謝　苗　劉治翔　魯啟通　田豐旭　毛　君　黃增平

1.遼寧工程技術(shù)大學(xué),阜新,123000 2.大連東方工程建設(shè)項(xiàng)目管理有限公司,大連,116000

換向閥啟閉特性對(duì)流量測(cè)量試驗(yàn)的影響分析

謝苗1劉治翔1魯啟通2田豐旭2毛君1黃增平1

1.遼寧工程技術(shù)大學(xué),阜新,123000 2.大連東方工程建設(shè)項(xiàng)目管理有限公司,大連,116000

針對(duì)航空液壓泵流量測(cè)量系統(tǒng)中換向閥的啟閉特性對(duì)流量測(cè)量準(zhǔn)確性影響較大、啟閉過(guò)程耗時(shí)不等造成測(cè)量誤差等問(wèn)題，分析了換向閥在測(cè)量系統(tǒng)中的工作原理，針對(duì)換向閥建立了流量及閥芯的力平衡數(shù)學(xué)模型。利用AMESim軟件建立了系統(tǒng)仿真模型并對(duì)其進(jìn)行仿真研究，得到了不同系統(tǒng)壓力和不同轉(zhuǎn)速下，換向閥啟閉過(guò)程對(duì)系統(tǒng)流量測(cè)量的影響,為進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試提供了理論依據(jù)。同時(shí),對(duì)不同型號(hào)、不同工況下被試液壓泵的大量試驗(yàn)結(jié)s果與仿真結(jié)果進(jìn)行了比較,發(fā)現(xiàn)兩者基本一致，試驗(yàn)結(jié)果為航空液壓泵流量測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)以及實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)的支持。

換向閥；啟閉特性；流量測(cè)試；航空液壓泵

0　引言

液壓系統(tǒng)的故障約占飛機(jī)故障的40%，占等級(jí)比較嚴(yán)重的故障中的15%～20%。航空滑油泵的質(zhì)量與這些故障息息相關(guān),因此,對(duì)航空滑油泵的質(zhì)量進(jìn)行精確的測(cè)試是提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作可靠性的關(guān)鍵[1-2]。本文研究的航空滑油泵流量測(cè)量系統(tǒng)是模擬滑油泵在航空發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)中的運(yùn)行狀態(tài),在一定轉(zhuǎn)速、滑油壓力、溫度條件下，測(cè)量滑油泵的流量性能參數(shù)，并將其作為確定滑油泵優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一，根據(jù)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)得的結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)泵的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)來(lái)確定被試泵是否合格[3-4]。

高精度的流量測(cè)量系統(tǒng)會(huì)受到多元因素影響:一是要求測(cè)量系統(tǒng)能夠?qū)捅玫霓D(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)精確控制,孟文俊等[5]針對(duì)航空液壓泵測(cè)量系統(tǒng)存在的非線(xiàn)性特征,在變頻矢量控制技術(shù)的基礎(chǔ)上,提出了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制策略來(lái)精確控制航空液壓泵的轉(zhuǎn)速;二是測(cè)量系統(tǒng)會(huì)受到多種因素影響而使系統(tǒng)產(chǎn)生誤差,如溫度、壓力等，毛君等[6]為了消除滑油泵出口壓力、溫度以及滑油泵轉(zhuǎn)速三種因素的微弱偏差對(duì)流量測(cè)量的影響,提出了一種帶回歸系數(shù)的流量補(bǔ)償方法,實(shí)踐證明該方法能提高測(cè)量系統(tǒng)的精度;三是滑油的溫度對(duì)滑油密度、傳感器精度等影響較大，因此，要求流量測(cè)量時(shí)將溫度嚴(yán)格控制在要求范圍內(nèi),李昂[7]對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)滑油供油試驗(yàn)系統(tǒng)中溫度的控制進(jìn)行了研究,提出了基于模糊PID方法對(duì)溫度實(shí)現(xiàn)精確控制，測(cè)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性依賴(lài)傳感器的性能。文獻(xiàn)[8-10]對(duì)用于測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量液位高度的磁致伸縮傳感器的性能進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),大大提高了傳感器的可靠性和精度。

