液壓沖擊及飛機(jī)液壓系統(tǒng)的緩沖措施

魏 映，王緒奇

（空軍第一航空學(xué)院航空機(jī)械工程系，河南 信陽 464000）

液壓沖擊及飛機(jī)液壓系統(tǒng)的緩沖措施

魏 映，王緒奇

（空軍第一航空學(xué)院航空機(jī)械工程系，河南 信陽 464000）

從日常生活入手，闡述了液壓沖擊的危害，分析了產(chǎn)生的機(jī)理，對(duì)液壓沖擊值進(jìn)行了估算，并結(jié)合飛機(jī)液壓系統(tǒng)，闡述了減小液壓沖擊的具體措施。

飛機(jī)；液壓沖擊；流量；緩沖

日常生活中，開大的水龍頭被迅速關(guān)閉時(shí)，有時(shí)會(huì)聽到水在管道中猛烈的沖擊聲，并伴隨著水管振動(dòng)，這就是液壓沖擊。

在液壓系統(tǒng)中，當(dāng)油液迅速換向或滯止時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生壓力的劇烈變化，形成瞬時(shí)的壓力峰值，造成系統(tǒng)的振動(dòng)、噪音等，這種現(xiàn)象稱為液壓沖擊。液壓沖擊的危害主要有4個(gè)方面：

（1）系統(tǒng)中的部分元部件如管道、儀表等，因受到過高的液壓沖擊力而遭到破壞，一般來說，液壓沖擊力可以達(dá)到普通工作壓力的3～4倍。

（2）系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，會(huì)受到液壓沖擊的影響，如壓力繼電器會(huì)因液壓沖擊而發(fā)出錯(cuò)誤信號(hào)，干擾液壓系統(tǒng)的正常工作。

（3）系統(tǒng)在受到液壓沖擊時(shí)，發(fā)出較大的噪聲和振動(dòng)，并可能令連接件松動(dòng)和壓力閥調(diào)節(jié)壓力改變，并出現(xiàn)泄漏。

（4）在液壓沖擊過程中，導(dǎo)管中形成的高頻率的重復(fù)載荷，容易使導(dǎo)管疲勞損壞。實(shí)驗(yàn)表明，某種導(dǎo)管在承受靜載荷時(shí)，使它破壞的油液壓力高達(dá)50～60MPa，但在高頻率的重復(fù)載荷作用下，油液壓力為7.5～10MPa時(shí)，導(dǎo)管就可能損壞。

目前，飛機(jī)的液壓系統(tǒng)正向在高壓、大流量方向發(fā)展，液壓沖擊產(chǎn)生的后果更嚴(yán)重。因此，對(duì)于飛機(jī)的液壓系統(tǒng)來說，了解液壓沖擊產(chǎn)生的原因和預(yù)防液壓沖擊很重要。

1 液壓沖擊產(chǎn)生的原因

液壓沖擊的主要原因，是油液流速發(fā)生急劇變化。流速容易急劇變化，主要有以下幾種情況：閥門的驟然關(guān)閉和開啟，部件運(yùn)動(dòng)到終點(diǎn)，元件反應(yīng)動(dòng)作不靈敏，液壓泵工作不正常等，這些情況，液壓系統(tǒng)內(nèi)部都會(huì)產(chǎn)生液壓沖擊。

閥門驟然開啟時(shí)，液壓泵輸出的油液，經(jīng)過閥門進(jìn)入動(dòng)作筒，推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，如果閥門驟然關(guān)閉，液體流速將隨之驟然降低到零，在這一瞬間，液體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能，使液體壓力突然升高，并形成壓力沖擊波。

迅速打開閥門的瞬間，液壓泵到動(dòng)作筒的一段管路內(nèi)，也會(huì)產(chǎn)生液壓沖擊。由于動(dòng)作筒所帶動(dòng)的部件具有慣性，打開閥門的瞬間，不能立即作相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。這時(shí)，液壓泵輸出的油液迅速向管路內(nèi)原有的低壓油液傳遞壓力，使之逐層受到壓縮。所以在極短的時(shí)間內(nèi)，油液能依次向動(dòng)作筒方向移動(dòng)微小的距離，并依次取得一定的速度。當(dāng)這個(gè)速度傳到動(dòng)作筒的活塞處，由于受到活塞的阻擋，速度突然減小，從而產(chǎn)生了液壓沖擊。動(dòng)作筒所帶動(dòng)的部件越重，則慣性越大，油液在活塞處的減速度越大，管路中的液壓沖擊也就越劇烈。

