試車臺發動機液壓泵負載系統分析

摘要：試車臺液壓泵負載系統用于模擬飛機上液壓泵的工作狀態。本文結合液壓管路系統的設計原理和實際應用，分析設計負載系統存在的問題，據此提出若干改進策略。

關鍵詞：負載模擬；液壓系統；發動機；飛機；流量壓力；試車臺

飛機的操縱系統，如起落架收放、艙門收放、速度剎車等大多數采用電液伺服系統驅動。發動機作為飛機動力的重要核心，在研制過程中對每個部件均要嚴格考核，同時機載液壓系統對于飛機安全飛行起著舉足輕重的作用。地面試車臺液壓泵流量負載系統的作用就是模擬飛機上液壓泵的工作狀態，考核其輸出功率的大小和工作可靠性。本文通過論述試車臺液壓泵負載液壓管路系統的設計原理及方案，對改進和完善液壓負載模擬系統提出一些可靠建議。

1.液壓系統的設計方案

本文研究發動機地面試車臺液壓泵負載系統，工作原理如圖1所示，系統包括液壓泵源系統和流量負載模擬系統兩大組成部分，其中液壓泵源系統模擬飛機液壓泵在工作過程中提供的壓力，流量負載模擬系統模擬飛機液壓系統功能子系統在實際飛行過程中所需的流量，其流量載荷譜跟蹤精度和動態性能體現了其模擬液壓功能系統的能力。

液壓泵源系統為流量負載模擬系統提供兩方面的能量，一方面是給比例節流閥主閥芯提供負載液壓能，模擬飛機液壓功能子系統的流量壓力曲線；另一方面為比例節流閥的先導級提供液壓能。高壓油口都引自于壓力傳感器采集的同一高壓油路，負載流量最后都在流量計之前匯合。流量控制采用遠程操縱控制，通過工控機控制液控單向閥1和液控單向閥2的開閉，調節比例節流閥1和比例節流閥2 的閥芯開口大小來控制流量，從而實現系統流量的模擬。

2.液壓泵負載系統設計過程中所要解決的問題

2.1.氣穴和管路的振動和噪聲較明顯

液壓系統的振動和噪聲是兩類相互依存的有害現象，兩者互相作用、共同影響。試車臺作為飛機發動機研制試驗的特殊場所，試車間為保證良好的進氣品質，廠房空間很大，而液壓負載系統安裝在獨立的工藝設備間內，液壓泵和液壓負載系統之間需敷設較長的管道。試驗過程中發現，當液壓管路通過比例節流閥將流量從大到小和從小到大狀態瞬間切換時，液壓泵進出口壓力波動明顯見圖2，此時液壓泵進口壓力低于泵設計進口壓力值，油液來不及填充泵腔， 會造成局部真空，油液內溶解的空氣就大量分解出來， 游離成氣泡。隨著泵的運轉， 這種混在油中的氣泡帶進高壓區， 并被擊破， 然后迅速縮小、溶解和消失。在氣泡被擊破的瞬時， 局部范圍產生幅值很大的高頻沖擊力。

2.2.控制閥的選擇要合理

液壓泵選用斜盤式軸向恒壓柱塞變量泵，該液壓泵壓力控制范圍為1～28MPa，流量控制范圍為0～300L/min。按變量泵“P-Q曲線”特性，壓力的變化范圍很小，而流量的變化范圍很大，此時負載系統節流閥閥芯的微小位移變化都會引起流量的較大變化。

在試驗過程中，根據試驗要求，在保持高壓力不變的情況下，對流量大小進行調節，大流量時要求選擇控制閥的通徑足夠大，其效果是微小閥芯位移所產生的等效節流孔的較大變化，會引起流量的較大變化，給小流量控制帶來困難。

3.解決液壓泵負載系統設計難題的對策

3.1.減少氣穴和管路振動和噪聲的對策

氣穴和管路振動和噪聲的出現受多方面因素影響，液壓系統的安裝不當，液壓泵流量及壓力的波動，液壓泵出現空穴現象。據探究，當管路長度正好為振動壓力一半波長的整數倍時，管路噪聲的頻率會更高。

基于此，減少振動和噪聲，首要的任務是選用直徑相對較大的吸油管，增加吸油濾器的容量，防范濾油器堵塞，最終達到防范液壓閥空穴情形的目的；其次，在設計管路時，要避免管路的截面急劇擴大或縮小，杜絕管路內旋流的出現；第三，在試車臺建設前，合理選擇工藝設備間的位置，盡量減少工藝設備間液壓流量負載系統到試驗用液壓泵之間管路敷設的距離；在管路較長的情況下，在液壓泵的進口靠近位置增加一個補油裝置，解決管路內流量突然大范圍變化時液壓泵進口壓力低于液壓泵設計要求壓力，并產生氣穴；第四，在試車臺工藝設備間系統油箱中要設置隔板， 延長氣泡從油中分離的時間；第五，定期檢查油質， 按要求選擇液壓油的粘度， 對污染了的液壓油要及時更換；第六，針對液壓泵、閥等管道共振面所出現的噪聲，可經由變化管道長度完成管道振動頻率的變換，以消除噪聲。

3.2.合理選擇控制閥

控制閥是系統實現的關鍵。主要考慮其結構特點、動態性能和穩定性等參數。具有模擬大流量和高壓時不易卡死等特點，節流閥的主閥級應采用插裝式；考慮液壓管路系統易耦合振動，閥的穩定性能好，因此控制閥應該具有內部或可外部反饋；考慮泄漏小，閥芯應選用錐閥結構；快速性要求閥具有先導滑閥結構。本文采用插裝式比例節流閥來實現流量負載模擬系統的設計。

流量負載模擬系統中為保證流量的準確測量，主回路采用并聯的安裝結構形式見圖1。比例節流閥1選用通徑16mm，比例節流閥2選用通徑10mm，流量計選用通徑40mm和15mm兩種，工控機對采集到的流量計數值進行處理后，對比例控制閥發送指令控制閥芯的位移，形成閉環控制。

結語：

對于試車臺液壓泵負載系統，重點對液壓泵進口氣穴和管路的振動和噪聲，流量控制閥的合理選擇進行了分析。在以后的工作中，可以嘗試在現有系統基礎上提出有效方法。

參考文獻：

[1]肖體兵. 深海采礦裝置智能升沉補償系統的研究[D].廣東工業大學，2010（13）.

[2]張彥廷. 基于混合動力與能量回收的液壓挖掘機節能研究[D].浙江大學，2008（13）.

[3]江輝軍，安玉嬌，袁朝輝. 飛機液壓系統流量壓力負載模擬[J]. 航空學報，2011（07）.

[4]楊佳強，滕炯華，裴潤森. 飛機液壓系統流量負載模擬復合控制策略[J]. 科學技術與工程，2012（21）.