蝸輪蝸桿式飛機(jī)電剎車系統(tǒng)及工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及剎車系統(tǒng)及工作方法領(lǐng)域，具體是一種蝸輪蝸桿式飛機(jī)電剎車系統(tǒng)及工作方法。
技術(shù)背景
[0002]隨著電傳操縱系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展與電子驅(qū)動(dòng)裝置的技術(shù)進(jìn)步，“多電或全電”的設(shè)計(jì)思路被逐漸運(yùn)用到飛機(jī)設(shè)計(jì)中。傳統(tǒng)飛機(jī)普遍采用液壓剎車機(jī)構(gòu)，而全電剎車機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是更加安全，不會(huì)發(fā)生由于液壓油泄漏而引起的火災(zāi)，對(duì)環(huán)境的污染減小，節(jié)約能源，發(fā)熱小、部件磨損小，可靠性增加，重量減小。
[0003]國外對(duì)于電剎車的研究與應(yīng)用起步比國內(nèi)早，雖然技術(shù)成熟，但在極少數(shù)可查到的關(guān)于全電剎車系統(tǒng)的公開專利與文獻(xiàn)中，為了得到大傳動(dòng)比，剎車電作動(dòng)機(jī)構(gòu)使用的都是多級(jí)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，作動(dòng)機(jī)構(gòu)中齒輪數(shù)量多而結(jié)構(gòu)復(fù)雜。本發(fā)明采用傳動(dòng)比較大而結(jié)構(gòu)簡單的蝸輪蝸桿式電作動(dòng)機(jī)構(gòu)，使裝置重量減小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜度降低。
[0004]國內(nèi)對(duì)于電剎車的研究起步較晚，近幾年逐漸發(fā)展起來。公開號(hào)為CN103711819A的《一種含信號(hào)調(diào)理模塊的電剎車作動(dòng)器》涉及的是一種帶雙聯(lián)齒輪傳動(dòng)的電作動(dòng)機(jī)構(gòu)。該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中通過雙聯(lián)齒輪與大圓柱齒輪嚙合傳遞電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，然而這種方式作動(dòng)機(jī)構(gòu)占用空間較大，本發(fā)明采用聯(lián)軸器將電機(jī)軸與蝸桿軸相連，解決了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中電機(jī)軸與滾珠絲杠同向的空間占用問題，改變了電機(jī)的位置布置，節(jié)約了安裝空間。
[0005]由于飛機(jī)著陸時(shí)的剎車制動(dòng)是整個(gè)飛行過程中至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，其關(guān)系到飛機(jī)是否能夠安全高效地剎停，所以考慮余度設(shè)計(jì)以確保剎車機(jī)構(gòu)工作時(shí)的可靠性十分關(guān)鍵。公開號(hào)為CN102700542A的《一種飛機(jī)雙余度電剎車裝置和控制方法》中提出了一種飛機(jī)雙余度電剎車控制方法。但未給出實(shí)際剎車裝置的布局，實(shí)際設(shè)計(jì)中由于空間不足，可能會(huì)出現(xiàn)作動(dòng)機(jī)構(gòu)布置干涉問題。專利號(hào)為CN203698261U的《一種無人機(jī)用電剎車裝置》中給出了一種電剎車裝置的設(shè)計(jì)方案，其中僅包含2個(gè)機(jī)電作動(dòng)器。而本發(fā)明采用蝸輪蝸桿式傳動(dòng)，使得該電剎車機(jī)構(gòu)可以容納4個(gè)機(jī)電作動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)雙余度設(shè)計(jì)。
[0006]近十年，國內(nèi)對(duì)于飛機(jī)全電剎車系統(tǒng)的理論研究及數(shù)值仿真逐步發(fā)展，已經(jīng)達(dá)到比較高的水平。然而實(shí)際剎車機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和剎車地面試驗(yàn)與理論研究和計(jì)算機(jī)仿真水準(zhǔn)相差甚遠(yuǎn)。