可調(diào)噴口試驗(yàn)器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李樹(shù)舉，黃 錳，張積瑜

（1.中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)計(jì)算技術(shù)研究所有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110168；2.中航工業(yè)沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī) (集團(tuán))有限責(zé)任公司軍代表室，遼寧 沈陽(yáng) 110043；3.中航工業(yè)沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī) (集團(tuán))有限責(zé)任公司機(jī)匣加工廠(chǎng)，遼寧 沈陽(yáng) 110043）

一、引言

組裝后的發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)可調(diào)噴口進(jìn)行作動(dòng)筒移動(dòng)的同步性和協(xié)調(diào)性試驗(yàn)、液壓系統(tǒng)的密封性試驗(yàn)，以及調(diào)整狀態(tài)操縱器角度與噴口直徑的對(duì)應(yīng)關(guān)系試驗(yàn)至關(guān)重要，發(fā)動(dòng)機(jī)可調(diào)噴口試驗(yàn)器正是為滿(mǎn)足上述各項(xiàng)試驗(yàn)要求而設(shè)計(jì)。

二、可調(diào)噴口試驗(yàn)器的工藝特點(diǎn)及技術(shù)要求

1.工藝特點(diǎn)

使用本試驗(yàn)器時(shí)，由操縱盒、可變電阻傳感器及可變電阻器組成的狀態(tài)操縱器與可調(diào)噴口配套調(diào)整，并成套地組裝在同一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)上，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)試車(chē)時(shí)“最大狀態(tài)”、“最小加力狀態(tài)”至“全加力狀態(tài)”的調(diào)整。

2.技術(shù)要求

(1)基本技術(shù)參數(shù)。

①工作介質(zhì)：航空液壓油Y H-1 0。

②工作壓力：1 7.5～2 0.5 M P a。

③密封試驗(yàn)壓力：2 5±1 M P a。

④溫度：5～3 5℃。

(2)工藝要求。

①?lài)娍诘臓顟B(tài)轉(zhuǎn)換能自動(dòng)記時(shí)。

②作動(dòng)筒的同步性和協(xié)調(diào)性調(diào)整通過(guò)調(diào)節(jié)節(jié)流嘴獲得。

③滿(mǎn)足操縱桿旋轉(zhuǎn)角與噴口直徑的對(duì)應(yīng)關(guān)系

④操作桿處在不同的角度時(shí)，相應(yīng)的指示燈應(yīng)亮。

⑤在2 5±1 M P a壓力下做密封試驗(yàn)，所有管接頭處不能漏油。

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)器主要由操縱臺(tái)、液壓系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)幾大部分構(gòu)成。各顯示儀表、操作手柄及電氣按鈕等都安裝在操縱臺(tái)上，氣動(dòng)系統(tǒng)是為噴口直徑測(cè)具配備。液壓系統(tǒng)是試驗(yàn)器的核心，下面重點(diǎn)探討。

1.液壓系統(tǒng)構(gòu)成

為了滿(mǎn)足上述工藝要求，在設(shè)計(jì)該試驗(yàn)器的液壓系統(tǒng)時(shí)應(yīng)模仿飛機(jī)上的液壓系統(tǒng)，但飛機(jī)上的液壓系統(tǒng)對(duì)作動(dòng)筒的控制工作壓力為1 7.5～2 0.5 M P a，而本試驗(yàn)器除了對(duì)作動(dòng)筒的操縱外，還要對(duì)可調(diào)噴口液壓系統(tǒng)做密封性試驗(yàn)，密封試驗(yàn)的壓力為2 5±1 M P a，因此解決系統(tǒng)工作壓力與密封試驗(yàn)壓力之間的矛盾是本試驗(yàn)器設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題。

(1)執(zhí)行元件，即本試驗(yàn)器的被試件作動(dòng)筒。在該發(fā)動(dòng)機(jī)可調(diào)噴口上有三個(gè)作動(dòng)筒，其中一個(gè)作動(dòng)筒上帶有反饋傳感器，以測(cè)量作動(dòng)筒的移動(dòng)位置。每個(gè)作動(dòng)筒的進(jìn)出口均裝有同步活門(mén)。

(2)方向控制回路，選用發(fā)動(dòng)機(jī)液壓系統(tǒng)中三位四通電磁活門(mén)控制作動(dòng)筒活塞的進(jìn)退。

(3)密封試驗(yàn)回路，為了達(dá)到密封試驗(yàn)的目的，有兩種方案可供選擇，其一，直接選用大于2 5 M P a的液壓泵作密封性試驗(yàn)。為了達(dá)到1 7.5~2 0.5 M P a的工作壓力，作動(dòng)筒的操縱回路采用減壓閥減壓。其二，選用能滿(mǎn)足工作壓力1 7.5~2 0.5 M P a的液壓泵直接驅(qū)動(dòng)作動(dòng)筒。做密封試驗(yàn)采用增壓的辦法。前一種方案造價(jià)較高，同時(shí)溢流閥在高壓下工作時(shí)發(fā)熱較大，故不選用。本試驗(yàn)器選擇第二種方案。

