YBC-2 型飛機地面油泵車液壓系統設計

魏曉斌，朱毅，張軍凱

( 徐州空軍學院航材四站系，江蘇徐州221000)

1 設計依據

飛機地面油泵車是飛機保障的重要裝備，不論在戰爭年代還是在和平時期的抗震救災、抗洪搶險以及民用飛機客流量顯著增大的情況下，如果油泵車設計不合理，效率低下，將會直接影響飛機性能，延誤戰機起飛或者延緩救援時機。而目前現有的YBC-1 型飛機地面油泵車結構復雜、冗余，綜合化水平較低，機動性、通用性差，如何改進這些弊端，提升維修保障效率和空運效率，將是此次飛機地面油泵車液壓系統的設計重點。

1.1 YBC-2 型飛機地面油泵車液壓系統基本設計要點

(1)具有多執行部件。至少包括泵源、高壓輸出回路、卸荷循環散熱回路、回油及油箱回路、加油回路、油液固體污染度檢測設備;

(2)動力特性要求高。要求大功率輸出、大輸出力(矩)、高速、高變速指標;

(3)負載變化大。外負載變化大、多沖擊、頻率啟制動和換向功率需求變化劇烈;

(4)執行部件可獨立動作。各部件動作順序沒有預定的規律;

(5)操縱特性良好。包括調速特性、獨立操縱特性等;

(6)特殊功能要求。包括鎖定、制動、同步等。

主液壓系統基本結構如圖1 所示(其中沒有考慮液壓附件及先導控制部分)。

圖1 主系統基本結構

1.2 YBC-2 型飛機地面油泵車液壓系統設計要求

根據飛機地面油泵車的工作特點，其液壓系統設計需要滿足以下要求:

1.2.1 動力性要求

動力性要求是指在保證動力設備不過載的前提下，盡量充分利用動力設備的功率，提高飛機地面油泵車的運行效率。尤其是當負載變化時，要求液壓系統與動力設備匹配良好，盡量提高輸出功率。例如，當外負載較小時，希望增大油泵的輸出流量，提高執行元件的運行速度。雙泵液壓系統中就常常采用合流的方式來提高功率利用率。

1.2.2 操縱性要求

當多執行元件共同動作時，要求能夠合理分配液壓系統中各個執行元件的流量，要求其相互間不干涉，實現理想的復合動作。如果飛機地面油泵車在運行過程中由于液壓油泵的油分流供應，導致一側速度降低，形成設備偏向振動，容易引發事故。另外，當自循環過程中多執行元件同時動作時，各個操縱閥都在大開度下工作，往往會出現系統總流量需求超過油泵的最大供油流量，這樣高壓執行元件就會因壓力油優先供給低壓執行元件而出現壓力降低的現象。

1.2.3 節能性要求

飛機地面油泵車通常工作時間長，能量消耗大，要求液壓系統的效率高，就要降低各個執行元件和管路的能耗，因此在油泵車液壓系統中要充分考慮各種節能措施。當對各個元件進行調控時，系統所需流量大于油泵的輸出流量，此時必然會導致一部分流量損失掉，要求此部分的能量損失盡量小;當油泵車處于空載不工作的狀態下，如何降低泵的輸出流量，降低空載回油的壓力，也是降低能耗的關鍵。

1.2.4 安全性要求

飛機地面油泵車工作條件復雜多變，負載變化和沖擊振動大，對于其液壓系統要求有良好的過載保護措施，防止油泵過載和因外負載沖擊對各個液壓元件的損傷。

2 液壓系統設計

2.1 液壓系統性能參數設計

在油泵車的性能參數中，壓力、流量和污染度等級是最主要的3 個參數。其中液壓油污染度的分級標準是根據GJB 420A-95 《飛機液壓系統用油液固體污染度分級》的A 級指標而制定的。

2.1.1 液壓系統壓力的設計

依據上述飛機液壓系統輸出壓力等級，可確定液壓系統高壓工作壓力p 為0 ～28 MPa，液壓系統高壓元件及附件壓力等級選型應不小于31.5 MPa。YK2和波音747 液壓系統回油壓力為0.6 MPa，SF3 液壓系統回油壓力為0.35 MPa，因此可確定液壓系統低壓元件及附件壓力等級選型應不小于1.6 MPa。

2.1.2 液壓系統流量的設計

液壓系統應能保證兩路同時輸出飛機實際所需的最大工作流量，按照波音747 每路輸出70 L/min 計算，液壓系統輸出流量最大應達140 L/min，所以液壓元件及附件流量選型指標應不小于140 L/min。

2.2 液壓系統回路的設計

2.2.1 泵源

該設備設置主泵和輔泵，泵源壓力p = 0 ～28 MPa，流量Q=0 ～140 L/min。

2.2.2 Ⅰ、Ⅱ路高壓輸出回路

Ⅰ路高壓輸出回路流量Q1和Ⅱ路高壓輸出回路Q2在泵源系統流量Q (0 ～140 L/min)的范圍負載反饋分配，Q=Q1+Q2，由蓄能器以及Ⅰ路高壓輸出回路中的單向閥共同調節。

2.2.3 卸荷循環散熱回路

插裝單向閥用于防止Ⅰ路、Ⅱ路高壓輸出回路壓力p 與p1之間出現干涉。插裝電磁卸荷閥用于泵源系統、Ⅰ路高壓輸出回路和Ⅱ路高壓輸出回路卸荷，觀察液壓系統各回路工作流量狀況。