以往的全電剎車機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，僅提到了壓力傳感器的安裝與含有壓力值反饋的剎車閉環(huán)控制系統(tǒng)，本發(fā)明中同時(shí)涉及了全電剎車機(jī)構(gòu)中壓力傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器的安裝，可實(shí)現(xiàn)壓力和轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)反饋剎車控制系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的:本發(fā)明采用全電作動(dòng)方式，提高了系統(tǒng)的安全性，降低了齒輪傳動(dòng)的機(jī)構(gòu)復(fù)雜度，提供了一種減少了空間占用率、減輕機(jī)構(gòu)重量、可實(shí)現(xiàn)雙余度設(shè)計(jì)及轉(zhuǎn)速閉環(huán)雙反饋的蝸輪蝸桿式飛機(jī)電剎車系統(tǒng)及工作方法。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案:一種蝸輪蝸桿式飛機(jī)電剎車系統(tǒng)包括支撐蓋和機(jī)輪軸，支撐蓋右側(cè)中心位置固定有扭力管，所述機(jī)輪軸穿過扭力管和支撐蓋的左右兩端并與扭力管相對(duì)固定。該系統(tǒng)還包括位于支撐蓋左側(cè)的機(jī)電作動(dòng)器組；位于支撐蓋右側(cè)從左向右依次安裝于機(jī)輪軸上的熱庫組件、機(jī)輪、轉(zhuǎn)速測量組件。機(jī)電作動(dòng)器組由若干個(gè)沿機(jī)輪軸周向均布的機(jī)電作動(dòng)器組成；每一機(jī)電作動(dòng)器均包括固定于支撐蓋左側(cè)的作動(dòng)器外殼，安裝于作動(dòng)器外殼之中由作動(dòng)器外殼固定的電機(jī)，通過聯(lián)軸器與電機(jī)相連接的蝸桿，與蝸桿相哨合的蝸輪，通過鍵與蝸輪固定的滾珠絲杠，套在滾珠絲杠上與滾珠絲杠配合的滾珠螺母，與滾珠螺母固定連接的外筒，安裝于外筒端頭的壓力傳感器，上述滾珠絲杠平行于所述機(jī)輪軸；上述支撐蓋具有與所述外筒對(duì)應(yīng)的限制槽；所述外筒穿過該限制槽，使得外筒沿軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度被限制在限制槽中，使得滾珠螺母帶動(dòng)外筒只能沿滾珠絲杠軸向平動(dòng)，從而控制絲杠的前進(jìn)后退。熱庫組件包括左側(cè)開口的剎車盤外殼，扭力管通過該開口伸入到剎車盤外殼中；該熱庫組件還包括從左向右依次安裝于扭力管上的第一靜盤、動(dòng)/靜盤組，其中第一靜盤、動(dòng)/靜盤組中的全部靜盤均與扭力管采用軸向鍵槽方式配合且與剎車盤外殼內(nèi)側(cè)不接觸，使得第一靜盤、動(dòng)/靜盤組中的靜盤不能相對(duì)扭力管轉(zhuǎn)動(dòng)；剎車盤外殼向內(nèi)側(cè)面還具有開槽，動(dòng)/靜盤組中的動(dòng)盤具有與該開槽配合的外緣凸起的鍵，動(dòng)/靜盤組中的動(dòng)盤與扭力管不接觸，使得動(dòng)盤能與剎車盤外殼一起轉(zhuǎn)動(dòng)；該熱庫組件還包括固定在扭力管的右側(cè)端部的承壓盤。機(jī)輪通過軸承安裝在機(jī)輪軸上，上述熱庫組件的剎車盤外殼右側(cè)與機(jī)輪左側(cè)相固定。
[0009]上述蝸輪蝸桿式飛機(jī)電剎車系統(tǒng)的工作方法，其特征在于包括以下過程:飛機(jī)著陸滑跑時(shí)，機(jī)輪帶動(dòng)剎車盤外殼與剎車動(dòng)盤繞機(jī)輪軸旋轉(zhuǎn)，需要?jiǎng)x車時(shí)剎車控制器給驅(qū)動(dòng)器信號(hào)，驅(qū)動(dòng)器控制電機(jī)工作，電機(jī)帶動(dòng)蝸桿旋轉(zhuǎn)，蝸桿帶動(dòng)蝸輪旋轉(zhuǎn)，同時(shí)起到減速的作用，蝸輪帶動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，滾珠絲杠上的滾珠螺母與外筒在支撐蓋的限制槽內(nèi)直線運(yùn)動(dòng)，通過壓力傳感器將第一靜盤與動(dòng)/靜盤組軸向壓緊，壓力傳感器將剎車壓力實(shí)時(shí)反饋給剎車控制器，將測得的實(shí)際壓力值與控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)計(jì)算的所需剎車壓力值進(jìn)行比較，經(jīng)過一套控制律進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得實(shí)際剎車力矩接近期望剎車力矩，實(shí)現(xiàn)防滑剎車的功能；第一靜盤與動(dòng)/靜盤組接觸摩擦，將飛行器前進(jìn)的動(dòng)能以熱能的形式耗散掉，從而使機(jī)輪減速，剎車控制器檢測轉(zhuǎn)速傳感器的實(shí)際速度后，通過計(jì)算得到實(shí)際剎車控制系統(tǒng)滑移率，將其與期望的最佳滑移率值相比較，經(jīng)過恰當(dāng)?shù)膭x車控制律的調(diào)節(jié)，從而改變電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速，對(duì)剎車力進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0010]本發(fā)明的有益效果:
1、采用電力驅(qū)動(dòng)作動(dòng)方式代替液壓源驅(qū)動(dòng)，提高剎車系統(tǒng)的環(huán)保性，可靠性，經(jīng)濟(jì)性；
2、采用蝸輪蝸桿電作動(dòng)機(jī)構(gòu)，減少機(jī)構(gòu)部件數(shù)量，降低機(jī)構(gòu)復(fù)雜度，簡化全電剎車系統(tǒng)，減輕剎車系統(tǒng)重量，節(jié)省空間占用率；
3、電剎車作動(dòng)器外殼的設(shè)計(jì)保證了電作動(dòng)機(jī)構(gòu)工作的穩(wěn)定性與清潔性，可延長電作動(dòng)機(jī)構(gòu)的使用壽命；
4、適用于小型無人機(jī)以及對(duì)重量和空間要求較高的輕型飛機(jī)，提高飛機(jī)地面機(jī)動(dòng)能力；
5、可實(shí)現(xiàn)壓力和轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)反饋剎車控制系統(tǒng)，使得整個(gè)系統(tǒng)響應(yīng)速度更快，防滑剎車效率更高。
[0011]上述蝸輪蝸桿式飛機(jī)電剎車系統(tǒng)，其特征在于上述轉(zhuǎn)速測量組件結(jié)構(gòu)如下:包括轉(zhuǎn)速傳感器，轉(zhuǎn)速傳感器的空心軸部分通過轉(zhuǎn)速傳感器安裝軸與所述機(jī)輪相固定。
[0012]上述蝸輪蝸桿式飛機(jī)電剎車系統(tǒng)，其特征在于:上述機(jī)電作動(dòng)器組由4個(gè)沿機(jī)輪軸周向均布的機(jī)電作動(dòng)器組成，其中沿機(jī)輪軸對(duì)稱的2個(gè)機(jī)電作動(dòng)器稱為I組，共分為2組機(jī)電作動(dòng)器，每組機(jī)電作動(dòng)器由I套驅(qū)動(dòng)器控制。
[0013]上述機(jī)電作動(dòng)器共有2組?？臻g結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)，完成4個(gè)完全相同的機(jī)電作動(dòng)器的布置，4個(gè)機(jī)電作動(dòng)器采用2套獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，每套驅(qū)動(dòng)器控制對(duì)稱的2個(gè)機(jī)電作動(dòng)器，正常情況下雙通道同時(shí)工作，若工作中I個(gè)機(jī)電作動(dòng)器或I套驅(qū)動(dòng)器遇到故障，則使用余下的I套驅(qū)動(dòng)器帶動(dòng)對(duì)稱的2個(gè)機(jī)電作動(dòng)器工作。為實(shí)現(xiàn)雙余度設(shè)計(jì)提供可能性，提高剎車系統(tǒng)的安全性與可靠性。
【附圖說明】
[0014]附圖1是全電剎車系統(tǒng)總體示意圖；
附圖2是全電剎車系統(tǒng)剖面圖；
附圖3是帶蝸輪蝸桿式內(nèi)部結(jié)構(gòu)的機(jī)電作動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖；
附圖4是帶蝸輪蝸桿式機(jī)電作動(dòng)機(jī)構(gòu)主視圖；
附圖5是剎車靜盤安裝示意圖；
附圖6是剎車盤外殼示意圖。
[0015]圖中標(biāo)號(hào)名稱:1、作動(dòng)器外殼，2、電機(jī),3、蝸輪,4、聯(lián)軸器，5、蝸桿,6、滾珠螺母,7、滾珠絲杠，8、外筒，9、機(jī)輪軸，10、支撐蓋，11、壓力傳感器，12、剎車靜盤，13、剎車動(dòng)盤，14、剎車盤外殼，15、機(jī)輪，16、轉(zhuǎn)速傳感器，17、扭力管，18、承壓盤，19、轉(zhuǎn)速傳感器安裝軸。
【具體實(shí)施方式】
[0016]帶蝸輪蝸桿作動(dòng)式全電剎車系統(tǒng)如附圖1、2、3、4、5、6所示。這里將說明該帶蝸輪蝸桿作動(dòng)式全電剎車系統(tǒng)的工作原理。
[0017]帶蝸輪蝸桿作動(dòng)式全電剎車系統(tǒng)的工作原理是:
(a)、當(dāng)飛機(jī)機(jī)輪收到剎車命令時(shí)，電機(jī)2啟動(dòng)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，通過聯(lián)軸器4帶動(dòng)蝸桿5旋轉(zhuǎn)，蝸桿5轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)蝸輪3轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸輪3帶動(dòng)與之相連的滾珠絲杠7 —同旋轉(zhuǎn)，滾珠絲杠上的螺母6