高　巍(中航工業(yè)集團公司沈陽發(fā)動機設(shè)計研究所,沈陽　110015)

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液壓加載系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試

高巍
(中航工業(yè)集團公司沈陽發(fā)動機設(shè)計研究所,沈陽110015)

摘 要：液壓加載設(shè)備是航空發(fā)動機整機試車臺必備設(shè)備。傳統(tǒng)液壓加載設(shè)備存在無法兼容多型號航空發(fā)動機加載試驗要求、加載流量可調(diào)范圍小，工人試驗前準(zhǔn)備工作量大等缺點。為解決這些缺陷，提高工作效率，設(shè)計一套新型液壓加載設(shè)備，采用電液比例閥控制加載流量，實現(xiàn)加載流量無級可調(diào)，可兼容多種型號液壓泵加載試驗技術(shù)要求。

關(guān)鍵詞：液壓加載；系統(tǒng)設(shè)計；流量調(diào)節(jié)

0　引言

飛行員在調(diào)整飛機飛行姿態(tài)、收放起落架等部件時需要利用液壓系統(tǒng)驅(qū)動執(zhí)行元件，液壓系統(tǒng)的功率來源便是發(fā)動機。液壓加載系統(tǒng)是為了模擬飛機液壓泵工作，提取發(fā)動機功率并對液壓系統(tǒng)內(nèi)各參數(shù)進行測量，評測液壓泵在提取發(fā)動機部分功率后，對發(fā)動機運轉(zhuǎn)的影響。它包括供、回油管路、液壓泵、測控制系統(tǒng)、電液比例閥、冷卻系統(tǒng)五部分組成。其系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

圖1　液壓加載系統(tǒng)原理圖

1　典型液壓泵主要技術(shù)參數(shù)

輸入功率：131kW。液壓油牌號：YH-10。過濾精度：5～8μm。泵進口工作液壓力： 0.392±0.2MPa。工作壓力：。額定增壓值：。最大流量：215L/min。泵出口工作液壓力：在26～28MPa范圍內(nèi)按特性線變化。

工作溫度：a.環(huán)境溫度為-60～+120℃，短期允許+200℃（短期指液壓泵每工作1h，其間不大于8min的某時間段）;b.泵進口工作液溫度不高于125℃。

2　供油部分設(shè)計

依據(jù)液壓泵進油口壓力要求，設(shè)計一個密閉油罐，地面油泵將液壓油打入密閉油罐內(nèi)，將氮氣注入密閉油罐，使油罐內(nèi)液壓油壓力提升至液壓泵進口需要的0.392±0.2MPa，另外需要在密閉油罐上加裝安全閥組，防止氣壓過大造成液壓泵進口油壓超壓；

管路最大流量為215L/min，按壓力油管道流速推薦值2.5m/s查《流量、流速及管子尺寸表》[1]，選低壓管路為DN50，高壓管路DN32，管路材質(zhì)為不銹鋼無縫鋼管。

3　液壓加載系統(tǒng)調(diào)整流量方式：

液壓加載試驗要求液壓泵在不同的工作流量下對發(fā)動機進行功率提取，且系統(tǒng)一直維持高壓。傳統(tǒng)液壓泵加載設(shè)備利用多套節(jié)流噴嘴切換實現(xiàn)對流量的控制。在設(shè)備調(diào)試階段需通過試驗得出不同通徑的節(jié)流噴嘴在工作壓力下的流量特性；此種設(shè)計許投入大量時間及資金進行流量特性試驗。為節(jié)約資金及調(diào)試時間，選用電液比例閥對液壓泵高壓出口管路進行流量調(diào)節(jié)。此種流量調(diào)節(jié)方式優(yōu)點是調(diào)節(jié)范圍大，調(diào)節(jié)方便，可兼容多種型號液壓泵，但對液壓油固體污染度要求較高。為保證液壓加載系統(tǒng)工作范圍足夠?qū)拸V，設(shè)計兩套流量調(diào)節(jié)管路，一路為大通徑（DN20），串裝大流量電液比例閥；一路為小通徑（DN10）串裝小流量電液比例閥。兩套節(jié)流管路都安裝一個電液單向閥控制其通斷。兩套管路并聯(lián)后接入液壓加載系統(tǒng)，其中小通徑管路中加裝一個小量程流量計，防止小通徑管路單獨工作時液壓加載系統(tǒng)中大量程流量計測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)。

