本發(fā)明涉及一種剎車裝置，特別是關(guān)于一種在航空技術(shù)領(lǐng)域中飛機(jī)剎車系統(tǒng)上使用的功率電傳余度自饋能剎車裝置。

背景技術(shù)：

飛機(jī)剎車系統(tǒng)是保障飛機(jī)正常安全運(yùn)行的重要機(jī)載機(jī)電子系統(tǒng)，其功能是耗散飛機(jī)著陸時(shí)的能量并承受飛機(jī)的動(dòng)靜態(tài)載荷，協(xié)同其它系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的著陸、滑行和轉(zhuǎn)彎控制，要在短時(shí)間內(nèi)消耗巨大的動(dòng)能。飛機(jī)剎車系統(tǒng)國際上目前仍普遍使用液壓剎車，能源來自機(jī)載發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的集中液壓泵源，傳動(dòng)主要通過遍布起落架的長管路，所采用控制方式是閥控剎車作動(dòng)器，因此故障率較高。尤其對(duì)于大型客機(jī)，例如波音777-200/300客機(jī)，總重352噸，每次著陸剎車需耗散140兆焦的巨大能量，由12個(gè)主機(jī)輪協(xié)同參與剎車，對(duì)剎車系統(tǒng)的性能與可靠性指標(biāo)提出了極端要求。目前，國際上飛機(jī)剎車系統(tǒng)仍然普遍采用液壓動(dòng)力。傳統(tǒng)的液壓剎車系統(tǒng)主要由飛機(jī)起落架、輪胎、輪轂、碳剎車盤、扭矩管、活塞、剎車作動(dòng)器與分布在起落架上的管路等部件構(gòu)成。系統(tǒng)的能源由機(jī)載的多套集中泵源供給，通過管路傳輸?shù)椒植荚诟鱾€(gè)主機(jī)輪的剎車裝置，而且通常采用余度技術(shù)。傳統(tǒng)液壓剎車系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)精度高、力矩大，但能源管路分布于機(jī)身內(nèi)部，布局極其復(fù)雜，零部件數(shù)目很大，故障率高，系統(tǒng)安全性和可靠性的提升工作難以取得突破。

剎車系統(tǒng)重大需求與突出問題：1、針對(duì)無人機(jī)低重量,低成本,低能耗,抗污染/高可靠的突出需求，新的剎車系統(tǒng)架構(gòu)問題。2、大型高端無人機(jī)全自主自動(dòng)駛?cè)腭偝?自動(dòng)起飛加速滑跑和自動(dòng)著陸減速滑跑等地面全自主綜合操縱問題。3、針對(duì)主機(jī)對(duì)剎車系統(tǒng)多電化的迫切需求，如何構(gòu)建新原理的多電剎車系統(tǒng)問題。無人機(jī)、代后飛機(jī)的剎車系統(tǒng)復(fù)雜環(huán)境數(shù)字化設(shè)計(jì)和驗(yàn)證問題。4、全面瞄準(zhǔn)無人機(jī),三代后飛機(jī),大型飛機(jī),下一代多電飛機(jī)的剎車系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)和共性問題。

對(duì)于大型飛機(jī)的多輪剎車系統(tǒng)，我國的研究起步較晚，經(jīng)驗(yàn)較少，基礎(chǔ)理論缺乏、技術(shù)基礎(chǔ)單薄、試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)尚屬空白。例如國產(chǎn)arj21-700支線客機(jī)就是采用德國liebherr公司的剎車系統(tǒng)。國內(nèi)還不具備大型飛機(jī)的配套能力，而國外已經(jīng)開始在波音787和空客a380上驗(yàn)證下一代的剎車技術(shù)。適用于大型飛機(jī)的高效、高可靠剎車系統(tǒng)的研究迫在眉睫。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種功率電傳余度自饋能剎車裝置，其能適用于大型飛機(jī)，具有高效率和高可靠性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種功率電傳余度自饋能剎車裝置，其特征在于：該剎車裝置包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、凸輪柱塞泵、充壓模塊、蓄能器、安全閥、剎車增壓閥、剎車減壓閥和增壓油箱；機(jī)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)軸通過所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與所述凸輪柱塞泵連接，所述凸輪柱塞泵排油口與所述剎車增壓閥一端連接，所述凸輪柱塞泵吸油口與所述剎車減壓閥一端連接，所述剎車增壓閥另一端和剎車減壓閥另一端均連接至已有的剎車作動(dòng)器；位于所述凸輪柱塞泵出油口與吸油口之間的液壓回路上還并聯(lián)有所述充壓模塊、安全閥以及由所述蓄能器和增壓油箱連接構(gòu)成的支路，所述安全閥靠近所述剎車增壓閥和剎車減壓閥一側(cè)；由所述蓄能器和增壓油箱連接構(gòu)成的支路位于所述充壓模塊與所述安全閥之間，所述充壓模塊靠近所述凸輪柱塞泵。

