶段的切换时刻，且泵腔(g、h)的进出口油路正对阀芯端面上无油口的位置，泵腔(g、h)对作动器油液不起作用；经过油口(b1)的油液再经过油口(b)、油口(y)到达液压缸高压侧，液压缸低压侧油液经过油口(x)、油口(c)到达油口(c1)，实现向液压缸高压侧排入油液，从液压缸低压侧吸出油液；在四个磁致伸缩电
‑
机转换器(
ⅶ
、
ⅷ
、
ⅸ
、
ⅹ
)驱动信号的1/8周期内，阀芯(ⅲ)旋转0
°
至5
°
之间时，阀芯(ⅲ)上的长油路(k1)与阀体(ⅳ)上的油口(b1)和泵腔(e)同时连通，且连通面积逐渐减小，磁致伸缩电
‑
机转换器(
ⅶ
)中的磁致伸缩棒(3)处于伸长阶段，活塞(9)压缩油液，使油液通过锥形进出口油路、长油路(k1)、油口(b1)到达阀体油路；此时，阀芯(ⅲ)上的短油路(k10)与阀体(ⅳ)上的油口(c1)和泵腔(f)同时连通，且连通面积逐渐减小，磁致伸缩电
‑
机转换器(
ⅸ
)中的磁致伸缩棒(3)处于缩短阶段，活塞(9)扩张油液，使油液通过阀体(ⅳ)上的油口(c1)、短油路(k10)、锥形进出口油路进入泵腔；此时，阀芯(ⅲ)上的短油
路(k6)与阀体(ⅳ)上的油口(c2)和泵腔(g)同时连通，且连通面积逐渐增大，磁致伸缩电
‑
机转换器(
ⅷ
)中的磁致伸缩棒(3)处于缩短阶段，活塞(9)扩张油液，使油液通过阀体(ⅳ)上的油口(c2)、短油路(k6)、锥形进出口油路进入泵腔；此时，阀芯(ⅲ)上的长油路(k15)与阀体(ⅳ)上的油口(b2)和泵腔(h)同时连通，且连通面积逐渐增大，磁致伸缩电
‑
机转换器(
ⅹ
)中的磁致伸缩棒(3)处于伸长阶段，活塞(9)压缩油液，使油液通过锥形进出口油路、长油路(k15)、油口(b2)到达阀体油路；经过油口(b1)、油口(b2)的油液在阀体(ⅳ)中汇流后，再经过油口(b)、油口(y)到达液压缸高压侧，液压缸低压侧油液经过油口(x)、油口(c)，再分流后到达油口(c1)、油口(c2)，实现向液压缸高压侧排入油液，从液压缸低压侧吸出油液；当阀芯(ⅲ)旋转5
°
后，阀芯(ⅲ)上的长油路(k15)与阀体(ⅳ)上的油口(b2)和泵腔(h)同时连通，且油口正对，磁致伸缩电
‑
机转换器(
ⅹ
)中的磁致伸缩棒(3)处于伸长阶段，活塞(9)压缩油液，使油液通过锥形进出口油路、长油路(k15)、油口(b2)到达阀体油路；此时，阀芯(ⅲ)上的短油路(k6)与阀体(ⅳ)上的油口(c2)和泵腔(g)同时连通，且油口正对，磁致伸缩电
‑
机转换器(
ⅸ
)中的磁致伸缩棒(3)处于缩短阶段，活塞(9)扩张油液，使油液通过阀体(ⅳ)上的油口(c2)、短油路(k6)、锥形进出口油路进入泵腔；此时，磁致伸缩电
‑
机转换器(
ⅶ
、
ⅸ
)中的磁致伸缩棒(3)处于缩短阶段与伸长阶段的切换时刻，且泵腔(e、f)的进出口油路刚好正对阀芯端面上无油口的位置，泵腔(e、f)对作动器油液不起作用；经过油口(b2)的油液再经过油口(b)、油口(y)到达液压缸高压侧，液压缸低压侧油液经过油口(x)、油口(c)到达油口(c2)，实现向液压缸高压侧排入油液，从液压缸低压侧吸出油液；如此循环，四个磁致伸缩电
‑
机转换器(
ⅶ
、
ⅷ
、
ⅸ
、
ⅹ
)同时工作时，其工作状态依次相差1/4周期，在任一时刻有2个磁致伸缩泵排油、2个磁致伸缩泵吸油；在主动配流阀(n)配流作用下，使四个泵排出的油液都通往液压缸高压侧，并从液压缸低压侧吸油，使此电静液作动器单向持续作动；通过改变四个磁致伸缩电
‑
机转换器(
ⅶ
、
ⅷ
、
ⅸ
、
ⅹ
)的驱动信号的初始相位角，即改变四个磁致伸缩电
‑
机转换器工作状态与主动配流阀(n)连通状态的匹配关系，以调整此电静液作动器的配流效率，从而调整作动器输出性能；通过将四个磁致伸缩电
‑
机转换器的驱动信号的初始相位角改变180
°
，以使作动器内两层油路的效果完全对调，从而实现反向持续作动；通过改变四个磁致伸缩电
‑
机转换器(
ⅶ
、
ⅷ
、
ⅸ
、
ⅹ
)的驱动信号的幅值和频率，以改变单位时间内单个磁致伸缩泵的输出流量或输入流量，从而实现作动器输出性能的调整；通过改变同时工作的磁致伸缩电
‑
机转换器的个数，以实现作动器输出性能的调整。8.根据权利要求7所述的工作方法，其特征在于：磁致伸缩轴向四柱塞泵驱动的电静液作动器依据性能梯度划分，有四个工作模式：单柱塞泵工作模式、双柱塞泵工作模式、三柱塞泵工作模式、四柱塞泵工作模式；在前三个工作模式下，本作动器具有的节能工作方法如下：在单柱塞泵工作模式下，仅一个磁致伸缩电
‑
机转换器作为驱动；在工作时长内，间隔一定时间切换工作的磁致伸缩电
‑
机转换器；在双柱塞泵工作模式下，磁致伸缩电
‑
机转换器两个一组作为驱动；在工作时长内，间隔一定时间切换工作的磁致伸缩电
‑
机转换器组合；
在三柱塞泵工作模式下，磁致伸缩电
‑
机转换器三个一组作为驱动；在工作时长内，间隔一定时间切换工作的磁致伸缩电
‑
机转换器组合。

技术总结
本发明公开了一种磁致伸缩轴向四柱塞泵驱动的电静液作动器及其工作方法，涉及电静液作动器领域。所述电静液作动器包括：四个磁致伸缩电


技术研发人员：朱玉川 刘昶 郑述峰 林文
受保护的技术使用者：南京航启电液控制设备有限公司
技术研发日：2021.07.19
技术公布日：2021/11/14