針對(duì)流量測(cè)量系統(tǒng)中的重要組成部件——換向閥對(duì)流量測(cè)量系統(tǒng)的影響,相關(guān)的報(bào)道較少。本文對(duì)換向閥在流量測(cè)量系統(tǒng)中的工作原理進(jìn)行了分析,并建立了數(shù)學(xué)模型,通過(guò)仿真軟件研究其啟閉特性對(duì)流量測(cè)量準(zhǔn)確性的影響。

1　流量測(cè)量試驗(yàn)系統(tǒng)

1.1流量測(cè)量試驗(yàn)系統(tǒng)組成

航空液壓泵流量測(cè)量試驗(yàn)系統(tǒng)見(jiàn)圖1,本文采用的是靜態(tài)容積法,被加熱至試驗(yàn)溫度(80～85 ℃)的滑油由被交流伺服電機(jī)帶動(dòng)的被試航空液壓泵排出，經(jīng)過(guò)調(diào)壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)至適當(dāng)壓力后,經(jīng)過(guò)換向閥,準(zhǔn)備流量測(cè)量試驗(yàn)。

圖1　流量測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

換向閥的A口(入口)與調(diào)壓系統(tǒng)出口相連,B口與計(jì)量桶相連,C口與油箱相連,流量測(cè)量開(kāi)始前,滑油經(jīng)過(guò)A口進(jìn)入換向閥，從C口流回油箱;當(dāng)開(kāi)始流量測(cè)量時(shí),換向閥在氣源壓力的作用下開(kāi)啟，滑油經(jīng)過(guò)A口進(jìn)入換向閥，從B口流入計(jì)量桶，計(jì)量結(jié)束時(shí)滑油從C口回流至油箱，通過(guò)計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)流入計(jì)量桶內(nèi)滑油的體積即可得到被試航空液壓泵的實(shí)際流量,計(jì)量桶內(nèi)滑油體積一方面可以通過(guò)高精度磁致伸縮液位傳感器轉(zhuǎn)換為體積值傳入計(jì)算機(jī)中，另一方面可以通過(guò)標(biāo)定好的計(jì)量游標(biāo)直接讀取。

1.2換向閥閥芯的數(shù)學(xué)模型

換向閥受力分析如圖2所示,可以看出,當(dāng)閥門(mén)開(kāi)啟時(shí),氣源由D口進(jìn)入，抵消彈簧作用力，使閥芯向開(kāi)啟的方向運(yùn)動(dòng)；當(dāng)閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，關(guān)閉D口氣源，閥芯在彈簧力作用下關(guān)閉。

圖2　換向閥受力分析

根據(jù)流體力學(xué)的動(dòng)量理論對(duì)換向閥閥芯受力情況進(jìn)行分析。作用于閥芯的力在x軸方向的分力與作用在控制液體體積的力大小相等、方向相反，因此，可以利用動(dòng)量理論對(duì)作用于控制體積的作用力進(jìn)行分析，從而得到作用于閥芯的力。

設(shè)彈簧作用力方向?yàn)樨?fù)，滑油從入口A到出口B的流速為uo，滑油從入口A到出口C的流速為uc，換向閥由關(guān)閉狀態(tài)到開(kāi)啟狀態(tài)，換向閥閥芯受到的軸向力為

(1)

設(shè)在節(jié)流處的入口寬度為b，流量系數(shù)為c，壓降為Δp,從B口、C口滑油的流入角分別為θo、θc,閥口A的寬度為L(zhǎng)，閥芯寬度為a，則有

(2)

將式(2)代入式(1),可得到閥芯軸向受力：

Fx=2c bΔp[Xcosθ0-(L-a-X)cosθc]+

(3)

換向閥由開(kāi)啟狀態(tài)到關(guān)閉狀態(tài)，閥芯受到的軸向力與由關(guān)閉狀態(tài)到開(kāi)啟狀態(tài)軸向力的表達(dá)式形式上完全相同，只是閥芯位移x賦值時(shí)要取負(fù)值。整理式(3)得