進(jìn)一步，所述凸輪柱塞泵排油口連接有單向閥，所述凸輪柱塞泵吸油口連接有反向單向閥。

進(jìn)一步，所述充壓模塊由輔助電機(jī)、凸輪和柱塞構(gòu)成，所述輔助電機(jī)輸出端連接所述凸輪，由所述凸輪帶動(dòng)所述柱塞動(dòng)作實(shí)現(xiàn)吸油和排油，形成具有壓力和流量的輔助液壓源。

進(jìn)一步，位于所述充壓模塊的排油口處設(shè)置有單向閥，位于所述充壓模塊的吸油口處設(shè)置有反向單向閥。

進(jìn)一步，所述剎車增壓閥和剎車減壓閥均采用高速開關(guān)閥。

進(jìn)一步，所述增壓油箱與所述蓄能器采用一體化結(jié)構(gòu)，所述增壓油箱底部設(shè)置有油箱a腔，所述增壓油箱頂部通過氣體b腔與所述蓄能器頂部連接，所述蓄能器底部設(shè)置有油箱c腔。

進(jìn)一步，所述油箱a腔和油箱c腔內(nèi)裝有油液，所述氣體b腔內(nèi)存儲(chǔ)有壓縮氣體。

進(jìn)一步，所述蓄能器與所述增壓油箱之間通過壓縮氣體進(jìn)行能量傳遞。

進(jìn)一步，所述剎車減壓閥和剎車增壓閥工作過程為：初始狀態(tài)時(shí)剎車減壓閥開啟、剎車增壓閥關(guān)閉，由已有控制系統(tǒng)給出剎車指令；檢測壓力值如果大于7mpa，開啟所述剎車減壓閥關(guān)閉所述剎車增壓閥；如果壓力值小于6mpa開啟所述剎車增壓閥關(guān)閉所述剎車減壓閥；如果壓力值在6～7mpa之間，則關(guān)閉所述剎車減壓閥和剎車增壓閥。

本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明采用功率電傳輔助電機(jī)泵裝置，用于當(dāng)飛機(jī)低速時(shí)能量回收不足的情況時(shí)系統(tǒng)供壓，能源的非相似余度，同時(shí)采用了增壓油箱，從而具有更高可靠性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的充壓模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的增壓油箱結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明的剎車執(zhí)行機(jī)構(gòu)作動(dòng)過程示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明是將液壓泵通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與機(jī)輪相連，并增加一套能源供應(yīng)裝置，即輔助電機(jī)與凸輪柱塞泵。當(dāng)飛機(jī)著陸后，主機(jī)輪帶動(dòng)凸輪柱塞泵工作，回收一部分能量，形成高壓油源，一旦飛機(jī)低速時(shí)，當(dāng)回收能量不足時(shí)由輔助電機(jī)泵源充壓提供能源的非相似余度，從而通過能量管理系統(tǒng)為剎車閥和作動(dòng)器供油。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。

如圖1所示，本發(fā)明提供一種功率電傳余度自饋能剎車裝置，其與機(jī)輪1連接，包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2、凸輪柱塞泵3、充壓模塊8、單向閥4、反向單向閥6、蓄能器10、安全閥9、剎車增壓閥5、剎車減壓閥7和增壓油箱11。

機(jī)輪1的轉(zhuǎn)動(dòng)軸通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2與凸輪柱塞泵3連接，凸輪柱塞泵3排油口經(jīng)單向閥4與剎車增壓閥5一端連接，凸輪柱塞泵3吸油口經(jīng)反向單向閥6與剎車減壓閥7一端連接，剎車增壓閥5另一端和剎車減壓閥7另一端均連接至已有的剎車作動(dòng)器。位于凸輪柱塞泵3出油口與吸油口之間的液壓回路上還并聯(lián)有充壓模塊8、安全閥9以及由蓄能器10和增壓油箱11連接構(gòu)成的支路，安全閥9靠近剎車增壓閥5和剎車減壓閥7一側(cè)，通過安全閥9防止本發(fā)明整個(gè)剎車裝置壓力過高，以保持在安全閥9的預(yù)設(shè)范圍之內(nèi)；由蓄能器10和增壓油箱11連接構(gòu)成的支路位于充壓模塊8與安全閥9之間，充壓模塊8靠近凸輪柱塞泵3。使用時(shí)，當(dāng)飛機(jī)著陸時(shí)，機(jī)輪1的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2帶動(dòng)凸輪柱塞泵3旋轉(zhuǎn)，從而形成具有一定壓力和流量的液壓源，然后通過剎車增壓閥5和剎車減壓閥7調(diào)節(jié)到適當(dāng)?shù)膲毫?，并供給已有的剎車作動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)剎車。

上述實(shí)施例中，如圖2所示，充壓模塊8由輔助電機(jī)81、凸輪82和柱塞83構(gòu)成，輔助電機(jī)81輸出端連接凸輪82，由凸輪82帶動(dòng)柱塞83動(dòng)作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)吸油和排油，從而形成具有一定壓力和流量的輔助液壓源。當(dāng)飛機(jī)低速時(shí)，出現(xiàn)能量回收不足的情況下，由充壓模塊8為本發(fā)明的剎車裝置提供功率電傳的非相似余度能源，保證剎車裝置的供壓持續(xù)穩(wěn)定，使其具有較高的可靠性。

