龔方友 馬江華 熊子奇

（第七一五研究所，杭州，310023）

吊聲液壓系統(tǒng)超壓告警指示燈閃燈現(xiàn)象分析及試驗(yàn)研究

龔方友 馬江華 熊子奇

（第七一五研究所，杭州，310023）

分析航空吊放聲吶系統(tǒng)中的液壓系統(tǒng)超壓告警指示燈閃現(xiàn)象的原因，提出了多種解決措施，并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了原因分析的正確性和措施的有效性。

吊放聲吶；液壓系統(tǒng)；超壓告警；絞車

航空吊放聲吶系統(tǒng)工作時(shí)，航空液壓絞車通過(guò)直升機(jī)平臺(tái)提供的液壓源，將聲吶探頭高速下放到指定深度進(jìn)行探潛任務(wù)，探潛結(jié)束后再將聲吶探頭高速回收就位。吊放聲吶液壓系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱吊聲液壓系統(tǒng)）是直升機(jī)液壓系統(tǒng)的重要組成部分，系統(tǒng)超壓是一個(gè)非常敏感而且較難解決的問(wèn)題，因?yàn)橐簤合到y(tǒng)超壓易引起油管爆裂及液壓元件損壞，從而危及直升機(jī)平臺(tái)的安全。本文針對(duì)某型吊放聲吶試飛過(guò)程中出現(xiàn)的液壓系統(tǒng)超壓告警閃燈現(xiàn)象進(jìn)行了分析和試驗(yàn)研究。

1 系統(tǒng)組成及原理

吊放聲吶液壓系統(tǒng)原理圖如圖1所示。系統(tǒng)主要由三部分組成：機(jī)上液壓源、底座、絞車。機(jī)上液壓源由直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)主減帶動(dòng)液壓泵轉(zhuǎn)動(dòng)；液壓泵進(jìn)油口從油箱吸油，從泵出口泵出高壓油。液壓泵壓力自調(diào)泵，通常也稱為恒壓泵，當(dāng)系統(tǒng)沒(méi)有流量需求時(shí)自動(dòng)將排量調(diào)到最小，而維持泵出口壓力為設(shè)定值；有流量需求時(shí)，泵出口壓力下降，泵自動(dòng)將排量調(diào)大以維持泵出口壓力為設(shè)定值。系統(tǒng)管路中設(shè)有一個(gè)超壓壓力開關(guān)，設(shè)定值為P1，當(dāng)管路內(nèi)壓力超過(guò)P1時(shí)，超壓壓力開關(guān)很快閉合，接通駕駛艙內(nèi)主警告板上超壓告警電路，告警燈點(diǎn)亮。

圖1 吊放聲吶液壓系統(tǒng)原理圖

飛行員通過(guò)操作可將控制電磁閥置于旁通狀態(tài)，液壓泵產(chǎn)生的高壓油直接通過(guò)電磁閥流回油箱，系統(tǒng)壓力隨即降低。如果飛行員來(lái)不及反應(yīng)，或其它故障導(dǎo)致系統(tǒng)壓力繼續(xù)升高，系統(tǒng)壓力超過(guò)安全設(shè)定壓力值P2時(shí)，系統(tǒng)中的安全閥會(huì)自動(dòng)打開，液壓泵產(chǎn)生的高壓油可直接通過(guò)回油管路流回油箱，從而可以保護(hù)吊聲液壓絞車附件以及直升機(jī)的安全[1]。

絞車底座通過(guò)液壓軟管和自封接頭與機(jī)上液壓源接通，電磁閥可以接通和切斷到絞車的高壓油，高壓油濾可以濾除油液中的污染顆粒，以保護(hù)絞車中的電液伺服閥，避免電液伺服閥卡滯帶來(lái)誤動(dòng)作。電磁閥接通后，高壓油經(jīng)油濾到達(dá)電液伺服閥和松剎電磁閥的入口，通過(guò)絞車控制盒接通松剎電磁閥打開剎車，然后給電液伺服閥控制電流，打開閥口，控制液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)，液壓馬達(dá)通過(guò)減速器帶動(dòng)鼓輪轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行收纜或放纜。