(4)

式中,c1、c2為瞬態(tài)項(xiàng)系數(shù);c3為常數(shù)項(xiàng)。

1.3換向閥氣缸驅(qū)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型

換向閥閥芯的運(yùn)動(dòng)由氣缸活塞驅(qū)動(dòng),因此,有必要對(duì)換向閥氣缸的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行研究。研究氣缸數(shù)學(xué)模型及其動(dòng)態(tài)特性時(shí),先作以下假設(shè):①由于工作腔容積小，活塞有效作用面積大，故氣缸充放氣過(guò)程視為絕熱過(guò)程；②氣源壓力恒定，并且氣源溫度為環(huán)境溫度；③氣缸的內(nèi)外泄漏忽略不計(jì)。

1.3.1氣缸容積腔壓力變化方程

根據(jù)對(duì)圖2中氣缸的分析,可以得到氣缸容積腔壓力變化方程：

(5)

式中,pm為工作腔的空氣絕對(duì)壓力;Ts為氣源溫度;Qm為氣源進(jìn)入工作腔的質(zhì)量流量;Vm為工作腔容積,Vm=AmX+Vm0;Am為工作腔活塞有效作用面積;Vm0為工作腔起始容積;κ為等熵指數(shù)。

1.3.2氣體流量方程

通過(guò)氣源管路進(jìn)入氣缸容積腔的質(zhì)量流量可表示為

(6)

(7)

σ=pe/ps

式中,Ae為進(jìn)氣管路有效面積;ps為氣管上游壓力;pe為氣管下游壓力。

1.3.3氣缸活塞運(yùn)行方程

本文研究的氣缸活塞系統(tǒng),只有在正行程時(shí)需要?dú)庠刺峁?qū)動(dòng)力,回程時(shí)由彈簧提供驅(qū)動(dòng)力,屬于單作用氣缸帶動(dòng)變負(fù)載運(yùn)動(dòng),換向閥開(kāi)啟時(shí)，氣缸活塞的運(yùn)動(dòng)方程為

(8)

式中,M為氣缸活塞及其驅(qū)動(dòng)部件的等效質(zhì)量；pa為大氣壓力;F0為氣缸彈簧力;Ff為氣缸活塞摩擦力;c1、c2為變負(fù)載力比例系數(shù),由式(4)確定。

為了研究方便,對(duì)上述運(yùn)行方程進(jìn)行無(wú)因次處理，可得

(9)

對(duì)工作腔壓力方程進(jìn)行無(wú)因次處理，得

(10)

fa=f+σaf=F/(psAm)

σ=p/psσa=pa/ps

vd=c2S/(psA)x=X/S

x0=X0/Sτ=t/tm

式中,d為空氣的絕熱指數(shù)，一般為1.4；f為無(wú)因次力負(fù)載;σ、σa為無(wú)因次壓力;x為無(wú)因次位移;x0為無(wú)因次起始坐標(biāo);τ為無(wú)因次時(shí)間;tm為時(shí)間常數(shù);N為無(wú)因次慣性負(fù)載。

換向閥關(guān)閉時(shí),氣缸活塞的運(yùn)動(dòng)方程為

(11)

同樣進(jìn)行無(wú)因次處理，得

(12)

(13)

2　換向閥啟閉特性分析

通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，換向閥開(kāi)啟時(shí),由于彈簧的阻力作用使得閥門(mén)完全開(kāi)啟的時(shí)間長(zhǎng)于閥門(mén)關(guān)閉的時(shí)間。當(dāng)開(kāi)始流量測(cè)量，閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)，就會(huì)有相當(dāng)一部分滑油從閥門(mén)C口損失，而閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，又有一定量本應(yīng)從C口流回油箱的滑油流入了計(jì)量桶中，這樣就產(chǎn)生了測(cè)量誤差。下面采用定性定量的方法對(duì)換向閥的動(dòng)態(tài)特性對(duì)流量測(cè)量影響進(jìn)行分析。

