液壓系統(tǒng)原理性試驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)研究

摘 要：液壓系統(tǒng)原理性試驗(yàn)平臺(tái)可以作為液壓系統(tǒng)在型號研制過程中的一個(gè)預(yù)研和研究性平臺(tái)，可以完成從液壓附件到系統(tǒng)建立的一系列創(chuàng)新設(shè)計(jì)試驗(yàn)工作。該文給出了多泵多體制原理性試驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：多泵 管路 負(fù)載 油箱

中圖分類號：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（b）-0049-02

在大型客機(jī)液壓能源系統(tǒng)基本完成原理性設(shè)計(jì)（液壓原理圖）和主要元附件定型后，出于對設(shè)計(jì)驗(yàn)證和支持適航的要求，在進(jìn)行機(jī)上功能試驗(yàn)和全機(jī)地面模擬試驗(yàn)（鐵鳥試驗(yàn)）之前，對液壓系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)級試驗(yàn)。在試驗(yàn)臺(tái)上安裝各種測試傳感器，通過測試結(jié)果分析比對，修改原設(shè)計(jì)方案，進(jìn)而達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)和適航驗(yàn)證的目的。目前國內(nèi)尚無完善的類似原理性試驗(yàn)平臺(tái)，民航飛機(jī)液壓維修部件測試臺(tái)也長期依賴進(jìn)口；相關(guān)科研人員匱乏，自主創(chuàng)新能力不足；隨著國家民用航空的發(fā)展，系統(tǒng)設(shè)計(jì)、集成與試驗(yàn)?zāi)芰Φ闹匾酝伙@。

1 先進(jìn)性和特色

多泵多體制液壓系統(tǒng)原理性試驗(yàn)平臺(tái)主要用于液壓系統(tǒng)工作原理設(shè)計(jì)驗(yàn)證使用，希望通過本設(shè)備的研制，獲得先進(jìn)的飛機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，研究對象豐富，研究內(nèi)容齊全、包括多泵流量匹配特性、壓力脈動(dòng)特性、油箱蓄壓器容積匹配特性、溫升特性、管路振動(dòng)特性及導(dǎo)管連接方法等。

試驗(yàn)平臺(tái)主要具有以下幾項(xiàng)特色：

（1）為液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供原理性試驗(yàn)研究支撐。

（2）探索不同壓力級別的液壓系統(tǒng)特性。

（3）同一試驗(yàn)臺(tái)同時(shí)模擬對稱負(fù)載、不對稱負(fù)載及大流量負(fù)載等多種負(fù)載。

（4）同一試驗(yàn)臺(tái)上同時(shí)開展對壓力脈動(dòng)、管路振動(dòng)、溫升等特性分析。

（5）采用模塊化設(shè)計(jì)方法，對泵源模塊、負(fù)載模塊、自增壓回路等進(jìn)行分塊分析。

（6）通過實(shí)驗(yàn)臺(tái)搭建過程，探索自增壓油箱設(shè)計(jì)方法。

（7）為后續(xù)開展液壓系統(tǒng)故障診斷及健康管理方法等研究奠定實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

液壓系統(tǒng)包括了泵源模塊、管路模塊、負(fù)載模塊、油箱模塊和冷卻模塊等。液壓系統(tǒng)圖布局見圖1。

3.1 泵源模塊設(shè)計(jì)

泵源模塊主要由液壓泵Ⅰ～Ⅳ、壓力油濾、回油油濾、殼體回油油慮、溢流閥、單向閥及閥塊等元件組成。兩組3 000 psi泵（泵I、泵III），泵I選用排量32 mL/rev，工作壓力3 000 psi的柱塞泵；泵III選用排量16 mL/rev，工作壓力3000psi的柱塞泵。兩組5 000 psi級別泵（泵II、泵IV），泵II選用排量40 mL/rev，工作壓力5 000psi的柱塞泵；泵IV選用排量16 mL/rev，工作壓力5 000 psi的柱塞泵。全部泵都采用交流變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，使得這四個(gè)泵可以滿足試驗(yàn)所需求的高/低轉(zhuǎn)速，不同壓力和不同流量需求等各種工況。單向閥、溢流閥都選用插裝式或管式連接，減少了安裝空間，便于閥塊安裝，讓系統(tǒng)更加美觀。泵源模塊液壓原理圖如圖2所示。

