飛機(jī)模擬機(jī)液壓油冷卻系統(tǒng)研究

摘 要：飛機(jī)模擬機(jī)的動(dòng)力核心是一套液壓系統(tǒng)。通過(guò)液壓系統(tǒng)的工況變化，實(shí)現(xiàn)模擬機(jī)的各個(gè)飛行動(dòng)作。而液壓系統(tǒng)面臨的一個(gè)傳統(tǒng)難題就是液壓油的發(fā)熱，模擬機(jī)液壓系統(tǒng)對(duì)液壓油溫度的要求更加苛刻。不適當(dāng)?shù)挠蜏貏?shì)必會(huì)對(duì)系統(tǒng)性能及設(shè)備壽命造成巨大傷害，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致被迫停機(jī)。模擬機(jī)的運(yùn)作是動(dòng)態(tài)連續(xù)的，那么液壓系統(tǒng)的做功也必然是動(dòng)態(tài)連續(xù)變化的，因而導(dǎo)致液壓油升溫的熱量也是動(dòng)態(tài)變化的。我們所要解決的就是尋求一個(gè)動(dòng)態(tài)冷量，使這個(gè)冷量和使液壓油升溫的熱量達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡，將油溫恒定在最佳工作溫度。

關(guān)鍵詞：液壓油；油溫；冷量；動(dòng)態(tài)平衡

中圖分類號(hào)：V216.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）35-0228-01

1 模擬機(jī)液壓系統(tǒng)概況

模擬機(jī)承載著某型機(jī)的全部飛行培訓(xùn)任務(wù)，每天連續(xù)工作20h，全年基本無(wú)休，工作負(fù)荷非常大，在這樣的環(huán)境下，還要確保模擬機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，難度較大，而油溫是保證這套系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。

需要改造一套冷卻系統(tǒng)，保證液壓油工作溫度控制在35～45℃之間（最好是恒定在這之間的某個(gè)溫度值，波動(dòng)越小越好，越利于系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行），設(shè)置報(bào)警裝置。全年24h連續(xù)工作，可利用率大于96%，設(shè)備運(yùn)行噪音小于68dB。

該模擬機(jī)系統(tǒng)液壓油流動(dòng)情況如圖1所示。

如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力源是兩臺(tái)55kW的液壓泵（峰值是77kW）和一臺(tái)11kW的小型循環(huán)泵。當(dāng)模擬機(jī)開(kāi)啟后，兩臺(tái)液壓泵啟動(dòng)，液壓油開(kāi)始在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，通過(guò)與管道及閥組摩擦產(chǎn)生大量熱能，熱能除一小部分散到空氣中外，大部分被液壓油吸收，油溫開(kāi)始逐漸提升，當(dāng)油溫升至30℃時(shí)，模擬機(jī)才可以進(jìn)行飛行動(dòng)作，這時(shí)一部分能量轉(zhuǎn)化為模擬倉(cāng)飛行動(dòng)作的有用功，仍然有大部分能量通過(guò)摩擦傳入液壓油，在無(wú)冷卻系統(tǒng)或冷卻系統(tǒng)故障的情況下，油溫繼續(xù)升高，當(dāng)升至55℃時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，升至58℃時(shí)，被迫停機(jī)。

2 水冷液壓油冷卻系統(tǒng)研究

水冷系統(tǒng)的終端是輸出一個(gè)冷量[1]，這個(gè)冷量用于平衡液壓油的富余熱量。富余熱量的大小、變化是我們最關(guān)心的參數(shù)?？偰茉椿竞愣ǎ瑑膳_(tái)液壓泵輸出110kW，很少一部分由電機(jī)發(fā)熱散發(fā)到空氣中，大部分轉(zhuǎn)化為液壓油動(dòng)能，液壓油推動(dòng)液壓缸對(duì)模擬倉(cāng)做有用功，在流動(dòng)過(guò)程中，不斷與閥組、管壁摩擦，轉(zhuǎn)化為熱能，一部分散入空氣，大部分熱能導(dǎo)致液壓油溫度不斷升高。

總能源=有用功+液壓油恒溫?zé)崃?富于熱量+散失熱量

總能源恒定，液壓油恒定在38℃所需熱能恒定，散失的能量很少（可認(rèn)為基本恒定），有用功屬于連續(xù)變化量，那么根據(jù)能量守恒定律，富于熱量[3]也是連續(xù)變化的。從而需要一個(gè)連續(xù)變化的冷量與之匹配。

