液壓加載系統設計

李洪雷

摘要：航空發動機在地面整機試車臺試驗時，需要模擬發動機在飛機上的各種試驗狀態。其中，液壓加載是發動機為飛機提供動力的一種方式。因此，液壓加載系統的設計優劣，直接決定著飛機的性能好壞。傳統的液壓加載系統是用節流嘴或節流孔板來對系統的流量來做有級調節，因此無法兼容多種型號發動機的加載試驗要求。為解決個問題，新設計了一套利用電液比例閥來對流量進行控制的新型液壓加載系統，可以實現流量的無級可調，可兼容多種型號液壓加載泵的試驗要求，并在此基礎上對系統的零部件做了部分計算和仿真，實際應用中較傳統的加載系統性能大大提高。

關鍵詞：液壓加載；流量調節

飛機在起飛或者降落過程中需要收放起落架、飛行過程中需要調整飛機姿態，這些狀態都是通過液壓加載系統驅動執行元件來實現。加載系統的動力就是來源于通過液壓泵提取的發動機的動力。地面試車時，液壓加載系統是為了模擬飛機液壓泵的工作，提取發動機的功率后對發動機的各項參數來進行測量，并評估發動機在飛機上運轉的影響。液壓系統包括地面液壓泵、發動機柱塞泵、電液比例閥、油液冷卻系統、供油回油和殼體回油管路、測量控制系統等部分組成。

1 液壓加載系統方案設計

液壓加載系統作為試車臺工藝設備，根據試車要求對發動機液壓泵的流量進行調節，以滿足試驗的驗證。通過流量比例閥調節泵的流量大小，因流量大小的不斷變化，液壓管路中油液不斷的對管路進行沖擊，造成管路的振動特別大。所以，設計時應充分考慮。根據系統的工作特點和以往的設計經驗，并通過仿真模擬計算，加載系統的設計應滿足以下幾點要求：

a.操縱性要求：規定的時間范圍內能夠遠程實現對液壓泵輸出流量的控制。

b.安全性要求：液壓加載系統在工作過程中由于流量變化較大，對液壓管路的沖擊和振動較大。因此，需對系統有良好的保護措施，防止液壓泵過載和因為振動沖擊較大等因素對管路的元器件造成損壞。

c.其他性能要求：對系統中的零部件標準化和通用化，降低系統的設計和制造成本。各部件要有很高的工作可靠性和耐久性。

2 液壓加載系統具體設計

本系統采用電液比例流量控制閥無級調節管路流量的方式，先導式液壓操縱，整體插裝閥式結構。該系統具有結構緊湊，流通能力大，動作速度快，工作可靠，不易堵塞等優點。 根據試驗要求，對不同的航空液壓泵和流量控制進行操縱。

根據液壓系統中液壓泵的工作特性，系統的最大功率情況是液壓泵在額定工作壓力情況下，流量最大的時候。系統不對外做功，因而全部壓力能最后全部都轉換成熱能，使系統升溫。

〖JZ〗phr=PQ=175KW

2.1 管道熱損失計算

液壓油在管道流動，管路的外壁溫度往往高于周圍環境的溫度，因此，熱量將由管路壁面以對流和輻射兩種傳熱方式散失于周圍的環境中，造成熱損失。管路損失的熱量應等于對流傳熱和輻射傳熱兩部分熱量之和。[1]

〖JZ〗Q=aTSW（tw-t）

式中：Q為總熱損失量（W）；

αT—總傳熱系數，W/（m2k）；

sw—管外壁表面積，m2；

tw—管道壁溫度，℃；

t—環境溫度，℃。

〖JZ〗Q=127.8W

2.2 散熱器的選擇

冷卻面積：

〖JZ〗A=〖SX（〗phr-phC[]KΔtm〖SX）〗

式中，K為冷卻器的散熱系數，用板式冷卻器是，取K=465w/m2k。

Δtm為平均溫升。

〖JZ〗Δtm=〖SX（〗T1+T2[]2〖SX）〗-〖SX（〗t1+t2[]2〖SX）〗

其中，T1、T2分別為液壓油的進口和出口溫度；

t1、t2分別為冷卻水或風的進口和出口溫度。

取油進入冷卻器的溫度T1、T2分別為65℃和55℃，冷卻水進口溫度t1=20℃，冷卻水出口溫度t2=30℃。則：

〖JZ〗Δtm=27.5℃

所需冷卻面積

〖JZ〗A=〖SX（〗phr-phC[]KΔtm〖SX）〗=13.68m2

考慮到實際試驗中，冷卻器會進行長時間的工作使用，設備不可不免的會腐蝕生銹或累積水垢，這些都會對散熱產生比較大的影響。因此，散熱面積應比計算面積大30%或更多，實際選用冷卻器散熱面積為：

〖JZ〗A=17.78m2

3 蓄能器的設計

蓄能器在液壓系統中是一種液壓能儲存裝置。當管路中流量比例閥快速動作時，管路中的流量會劇烈變化，使油液對系統管路產生巨大的沖擊，同時使系統的壓力在較短時間內迅速升高，對儀器儀表、密封裝置等產生很大的損害。為避免這些問題，液壓加載系統中需要采用蓄能器，它的選擇應充分考慮這些問題。本系統采用氣囊式液壓蓄能器，油氣隔離，油不易氧化，反應靈敏。

蓄能器選擇：類型為氣囊式，型號為NXQ1L10/31.5H。

4 結論

通過對系統進行嚴格的流量、散熱面積等計算、舍棄老式的節流嘴流量控制方式并采用比例閥控制方式，使系統可兼容多種型號液壓加載泵，同時系統的可靠性和工作人員的工作效率也大大提高。

參考文獻：

[1]成大先，機械設計手冊[M].2011.