液壓系統原理性試驗平臺設計研究

摘 要：液壓系統原理性試驗平臺可以作為液壓系統在型號研制過程中的一個預研和研究性平臺，可以完成從液壓附件到系統建立的一系列創新設計試驗工作。該文給出了多泵多體制原理性試驗平臺的設計方法。

關鍵詞：多泵 管路 負載 油箱

中圖分類號：TH122 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（b）-0049-02

在大型客機液壓能源系統基本完成原理性設計（液壓原理圖）和主要元附件定型后，出于對設計驗證和支持適航的要求，在進行機上功能試驗和全機地面模擬試驗（鐵鳥試驗）之前，對液壓系統進行系統級試驗。在試驗臺上安裝各種測試傳感器，通過測試結果分析比對，修改原設計方案，進而達到優化設計和適航驗證的目的。目前國內尚無完善的類似原理性試驗平臺，民航飛機液壓維修部件測試臺也長期依賴進口；相關科研人員匱乏，自主創新能力不足；隨著國家民用航空的發展，系統設計、集成與試驗能力的重要性突顯。

1 先進性和特色

多泵多體制液壓系統原理性試驗平臺主要用于液壓系統工作原理設計驗證使用，希望通過本設備的研制，獲得先進的飛機液壓系統設計方法，研究對象豐富，研究內容齊全、包括多泵流量匹配特性、壓力脈動特性、油箱蓄壓器容積匹配特性、溫升特性、管路振動特性及導管連接方法等。

試驗平臺主要具有以下幾項特色：

（1）為液壓系統設計提供原理性試驗研究支撐。

（2）探索不同壓力級別的液壓系統特性。

（3）同一試驗臺同時模擬對稱負載、不對稱負載及大流量負載等多種負載。

（4）同一試驗臺上同時開展對壓力脈動、管路振動、溫升等特性分析。

（5）采用模塊化設計方法，對泵源模塊、負載模塊、自增壓回路等進行分塊分析。

（6）通過實驗臺搭建過程，探索自增壓油箱設計方法。

（7）為后續開展液壓系統故障診斷及健康管理方法等研究奠定實驗基礎。

3 系統設計研究

液壓系統包括了泵源模塊、管路模塊、負載模塊、油箱模塊和冷卻模塊等。液壓系統圖布局見圖1。

3.1 泵源模塊設計

泵源模塊主要由液壓泵Ⅰ～Ⅳ、壓力油濾、回油油濾、殼體回油油慮、溢流閥、單向閥及閥塊等元件組成。兩組3 000 psi泵（泵I、泵III），泵I選用排量32 mL/rev，工作壓力3 000 psi的柱塞泵；泵III選用排量16 mL/rev，工作壓力3000psi的柱塞泵。兩組5 000 psi級別泵（泵II、泵IV），泵II選用排量40 mL/rev，工作壓力5 000psi的柱塞泵；泵IV選用排量16 mL/rev，工作壓力5 000 psi的柱塞泵。全部泵都采用交流變頻電機驅動，使得這四個泵可以滿足試驗所需求的高/低轉速，不同壓力和不同流量需求等各種工況。單向閥、溢流閥都選用插裝式或管式連接，減少了安裝空間，便于閥塊安裝，讓系統更加美觀。泵源模塊液壓原理圖如圖2所示。

2.2 管路模塊設計

管路模塊為一鋼結構焊接框架，框架內部設置有各種滑動槽和定位孔，框架內固定管路的卡口（Z軸）、支架（X軸，Y軸）可在框架內組合移動，在三個方向上（X軸-Y軸-Z軸）滿足管路安裝固定要求，從而可以驗證各種管路布置模式對管路振動的影響。管路末端安裝有兩個固定式的手動截止閥連接口，可以在不關閉系統的情況下對管路進行調整和更換。框架底端安裝有滴油盤，可以收集系統運行和管路安裝拆卸時泄漏的油液。管路模塊結構見圖3。

2.3 負載模塊設計

負載模擬模塊包括兩路對稱負載和一路不對稱負載。對稱負載采用比例流量閥與手動節流閥來模擬流量，流量2～120L/min連續可調，流量控制精度不大于±5%。不對稱負載由電液伺服閥、單出桿液壓缸組成，通過位置控制伺服系統模擬作動系統，對頂油缸采用力反饋伺服控制對不對稱負載進行加載。通過對預選參數進行計算，選出對應伺服閥參數，考慮到伺服閥需要在5000 psi壓力下進行工作（加載缸伺服閥）。選用最大工作壓力為5000 psi，7MPa下額定流量150 L/min，階越響應時間小于26 ms，滯環小于4%的電液伺服閥。配合PLC集成的PID控制，可以對作動器進行精確的位置控制和力加載控制（相應仿真說明見第四節）。

2.4 油箱模塊設計

油箱模塊主要由自增壓油箱、蓄能器、優先閥、手動釋壓閥、阻尼調節閥、補油泵和油箱組成。蓄能器容積為5L，預充氮氣壓力為1000～1400 psig。設置手動釋壓閥，用以調節系統油箱油量容積和系統蓄壓器容積匹配特性。設置優先閥用以優先穩定系統油源自增壓壓力，防止泵源吸油口出現吸空與空穴現象。設計油箱總容積40 L，注油量28 L，大腔直徑310 mm，小腔直徑50 mm，柱塞長度600 mm。自增壓油箱、蓄壓器、冷卻器及相應閥塊統一放置，油箱模塊原理及布局如圖5。

由于系統在進行不對稱試驗時需要對加載系統進行補油，所以這里在系統之外增加了一個單獨的補油油箱，補油油箱體積為300 L，油箱上設置有吸油過濾器、回油過濾器、空氣濾新器、液位計、溫度傳感器等設備。補油油箱三維圖如6所示。

參考文獻

[1]張新，趙玉龍，張寧.某裝備液壓元件綜合試驗平臺設計[J].微計算機信息，2010（25）：74-75，45.

[2]陳淼林.管棚鉆機液壓系統設計[J].現代機械，2012（1）：31-34.

[3]晁建桃.液壓隧道維修作業平臺及液壓系統的設計[J].工程機械，2013（1）：41-44，47，1.

[4]朱發新，林少芬，龔雅萍，等.工程機械液壓系統性能試驗臺中的液壓泵動態性能試驗研究[J].機床與液壓，2011（3）：47-49.