其中，位于充壓模塊8的排油口處設(shè)置有單向閥84，位于充壓模塊8的吸油口處設(shè)置有反向單向閥85。

上述各實(shí)施例中，蓄能器10內(nèi)存儲(chǔ)有一定量的壓力油液，用于滿足機(jī)輪1轉(zhuǎn)速過低時(shí)補(bǔ)充剎車裝置的峰值流量需求，和停機(jī)剎車時(shí)的保壓需求以及保證增壓油箱11內(nèi)具有一定壓力，進(jìn)而保證本發(fā)明的剎車裝置更好的實(shí)現(xiàn)防滑剎車控制和各種剎車工況的需求。在本實(shí)施例的液壓回路里，由于泵源的流量波動(dòng)較大，而流量需求很小，會(huì)導(dǎo)致壓力控制難度增大，所以蓄能器10是必需的，合理設(shè)置蓄能器10的參數(shù)對(duì)于在流量高峰時(shí)流量和壓力的穩(wěn)定有著至關(guān)重要的作用。

上述各實(shí)施例中，剎車增壓閥5和剎車減壓閥7均采用高速開關(guān)閥來實(shí)現(xiàn)剎車控制。本發(fā)明的剎車裝置中沒有采用傳統(tǒng)的飛機(jī)剎車壓力伺服閥，因?yàn)樗欧y的先導(dǎo)級(jí)要求有一定的泄漏流量，而泄漏流量會(huì)大大增加剎車裝置的各個(gè)部件參數(shù)，從而增加整體的體積；而且伺服閥的成本較高。

上述各實(shí)施例中，增壓油箱11用于保證凸輪柱塞泵3及充壓模塊8在吸油連續(xù)性，不會(huì)出現(xiàn)吸空。如圖3所示，增壓油箱11與蓄能器10采用一體化結(jié)構(gòu)，增壓油箱11底部設(shè)置有油箱a腔111，增壓油箱11頂部通過氣體b腔112與蓄能器10頂部連接，蓄能器10底部設(shè)置有油箱c腔113；增壓油箱11與蓄能器10共用氣體b腔112。油箱a腔111和油箱c腔113內(nèi)裝有油液，氣體b腔112內(nèi)存儲(chǔ)有壓縮氣體，蓄能器10與增壓油箱11之間通過壓縮氣體進(jìn)行能量傳遞。

其中，當(dāng)蓄能器10充滿后，c腔中壓力為pc，b腔中壓縮氣體的壓力為pb＝pc(pc是油箱c腔截面積)，由力的平衡關(guān)系pbsb＝pasa得出a腔中的壓力pa：

式中，sa是油箱a腔截面積，sb是與增壓油箱相連側(cè)b腔截面積，sa>sb蓄能器10中儲(chǔ)存的高壓油，因此油箱a腔中始終會(huì)保持一定壓力pa。

綜上所述，本發(fā)明在工作時(shí)，包括自饋能工作、輔助電機(jī)泵工作、增壓油箱工作和剎車執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，其過程分別如下：

1)自饋能工作過程：蓄能器10內(nèi)存儲(chǔ)一定量的壓力油液，能保證剎車裝置更好的實(shí)現(xiàn)防滑剎車控制和各種剎車工況的需求，機(jī)輪1的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2帶動(dòng)凸輪柱塞泵3旋轉(zhuǎn)，從而形成具有一定壓力和流量的液壓源，然后通過剎車增壓閥5和剎車減壓閥7調(diào)節(jié)到適當(dāng)?shù)膲毫?，并供給已有的剎車作動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)剎車。

2)輔助電機(jī)泵工作過程：當(dāng)飛機(jī)低速時(shí)，自饋能量不足時(shí)，由飛機(jī)已有控制系統(tǒng)給輔助電機(jī)81指令帶動(dòng)凸輪82動(dòng)作，進(jìn)而帶動(dòng)柱塞83實(shí)現(xiàn)吸油和排油，給剎車裝置提供能量，提高了剎車的可靠性。

3)增壓油箱工作過程：蓄能器10儲(chǔ)存的高壓油液通過氣體將能量傳遞到增壓油箱11，通過力平衡的變截面桿改變壓力，使增壓油箱11維持在需求壓力上。

4)如圖4所示，剎車執(zhí)行機(jī)構(gòu)作動(dòng)過程：初始狀態(tài)時(shí)剎車減壓閥7開啟、剎車增壓閥5關(guān)閉，由已有控制系統(tǒng)給出剎車指令；檢測壓力值如果大于7mpa，開啟剎車減壓閥7關(guān)閉剎車增壓閥5；如果壓力值小于6mpa開啟剎車增壓閥5關(guān)閉剎車減壓閥7；如果壓力值在6～7mpa之間，則關(guān)閉剎車減壓閥7和剎車增壓閥5。

上述各實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，各部件的結(jié)構(gòu)、尺寸、設(shè)置位置及形狀都是可以有所變化的，在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，凡根據(jù)本發(fā)明原理對(duì)個(gè)別部件進(jìn)行的改進(jìn)和等同變換，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。