直線油泵技術研究

余 捷

（空軍南京航空四站裝備修理廠，江蘇 南京 210042）

飛行器液壓系統是執行起落架作動筒、減速板等作動設備的動作的重要機構，對飛行器的姿態、降落起著重要的作用。因此在日常維護檢測中，保證液壓系統正常是特別重要的工作。日常維護檢測主要是對液壓油進行凈化后去除污染物。并進行地面調試，檢查系統的性能，檢驗作動系統的動態指標。

長期以來，機場飛機液壓系統檢修一直使用地面液壓車為飛機提供檢修檢測所需的液壓動力源，這種車載式液壓車固然具有機動靈活、部署方便等優點，但是在日常保障維護過程中需要專業車輛維護人員，占用有限的保障人員編制，同時有保障經費居高不下、油料消耗高、噪音大，動力系統受氣溫、海拔影響大等缺陷。隨著新機不斷加入戰斗部隊，極大提高了部隊戰斗力，為了使新機潛力充分發揮，需要機場具備地面綜合保障能力。飛機所需的地面電源、空調等設備已經研制并裝備了相關直線加電、直線空調設備，取得了比較好的軍事經濟效益，達到了提供戰斗力、保障力的目標。因此迫切需要研究一種直接設在機位旁邊，直接使用電能，噪音影響小，維護人員少，受環境影響小的直線油泵系統。

1 直線油泵設計標準及結構組成

由于現存液壓保障設備一直采用航空地面液壓車保障飛機液壓系統，目前還沒有相關廠家、研究機構研究直線油泵相關技術，因此在現有條件下，直線油泵系統設計除需要滿足國家軍隊液壓系統設計的一般標準外，還需要滿足《GJB 1691A-2011飛機液壓油泵車通用規范》《GJB 420B-2006航空工作液固體污染度分級》等的有關規定。其主要結構動力系統、配電系統、控制系統、液壓系統、輸出系統、檢測系統等。

1.1 動力系統

直線油泵系統由于直接設在機位旁，其配電柜都能提供足夠功率的動力電源，所以其動力系統可直接采用大功率電動機作為主動力來源，直線油泵系統的組成為變頻驅動器和大功率電動機組成，電動機通過變頻器驅動，可以降低大功率電動機啟動時對電網的沖擊。功率選擇原則與一般液壓系統動力選擇一致，可根據所需的壓力、流量、效率計算得出所需功率。

1.2 配電系統

配電系統主要完成將機位配電柜的電源通過一系列分配轉換過程，為動力系統需要的380 V、50 Hz動力電源；輔熱、散熱、加油等系統所需的單相電源?？刂葡到y需要的24 V直流電。

1.3 控制系統

直線油泵系統的核心是液壓系統，控制系統則是直線油泵的中樞。直線油泵控制系統主要由硬件部分和操作軟件部分兩大部分組成。硬件部分由開關、傳感器等輸入裝置、可編程控制器、觸摸人機界面、接觸器、中間繼電器等中間控制設備、各類電動機、電磁閥、加熱器等執行元器件組成。軟件部分主要由上位機觸摸人機界面組態操作程序和下位機可編程控制器的控制程序組成，控制系統操作界面如圖1所示。上位機、下位機、傳感器通過modbus rtu通訊協議鏈接來實現控制指令的輸入、執行指令的動作、壓力、污染度、溫度、含水量等參數的顯示。

圖1 控制系統-操作界面

1.4 液壓系統

液壓系統是直線油泵的核心。液壓系統是由動力油液供給系統（高壓液壓泵、高壓過濾器、數字壓力調節閥、實時壓力傳感器、供給流量傳感器）、油液回流系統（風冷散熱裝置、散熱后溫度傳感器）、油液固體顆粒物檢測系統、油液水氣清除系統、壓力補償蓄能裝置和實時運行參數檢測裝置等。

1.5 檢測系統

直線油泵設備設置檢測系統用于實時檢測各個系統、裝置運行的實時數據，顯示在各個直線油泵機房、直線油泵輸出井，為操作人員提供實時數據支持，檢測系統可以實現直線油泵設備的自檢，并對動力油液供給壓力、供給流量、散后運行溫度、輸入電源質量、變頻器輸出電壓、輸出電流、負載率、電機運行轉速、供給油液中的水氣含量、固體顆粒污染度等工作參數進行實時檢測。

（1）對機位配電柜提供的電源電壓、電流、功率因數等電源質量參數進行檢測。

（2）對變頻器輸出的驅動電壓、運行電流、內部溫度、實時負載率、輸出頻率、報警參數等變頻器運行參數進行檢測。

（3）對直線油泵供給的動力油液壓力、輸出流量、散后油液溫度、液壓油箱液位、油液水氣含量等參數進行檢測。

（4）對各個執行部件的運行狀態進行采集，并與輸入指令對比反饋：如電機運行狀態、換向閥位置狀態、數字壓力調節閥輸出狀態、風冷散熱器運行狀態、真空除水氣裝置運行狀態等系統狀態。

在同一停機坪往往會建設多個直線油泵機房和直線油泵輸出井，如果采取分布式單機控制和維護，就需要為每個機房及輸出井單獨配備維護保養人員，將多個機房及輸出井的檢測系統通過內部網絡連接可以實現所有直線油泵機房和直線油泵輸出井的集中控制和維護，減少維護人員，降低勞動強度，同時可以將檢測系統的參數上傳到指揮調度中心，為維修保養指揮中心科學決策調度提供數據支持，起到科學分配資源，提高檢測維護效率的作用。

