起落架液控閥閥芯摩擦特性研究 ①

陳宏勝， 孫 亮， 唐 猛

(1.池州職業(yè)技術(shù)學院 機電與汽車系，安徽 池州 247000；2.合肥工業(yè)大學，安徽 合肥 230000；3.平高集團有限公司，河南 平頂山 467000)

0 引 言

起落架能夠完成起飛、著陸、地面滑行等多種功能，耗散、吸收運動過程各種能量。如：下沉垂直動能，剎車時水平動能[1]。飛機起落架結(jié)構(gòu)如圖1[2]。飛機即將降落時甩出起落架，要確保起落架以高速運動撞擊地面后不被彈回，這就要求液壓缸活塞缸在伸出之后能夠鎖緊，不僅要考慮選擇中位機能為“H”或“Y”三位四通換向閥，而且還要對液控閥閥芯摩擦性能和閥芯腔體油液泄漏性能進行研究[3]。

1 液控閥結(jié)構(gòu)原理

如圖2，在控制口K處沒有壓力油通入時，在彈簧和球形閥芯的作用下，液壓油只能由p1口向p2口流通，不能反向流動，這時它的功能相當于單向閥；當控制口K通入壓力油，控制活塞將閥芯頂開，則可以實現(xiàn)油液由p2到p1的反向流通。由于控制活塞有較大作用面積，所以K口的控制壓力可以小于主油路的壓力[4]。

1-控制活塞，2-推桿，3-閥芯

2 閥芯液動力

2.1 閥芯穩(wěn)態(tài)液動力

將閥芯腔內(nèi)液體作為控制體，列動量方程得[5]

∑F=ρq(β2v2-β1v1)

(1)

閥芯穩(wěn)態(tài)液動力為：

Fbs=ρqvcosφ

(2)

(3)

(4)

將式(3)(4)代入(2)得

(5)

如Cd=0.7，Cv=1，cr=0，w=10mm，φ=69°，Δp=10MPa，xV=1mm，則閥芯穩(wěn)態(tài)液動力Fbs≈50N。當系統(tǒng)出現(xiàn)高壓、大流量，閥心操縱即成為關(guān)鍵問題。

2.2 閥芯瞬態(tài)液動力

開口度發(fā)生變化，腔體內(nèi)長度為l部分液壓油的速度即發(fā)生變化，出現(xiàn)要么加速，要么減速的現(xiàn)象，此刻閥心受制反作用力Fbt——閥芯瞬瞬時變化液動力。當流入閥腔流量q，閥芯截面面積As，油液質(zhì)量m0，閥心移動的速度為v，則有[6]：

(6)

由(4)和A0=wxV可知，流量的變化率dq/dt為：

(7)

將(7)式代入(6)得：

(8)

當液壓油流出閥體內(nèi)腔時，閥芯開口度增大，油液運動速度增大；當閥芯開口度減小時，油液運動速度減小，阻礙閥心運動。

3 閥芯卡緊力

當徑向不平衡力作用于閥芯時，閥芯在運動過程中必然會與閥體內(nèi)部腔體發(fā)生碰撞、摩擦，致使閥心在運動過程中受到的阻力便會大大增加。徑向不平衡力估算公式[7-9]：

(9)

式中，Δp=p1-p2；Δr=r1-r2；h1=h0-ecosθ，h0為閥芯與閥套同心時大端的縫隙值。

由式(9)，并設(shè)在閥芯大端已接觸閥套，即e=h0時，令D=2r1則得

(10)

當Δr/h0=0.9時有極值，故有

Fmax0.27lDΔp

(11)

設(shè)摩擦系數(shù)為f，則閥芯最大摩擦阻力為：

Ft=0.27flDΔp

(12)

卡緊力增大導致結(jié)構(gòu)磨損量加劇，同時伴隨著飛機起降次數(shù)的增加導致磨損量的堆積，致使運動副表面銹蝕，從而導致摩擦系數(shù)增大[10]。

4 起落架伺服系統(tǒng)模型構(gòu)建

起落架伺服系統(tǒng)模型如圖3所示，將溢流閥并聯(lián)在變量泵的出口進行安全保護，溢流閥閥芯鎖緊[8]。蓄能器釋放方波電信號控制變量泵啟停，并在蓄能器出口連接兩條之路，一支路為低壓回路控制伺服閥導閥錐閥閥芯，另一支路為高壓回路控制伺服閥主閥滑閥閥芯[9]。當液壓油壓力達到導閥彈簧調(diào)定壓力值時，導閥閥芯開啟，主閥閥芯開啟，高壓油液流入振動缸腔體對活塞連桿做功，推動外部負載運動。缸體一端連接著傳感器用來檢測缸體位移信號，將反饋信號與期望信號進行比較形成誤差信號，并運用線性控制器進行控制直至誤差信號值為零。

1-位移信號源；2-增益環(huán)節(jié)；3,4-控制器；

運用AMESim軟件選用摩擦系數(shù)這一變化參數(shù)描繪起落架性能影響如圖4所示。

圖4 摩擦系數(shù)對起落架性能影響

由圖3可知，摩擦系數(shù)增大，卡緊力增大，導致起落架收放速度存在一定的滯后現(xiàn)象。應(yīng)對關(guān)鍵聯(lián)動部位進行適當潤滑或及時更換損壞襯套和軸承。

5 閥芯泄露特性

當滑閥應(yīng)用于伺服閥時，設(shè)滑閥閥芯直徑為d，閥芯于閥體間隙大小為h，間隙長度為l，則間隙流量為[11]：

(13)

液控閥密封故障是導致油液泄漏最常見的問題。如圖5所示。運用AMESim元件選擇不同的泄漏系數(shù)，研究起落架收放系統(tǒng)性能。

由圖4可知，閥芯泄漏對起落架的收起影響較大，對于放起落架過程影響較小。當閥芯泄漏參數(shù)增大，速度變慢，效率降低，從而影響起落架收放。對于放起落架而言，由于驅(qū)動力取決于負載，因而閥芯泄露不會對放起落架影響。

圖5 泄露參數(shù)對起落架性能影響

6 結(jié) 語

(1)摩擦系數(shù)增大，卡緊力增大，導致起落架收放速度存在一定的滯后現(xiàn)象。應(yīng)對關(guān)鍵聯(lián)動部位進行適當潤滑或及時更換損壞襯套和軸承。

(2)減小油液泄漏，可在活塞上開環(huán)形均壓槽。提高間隙密封的效果，使油液的泄漏量減少；阻止活塞軸線的偏移，利于保持配合間隙，保證潤滑效果，減少活塞與缸壁的磨損。