2 超壓告警閃燈現(xiàn)象及分析

某型吊放聲吶在試飛中發(fā)現(xiàn)，絞車在由上限位下放水下分機(jī)時(shí)出現(xiàn)液壓系統(tǒng)超壓告警指示燈出現(xiàn)閃燈一次，繼續(xù)下放時(shí)無(wú)此現(xiàn)象，回收時(shí)也無(wú)此現(xiàn)象，該現(xiàn)象重復(fù)出現(xiàn)。上限位下放與不在上限位下放的差別：前者控制系統(tǒng)自動(dòng)切斷了電磁閥，上限位下放時(shí)，先接通電磁閥，再進(jìn)行下放；而不在上限位下放時(shí)沒(méi)有接通電磁閥的動(dòng)作。是否在接通電磁閥的瞬間，壓力沖擊觸發(fā)了超壓壓力開關(guān)呢？再次地面開車檢查發(fā)現(xiàn)，絞車總電磁閥開啟前，系統(tǒng)壓力表指示值為P3，電磁閥開啟瞬間系統(tǒng)壓力表指針?biāo)查g達(dá)到最大指示，隨即下降穩(wěn)定在P3，比超壓門限低2.5 MPa，與此同時(shí)出現(xiàn)了超壓告警指示燈閃燈。

為了查明超壓告警閃燈的原因，在實(shí)驗(yàn)室條件下模擬了電磁閥切換時(shí)系統(tǒng)圖管路內(nèi)壓力波動(dòng)情況。

1）在接通液壓源總電磁閥時(shí)，單向閥后管路內(nèi)壓力變化情況如圖2所示。電磁閥接通時(shí)壓力傳感器測(cè)得超調(diào)電壓約為1.2 V，對(duì)應(yīng)壓力超調(diào)值為6.24 MPa。

2）接通絞車底座上絞車電磁閥時(shí)，單向閥后管路內(nèi)壓力變化情況如圖3所示，可見電磁閥接通時(shí)壓力傳感器測(cè)得超調(diào)電壓約為0.5 V，對(duì)應(yīng)壓力超調(diào)量為2.6 MPa。

圖2 液壓源總電磁閥接通時(shí)壓力變化情況

圖3 絞車底座上電磁閥開啟時(shí)壓力變化情況

從上述測(cè)試可以看出，直升機(jī)液壓總電磁閥接通產(chǎn)生6.24 MPa的壓力波動(dòng)，絞車電磁閥接通產(chǎn)生2.6 MPa的波動(dòng)。在直升機(jī)上靜態(tài)壓力為P3，告警壓力為P1，允許波動(dòng)范圍為P1?P3=2.5 MPa。 因此，直升機(jī)液壓總電磁閥、絞車電磁閥接通會(huì)造成超壓告警。

在封閉容腔中壓力變化量與容積變化量有如下關(guān)系[2]：

式中，Δp為容腔內(nèi)壓力變化量；E是油液彈性模量，為一常量；ΔV為容腔內(nèi)油液體積變化量；V為容腔總?cè)莘e。為研究方便，將電磁閥開啟對(duì)系統(tǒng)壓力的影響分解為以下三步：

●電磁閥開啟；

●高壓腔容積由V1增至V1+V2，系統(tǒng)壓力由P3降為P4；

●恒壓泵排量增大，往容腔V1+V2內(nèi)補(bǔ)充高壓油，高壓容腔壓力升高至P3，泵排量減小直至幾乎為零，由于泵的響應(yīng)有滯后，達(dá)到壓力P3后不會(huì)立即關(guān)閉，還會(huì)往容腔內(nèi)泵油，從而產(chǎn)生壓力超調(diào)，隨后形成震蕩，在這段管路內(nèi)形成了壓力沖擊現(xiàn)象。P4越小，泵的初始排量越大，壓力沖擊越強(qiáng)。因此可以通過(guò)增大P4來(lái)減小壓力沖擊。

下文研究前兩個(gè)過(guò)程中容腔壓力情況。高壓容腔簡(jiǎn)化模型如圖4所示，電磁閥將容腔一分為二，每個(gè)容腔的三個(gè)參數(shù)分別為：容腔容積、初始?jí)毫?、終了壓力。對(duì)電磁閥后的容腔壓力變化量為：