關(guān)鍵在于如何實(shí)現(xiàn)冷量的變化，并且恰好與富余熱量匹配。選用比例式三通電動(dòng)調(diào)節(jié)分流閥，將其溫度傳感器置于輸油管路上，將油溫的變化與閥門(mén)的開(kāi)啟度聯(lián)系起來(lái)，即將油溫的高低與水量的大小聯(lián)系到一起，并且配備旁通，將多余水量回流，以避免憋壓，保證水系統(tǒng)壓力恒定。

溫度傳感器檢測(cè)油溫，反饋給控制器，控制器根據(jù)油溫高低輸出命令給執(zhí)行器，調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)啟度，控制換熱水量與回流水量的大小。

總進(jìn)水量=換熱水量+回流水量

油溫設(shè)定值38℃，當(dāng)檢測(cè)油溫高于38℃，閥門(mén)橫向開(kāi)啟度增大，豎向開(kāi)啟度相應(yīng)減少，換熱水量增大，回流水量相應(yīng)減少；當(dāng)檢測(cè)油溫低于38℃，則反之。這樣就將油溫與換熱水量關(guān)聯(lián)起來(lái)，即實(shí)現(xiàn)了富余熱量與冷量的匹配，富余熱量（油溫）變化，冷量（水量）隨之變化，并保持動(dòng)態(tài)平衡，保證油溫恒定在38℃，波動(dòng)僅±1℃。

模擬機(jī)啟動(dòng)后，液壓系統(tǒng)開(kāi)始循環(huán)，液壓油開(kāi)始升溫，同時(shí)循環(huán)泵也開(kāi)始工作，液壓油進(jìn)入換熱器，水系統(tǒng)循環(huán)泵也隨之啟動(dòng)，循環(huán)介質(zhì)（水或防凍液）開(kāi)始循環(huán)，但并未進(jìn)入換熱器，而是經(jīng)三通閥回流。當(dāng)油溫升至30℃時(shí)，模擬倉(cāng)開(kāi)始模擬動(dòng)作，油溫繼續(xù)升高，當(dāng)油溫升至38℃并有上升趨勢(shì)時(shí)，比例閥開(kāi)始動(dòng)作，水進(jìn)入換熱器，油溫上升速率下降，油溫繼續(xù)升高，水溫升高，回水溫度超過(guò)20℃時(shí)，冷水機(jī)組兩個(gè)壓縮機(jī)開(kāi)始逐個(gè)啟動(dòng)，水溫開(kāi)始下降，油溫下降，經(jīng)過(guò)大約10min，油溫恒定于38℃，進(jìn)水溫度和出水溫度也恒定不變，只是閥門(mén)開(kāi)啟度在有用功大小變化時(shí)進(jìn)行調(diào)整，由于閥門(mén)控制的滯后性，溫度會(huì)有±1℃的波動(dòng)，基本恒定于38℃。

3 總 結(jié)

這種液壓油水冷冷卻系統(tǒng)能夠有效的將油溫恒定在最佳工作油溫，最大偏差僅±1℃，熱交換效率高，可靠性高。冷凍水循環(huán)使用，節(jié)省資源，有效的屏蔽了外界環(huán)境溫度對(duì)模擬機(jī)運(yùn)行的影響，徹底的解決了風(fēng)冷系統(tǒng)存在的噪音問(wèn)題，利用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制水量來(lái)實(shí)現(xiàn)換熱量的控制，可適應(yīng)模擬機(jī)不同工況下?lián)Q熱量的波動(dòng)，能夠始終保持制冷量略大于或等于產(chǎn)熱量，最大限度的節(jié)省能源。

參考文獻(xiàn)

[1]李樹(shù)林，南曉紅，冀兆良.《制冷技術(shù)》.機(jī)械工業(yè)出版社.

[2]陶怡安，傅文德，等.《給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)》.中國(guó)建筑工業(yè)出版社.

[3]陸耀慶，季 偉，等.《供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)》.中國(guó)建筑工業(yè)出版社.

收稿日期：2018-11-3

作者簡(jiǎn)介：李 磊（1986-），男，陜西西安人，工程師，本科，主要從事飛機(jī)數(shù)字化裝備設(shè)計(jì)與氣動(dòng)裝備設(shè)計(jì)工作。