一种弹射液压系统及其控制方法与流程

1.本发明涉及液压系统技术领域，更为具体来说，本发明为一种弹射液压系统及其控制方法。


背景技术：

2.将待发射对象进行发射的方式多种多样，例如手抛式、垂直起飞、空中投放、火箭助推、跑道滑跑、车载起飞和弹射起飞等。而弹射技术也多种多样，例如橡皮绳弹射、电磁弹射、液压弹射和气压弹射等。
3.在弹射相关的液压系统中，触发弹射动作的元件大多为电磁换向阀等液压控制元件，采用这种方式会存在以下问题：因液压缸的加速行程短，若蓄能器与液压缸之间存在液压控制元件，其换向过流阻力及换向延时会降低弹射对象的脱开速度，如果液压控制元件出现卡滞现象会导致任务失败，带来难以承受的任务损失。
4.因此，如何改变弹射触发方式，形成一种弹射速度快、响应时间短、一致性好、可靠性高的弹射液压系统，成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题和始终研究的重点。


技术实现要素：

5.为解决现有弹射液压系统中采用液压控制元件触发弹射的当时，容易出现卡滞现象，导致弹射任务失败的技术问题，本发明创新地提供了一种弹射液压系统，从改变弹射触发方式的角度出发，在弹射液压缸与蓄能器之间不设置任何液压控制元件，利用助力液压缸作为弹射过程的触发元件，其具有弹射速度快、响应时间短、一致性好、可靠性高的优点。
6.为实现上述的技术目的，本发明实施例公开了一种弹射液压系统，包括：弹射液压缸、油箱、液压泵、助力液压缸和蓄能器，所述弹射液压缸内设有弹射活塞和拉杆；所述弹射液压缸一端封闭一端开口；所述弹射液压缸上设有封闭其开口的端盖，所述弹射液压缸处于封闭端的外周壁上设有透气孔，所述弹射液压缸处于开口端的外周壁上设有输油孔；所述拉杆的一端与弹射活塞固定连接，所述拉杆的另一端从端盖中穿出；所述油箱与液压泵连接，所述液压泵通过第一油管与蓄能器连接，所述第一油管上设有第一方向控制阀；所述第一方向控制阀与蓄能器之间的第一油管与第二油管的一端连接，所述第二油管的另一端与弹射液压缸的输油孔连接，所述第二油管上设有截止阀；所述弹射活塞与端盖相抵时，所述弹射活塞堵在弹射液压缸的输油孔处；所述助力液压缸通过第二方向控制阀分别与液压泵和油箱连接，所述助力液压缸内的活塞杆与拉杆相抵。
7.进一步的，本发明一种弹射液压系统，其中所述弹射液压缸的内壁中设有预压油路，所述预压油路的第一端口与输油孔的孔壁连通，所述预压油路的第二端口与弹射液压缸的内周壁连通，且所述预压油路的第二端口位于输油孔的下侧。
8.进一步的，本发明一种弹射液压系统，其中所述弹射液压缸的内周壁沿自身周向设有过渡槽，所述过渡槽的槽口与弹射液压缸的内周壁之间通过圆弧面平滑过渡，所述输油孔的一端口与过渡槽的槽底连通。
9.进一步的，本发明一种弹射液压系统，其中所述弹射活塞的两端设有与弹射液压缸的内周壁滑动密封配合的第一凸缘和第二凸缘，所述第一凸缘和第二凸缘之间形成承压槽，所述第一凸缘与端盖相抵时，所述承压槽与输油孔正对。
10.进一步的，本发明一种弹射液压系统，其中还包括销子液压缸，所述销子液压缸通过第三方向控制阀分别与液压泵和油箱连接，所述销子液压缸的活塞杆与拉杆或弹射机构连接，用于保持拉杆或弹射机构的初始位置。
11.进一步的，本发明一种弹射液压系统，其中所述液压泵与第一方向控制阀之间的第一油管上设有单向阀。
12.进一步的，本发明一种弹射液压系统，其中所述蓄能器与截止阀之间的第二油管上设有第一压力传感器，所述弹射液压缸的端盖上设有第二压力传感器。
13.进一步的，本发明一种弹射液压系统，其中还包括第三油管，所述第三油管的一端通过端盖与弹射液压缸的有杆腔连通，所述第三油管的另一端与油箱连通，所述第三油管上设有节流阀。
14.本发明还公开了一种弹射液压系统的控制方法，应用于上述的弹射液压系统，所述控制方法包括：充能步骤、保持步骤、触发步骤和弹射步骤：
15.所述充能步骤包括：