圖3為換向閥各階段的動(dòng)態(tài)特性的定性圖解，圖中曲線(xiàn)形狀與趨勢(shì)與換向閥實(shí)際工作時(shí)的工作腔壓力與活塞位移隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)形狀相似，但數(shù)值大小不能反映換向閥實(shí)際工作時(shí)的情況。

圖3　換向閥各階段動(dòng)態(tài)特性

換向閥開(kāi)啟過(guò)程消耗的時(shí)間tN由以下三部分組成：準(zhǔn)備時(shí)間tα、運(yùn)動(dòng)時(shí)間tβ、結(jié)束時(shí)間tχ，即

tN=tα+tβ+tχ

(14)

換向閥開(kāi)啟過(guò)程準(zhǔn)備時(shí)間tα等于以下三部分之和：電磁換向閥的切換時(shí)間t1、壓力波從電磁換向閥到氣缸容積腔的傳播時(shí)間t2、壓力波進(jìn)入氣缸后氣缸容積腔壓力增大至推動(dòng)活塞開(kāi)始運(yùn)動(dòng)所消耗的時(shí)間t3,電磁換向閥的切換時(shí)間t1通常忽略不計(jì),t2、t3由下式計(jì)算：

(15)

式中,l為從電磁換向閥到換向閥氣缸管路的長(zhǎng)度;a為聲波在空氣中的傳播速度;Ae為進(jìn)氣管路有效面積；σc1為工作腔充氣時(shí)初始無(wú)因次壓力;σcq為工作腔充氣時(shí)無(wú)因次啟動(dòng)壓力;φ1(σc1)和φ1(σcq)的計(jì)算方法由文獻(xiàn)[11]中的充氣計(jì)算曲線(xiàn)得出。

結(jié)束時(shí)間tχ一般指換向閥開(kāi)啟過(guò)程中,氣缸活塞達(dá)到最大行程后,氣缸容積腔內(nèi)壓力增大至最大值的時(shí)間，以及換向閥關(guān)閉過(guò)程中，氣缸活塞恢復(fù)到初始位置后，氣缸容積腔壓力減小至大氣壓力使用的時(shí)間，雖然tχ可以通過(guò)公式精確計(jì)算，但是其結(jié)果并不會(huì)對(duì)本文研究的流量測(cè)量產(chǎn)生影響，故不對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)研究。

(16)

式中,σd1為工作腔排氣時(shí)初始無(wú)因次壓力;σdq為工作腔排氣時(shí)無(wú)因次啟動(dòng)壓力；ψ1(σa/σd1)和ψ1(σa/σdq)的計(jì)算方法由文獻(xiàn)[11]中的排氣計(jì)算曲線(xiàn)得出。

3　換向閥特性對(duì)流量測(cè)量的影響分析

由上文對(duì)流量測(cè)量過(guò)程分析可知,流量測(cè)量時(shí)的時(shí)間測(cè)量點(diǎn)選取在換向閥開(kāi)啟與關(guān)閉瞬間，由于換向閥開(kāi)啟與關(guān)閉時(shí)間不同造成了被試航空液壓泵的測(cè)量流量有較大誤差，忽略其他因素引起的誤差，在流量測(cè)量過(guò)程中，由換向閥啟閉時(shí)間不同造成的誤差可表示為

(17)

式中,Vu為流量測(cè)量過(guò)程中流入計(jì)量桶中滑油體積的測(cè)量值;Vr為流量測(cè)量過(guò)程中從被試航空液壓泵實(shí)際排出滑油的體積;Vol為流量測(cè)量過(guò)程中閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)從C口損失滑油的體積;Vcl為計(jì)量過(guò)程中閥門(mén)關(guān)閉時(shí)從B口流入滑油的體積;em為流量測(cè)量過(guò)程中由于換向閥啟閉時(shí)間不同造成的誤差;qo為閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)從C口損失滑油的平均流量;qc為閥門(mén)關(guān)閉時(shí)從B口流入滑油的平均流量。

