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伺服机构液压锁锥阀式软密封结构设计

余三成;傅俊勇;张仲良;滕斌峰

【摘要】为了解决恶劣环境下伺服机构作动器两腔密封不可靠的问题,采用新型材

料PEEK及阀芯注塑技术,设计一种采用锥阀式软密封结构的新型液压锁,并对其寿

命和密封效果进行测试.结果表明,该新型液压锁具有可靠的启闭效果和密封保压效

果,能保证伺服机构在任意位置都处于锁紧状态.该新型液压锁已成功应用在某型号

运载火箭上.

【期刊名称】《润滑与密封》

【年(卷),期】2016(041)007

【总页数】4页(P129-131,139)

【关键词】液压锁;作动器;阀芯注塑;软密封

【作者】余三成;傅俊勇;张仲良;滕斌峰

【作者单位】上海航天控制技术研究所,上海伺服系统工程技术研究中心上海

201109;上海航天控制技术研究所,上海伺服系统工程技术研究中心上海201109;

上海航天控制技术研究所,上海伺服系统工程技术研究中心上海201109;上海航天

控制技术研究所,上海伺服系统工程技术研究中心上海201109

【正文语种】中文

【中图分类】TH137.5;TB42

伺服机构与发动机一起构成推力矢量控制系统，跟随箭载计算机的控制指令运动，

对火箭的姿态进行控制。当发动机处于偏心状态时，要求伺服机构将发动机喷管锁

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住在任意位置。液压锁作为伺服机构的核心部件，通过锁住作动器两腔油液的方式

将伺服机构活塞杆锁定在任意位置。在电液伺服系统中，液压锁既要有良好的启闭

特性，瞬时开启要灵敏，又能把负载长时间保持在停止位置，并可将活塞杆锁定在

任何位置，具有可靠的锁紧性和锁紧位置精度[1]。开启与锁紧是液压锁在伺服机

构应用中的一个重要特性。

目前液压锁采用硬密封和径向密封结构，在长时间恶劣环境下存在密封寿命短的问

题，影响伺服机构工作的可靠性及安全性[2]。针对现有液压锁存在的问题，本文

作者介绍了一种新型软密封结构的液压锁，有效地解决了上述问题。该液压锁实现

了伺服机构任意位置锁紧的功能，满足了伺服机构的使用需求，并经试验验证，性

能可靠，取得了良好的应用效果。

新型液压锁是一种方向控制阀，在伺服机构控制回路中，安装在伺服阀与作动器之

间的回路上，分别对A、B油路起锁闭作用，如图1所示，其元件结构原理与常规

液压锁不同。常规液压锁采用的是液控单向阀原理，即正向自由流动，反向锁闭，

靠它的控制压力可反向开启[3]。而新型液压锁在原位时，由弹簧作用使油路正、

反方向均处于锁闭状态，需要通过外控压力作用在控制杆，推动油路打开。因此，

该阀在原理上称为“二位二通液控无泄漏锥式方向阀”，用在油路起液压锁作用，

简称“液压锁”。它是液压系统中常见的锁紧方式之一，其原理如图1所示。当

系统主油路的压力下降时，液压锁控制腔压力作用于控制杆的力减少，导致液压锁

阀芯迅速关闭，实现对作动器的双向锁紧。考虑到环境温度的影响和作动器等异常

情况，在作动器的两腔分别设置了安全阀，避免了作动器憋压现象。

新型液压锁主要包含阀体、控制杆、阀套、阀芯、PEEK密封垫、弹簧等零部件，

其结构如图2所示。对于伺服系统而言，由于伺服阀要求保留一定的开启压力，

因此液压锁控制腔采用二级结构，缩小控制杆作用面积，提高控制口的启闭压力，

减小了主阀口反向通过流量变化对控制杆的压力变化影响，使液压锁具有质量轻、

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结构紧凑等特点。主油腔和保压腔采用平衡结构，油液的压力对阀芯起到相互抵消

的