將式（2）代入式（1）得電磁閥后容腔產(chǎn)生壓力變化量P3所需的容積增加量為：

以電磁閥前的容腔V1為研究對(duì)象，電磁閥開啟后，容腔體積減少量為：

容腔壓力減少量為：

結(jié)合式（1）、（3）、（4）、（5）可得系統(tǒng)壓降為：

由于V1＋V2基本為定值，所以，閥后容腔V2越小，系統(tǒng)壓降越小，P4越大，泵的初始排量越小，系統(tǒng)壓力沖擊越小。前面的測(cè)試結(jié)果也印證了這一點(diǎn)：總電磁閥后容腔比絞車電磁閥后容腔大，開啟所產(chǎn)生的壓力沖擊也大。

圖4 簡(jiǎn)化高壓容腔

3 問(wèn)題解決措施及試驗(yàn)情況

針對(duì)上限位狀態(tài)下放出現(xiàn)超壓告警，基于上述分析，只要不出現(xiàn)開電磁閥的動(dòng)作，即可消除超壓告警。因此更改絞車控制程序，在絞車回收到上限位時(shí)，不自動(dòng)切斷電磁閥，而是在聲吶飛行任務(wù)開始前手動(dòng)接通電磁閥，飛行任務(wù)結(jié)束后，手動(dòng)切斷電磁閥。

上述措施雖然解決超壓告警閃燈的問(wèn)題，但是開電磁閥是系統(tǒng)壓力沖擊導(dǎo)致超壓仍然存在，要徹底解決壓力沖擊有如下方案：

1）可考慮將液壓源供油壓力調(diào)低約4 MPa，由試驗(yàn)室模擬情況可見，壓力調(diào)低后開啟總電磁閥和電磁閥壓力峰值均不會(huì)超過(guò)超壓告警門限，不會(huì)出現(xiàn)超壓告警；

2）在單向閥后的管路內(nèi)增加一蓄能器，以吸收壓力波動(dòng)，但是會(huì)增加重量。

3）減小電磁閥后的容腔體積。

方案1）和方案2）雖然能解決超壓?jiǎn)栴}，但是均需要對(duì)直升機(jī)平臺(tái)進(jìn)行改動(dòng)，容易帶來(lái)派生的問(wèn)題，因此，還得從絞車尋求解決措施，即通過(guò)方案3）來(lái)解決。

為了驗(yàn)證實(shí)際效果，在實(shí)驗(yàn)室通過(guò)將油濾從電磁閥后拆除，直接用管路短接。電磁閥開啟時(shí)傳感器測(cè)得超調(diào)電壓為0.2 V，對(duì)應(yīng)壓力超調(diào)量為 1.04 MPa，如圖5所示。相比之前的2.6 MPa，壓力超調(diào)量下降了60%?？梢姕p小閥后容腔容積對(duì)減小開閥瞬間的壓力沖擊效果是明顯的?？紤]到系統(tǒng)的伺服閥需要油濾保護(hù)，可將油濾移到電磁閥的前面。改進(jìn)后，通過(guò)實(shí)測(cè)，不再出現(xiàn)超壓告警閃燈現(xiàn)象。

圖5 拆除油濾后開總電磁閥時(shí)壓力波動(dòng)情況

4 結(jié)論

吊聲液壓系統(tǒng)出現(xiàn)超壓告警燈閃燈現(xiàn)象時(shí)，通過(guò)控制策略的優(yōu)化，較快的解決了問(wèn)題，保證聲吶試飛試驗(yàn)的進(jìn)行，為試飛贏得了寶貴的時(shí)間；通過(guò)減小電磁閥后容腔容積，大幅減小了電磁閥切換時(shí)的壓力沖擊，從根本上解決了電磁閥開啟時(shí)出現(xiàn)超壓告警的問(wèn)題。

[1]夏良.航空反潛直升機(jī)吊聲液壓系統(tǒng)壓力沖擊現(xiàn)象分析及試驗(yàn)研究[C].第十六屆全國(guó)直升機(jī)年會(huì),2000.

[2]吳根茂.動(dòng)態(tài)封閉容腔及其壓力基本公式[J].流體傳動(dòng)與控制,2007,(3):54-56.