2.液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

考慮到在密封性試驗(yàn)時(shí)液壓操縱系統(tǒng)的液壓元件不被破壞，用三通閥將液壓操縱系統(tǒng)與增壓系統(tǒng)隔離。增壓器的運(yùn)動(dòng)用二位四通電磁閥控制。另外，在需要測(cè)壓的地方加上壓力表。綜合考慮上述各因素后構(gòu)成了如圖1所示的液壓原理圖。

3.試驗(yàn)器設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)器的工作原理：首先啟動(dòng)液壓泵給系統(tǒng)供油，此液壓泵為壓力補(bǔ)償變量泵。在泵的出口處裝有蓄能器，作為輔助動(dòng)力源，可充分利用設(shè)備的功率，降低電功率消耗，從而降低了設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用。在泵的入口及出口均裝有過(guò)濾器。系統(tǒng)的壓力由溢流閥1 6調(diào)定，其工作壓力由壓力表1 7顯示，調(diào)定工作壓力為2 0.5 M P a。電磁活門(mén)的作用是通過(guò)控制電橋的平衡來(lái)控制電磁活門(mén)換向，從而準(zhǔn)確地控制作動(dòng)筒的位置。三通閥8的作用是隔斷液壓操縱系統(tǒng)與密封試驗(yàn)系統(tǒng)，使其工作時(shí)互不干涉。電磁換向閥1 5控制增壓器增壓，以滿(mǎn)足密封試驗(yàn)的要求。溢流閥1 3可準(zhǔn)確調(diào)整密封試驗(yàn)壓力。針形閥1 4密封試驗(yàn)后釋放系統(tǒng)壓力并使其回油箱。油箱上裝有冷卻水管，當(dāng)油溫超過(guò)2 5℃時(shí)進(jìn)行冷卻，確保液壓系統(tǒng)油溫在規(guī)定的范圍內(nèi)。

(1)液壓泵的選擇。

液壓泵工作壓力的確定：PP=P1+∑△P

式中：P1——液壓執(zhí)行元件的工作壓力，即P1=1 7.5~2 0.5 MPa，取P1=2 0.5 MPa；

∑△P——泵到液壓執(zhí)行元件間的總管路損失，取∑△P=0.5 MPa。

則液壓泵的最大工作壓力PP=20.5+0.5=21MPa。

由于本系統(tǒng)采用蓄能器作輔助動(dòng)力源，選擇液壓泵可不考慮系統(tǒng)的流量。再綜合考慮系統(tǒng)的節(jié)能需求，故可選用壓力補(bǔ)償變量泵Z B 3 4—E，其最大工作壓力Pmax=2 1.0 5 MPa，最大流量Qmax=0.2 5×1 0-3r/m i n。

(2)蓄能器的選擇。

由于作動(dòng)筒工況屬于短時(shí)間快速運(yùn)動(dòng)，故可用蓄能器來(lái)補(bǔ)充供油，其有效工作容積為：

式中：A——液壓缸有效作用面積，m2；

L——液壓缸行程，m；

K——油液損失系數(shù)，一般取K=1.2；

Q——液壓泵流量m3/s；

t——?jiǎng)幼鲿r(shí)間，s。

由于此液壓泵在最大壓力為Pmax=2 1.0 5 MPa時(shí)，其輸出流量為0。故按QP=0作為蓄能器選用的依據(jù)。

蓄能器的容量計(jì)算：V0=[V3(P1/P0)1/n]/[1-(P1/P0)1/n]

式中：V0——所需蓄能器的容積，m3；

P0——充氣壓力，P a；

Vx——蓄能器的工作容積，m3；

P1——系統(tǒng)最低壓力，P a；

P2——系統(tǒng)最高壓力，P a；

n——指數(shù)，等溫時(shí)取n=1，絕熱時(shí)取n=1.4。

取P0=1 0×1 06P a

取n=1.4

查樣本蓄能器選用N X Q-1 0，其容積L＝1 0×1 0-3m3，壓力P=3 2 M P a。

(3)電動(dòng)機(jī)功率的確定

查樣本選用7.5 k W的電動(dòng)機(jī)。

(4)元件及輔件的選擇

據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和通過(guò)閥的實(shí)際流量選擇各元器件。

四、效果

第一，本試驗(yàn)器液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，一次試車(chē)成功。第二，試件作動(dòng)筒為短時(shí)間快速運(yùn)動(dòng)，故采用蓄能器作輔助動(dòng)力源，降低了電功率的消耗和設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用。第三，本試驗(yàn)器已成功應(yīng)用于某航空發(fā)動(dòng)機(jī)可調(diào)噴口試驗(yàn)中。試驗(yàn)器采用的增壓方式降低了設(shè)備的造價(jià)，節(jié)約了能源，可廣泛應(yīng)用于同類(lèi)試驗(yàn)設(shè)備中。

[1]雷天覺(jué).新編液壓工程手冊(cè)[M].

[2]液壓元件產(chǎn)品樣本[M].機(jī)械工業(yè)出版社.

[3]官忠范.液壓傳動(dòng)系統(tǒng)[M].

[4]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].化學(xué)工業(yè)出版社.