16.将弹射液压缸中的活塞与端盖相抵，使弹射活塞堵在输油孔处；
17.关闭截止阀，启动液压泵；
18.控制第一方向控制阀通电换向，向蓄能器充能；当蓄能器内压力达到预定值后，控制第一方向控制阀断电换向，使蓄能器与液压泵之间处于关断状态，关闭液压泵；
19.所述保持步骤包括：
20.保证助力液压缸存在收回到位信号，并保证销子液压缸存在伸出到位信号；
21.打开截止阀；
22.所述触发步骤包括：
23.启动液压泵；
24.控制第三方向控制阀通电换向将销子液压缸收回到位；
25.控制第二方向控制阀通电换向将助力液压缸的活塞杆推动弹射液压缸的拉杆，使弹射活塞滑离输油孔；
26.所述弹射步骤包括：
27.使蓄能器中的油液通过输油孔进入弹射液压缸的有杆腔，并使弹射活塞带动拉杆加速收回。
28.进一步的，本发明一种弹射液压系统的控制方法，其中
29.所述充能步骤中还包括：
30.检测助力液压缸是否收回到位，若否，则控制第二方向控制阀通电换向将助力液压缸收回到位；
31.检测销子液压缸是否伸出到位，若否，则控制第三方向控制阀通电换向将销子液压缸伸出到位；
32.所述保持步骤还包括：
33.在打开截止阀后，检测第一压力传感器和第二压力传感器的压力是否处于设定阈
值范围内，若否，则控制控制第一方向控制阀通电换向，向蓄能器进行补压。
34.本发明的有益效果为：本发明采用蓄能器作为储能元件，以弹射液压缸快速收回到位的形式实现液压弹射需求，能在0.5s的时间内释放巨大的功率，且峰值功率可达10000kw，将弹射对象瞬间加速至需求的速度。蓄能器至弹射液压缸的液压回路上仅设有截止阀，在蓄能器蓄能时截止阀关闭，在需要进行发射时截止阀打开，蓄能器中的高压油液直接作用在弹射液压缸中的弹射活塞上，使得蓄能器与弹射液压缸之间的液压回路形成完全通路，在需要触发弹射时，由助力液压缸为弹射液压缸中的拉杆一个较小的位移触发，蓄能器中的油液直接作用于弹射活塞面上完成弹射，其蓄能器与弹射液压缸二者之间无任何阻碍，使得本发明具有弹射速度快、响应时间短、一致性好、可靠性高的优点。
附图说明
35.图1为本发明一种弹射液压系统的结构示意图；
36.图2为图1中a部的局部放大结构示意图。
具体实施方式
37.下面结合说明书附图对本发明的一种弹射液压系统进行详细的解释和说明。
38.如图1并结合图2所示，本发明实施例公开了一种弹射液压系统，具体包括：弹射液压缸1、油箱2、液压泵3、助力液压缸4和蓄能器5。弹射液压缸1内设有弹射活塞6和拉杆7；弹射液压缸1一端封闭一端开口，弹射液压缸1上设有封闭其开口的端盖11，弹射液压缸1处于封闭端的外周壁上设有透气孔12，弹射液压缸1处于开口端的外周壁上设有输油孔13；拉杆7的一端与弹射活塞6固定连接，拉杆7的另一端从端盖11中穿出；油箱2与液压泵3连接，液压泵3通过第一油管8与蓄能器5连接，第一油管8上设有第一方向控制阀81；第一方向控制阀81与蓄能器5之间的第一油管8与第二油管9的一端连接，第二油管9的另一端与弹射液压缸1的输油孔13连接，第二油管9上设有截止阀91；弹射活塞6与端盖11相抵时，弹射活塞6堵在弹射液压缸1的输油孔13处；助力液压缸4通过第二方向控制阀41分别与液压泵3和油箱2连接，助力液压缸4内的活塞杆与拉杆7相抵。
39.在实际使用时，在初始状态下，拉杆7从弹射液压缸1的端盖11中完全伸出，拉杆7的延伸端与弹射机构连接，弹射活塞6正好堵住弹射液压缸1上的输油孔13，助力液压缸4处于收回状态，且截止阀91处于关闭状态。当需要对蓄能器5进行充能时，启动液压泵3，使第一方向控制阀8通电换向，第一方向控制阀8由关断状态转换至导通状态，液压泵3泵出的油液通过第一油管8充入蓄能器，当蓄能器5中的压力达到预定值时，关闭液压泵3，使第一方向控制阀8断电换向，第一方向控制阀8由导通状态转换至关断状态，蓄能器5充能完成；当需要进行弹射操作时，首先打开截止阀91，并保持截止阀91处于导通状态，使蓄能器5中的油液直接作用于弹射活塞6上，等待弹射触发；然后使第二方向控制阀41通电换向，液压泵3泵出的油液进入助力液压缸4的无杆腔，使得助力液压缸4中的活塞杆伸出，因助力液压缸4内的活塞杆与拉杆7相抵，助力液压缸4中的活塞杆伸出后就会推动弹射活塞6滑离弹射液压缸1上的输油孔13；最后蓄能器5中的油液就会直接作用在弹射活塞6上，由弹射活塞6带动拉杆7快速收回，带动弹射对象进行运动，完成弹射。