2.2.4 回油及油箱回路

油箱容量140 L，設計有加油空氣濾清器、油標、加/放油快插接頭和液位報警開關等元件。當油箱液位過低時，液位報警開關報警，液壓系統停止工作。

2.2.5 加油回路

設計加油時，電磁換向閥處于關閉狀態，油液從油箱出發，通過輔泵加壓，將油液注入飛機。

2.2.6 油液固體污染度檢測設備

設計油液固體污染度檢測設備可在線實時監測液壓系統油液固體污染度，由固體污染度在線檢測儀和管路組成。

流程圖如圖2 所示。

圖2 液壓系統流程圖

2.3 結構設計

2.3.1 總體結構組成與布局

該設備總體結構由牽引底盤、牽引桿、框架和環控設備組成，外形尺寸約1 600 mm × 1 050 mm ×1 000 mm (L ×W ×H)，整裝質量約1 050 kg，結構如圖3、4 所示。

圖3 總體外形圖

圖4 內部結構圖

2.3.2 總體結構主要設備選型

(1)恒功率電液比例柱塞泵

柱塞泵額定工作壓力為0 ～28 MPa，最高工作壓力可達35 MPa，壓力電液比例可調，帶數字信號放大器。安全壓力設定為31.5 MPa，可在0 ～35 MPa內調節。

按照實際情況和恒功率控制思路進行柱塞泵功率計算:

①SF3:兩路20 MPa 壓力，每路輸出流量可達50 L/min，W1=pQ/60 =20 ×100/60 =33.3 kW。

②YK2:兩路22 MPa 壓力，每路輸出流量可達70 L/min，W2=pQ/60 =22 ×140/60 =51.3 kW。

③某型飛機3:兩路25 MPa 壓力，每路輸出流量60 L/min，W3=pQ/60 =25 ×120/60 =50 kW。

根據①、②和③的分析計算，恒功率可設定在2 000 r/min 時51.3/0.93≈55 kW。

其他參數包括:額定轉速可達2 200 r/min;最大輸出流量為70 mL/r×2 200 r/min =154 L/min;泄油口壓力可達2 MPa。

(2)電動機

電動機采用YYB250 型三相異步4 極55 kW 內軸式靜音變頻電動機(油泵專用電機)，由變頻器變頻控制輸出轉速。其工作電壓為三相380 V AC，工作轉速范圍為0 ～2 400 r/min，工作頻率范圍為0 ～80 Hz。

(3)輪胎

輪胎采用254 ×152 ×158.8 和267 ×152 ×127 兩種規格的實心輪胎，速度為25 km/h 時分別可承載1 414 ×9.8 N 和1 564 ×9.8 N;適應低速、高負載苛刻條件下使用，有很高的耐刺穿性。

(4)暖風機

采用HG4 型電暖風機，由電加熱翅片管和低噪聲軸流風機及溫控系統組成，具有自然風、全功率加熱、半功率加熱3 擋設置，并具有超溫斷電安全保護功能。

(5)氣囊式蓄能器

在YBC-2 型飛機地面油泵車液壓系統中，采用了氣囊式蓄能器。此蓄能器的特點是形狀雖小但容積較大;皮囊的質量輕、慣性小，反應靈敏;漏氣途徑只有一個充氣閥口，因此氣囊的密封性好，一次充氣后能長時間地保存;充氣方便，適用于貯存能量和吸收沖擊。

(6)散熱器

散熱器為鋁制板翅式組合結構，下部加裝了風機，從而提升散熱器的散熱能力。主要技術參數如下:換熱量為24 kW;工作壓力為3.0 MPa;試驗壓力為4.5 MPa;風機為220 V AC /750 W。

(7)固體污染度在線檢測儀

固體污染度在線檢測儀選用Parker IPD 型在線式顆粒計數器，內置GJB420A、ISO4406 等油液標準，可相應給出所測樣品的污染度等級;儀器可按ISO4402 或ISO11171 校準，實時檢測數據，實時掌握分析液壓系統的磨損趨勢，具有0.1ISO 等級的精度和0.5ISO 等級的準確度。

3 數據比較

設計完成后，YBC-2 型飛機地面油泵車與現有YBC-1 型油泵車的參數對比見表1。

表1 YBC-2 型飛機地面油泵車與現有YBC-1 型油泵車的參數對比

可以看出:YBC-2 型飛機地面油泵車液壓系統在滿足飛機的液壓保障需求的前提下，提高了液壓油的流量，提升了工作效率，同時裝備體積僅為原來的6.2%，質量僅為原來裝備的16.7%。

4 結論

通過采用單系統雙輸出的液壓系統，實現在滿足實際保障需求的同時，又減小了裝備體積的目的。YBC-2 型飛機地面油泵車液壓系統的成功研制，將大大提高飛機地面保障裝備的工作效率以及轉場運輸效率，保證轉場后各型飛機正常起飛。同時該裝備可發揮其體積小、質量輕的優勢，很大程度上增加單架運輸機運載數量，減少運輸架次。

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【2】陳浩，于煥義.飛機多功能通用地面液壓油泵車的設計［J］.液壓與氣動，2007(8):17 －20.

【3】WRIGHT S E，BUSHBY J P.Development of a Diagnostic System for Noncontinuously Operating Machines［C］//Proceedings of the IEE，2007.