1.6 輸出系統

直線油泵的輸出系統主要為機位旁的直線油泵輸出井，主要功能是將直線油泵機房的液壓動力源通過管路輸送到直線油泵輸出井后通過輸出軟管提供給待檢測維護飛機，主要組成是調壓閥、輸出軟管、回油軟管、自動盤管架。

2 直線油泵機房的設計

直線油泵機房的設計主要是數量、位置的選擇。直線油泵機房的位置、數量與停機坪的大小有關，根據以往保養維護經驗，機房至機位的直線距離應不超過25米，超過25米可能會引起液壓系統回油問題。總長度在200米，機位在8~12個的停機坪可以設置4個直線油泵機房，位置應設在25米及其倍數的機位交接處。同時應考慮該停機坪能夠提供的電源總功率、備用機房等因素適當增減直線油泵機房數量。

直線油泵輸出井數量與同時需要檢測維護的飛機數量有關，同時檢測維護的飛機數量就確定為直線油泵輸出井的數量，一般情況下考慮液壓系統輸出長度、管徑、機位數量等因素，直線油泵輸出井數量應比機位數減少2個左右。當然直線油泵輸出井數量越多，在使用上就會更加方便靈活，這需要建設時考慮資金、保障需求的技術指標等。理想狀態是直線油泵輸出井數量能同時滿足所有機位同時工作需要。

同時直線油泵機房設計時應考慮通風設計，直線油泵系統長時間工作時會產生大量熱量，良好的通風設計可以保證系統更長時間的穩定工作。

3 直線油泵的輸出控制

直線油泵主要目的是輸出符合飛機檢測維護壓力、流量、污染度需求的液壓動力源，由于飛機檢測時的作動筒動作是瞬時動作，在信號圖形表達上是一個隨機上升沿動作信號，同時液壓系統的柱塞式油泵的輸出壓力是具有一系列脈沖變化的輸出，雖然直線油泵系統從硬件上采取增加氣囊式蓄能器減小了柱塞式油泵的輸出壓力脈沖，但是對動作瞬間的壓力沖擊受限于氣囊式蓄能器容積并沒有有效的解決。因此需要采取一定的控制算法來對輸出性能進行改進提高。

雖然實際研究和應用中出現了模糊控制、神經網絡算法、蜂群算法等智能控制算法，但是實際使用中并沒有得到廣泛使用，基本上仍處于理論研究和小范圍應用階段，目前在機電設備控制領域的控制算法上常用的還是經典控制理論中的PID控制算法。經典PID控制算法出現以來，在社會生產的各個行業中得到了廣泛應用，經典PID控制算法是按照需求值與測量值差值的比例(P)、積分(I)、和微分(D)進行控制的。PID控制系統原理如圖2所示。PID 控制算法因為實現簡單方便、運行穩定可靠的特點，已經成為工程控制領域工程師必須掌握的一種基本技能。PID 控制算法在生產實際中使用的優良效果得到了廣泛證實。在計算機技術得到廣泛應用之前，它是單一邏輯開關控制之外，最可靠的實際應用控制算法解決方案。即使現在提出和應用了許多智能控制算法，由于這類算法需要較高的工程技術水平，并沒有在工程控制領域得到普遍應用。在一線生產過程中占據絕對優勢、使用最廣泛的仍然是PID算法。

圖2 PID控制系統原理

由于直線油泵輸出根據飛機作動動作響應，是一種典型的階躍響應，在控制時很容易出現超調現象，采用改進的步進式PID算法，使輸出動作的階躍響應分解為多個步長有限的階躍響應，從而使輸出信號逐步逼近，可以得到穩定的輸出信號，比較適合直線油泵的壓力調節環節。

因此直線油泵控制系統通過采用經典PID控制算法和改進的步進PID控制算法，對輸出壓力、輸出流量進行雙反饋控制可以使直線油泵輸出的壓力、流量性能得到較高的穩定性。原理框圖如圖3所示。

圖3 直線油泵雙反饋壓力、流量系統的結構

4 工作工況環境對比分析

我國國土廣闊，環境復雜，不同季節不同地方，外界環境差別有巨大差異，直線油泵由于需要部署在全國各地機場，因此需要適應各地不同積極的工況環境，由于直線油泵與航空地面液壓車的主要差別在于動力系統，航空地面液壓車的動力系統使柴油發動機受低溫、海拔影響較大，直線油泵動力系統采用電動機作為動力源，由于高海拔地區氣壓低、電子自由運動狀態加強，空氣電氣絕緣程度下降，導致各類電氣設備絕緣的放電電壓下降，同時高海拔地區空氣密度相對低海拔地區較小，空氣運動能力降低，影響電氣設備被動散熱能力，所以電動機的絕緣、散熱受海拔高度影響較大，通過對電動機線圈加強絕緣，提供絕緣等級、被動散熱改進為主動風扇強制散熱可以有效解決海拔高度對電動機的性能影響，由于直線油泵安裝在固定的機房內，與航空地面液壓車在室外工作環境不同，低溫、高溫、濕熱等環境可以通過對直線油泵機房進行環境溫度調節、加強通風除濕等手段消除影響。

5 結束語

通過對直線油泵主要技術的初步研究，直線油泵可以解決現有航空地面液壓車維護工作多，維護人員多，受環境影響大的缺陷，如果得到廣泛應用可以較好適應新機液壓系統檢測維護的要求。