通過(guò)對(duì)流量測(cè)量過(guò)程中,由換向閥啟閉時(shí)間不同造成的誤差分析可以看出,如果將閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)從C口損失的滑油與閥門(mén)關(guān)閉時(shí)從B口流入計(jì)量桶的滑油相抵消，那么測(cè)得的流量就是被試泵實(shí)際的流量,由于閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)從C口損失滑油的平均流量及閥門(mén)關(guān)閉時(shí)從B口流入滑油的平均流量難以測(cè)得，無(wú)法建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，故需要對(duì)流量測(cè)量時(shí)間進(jìn)行補(bǔ)償。補(bǔ)償前后的測(cè)量流量可表示為

(18)

(19)

式中,qm、qn分別為流量測(cè)量時(shí)間補(bǔ)償前后測(cè)得的被試泵流量;tm為流量測(cè)量時(shí)間補(bǔ)償前的計(jì)量時(shí)間;tP為流量測(cè)量時(shí)間補(bǔ)償前的計(jì)量時(shí)間。

式(18)為流量測(cè)量時(shí)間補(bǔ)償前測(cè)得的被試泵流量,由于閥門(mén)啟閉過(guò)程產(chǎn)生的誤差使得測(cè)量得到的流量小于實(shí)際流量,式(19)通過(guò)減小流量測(cè)量時(shí)間使得閥門(mén)啟閉過(guò)程產(chǎn)生的誤差被消除，當(dāng)補(bǔ)償時(shí)間調(diào)整至最優(yōu)值時(shí)誤差被完全消除,流量測(cè)量值與實(shí)際值相等。

4　仿真研究

為了研究換向閥啟閉時(shí)流量特性對(duì)流量測(cè)量的影響，使用液壓仿真軟件AMESim，根據(jù)實(shí)際的測(cè)量系統(tǒng)建立系統(tǒng)仿真模型[12]。

選擇在10 200 r/min轉(zhuǎn)速下標(biāo)準(zhǔn)流量為110 L/min的低壓后支點(diǎn)回油泵作為試驗(yàn)泵,將滑油溫度加熱至80～85 ℃,通過(guò)調(diào)壓閥將系統(tǒng)壓力分別調(diào)整至0.147 MPa、0.267 MPa、0.340 MPa,在這三種壓力下,待壓力穩(wěn)定后2 s開(kāi)啟換向閥,1.5 s后關(guān)閉換向閥,得到在這三種不同壓力下?lián)Q向閥啟閉對(duì)被試泵流量的影響,如圖4所示?？梢钥闯?在換向閥動(dòng)作的瞬間,會(huì)對(duì)流量產(chǎn)生一定的擾動(dòng),并且系統(tǒng)壓力越大,抵抗擾動(dòng)與恢復(fù)穩(wěn)定流量的能力越強(qiáng)。在低壓大流量航空液壓泵的流量測(cè)量試驗(yàn)中,系統(tǒng)流量會(huì)受到微弱壓力變化的影響。為減小換向閥啟閉過(guò)程對(duì)系統(tǒng)流量的影響,應(yīng)注意使用閉環(huán)控制使得系統(tǒng)壓力穩(wěn)定,并且要求換向閥啟閉過(guò)程消耗時(shí)間盡量短。

圖4　換向閥啟閉對(duì)不同壓力下被試泵流量的影響

仍然將上述后支點(diǎn)回油泵作為試驗(yàn)泵,將交流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速分別調(diào)整至6500 r/min、8350 r/min、10 200 r/min，此時(shí)泵的標(biāo)準(zhǔn)流量分別為70 L/min、90 L/min、110 L/min,將系統(tǒng)壓力恒定為0.34 MPa。在這三種轉(zhuǎn)速下,待壓力穩(wěn)定2 s后開(kāi)啟換向閥,1.5 s后關(guān)閉換向閥,得到在這三種不同轉(zhuǎn)速下?lián)Q向閥啟閉對(duì)被試泵流量的影響,如圖5所示。可以看出同一種航空液壓泵由于轉(zhuǎn)速不同,其流量特性亦不同,流量越大,初始穩(wěn)定時(shí)間越長(zhǎng),而在換向閥啟閉過(guò)程中,恢復(fù)原始流量的調(diào)整時(shí)間越短。

