起落架液控閥閥芯摩擦特性研究 ①

2021-01-13 07:54:14陳宏勝

佳木斯大學學報(自然科學版) 2020年4期

陳宏勝，孫亮，唐猛

(1.池州職業技術學院機電與汽車系，安徽池州 247000；2.合肥工業大學，安徽合肥 230000；3.平高集團有限公司，河南平頂山 467000)

0 引言

起落架能夠完成起飛、著陸、地面滑行等多種功能，耗散、吸收運動過程各種能量。如：下沉垂直動能，剎車時水平動能[1]。飛機起落架結構如圖1[2]。飛機即將降落時甩出起落架，要確保起落架以高速運動撞擊地面后不被彈回，這就要求液壓缸活塞缸在伸出之后能夠鎖緊，不僅要考慮選擇中位機能為“H”或“Y”三位四通換向閥，而且還要對液控閥閥芯摩擦性能和閥芯腔體油液泄漏性能進行研究[3]。

1 液控閥結構原理

如圖2，在控制口K處沒有壓力油通入時，在彈簧和球形閥芯的作用下，液壓油只能由p1口向p2口流通，不能反向流動，這時它的功能相當于單向閥；當控制口K通入壓力油，控制活塞將閥芯頂開，則可以實現油液由p2到p1的反向流通。由于控制活塞有較大作用面積，所以K口的控制壓力可以小于主油路的壓力[4]。

1-控制活塞，2-推桿，3-閥芯

2 閥芯液動力

2.1 閥芯穩態液動力

將閥芯腔內液體作為控制體，列動量方程得[5]

∑F=ρq(β2v2-β1v1)

(1)

閥芯穩態液動力為：

Fbs=ρqvcosφ

(2)

(3)

(4)

將式(3)(4)代入(2)得

(5)

如Cd=0.7，Cv=1，cr=0，w=10mm，φ=69°，Δp=10MPa，xV=1mm，則閥芯穩態液動力Fbs≈50N。當系統出現高壓、大流量，閥心操縱即成為關鍵問題。

2.2 閥芯瞬態液動力

開口度發生變化，腔體內長度為l部分液壓油的速度即發生變化，出現要么加速，要么減速的現象，此刻閥心受制反作用力Fbt——閥芯瞬瞬時變化液動力。當流入閥腔流量q，閥芯截面面積As，油液質量m0，閥心移動的速度為v，則有[6]：

(6)

由(4)和A0=wxV可知，流量的變化率dq/dt為：

(7)

將(7)式代入(6)得：

(8)

當液壓油流出閥體內腔時，閥芯開口度增大，油液運動速度增大；當閥芯開口度減小時，油液運動速度減小，阻礙閥心運動。

3 閥芯卡緊力

當徑向不平衡力作用于閥芯時，閥芯在運動過程中必然會與閥體內部腔體發生碰撞、摩擦，致使閥心在運動過程中受到的阻力便會大大增加。徑向不平衡力估算公式[7-9]：

(9)

式中，Δp=p1-p2；Δr=r1-r2；h1=h0-ecosθ，h0為閥芯與閥套同心時大端的縫隙值。

由式(9)，并設在閥芯大端已接觸閥套，即e=h0時，令D=2r1則得

(10)

當Δr/h0=0.9時有極值，故有

Fmax0.27lDΔp

(11)

設摩擦系數為f，則閥芯最大摩擦阻力為：

Ft=0.27flDΔp

(12)

卡緊力增大導致結構磨損量加劇，同時伴隨著飛機起降次數的增加導致磨損量的堆積，致使運動副表面銹蝕，從而導致摩擦系數增大[10]。

4 起落架伺服系統模型構建

起落架伺服系統模型如圖3所示，將溢流閥并聯在變量泵的出口進行安全保護，溢流閥閥芯鎖緊[8]。蓄能器釋放方波電信號控制變量泵啟停，并在蓄能器出口連接兩條之路，一支路為低壓回路控制伺服閥導閥錐閥閥芯，另一支路為高壓回路控制伺服閥主閥滑閥閥芯[9]。當液壓油壓力達到導閥彈簧調定壓力值時，導閥閥芯開啟，主閥閥芯開啟，高壓油液流入振動缸腔體對活塞連桿做功，推動外部負載運動。缸體一端連接著傳感器用來檢測缸體位移信號，將反饋信號與期望信號進行比較形成誤差信號，并運用線性控制器進行控制直至誤差信號值為零。