液压加载系统设计与调试

高　巍(中航工业集团公司沈阳发动机设计研究所,沈阳　110015)



液压加载系统设计与调试

高巍
(中航工业集团公司沈阳发动机设计研究所,沈阳110015)

摘 要：液压加载设备是航空发动机整机试车台必备设备。传统液压加载设备存在无法兼容多型号航空发动机加载试验要求、加载流量可调范围小，工人试验前准备工作量大等缺点。为解决这些缺陷，提高工作效率，设计一套新型液压加载设备，采用电液比例阀控制加载流量，实现加载流量无级可调，可兼容多种型号液压泵加载试验技术要求。

关键词：液压加载；系统设计；流量调节

0　引言

飞行员在调整飞机飞行姿态、收放起落架等部件时需要利用液压系统驱动执行元件，液压系统的功率来源便是发动机。液压加载系统是为了模拟飞机液压泵工作，提取发动机功率并对液压系统内各参数进行测量，评测液压泵在提取发动机部分功率后，对发动机运转的影响。它包括供、回油管路、液压泵、测控制系统、电液比例阀、冷却系统五部分组成。其系统原理图如图1所示。

图1　液压加载系统原理图

1　典型液压泵主要技术参数

输入功率：131kW。液压油牌号：YH-10。过滤精度：5～8μm。泵进口工作液压力： 0.392±0.2MPa。工作压力：。额定增压值：。最大流量：215L/min。泵出口工作液压力：在26～28MPa范围内按特性线变化。

工作温度：a.环境温度为-60～+120℃，短期允许+200℃（短期指液压泵每工作1h，其间不大于8min的某时间段）;b.泵进口工作液温度不高于125℃。

2　供油部分设计

依据液压泵进油口压力要求，设计一个密闭油罐，地面油泵将液压油打入密闭油罐内，将氮气注入密闭油罐，使油罐内液压油压力提升至液压泵进口需要的0.392±0.2MPa，另外需要在密闭油罐上加装安全阀组，防止气压过大造成液压泵进口油压超压；

管路最大流量为215L/min，按压力油管道流速推荐值2.5m/s查《流量、流速及管子尺寸表》[1]，选低压管路为DN50，高压管路DN32，管路材质为不锈钢无缝钢管。

3　液压加载系统调整流量方式：

液压加载试验要求液压泵在不同的工作流量下对发动机进行功率提取，且系统一直维持高压。传统液压泵加载设备利用多套节流喷嘴切换实现对流量的控制。在设备调试阶段需通过试验得出不同通径的节流喷嘴在工作压力下的流量特性；此种设计许投入大量时间及资金进行流量特性试验。为节约资金及调试时间，选用电液比例阀对液压泵高压出口管路进行流量调节。此种流量调节方式优点是调节范围大，调节方便，可兼容多种型号液压泵，但对液压油固体污染度要求较高。为保证液压加载系统工作范围足够宽广，设计两套流量调节管路，一路为大通径（DN20），串装大流量电液比例阀；一路为小通径（DN10）串装小流量电液比例阀。两套节流管路都安装一个电液单向阀控制其通断。两套管路并联后接入液压加载系统，其中小通径管路中加装一个小量程流量计，防止小通径管路单独工作时液压加载系统中大量程流量计测量数据不准。

4　液压加载系统散热

液压加载系统中无执行元件，液压泵提取的功率大部分能量均转化成热量，使液压油温度上升，降低液压油的黏性及润滑性，严重时会使液压油变质污染，造成液压元件损坏。所以需要在系统回油管路上加装冷却器冷却液压油。使液压油的工作温度不高于80摄氏度。

冷却器散热面积计算如下：

按液压泵最大流量计算，液压泵功率为131Kw。可近似认为液压泵的功率就是冷却器的散热功率。那么，冷却器的散热面积计算如下：

式中

H——冷却器散热功率，取液压泵的输出功率即131Kw；

k——冷却器传热系数，板式换热器取300W/(m2K)；

5　减震措施

现代飞机液压系统多用变量柱塞泵。其脉动的流量特性输出会产生压力脉动，使液压管路产生强迫振动，当液压泵的脉动频率与流体之谐振频率相接近时，振动会进一步加强。所以设计的液压管路的固有频率必须高于液压泵最高脉动频率的1.5～1.2倍。防止液压管路振动损坏液压泵等液压元件，在液压管路与重要液压元件（如液压泵、电液比例阀等）连接处加装液压软管总成，借以吸收不锈钢液压管路传导的振动。另外，液压泵启动时液压系统管路瞬时压力过大。针对此问题，在电液比例阀进油口处加装蓄能器，对液压加载系统内的压力、流量脉动进行缓冲。

式中

V0——蓄能器容量；

m——液压油质量；

p1——系统允许的最大冲击力；

p0——蓄能器充气压力，一般取系统工作压力的90%；

0.285——当蓄能器快速释放能量时多变指数；

经计算，蓄能器容量约为1.8升。查样本选蓄能器容量为2.5升。

6　试验过程中遇到的问题

转接段焊口开裂（连接液压泵高压口与液压软管总成）。转接段结构如图2所示。焊口开裂多发生于平管嘴、钢管与立方体弯头焊接处。平管嘴、钢管与立方体弯头是插接焊接结构。焊缝形式为角焊缝。此种结构的优点是氩弧焊后管路内部无焊瘤，可保证在高压场合下管路内部的清洁。缺点是焊接时熔池无法渗透管壁，焊接强度无法保证。改进措施为重新设计转接段，其结构如图3所示，取消立方体弯头，使转接段焊缝尽量少；钢管与管接头焊接采用图4所示结构，将焊缝改为1型焊缝（对接焊），焊接时在转接段内通氩气，既可以保证管路内壁上不形成焊瘤，又可保证焊接强度。

图2　原液压泵高压口转接段结构

图3　改进后液压泵高压口转接段结构

图4　改进后平管嘴结构

液压加载试验中，出现过大流向比例阀单独工作时液压加载系统压力不正常。经反复试验排故，确定为电液比例阀执行机构在激励电流下不动作导致电液比例阀节流口全开，液压系统相当处于卸荷状态。造成这种故障的原因是液压系统工作液固体污染度等级过高，造成电液比例阀芯卡滞。将电液比例阀返厂维修并将系统内液压油用滤油车过滤，直至油液固体污染度按GJB420A-1996为7级以内后，恢复液压加载系统管路，系统工作恢复正常。

7　结论

通过引入电液比例阀进行流量控制，液压加载设备较原有加载设备调节流量范围更加广泛，可兼容多种液压泵型号，工人试验工作量大大降低，通过长期使用考核，其可靠性也较原有液压加载设备有所提高。

参考文献：

[1]成大先.机械设计手册[M].2011.

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