4　液壓加載系統(tǒng)散熱

液壓加載系統(tǒng)中無執(zhí)行元件，液壓泵提取的功率大部分能量均轉(zhuǎn)化成熱量，使液壓油溫度上升，降低液壓油的黏性及潤滑性，嚴(yán)重時會使液壓油變質(zhì)污染，造成液壓元件損壞。所以需要在系統(tǒng)回油管路上加裝冷卻器冷卻液壓油。使液壓油的工作溫度不高于80攝氏度。

冷卻器散熱面積計算如下：

按液壓泵最大流量計算，液壓泵功率為131Kw?？山普J為液壓泵的功率就是冷卻器的散熱功率。那么，冷卻器的散熱面積計算如下：

式中

H——冷卻器散熱功率，取液壓泵的輸出功率即131Kw；

k——冷卻器傳熱系數(shù)，板式換熱器取300W/(m2K)；

5　減震措施

現(xiàn)代飛機液壓系統(tǒng)多用變量柱塞泵。其脈動的流量特性輸出會產(chǎn)生壓力脈動，使液壓管路產(chǎn)生強迫振動，當(dāng)液壓泵的脈動頻率與流體之諧振頻率相接近時，振動會進一步加強。所以設(shè)計的液壓管路的固有頻率必須高于液壓泵最高脈動頻率的1.5～1.2倍。防止液壓管路振動損壞液壓泵等液壓元件，在液壓管路與重要液壓元件（如液壓泵、電液比例閥等）連接處加裝液壓軟管總成，借以吸收不銹鋼液壓管路傳導(dǎo)的振動。另外，液壓泵啟動時液壓系統(tǒng)管路瞬時壓力過大。針對此問題，在電液比例閥進油口處加裝蓄能器，對液壓加載系統(tǒng)內(nèi)的壓力、流量脈動進行緩沖。

式中

V0——蓄能器容量；

m——液壓油質(zhì)量；

p1——系統(tǒng)允許的最大沖擊力；

p0——蓄能器充氣壓力，一般取系統(tǒng)工作壓力的90%；

0.285——當(dāng)蓄能器快速釋放能量時多變指數(shù)；

經(jīng)計算，蓄能器容量約為1.8升。查樣本選蓄能器容量為2.5升。

6　試驗過程中遇到的問題

轉(zhuǎn)接段焊口開裂（連接液壓泵高壓口與液壓軟管總成）。轉(zhuǎn)接段結(jié)構(gòu)如圖2所示。焊口開裂多發(fā)生于平管嘴、鋼管與立方體彎頭焊接處。平管嘴、鋼管與立方體彎頭是插接焊接結(jié)構(gòu)。焊縫形式為角焊縫。此種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是氬弧焊后管路內(nèi)部無焊瘤，可保證在高壓場合下管路內(nèi)部的清潔。缺點是焊接時熔池?zé)o法滲透管壁，焊接強度無法保證。改進措施為重新設(shè)計轉(zhuǎn)接段，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，取消立方體彎頭，使轉(zhuǎn)接段焊縫盡量少；鋼管與管接頭焊接采用圖4所示結(jié)構(gòu)，將焊縫改為1型焊縫（對接焊），焊接時在轉(zhuǎn)接段內(nèi)通氬氣，既可以保證管路內(nèi)壁上不形成焊瘤，又可保證焊接強度。

圖2　原液壓泵高壓口轉(zhuǎn)接段結(jié)構(gòu)

圖3　改進后液壓泵高壓口轉(zhuǎn)接段結(jié)構(gòu)

圖4　改進后平管嘴結(jié)構(gòu)

液壓加載試驗中，出現(xiàn)過大流向比例閥單獨工作時液壓加載系統(tǒng)壓力不正常。經(jīng)反復(fù)試驗排故，確定為電液比例閥執(zhí)行機構(gòu)在激勵電流下不動作導(dǎo)致電液比例閥節(jié)流口全開，液壓系統(tǒng)相當(dāng)處于卸荷狀態(tài)。造成這種故障的原因是液壓系統(tǒng)工作液固體污染度等級過高，造成電液比例閥芯卡滯。將電液比例閥返廠維修并將系統(tǒng)內(nèi)液壓油用濾油車過濾，直至油液固體污染度按GJB420A-1996為7級以內(nèi)后，恢復(fù)液壓加載系統(tǒng)管路，系統(tǒng)工作恢復(fù)正常。

7　結(jié)論

通過引入電液比例閥進行流量控制，液壓加載設(shè)備較原有加載設(shè)備調(diào)節(jié)流量范圍更加廣泛，可兼容多種液壓泵型號，工人試驗工作量大大降低，通過長期使用考核，其可靠性也較原有液壓加載設(shè)備有所提高。

參考文獻：

[1]成大先.機械設(shè)計手冊[M].2011.

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.03.039