40.在本实施例中，采用蓄能器5作为储能元件，以弹射液压缸1中的拉杆7快速收回到
位的形式实现液压弹射需求，能在0.5s的时间内释放巨大的功率，且峰值功率可达10000kw，将弹射对象瞬间加速至需求的速度。蓄能器5至弹射液压缸1液压缸的第二油管9上仅设有截止阀91，在蓄能器5蓄能时截止阀91关闭，在需要进行发射时截止阀91打开，蓄能器5中的高压油液直接作用在弹射液压缸1中的弹射活塞6上，使得蓄能器5与弹射液压缸1之间的第二油管9形成完全通路，在需要触发弹射时，由助力液压缸4为弹射液压缸1中的拉杆7一个较小的位移触发，蓄能器5中的油液直接作用于弹射活塞6面上，有弹射活塞6带动拉杆7快速收回完成弹射，其蓄能器5与弹射液压缸1二者之间无任何阻碍，使得本发明具有弹射速度快、响应时间短、一致性好、可靠性高的优点。
41.在本发明一实施例中，弹射液压缸1的内壁中设有预压油路14，让预压油路14的第一端口与输油孔13的孔壁连通，并让预压油路14的第二端口与弹射液压缸1的内周壁连通，且预压油路14的第二端口位于输油孔13的下侧。通过以上设置，当弹射活塞6未完全滑离弹射液压缸1上的输油孔13时，从蓄能器5流出的油液首先通过预压油路14与弹射液压缸1的有杆腔连通，使得弹射液压缸1的有杆腔与弹射液压缸1上的输油孔13处的压力保持一致，使得弹射液压缸1首先获得一个较大基础压力，使得弹射活塞6得到一个更大的推动作用；其次，一般弹射活塞6与弹射液压缸1之间会设置密封圈，通过在弹射活塞6上设置密封圈实现二者的密封性能，通过以上设置，当密封圈通过输油孔1时，使得密封圈输油孔1侧与弹射液压缸1的有杆腔压力一致，可以有效防止密封圈被高压液油挤出，增加弹射液压系统整体的可靠性。
42.在本发明一实施例中，弹射液压缸1的内周壁沿自身周向设有过渡槽15，并在过渡槽15的槽口与弹射液压缸1的内周壁之间通过圆弧面16平滑过渡，让输油孔13的一端口与过渡槽15的槽底连通。通过以上设置，当弹射活塞6上的密封圈通过输油孔13时，会经由过渡槽15并通过圆弧面16，使得弹射活塞6动作更加顺畅，同时还能防止弹射活塞6上的密封圈通过输油孔13的孔切圈现象(即输油孔13切割弹射活塞6上设置的密封圈的情形)，提高密封圈的使用寿命，增强弹射液压系统整体的稳定性。
43.在本发明一实施例中，在弹射活塞6的两端设有与弹射液压缸1的内周壁滑动密封配合的第一凸缘61和第二凸缘62，使得第一凸缘61和第二凸缘62之间形成承压槽63，且第一凸缘61与端盖11相抵时，承压槽63与输油孔13正对。通过以上设置，可以增大来自蓄能器5流出的油液作用在弹射活塞6的接触面积，使得弹射活塞6能够承受来自自蓄能器5油液更大压力，使得弹射活塞6可以获得一个更大初始压力，提升弹射速度快并且缩短响应时间。
44.在本发明一实施例中，还设置有销子液压缸10，让销子液压缸10通过第三方向控制阀101分别与液压泵3和油箱2连接，并让销子液压缸10的活塞杆与拉杆7或弹射机构连接，用于保持拉杆7或弹射机构的初始位置。通过以上设置，销子液压缸10可以通过第三方向控制阀101实现销子液压缸10中活塞杆的伸缩，在实际应用时，销子液压缸10中的活塞杆伸出后直接作用在拉杆7或者弹射机构上，防止拉杆7或者弹射机构异常触发，增强弹射液压系统整体的安全性。
45.在本发明一实施例中，在液压泵3与第一方向控制阀81之间的第一油管8上设有单向阀82，单向阀82可以防止蓄能器5中的油液回流，保持蓄能器5在充能后维持在一定的压力范围内，，增强弹射液压系统整体的可靠性。