部件運(yùn)動(dòng)到終點(diǎn)時(shí)，動(dòng)作筒活塞突然停止運(yùn)動(dòng)，油液的流速也突然降低為零。這時(shí)，從液壓泵到動(dòng)作筒的整個(gè)管路內(nèi)，就會(huì)產(chǎn)生液壓沖擊，沖擊情況與突然關(guān)閉閥門相似。

液壓系統(tǒng)中某些元件反應(yīng)動(dòng)作不靈敏，也可能造成液壓沖擊。如限壓式變量泵，當(dāng)壓力升高時(shí)不能及時(shí)減小排量，而造成壓力沖擊；溢流閥不能迅速打開，而造成過大壓力超調(diào)等。

2 液壓沖擊值的估算

液壓沖擊屬于管道中液體非定常流，是一種動(dòng)態(tài)過程。其影響因素甚多，可用估算方法確定沖擊壓力值。從液壓沖擊的過程可以看出，液壓沖擊的壓力波可分為壓縮波、放松波、拉松波和恢復(fù)波這4個(gè)過程，壓縮波引起的壓力增加值Δp最大，下面估算液壓沖擊時(shí)的壓縮波的壓力增加值Δp。

圖1 液壓沖擊形成過程中的壓縮波

圖1所示為閥門突然關(guān)閉時(shí)，液壓沖擊形成過程中的壓縮波。圖中mn這層液體，其右邊m—m截面處的壓力為p0+Δp，左邊n—n截面處的壓力為p0，液體層的流速為v0，在Δt時(shí)間內(nèi)，作用于液體層上的外力P沿流動(dòng)方向的沖量為

由Δp的表達(dá)式可以看出，液壓沖擊所產(chǎn)生的壓力增量Δp，與油液密度ρ，流動(dòng)速度ν0和壓力波在液體中的傳播速度c成正比。

根據(jù)理論計(jì)算

其中，

Ey為液體的體積彈性系數(shù)；

E為導(dǎo)管材料的彈性系數(shù)。若將管壁看作是絕對(duì)剛性的，則

如果采用的導(dǎo)管是鋼質(zhì)的，E=2.14×105MPa

3 飛機(jī)液壓系統(tǒng)的緩沖措施

從沖擊力的估算可知,延長(zhǎng)閥門的關(guān)閉時(shí)間，降低導(dǎo)管內(nèi)液體的流動(dòng)速度，縮短閥門到油箱間管路的長(zhǎng)度等辦法，都可以減輕液壓沖擊。液壓系統(tǒng)中用來緩沖的方法較多，飛機(jī)液壓系統(tǒng)采用的緩沖方法，主要有以下數(shù)種。

3.1 液壓泵設(shè)計(jì)為變量泵

飛機(jī)的液壓泵，通常由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)工作，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓系統(tǒng)的液壓能，保證起落架、減速板等傳動(dòng)部分的正常工作。傳動(dòng)部分工作完畢后，油泵的出口壓力達(dá)到最大值，油泵內(nèi)的流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)自動(dòng)將供油量調(diào)節(jié)到零。傳動(dòng)部分工作時(shí)，液壓泵出口壓力降低，其供油量逐漸增大，這種液壓泵可以減小傳動(dòng)部分工作時(shí)，由于流量的突然變化，造成的較大的液壓沖擊，同時(shí)可以避免浪費(fèi)發(fā)動(dòng)機(jī)功率。

3.2 在液壓源中設(shè)置蓄能器、安全閥、緩沖瓶等緩沖附件

飛機(jī)液壓系統(tǒng)液壓源中設(shè)置有蓄能器、安全閥、緩沖瓶等緩沖附件。蓄壓器可儲(chǔ)存一定能量的油液，能吸收脈動(dòng)壓力，防止液壓撞擊。

蓄能器對(duì)液壓泵工作時(shí)，注油量脈動(dòng)引起系統(tǒng)壓力脈動(dòng)，及飛機(jī)液壓電磁突然打開或作動(dòng)筒突然停止時(shí)產(chǎn)生的撞擊，具有較好的改善功能。