圖5　換向閥啟閉對(duì)不同轉(zhuǎn)速被試泵流量的影響

在后支點(diǎn)回油泵的10 200 r/min,壓力為0.147 MPa工況下,1.0 s時(shí)開(kāi)啟換向閥,3.5 s時(shí)關(guān)閉換向閥,得到換向閥閥芯位移曲線(xiàn),如圖6中曲線(xiàn)3所示。可以看到在換向閥開(kāi)啟過(guò)程中,換向閥進(jìn)氣口D口的氣源作用于氣缸的力克服彈簧預(yù)壓縮量的彈力時(shí),閥芯開(kāi)始移動(dòng),該過(guò)程大約需要1.3 s。在換向閥關(guān)閉的過(guò)程中,由于沒(méi)有氣源壓力的作用,而在彈簧力的作用下,氣缸與閥芯做回彈移動(dòng),直至換向閥完全關(guān)閉,該過(guò)程大約需要0.8 s。因此,閥門(mén)啟閉時(shí)間的不同勢(shì)必會(huì)對(duì)影響規(guī)定流量測(cè)量時(shí)間內(nèi)流經(jīng)換向閥的滑油體積,圖6中曲線(xiàn)1為從被試滑油泵排出,經(jīng)過(guò)換向閥流入計(jì)量桶中滑油的體積,最終值約112 L,大于標(biāo)準(zhǔn)值。通過(guò)對(duì)時(shí)間進(jìn)行修正后的閥芯位移曲線(xiàn)如圖6中曲線(xiàn)4所示，從被試滑油泵排出，經(jīng)過(guò)換向閥流入計(jì)量桶中滑油的體積，最終值約110 L,與標(biāo)準(zhǔn)值相等。

5　試驗(yàn)研究

本文基于前期理論研究的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)完成了航空液壓泵流量測(cè)量系統(tǒng),圖7為現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)設(shè)備的照片,可以看到,有分別用于對(duì)100 L以下和100 L以上流量測(cè)量的兩個(gè)容積不同的計(jì)量桶以及分別測(cè)量液位的高精度磁致伸縮液位傳感器,每個(gè)計(jì)量桶配備了一個(gè)換向閥。

圖7　現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)裝置

為了驗(yàn)證理論分析與模擬仿真的正確性，對(duì)換向閥啟閉特性對(duì)流量測(cè)量影響進(jìn)行大量試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。選取的5種被試航空液壓泵在不同工作條件下12種的標(biāo)準(zhǔn)流量值見(jiàn)表1。表1中的數(shù)據(jù)代表了被試航空液壓泵的實(shí)際流量值。

表1　各被試航空液壓泵的標(biāo)準(zhǔn)流量

圖8所示為換向閥啟閉對(duì)不同轉(zhuǎn)速被試泵流量的影響的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)曲線(xiàn),圖9所示為時(shí)間修正前后換向閥閥芯位移與滑油體積實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)曲線(xiàn)對(duì)比?？梢钥闯鰧?shí)測(cè)曲線(xiàn)和仿真曲線(xiàn)基本相同,由于實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)工況條件復(fù)雜,溫度、壓力等因素導(dǎo)致實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)略大于仿真數(shù)據(jù)。

圖8　換向閥啟閉對(duì)不同轉(zhuǎn)速被試泵流量的影響

1.修正前閥芯位移　2.修正后閥芯位移　3.修正后計(jì)量桶內(nèi)滑油體積　4.修正前計(jì)量桶內(nèi)滑油體積圖9　時(shí)間修正前后換向閥閥芯位移與滑油體積對(duì)比