46.在本发明一实施例中，在蓄能器5与截止阀91之间的第二油管9上设有第一压力传
感器92，弹射液压缸1的端盖11上设有第二压力传感器17，通过第一压力传感器92可以实时检测蓄能器5的压力，通过第二压力传感器17可以实时检测弹射液压缸12有杆腔中的压力，以便在不符需求压力时，进行后续救济，保证系统整体稳定。
47.在本发明一实施例中，还包括第三油管18，让第三油管18的一端通过端盖11与弹射液压缸1的有杆腔连通，并让第三油管18的另一端与油箱2连通，且在第三油管18上设有节流阀181。通过以上设置可以在发射完成后回收弹射液压缸1的有杆腔中的油液，具体地，通过调节节流阀181使得弹射液压缸1的有杆腔中的油液通过第三油管18流回油箱2，实现重复弹射需求。
48.需要说明的是，第一方向控制阀81可以采用两位两通电磁换向阀；第二方向控制阀41和第三方向控制阀101可以采用三位四通电磁换向阀；并可以在第一方向控制阀81和液压泵3之间的第一油管8上连接第四油管，并在第四油管上安装溢流阀，溢流阀的另一端与油箱连通，进而控制运行压力。
49.本发明实施例还提供了一种弹射液压系统的控制方法，应用于上述的弹射液压系统，控制方法具体包括：充能步骤、保持步骤、触发步骤和弹射步骤：
50.充能步骤包括：
51.将弹射液压缸1中的活塞与端盖11相抵，使弹射活塞6堵在输油孔13处；
52.关闭截止阀91，启动液压泵3；
53.控制第一方向控制阀81通电换向，向蓄能器5充能；当蓄能器5内压力达到预定值后，控制第一方向控制阀81断电换向，使蓄能器5与液压泵3之间处于关断状态，关闭液压泵3；
54.保持步骤包括：
55.保证助力液压缸4存在收回到位信号，并保证销子液压缸10存在伸出到位信号；
56.打开截止阀91；
57.触发步骤包括：
58.启动液压泵3；
59.控制第三方向控制阀通电换向将销子液压缸10收回到位；
60.控制第二方向控制阀41通电换向将助力液压缸4的活塞杆推动弹射液压缸1的拉杆7，使弹射活塞6滑离输油孔13；
61.弹射步骤包括：
62.使蓄能器5中的油液通过输油孔13进入弹射液压缸1的有杆腔，并使弹射活塞6带动拉杆7加速收回。
63.在本实施例中，将控制方法的工作步骤分为充能步骤、保持步骤、触发步骤和弹射步骤，可以实现快速、可靠的弹射，降低了可能存在的管路压力损失，以及换向阀换向延时超时、卡滞等带来的风险。
64.在本发明一实施中，充能步骤中还包括：
65.检测助力液压缸4是否收回到位，若否，则控制第二方向控制阀41通电换向将助力液压缸4收回到位；
66.检测销子液压缸10是否伸出到位，若否，则控制第三方向控制阀通电换向将销子液压缸10伸出到位；
67.在本实施例中，可以保证发射过程的安全性，防止异常触发情形的出现。
68.在本发明一实施中，保持步骤还包括：
69.在打开截止阀91后，检测第一压力传感器92和第二压力传感器17的压力是否处于设定阈值范围内，若否，则控制控制第一方向控制阀81通电换向，向蓄能器5进行补压。
70.在本实施中，可以保证向蓄能器5的压力稳定在设定的压力阈值范围内，提高弹射液压系统的可靠性。
71.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
72.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
73.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
74.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明实质内容上所作的任何修改、等同替换和简单改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。