安全閥防止系統(tǒng)壓力過高，當(dāng)液壓泵自動(dòng)調(diào)節(jié)失效或液壓沖擊產(chǎn)生較高壓力時(shí)，安全閥工作，防止系統(tǒng)壓力過高。

緩沖瓶亦稱亥姆赫茲共振器，其具有減震功能，一般安裝在液壓泵的出口管路上，當(dāng)液壓泵的出口管路壓力脈動(dòng)頻率與緩沖瓶固有頻率吻合時(shí)，緩沖瓶將產(chǎn)生諧振，吸收管路的脈動(dòng)能量，使管路壓力平穩(wěn)。

3.3 控制管路中油液流動(dòng)速度

從液壓沖擊所產(chǎn)生的壓力增量Δp公式可以看出，管路中流速越大，則部件工作終止時(shí)產(chǎn)生的液壓沖擊越大。因此，飛機(jī)起落架的收放管路、減速板的收放管路等傳動(dòng)部分，在其電磁開關(guān)出油口處設(shè)置有節(jié)流器，限制其管路的流量，降低流動(dòng)速度，保證其收放工作平穩(wěn)，避免較大沖擊。起落架收放管路中為確保放起落架不產(chǎn)生較大沖擊，在起落架收放管路中，還設(shè)置有單向限流活門，限制放起落架的回油流量，提高回油阻力，控制放下速度。

3.4 改進(jìn)部分液壓附件的結(jié)構(gòu)

產(chǎn)生液壓撞擊的根本原因，是液體流速急劇變化，而撞擊的程度(即Δp的大小)，又依油液流速變化的急劇程度而定。液壓系統(tǒng)中，油液流速總會(huì)因液壓泵轉(zhuǎn)速和系統(tǒng)工作狀態(tài)的改變而變化，因此液壓撞擊是不可避免的。但是，飛機(jī)液壓系統(tǒng)中的某些附件，從構(gòu)造方面采取了一些措施后，可以減小油液流速的變化，從而減弱液壓撞擊。

例如，液壓電磁閥，通常都把操縱配油柱塞移動(dòng)的油路做得很小，使配油柱塞移動(dòng)得慢一些，就是為了在配油柱塞打開和關(guān)閉油路時(shí)，使管路中油液流速改變得慢些，以減輕液壓撞擊。有些老式電磁閥、襯筒、配油柱塞上開有小孔，有的配油柱塞上還開有缺槽，這樣可以減緩在配油柱塞打開和關(guān)閉油路時(shí)，管路中油流速的變化，減輕液壓撞擊的作用。

4 結(jié)束語

液壓沖擊是液壓系統(tǒng)中的常見現(xiàn)象，其產(chǎn)生的沖擊力在絕大多數(shù)情況下是有害的，沖擊值的大小，一般用估算方法或?qū)嶒?yàn)方法獲得。為減小液壓沖擊，設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時(shí)，需根據(jù)不同的情況，采用不同的緩沖措施。

[1]李洪人.液壓控制系統(tǒng)[M].北京：國防工業(yè)出版社，1981.

[2]楊培元.液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)[K].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993.

[3]楊國楨.飛機(jī)流體傳動(dòng)與控制[M].西安：空軍工程學(xué)院，1987.

[4]汝少明.殲強(qiáng)飛機(jī)構(gòu)造學(xué)[M].北京:海潮出版社，2006.

Damp Measures of Hydraulic Impact in Aero Plane Hydraulic System

WEIYing,WANGXu-qi
（Aeronautic Mechanical Engineering Department,The 1st Aeronautic Institute of the Air Force,Xinyang Henan 464000,China）

The paper expounds the harm of the hydraulic impact from daily life.The cause of formation of the hydraulic impact is analyzed,and the hydraulic impact value is estimated.Finally the damp measures are discussed in the aero plane hydraulic system.

aero plane;hydraulic impact；flux;cushion

V233.91

B

1672-545X（2011）08-0187-03

2011-05-11

魏 映（1977—），女，河南信陽人，講師，碩士，主要從事液壓傳動(dòng)與控制方面的科研與教學(xué)工作。