發動機安裝車液壓系統設計

譚富海

（航空工業沈陽飛機工業（集團）有限公司，遼寧沈陽 110850）

0 引言

發動機安裝車能夠將固定在安裝車上的發動機，通過電動、機械、液壓等控制方式，多自由度調整位置姿態，是在安裝、拆卸和運輸發動機時必不可少的地面綜合保障設備。以一種使用液壓系統控制的發動機安裝車（圖1）為例，介紹液壓系統的設計過程。

圖1 發動機安裝車外形結構

1 系統原理圖設計

分析發動機安裝車的工作過程及實際使用場合，液壓系統需實現安裝車的俯仰、升降功能，應設計2套能獨立控制的液壓驅動回路，同時避免選用電動控制元件。考慮發動機升降到安裝范圍內任意高度或俯仰一定角度時，都應該隨液壓泵停止而保持相應位置，系統中需增設雙向液壓鎖和單向節流閥。

液壓管路的壓阻或液壓缸的負載通常是不均勻的，在控制2組液壓缸動作時，很難保證液壓缸同步伸縮，并且發動機安裝車的升起或下降應避免出現脈動式動作，液壓系統應在2組液壓缸的進油和回油管路中設有調速閥組。結合上述設計關鍵點及設計經驗，系統設計原理如圖2所示。

2 液壓元件設計與選擇

2.1 輸入參數

依據某型發動機安裝車的工作情況和車體結構形式，提出如表1所示的輸入參數。單缸工作載荷，是發動機安裝車在升降過程中所傳遞到單缸的最大工作載荷。

圖2 系統原理

表1 發動機安裝車輸入參數

2.2 液壓缸設計

2.2.1 確定液壓缸負載

按單缸工作載荷F0和安全系數n（設n=3）計算，液壓缸負載 F=F0×n=50 000×3=150 000 N。

2.2.2 確定額定壓力

按照液壓缸負載初步選定系統額定壓力為21 MPa。

2.2.3 液壓缸缸筒內徑D和活塞桿桿徑d計算

（1）根據液壓缸的額定壓力和負載，液壓缸缸筒內徑按式（1）計算。

式中 Ψ——液壓缸的負載率，一般取0.5～0.7，選0.7

η——液壓缸的總效率，一般取0.7～0.9，選0.9

P——液壓缸的額定壓力，MPa

D——液壓缸缸筒內徑，mm

根據上式，計算得D≈120 mm。

（2）根據往復運動速度比（面積比）φ的要求，活塞桿桿徑d按式（2）計算。

其中，φ為活塞桿兩腔速度比（面積比），選1.6。根據式（2），d≈73 mm。

根據 GB 7933—1987（等效于ISO 7181—1982）規定和缸徑、桿徑尺寸推薦配合值，綜合考慮液壓缸負載實際變化情況，將上述計算結果修改為D=110 mm，d=70 mm。

2.2.4 缸筒壁厚δ計算

假定缸筒壁厚按薄壁缸筒（δ/D≤0.08）計算，公式如下。

式中 δ——缸筒壁厚，mm

PMAX——最高允許壓力，MPa，一般PMAX≤1.5P

[σ]——缸筒材料的許用應力，MPa，[σ]=σs/n

σs——缸體材料的屈服強度，MPa。缸體材料選用45鋼，σs=600 MPa

n——安全系數，一般取1.5～2.5（選n=1.）5

選取缸筒壁厚為5 mm（省略公式校核驗算缸筒壁厚過程），計算得 δ≈73 mm。

2.2.5 液壓缸輸入流量計算

根據液壓缸缸徑和活塞桿平均線速度，輸入流量可按下列公式計算：

式中q——液壓缸輸入流量，L/min

A——活塞無桿側有效面積，mm2

Vm——液壓缸活塞桿伸出平均線速度，mm/s

ηv——容積效率，裝彈性體密封圈時取1，裝活塞環時取0.98，選ηv=1

計算得q=18 997 mm3/s≈1.14 L/min。

2.2.6 液壓缸的接頭尺寸設計

為適配發動機安裝車的接頭尺寸，設計活塞桿桿頭的寬度32 mm、半徑48 mm，缸頭的寬度32 mm、球徑49 mm。接頭連接螺栓孔均壓入關節軸承，且安裝注油口，定期為關節軸承進行潤滑，保證活塞桿在伸出或收縮的過程中盡量受到較小的徑向力，延長液壓缸的使用壽命。

2.2.7 液壓缸的行程確定

根據升降高度為1400 mm的設計輸入參數。考慮到升降機構的結構形式對位移行程的放大作用，確定液壓缸的實際使用行程為200 mm，但液壓缸的安裝和使用過程中需要預留一定的行程余量，選取250 mm的液壓行程為宜。

2.3 液壓泵設計

2.3.1 確定液壓泵的流量

液壓泵的最大工作壓力Pp一般由液壓缸的最大工作壓力P和管路中的壓力損失ΣΔp（取0.5 MPa）決定，則Pp=P+ΣΔp=（21+0.5）=21.5 MPa。

液壓系統正常工作時，出現的瞬時壓力會比上述計算結果偏大。考慮到液壓泵的采購成本和使用壽命，額定壓力Pn應≥（1.25～1.60）Pp。如果系數取 1.25，則 Pn=1.25×21.5 MPa=26.875 MPa。

手動泵的最大流量qp與所有執行機構所需的流量（Σq）max有關，qp≥KL（Σq）max。其中，（Σq）max為執行元件所需流量之和的最大值，KL為系統泄漏系數，一般取1.1～1.3。取KL=1.1，則qp=1.1×4×1.14=5.016 L/min。

2.3.2 確定液壓泵型號

依據液壓原理圖及上述計算出的數據，可以選用兩個雙作用液壓泵，文中具體型號不予給出。

2.4 確定油管尺寸

根據HB 4—2：2002及上文中計算所得數據，確定回油口尺寸Φ12 mm×1.5 mm、出油口尺寸Φ10 mm×1.5 mm，由不銹鋼管彎制而成，活動位置用相應規格的軟管代替。

2.5 油箱設計

2.5.1 油箱外形尺寸確定

按油箱安裝的限制尺寸，設計油箱的主體外形尺寸為900 mm×110 mm×154 mm。

2.5.2 油箱容積確定

油箱有效容量一般為泵每分鐘流量的3～7倍，考慮到發動機安裝車的散熱狀態比較好，可選擇較小的容積。按公式計算油箱容積 V=V有效/80%=3qp/80%=18.81 L。

2.5.3 油箱附件

油箱注油口集成過濾精度為20 μm的空氣濾清器，加注15#航空液壓油，并配備液位液溫顯示計。

3 結論

所設計的液壓系統已經在某型發動機安裝車使用，滿足發動機安裝車提出的基本設計要求。通過對該液壓系統的液壓缸、油箱等元件的設計和相關液壓元件的選擇，為后續設計復雜液壓系統提供了參考。