針對(duì)表1中的各個(gè)被試航空液壓泵，在其工況條件下進(jìn)行流量測(cè)量，通過(guò)傳感器測(cè)得該泵的流量值以及換向閥開(kāi)啟與關(guān)閉過(guò)程消耗的時(shí)間，并根據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)流量值對(duì)比計(jì)算出測(cè)量時(shí)間的修正值，然后使用修正后的測(cè)量時(shí)間進(jìn)行流量測(cè)量，可以得到表2所示的對(duì)比數(shù)據(jù)。

表2　時(shí)間修正前后流量測(cè)量值對(duì)比

由表2可以看出,對(duì)測(cè)量時(shí)間修正前，被測(cè)試泵的流量值比實(shí)際流量值偏大，超過(guò)了系統(tǒng)允許誤差值，通過(guò)對(duì)測(cè)量時(shí)間進(jìn)行修正后，被測(cè)試泵的流量值與實(shí)際流量值基本相同，誤差在±0.5 L/min以?xún)?nèi)，因此，通過(guò)對(duì)測(cè)量時(shí)間的修正基本可以消除由換向閥啟閉過(guò)程所引起的誤差。

6　結(jié)論

(1)在換向閥動(dòng)作的瞬間，會(huì)對(duì)流量產(chǎn)生一定的擾動(dòng)，并且系統(tǒng)壓力越大，抵抗擾動(dòng)與恢復(fù)穩(wěn)定流量的能力越強(qiáng)。

(2)同一種航空液壓泵，由于轉(zhuǎn)速不同，其流量特性亦不同，流量越大初始穩(wěn)定時(shí)間越長(zhǎng)，而在換向閥啟閉過(guò)程中，恢復(fù)原始流量的調(diào)整時(shí)間越短。

(3)由于換向閥啟閉過(guò)程耗時(shí)不等，故需要對(duì)測(cè)量時(shí)間進(jìn)行修正以提高系統(tǒng)的精確性。

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(編輯陳勇)

Analyses of Influences of Valve Open and Shut Characteristics on Flow Measurement Tests

Xie Miao1Liu Zhixiang1Lu Qitong2Tian Fengxu2Mao Jun1Huang Zengping1

1.Liaoning Technical University,Fuxin,Liaoning,123000 2.Dalian East Engineering Construction Project Management Co., Ltd.，Dalian，Liaoning,116000

Aimed at the problem that opening-closing characteristics of reversing valve in aviation hydraulic pump flow measurement system had great influences on flow measurement accuracy, and measurement errors were caused by the unequal time of the valve opening and closing process,the principles of reversing valve in the measurement system were analysed, and the mathematical model of flow and the force balance of valve spool was established.AMESim software to was used to establish the system simulation model and simulation study. The influences of the opening and closing process of the reversing valve on the flow measurement of the system was obtained under different pressures and different speeds.The simulation results can provide theoretical basis for field test. At the same time, the simulation results has were compared with the test data from the different types and different working conditions of hydraulic pump. The results show the two conditions are basically the same, and the research provides a theoretical basis and practical test data support for the design of aero hydraulic pump flow measurement system.

reversing valve; opening-closing characteristic; flow testing; aero hydraulic pump

2015-01-27

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51304107);遼寧省教育廳資助項(xiàng)目(L2012118);遼寧省煤礦液壓技術(shù)與裝備工程研究中心開(kāi)放基金資助項(xiàng)目(CMHT-201206)

TP271DOI：10.3969/j.issn.1004-132X.2015.20.001

謝苗,女,1980年生。遼寧工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院副教授、博士研究生導(dǎo)師。主要研究方向?yàn)闄C(jī)械動(dòng)力學(xué)分析及控制。劉治翔,男,1988年生。遼寧工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院博士研究生。魯啟通，男，1988年生。大連東方工程建設(shè)項(xiàng)目管理有限公司助理工程師。田豐旭，男，1984年生。大連東方工程建設(shè)項(xiàng)目管理有限公司助理工程師。毛君，男，1960年生。遼寧工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院教授、博士研究生導(dǎo)師。黃增平，男，1986年生。遼寧工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院碩士。