液壓加載系統設計與調試

高　巍(中航工業集團公司沈陽發動機設計研究所,沈陽　110015)

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液壓加載系統設計與調試

高巍
(中航工業集團公司沈陽發動機設計研究所,沈陽110015)

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

關鍵詞：液壓加載；系統設計；流量調節

0　引言

飛行員在調整飛機飛行姿態、收放起落架等部件時需要利用液壓系統驅動執行元件，液壓系統的功率來源便是發動機。液壓加載系統是為了模擬飛機液壓泵工作，提取發動機功率并對液壓系統內各參數進行測量，評測液壓泵在提取發動機部分功率后，對發動機運轉的影響。它包括供、回油管路、液壓泵、測控制系統、電液比例閥、冷卻系統五部分組成。其系統原理圖如圖1所示。

圖1　液壓加載系統原理圖

1　典型液壓泵主要技術參數

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范圍內按特性線變化。

工作溫度：a.環境溫度為-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　供油部分設計

依據液壓泵進油口壓力要求，設計一個密閉油罐，地面油泵將液壓油打入密閉油罐內，將氮氣注入密閉油罐，使油罐內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，管路材質為不銹鋼無縫鋼管。

3　液壓加載系統調整流量方式：

液壓加載試驗要求液壓泵在不同的工作流量下對發動機進行功率提取，且系統一直維持高壓。傳統液壓泵加載設備利用多套節流噴嘴切換實現對流量的控制。在設備調試階段需通過試驗得出不同通徑的節流噴嘴在工作壓力下的流量特性；此種設計許投入大量時間及資金進行流量特性試驗。為節約資金及調試時間，選用電液比例閥對液壓泵高壓出口管路進行流量調節。此種流量調節方式優點是調節范圍大，調節方便，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工作范圍足夠寬廣，設計兩套流量調節管路，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。兩套節流管路都安裝一個電液單向閥控制其通斷。兩套管路并聯后接入液壓加載系統，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中大量程流量計測量數據不準。

4　液壓加載系統散熱

液壓加載系統中無執行元件，液壓泵提取的功率大部分能量均轉化成熱量，使液壓油溫度上升，降低液壓油的黏性及潤滑性，嚴重時會使液壓油變質污染，造成液壓元件損壞。所以需要在系統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。可近似認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，板式換熱器取300W/(m2K)；

5　減震措施

現代飛機液壓系統多用變量柱塞泵。其脈動的流量特性輸出會產生壓力脈動，使液壓管路產生強迫振動，當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的振動。另外，液壓泵啟動時液壓系統管路瞬時壓力過大。針對此問題，在電液比例閥進油口處加裝蓄能器，對液壓加載系統內的壓力、流量脈動進行緩沖。

式中

V0——蓄能器容量；

m——液壓油質量；

p1——系統允許的最大沖擊力；

p0——蓄能器充氣壓力，一般取系統工作壓力的90%；

0.285——當蓄能器快速釋放能量時多變指數；

經計算，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

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

圖2　原液壓泵高壓口轉接段結構

圖3　改進后液壓泵高壓口轉接段結構

圖4　改進后平管嘴結構

液壓加載試驗中，出現過大流向比例閥單獨工作時液壓加載系統壓力不正常。經反復試驗排故，確定為電液比例閥執行機構在激勵電流下不動作導致電液比例閥節流口全開，液壓系統相當處于卸荷狀態。造成這種故障的原因是液壓系統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內液壓油用濾油車過濾，直至油液固體污染度按GJB420A-1996為7級以內后，恢復液壓加載系統管路，系統工作恢復正常。

7　結論

通過引入電液比例閥進行流量控制，液壓加載設備較原有加載設備調節流量范圍更加廣泛，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備有所提高。

參考文獻：

[1]成大先.機械設計手冊[M].2011.

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