民機強度試驗室多臺液壓油源集成方案設計

李贊澄+徐凱

【摘 要】基于某民機強度試驗室，分析了該試驗室的液壓油源需求，設計了多臺液壓油源組合的方案。為了能夠將多臺液壓油源更好地集成，并應用于試驗中。探討了兩種將多臺液壓油源集成的方案，并在此基礎上，提出了一種改進設計方案，最優化地滿足該試驗室的使用需求。

【關鍵詞】民機；強度試驗室；液壓油源；集成

0 引言

結構強度試驗是民機結構設計研發過程中必不可少的基本條件之一，從結構選材到性能驗證整個漫長的研發過程中，大量材料、元件、組件、部件的選用和設計都離不開試驗的支持和驗證。而對于民機全機級或部件級結構強度試驗，一套完整的多通道協調加載試驗系統是必需的，包含：液壓油源系統、液壓加載作動裝置、加載控制系統、數據采集系統等。其中，液壓油源系統將機械能轉換為流體壓力能，向試驗中各個加載執行機構提供持續、可靠的壓力油[1]。

試驗室液壓油源的流量指標取決于試驗需求，由液壓加載的載荷大小和頻率高低決定。以某型民機的單機翼靜強度試驗為例，約需250L/min流量的液壓動力。而相較于靜強度試驗，疲勞試驗的液壓流量需求更高。因此，民機全機級或部件級結構強度試驗室的液壓油源總流量較大，并且考慮便于使用與維護，液壓油源一般采用多臺油源組合的形式。而如何能將多臺油源更好地集成，最優化地應用于試驗中，值得討論和研究。所以，本文以某民機強度試驗室為例，探討多種將多臺液壓油源集成的方案。

1 液壓油源方案設計

1.1 液壓油源需求分析

以某民機強度試驗室為例，分析其液壓油源的需求。該試驗室規劃的總體試驗能力為：

1）能夠同時進行兩項部件級靜強度試驗和兩項部件級疲勞試驗；

2）能同時開展十項組（元）件級靜強度及疲勞試驗。

每項部件級結構強度試驗需約250L/min流量的油源能力保障，每項組（元）件級強度試驗需約50～100L/min流量的油源能力保障。因此，共需約2000L/min（250×4+100×10=2000）流量的油源能力。

1.2 液壓油源設計思路

在總流量達到2000L/min的前提下，擬采用多臺液壓油源組合的設計思路，更加靈活方便。

首先，當該試驗室進行的試驗任務較少，即液壓流量需求較小時，可以開啟少數油源進行試驗。而當該試驗室試驗任務增加，即液壓流量需求增大時，可以開啟多數甚至全部油源。這樣可以有效節約試驗成本。

其次，采用多臺液壓油源組合的方式，當有油源需要維護維修時，其它油源可以正常使用，從而避免影響試驗正常進行。

1.3 液壓油源組合方式

液壓油源臺數偏少，達不到靈活方便的設計目的；而臺數偏多，又會增加占地面積，增加液壓油源間的建設成本。綜合考慮，該試驗室擬采用4臺油源組合（2臺額定流量400L/min，2臺600L/min）的方式，見圖1。

4臺油源安裝于液壓油源間的中部區域，液壓油源間的下部區域設置地溝，用于安裝液壓油管，將液壓油輸出到液壓油源間外面的試驗大廳。

2 多臺液壓油源集成方案設計

2.1 集成方案1

首先介紹集成方案1，如圖2所示，四臺油源分別通過管路連接到地溝中的1套液壓油管，然后液壓油管經由地溝通往并覆蓋試驗大廳的試驗區域。

由于地溝內只使用了1套液壓油管，該方案實施和維護成本較低。此外，由于4臺油源通過1套液壓油管集成在一起，則4臺油源可以同步進回油，共同用于一個試驗，即可以滿足一個2000L/min液壓流量需求的試驗任務。

同時，該方案存在以下弊端：

1）因為4臺油源通過1套液壓油管集成在一起，所以要求4臺油源的品牌規格盡量一致，否則液壓油源和地溝內液壓油管之間的進回油可能會出現問題，進而影響油源的正常使用。

2）根據該試驗室的規劃，多數情況下會同時進行多項試驗，不同的試驗任務頻率可能不同，共同使用1套液壓油管，相互之間可能存在影響。

對于該試驗室，定位是部件級以下結構強度試驗，基本不會出現需要4臺油源共同用于1個試驗的情況。此外，4臺油源若分步實施，存在品牌規格不一致的可能性。因此，“集成方案1”對于該試驗室弊大于利。

2.2 集成方案2

“集成方案2”是在“集成方案1”的基礎上進行改造，見圖3。地溝中設計了4套液壓油管，每套液壓油管分別連接1臺油源。

該方案使4臺油源相互獨立，每臺油源通過各自的液壓油管，將液壓動力輸出到試驗大廳。每臺油源之間進回油相互獨立，既對品牌規格沒有要求，也不會影響彼此的試驗任務。

但是，該方案也存在一定弊端：由于試驗大廳面積較大，若使每臺液壓油源的液壓動力都覆蓋試驗大廳全部試驗區域，就需要使地溝里的4套液壓油管都覆蓋試驗大廳，實施和維護成本都較高。

因此，可以將試驗大廳的試驗區域分成4塊，將每臺油源對應的液壓油管各負責1塊試驗區域。但是這樣也會帶來一個問題：由于每臺油源只負責1塊試驗區域，若某臺油源需維護維修，則該試驗區域無法開展試驗。即液壓油源的使用靈活性大大降低。

3 多臺液壓油源集成方案改進

綜上所述，無論是集成方案1，還是集成方案2，對于該試驗室的使用需求，都存在著一定的缺陷。因此，綜合這兩種集成方案，提出一種改進方案。

如圖4所示，4臺液壓油源分別通過1個無管集成的液壓閥組[2]連接到地溝內的4套液壓油管，且每臺液壓油源與對應的液壓閥組之間均安裝有截止閥，通過開/關截止閥，可切換每臺油源與4套液壓油管的連接/斷開狀態。同“集成方案2”一樣，4套液壓油管各負責試驗大廳的1塊試驗區域。但與之不同的是，通過切換截止閥，可以將每臺液壓油源切換到地溝內4套液壓油管的任意1套中，也就是說，每臺液壓油源的動力都能覆蓋到整個試驗大廳。

改進后的方案不但使4臺油源相互獨立，又可以通過切換截止閥，實現4臺油源的集中供油，靈活地覆蓋整個試驗大廳。一定程度上融合“集成方案1”和“集成方案2”的優點。

4 結論

本文討論了兩種將多臺液壓油源集成的方案，通過分析，提出了一種改進方案，該方案可以有效地將多臺液壓油源集成使用，最優化地滿足某民機強度試驗室的使用需求。

【參考文獻】

[1]陳淑梅.液壓與氣壓傳動[M].北京：機械工業出版社，2008：91-93.

[2]張利平，山峻.液壓站設計與使用維護[M].北京：化學工業出版社，2013：69-70.

[責任編輯：朱麗娜]