2.2 管路模塊設(shè)計(jì)

管路模塊為一鋼結(jié)構(gòu)焊接框架，框架內(nèi)部設(shè)置有各種滑動(dòng)槽和定位孔，框架內(nèi)固定管路的卡口（Z軸）、支架（X軸，Y軸）可在框架內(nèi)組合移動(dòng)，在三個(gè)方向上（X軸-Y軸-Z軸）滿足管路安裝固定要求，從而可以驗(yàn)證各種管路布置模式對管路振動(dòng)的影響。管路末端安裝有兩個(gè)固定式的手動(dòng)截止閥連接口，可以在不關(guān)閉系統(tǒng)的情況下對管路進(jìn)行調(diào)整和更換?？蚣艿锥税惭b有滴油盤，可以收集系統(tǒng)運(yùn)行和管路安裝拆卸時(shí)泄漏的油液。管路模塊結(jié)構(gòu)見圖3。

2.3 負(fù)載模塊設(shè)計(jì)

負(fù)載模擬模塊包括兩路對稱負(fù)載和一路不對稱負(fù)載。對稱負(fù)載采用比例流量閥與手動(dòng)節(jié)流閥來模擬流量，流量2～120L/min連續(xù)可調(diào)，流量控制精度不大于±5%。不對稱負(fù)載由電液伺服閥、單出桿液壓缸組成，通過位置控制伺服系統(tǒng)模擬作動(dòng)系統(tǒng)，對頂油缸采用力反饋伺服控制對不對稱負(fù)載進(jìn)行加載。通過對預(yù)選參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，選出對應(yīng)伺服閥參數(shù)，考慮到伺服閥需要在5000 psi壓力下進(jìn)行工作（加載缸伺服閥）。選用最大工作壓力為5000 psi，7MPa下額定流量150 L/min，階越響應(yīng)時(shí)間小于26 ms，滯環(huán)小于4%的電液伺服閥。配合PLC集成的PID控制，可以對作動(dòng)器進(jìn)行精確的位置控制和力加載控制（相應(yīng)仿真說明見第四節(jié)）。

2.4 油箱模塊設(shè)計(jì)

油箱模塊主要由自增壓油箱、蓄能器、優(yōu)先閥、手動(dòng)釋壓閥、阻尼調(diào)節(jié)閥、補(bǔ)油泵和油箱組成。蓄能器容積為5L，預(yù)充氮?dú)鈮毫?000～1400 psig。設(shè)置手動(dòng)釋壓閥，用以調(diào)節(jié)系統(tǒng)油箱油量容積和系統(tǒng)蓄壓器容積匹配特性。設(shè)置優(yōu)先閥用以優(yōu)先穩(wěn)定系統(tǒng)油源自增壓壓力，防止泵源吸油口出現(xiàn)吸空與空穴現(xiàn)象。設(shè)計(jì)油箱總?cè)莘e40 L，注油量28 L，大腔直徑310 mm，小腔直徑50 mm，柱塞長度600 mm。自增壓油箱、蓄壓器、冷卻器及相應(yīng)閥塊統(tǒng)一放置，油箱模塊原理及布局如圖5。

由于系統(tǒng)在進(jìn)行不對稱試驗(yàn)時(shí)需要對加載系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)油，所以這里在系統(tǒng)之外增加了一個(gè)單獨(dú)的補(bǔ)油油箱，補(bǔ)油油箱體積為300 L，油箱上設(shè)置有吸油過濾器、回油過濾器、空氣濾新器、液位計(jì)、溫度傳感器等設(shè)備。補(bǔ)油油箱三維圖如6所示。

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