YBC-2型飞机地面油泵车液压系统设计.pdf

2 0 1 3年 5月 第4 1 卷 第 1 0期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAUL I CS Ma v 2 01 3 V0 1 ． 41 No ． 1 0 DO I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 3 ． 1 0 ． 0 3 4 Y B C 一 2型飞机地面油泵车液压系统设计 魏 晓斌 ，朱毅 ，张军凯 徐 州空军学院航材四站 系，江苏徐 州 2 2 1 0 0 0 摘要在分析 Y B C - 2型飞机地面油泵车设计要求和基本回路的基础上 ，采用通用多路阀，并配以专用控制阀和简单电 子控制系统，设计了单系统双输出液压系统 ，为今后飞机地面油泵车液压系统开发提供了参考。 关键词 飞机地面油泵车 ；液压系统 ；通用多路 阀 中图分类号 T H1 3 7 文献标 识码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 3 1 00 9 93 De s i g n o f Hy dr a u l i c S y s t e m f o r YBC- 2 Ai r c r a f t Gr o un d Hy dr a u l i c Oi l Pump Ve hi c l e WE l Xi a o b i n．Z HU Y i ．Z HANG J u n k a i D e p a r t m e n t o f F o u r - s t a t i o n Ma n a g e m e n t ，X u z h o u A i r F o r c e C o l l e g e ，X u z h o u J i a n g s u 2 2 1 0 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t B a s e d o n a n a l y z i n g t h e d e s i g n d e ma n d s o f YB C- 2 a i r c r a f t g r o u n d h y d r a u l i c o i l p u mp v e h i c l e a n d b a s i c l o o p s ，a p p l y i n g u ni v e r s al mul t i r o u t e v a l v e，pr o f e s s i o na l c o n t r o l v a l v e a nd s i mp l e e l e c t r i c c o n t r o l s ys t e m ． t h e h y dr a ul i c s y s t e m wa s de s i g ne d． I t o ffe r s r e f e r e n c e f o r f ut u r e d e v e l o p me nt o f h y d r a ul i c s y s t e m o f a i r c r a f t gro un d h y d r a u l i c oi l pu mp v e h i c l e ． Ke y wo r ds Ai r c r aft g r o u nd h y dr a ul i c o i l p ump v e hi c l e； Hy dr a ul i c s y s t e m ；Uni v e r s a l mu l t i r o u t e v a l v e 1 设计 依 据 飞机地面油泵车是飞机保障的重要装备 ，不论在 战争年代还是在和平时期 的抗震救灾 、抗洪抢险 以及 民用 飞机客流量显著增大 的情况下 ，如果油泵车设计 不合理 ，效率低下 ，将会直接影 响飞机性 能 ，延误 战 机起 飞或者延 缓救 援 时机 。而 目前 现 有 的 Y B C 一 1型 飞机地 面油泵 车结构 复杂 、冗 余 ，综合 化水平 较低 ， 机动性 、通用性差，如何改进这些弊端 ，提升维修保 障效率和空运效率，将是此次飞机地面油泵车液压系 统的设 计重点 。 1 ． 1 Y B C - 2型飞机地 面油泵车液压 系统基本设计要 占 、 1 具有多执行部件。至少包括泵源、高压输 出回路 、卸荷循环散热 回路 、回油及油箱 回路 、加油 回路、油液固体污染度检测设备； 2 动力 特性 要求 高 。要 求 大 功率 输 出 、大输 出力 矩 、高速、高变速指标 ； 3 负 载变 化 大。外 负载 变化 大 、多 冲击 、频 率启 制动和换 向功率需求变化剧烈 ； 4 执行 部 件可独 立 动作 。各 部件 动 作顺 序没 有 预定的规律 ； 5 操纵特 性 良好 。包 括 调 速特 性 、独 立 操纵 特性等； 6 特殊功能要求。包括锁定、制动、同步等。 主液压系统基本结构如图 1所示 其 中没有考 虑液压附件及先导控制部分 。 图 1 主系统基本结构 1 ． 2 Y B C ． 2型飞机 地 面油 泵车液压 系统设计 要 求 根据飞机地面油泵车 的工作特点 ，其液压系统设 计需要满足 以下要求 1 ． 2 ． 1 动力性要求 动力性要求是指在保证动力设备不过载的前提 下 ，尽 量充分利用动力设 备的功率 ，提高飞机地 面油 泵车的运行效率 。尤其是当负载变化时 ，要求液压系 统与动力设备 匹配 良好 ，尽 量提 高输 出功率 。例 如 ， 当外负载较小时 ，希望增大油泵的输 出流量 ，提高执 行元件的运行速度。双泵液压系统中就常常采用合流 的方式来提高 功率利用率 。 1 ． 2 ． 2 操纵性要求 当多执行元件共 同动作 时 ，要求能够合理分配液 压系统 中各个 执 行元 件 的流 量 ，要求 其相 互 间不 干 涉 ，实现理想的复合动作。如果飞机地面油泵车在运 行过程中由于液压油泵的油分流供应，导致一侧速度 降低 ，形成设 备偏向振动 ，容易引发事故。另外 ，当 自循环过程中多执行元件同时动作时，各个操纵阀都 在大开度下工作 ，往往会出现系统总流量需求超过油 泵的最大供油流量 ，这样高压执行元件就会因压力油 收稿 日期 2 0 1 2 0 3 0 8 作者简介魏晓斌 1 9 6 5 一 ，男，硕士研究生，副教授，主要从事飞行地面保障装备 的教学与科研工作。Em a i l w x b l 1 81 1 2 6 ． c o rn 。 1 O O 机 床与液压 第 4 1 卷 优先供 给低压执行元件而 出现压力降低 的现象 。 1 ． 2 ． 3节能性要 求 飞机 地 面 油 泵 车 通 常 工 作 时 间 长 ，能 量 消 耗 大，要求液压系统的效率高，就要降低各个执行元 件和管 路的能耗 ，因此 在油 泵车 液压 系统 中要 充分 考虑 各种节能措 施 。 当对 各个 元 件进行 调 控 时 ，系 统所需流量大于油泵 的输出流量 ，此时必然会导致 一 部分流量损失 掉，要求此部分 的能量损失尽量 小 ；当油泵车处 于空 载不 工作 的状 态下 ，如何 降低 泵的输出流量 ，降低空载 回油的压力 ，也是降低能 耗 的关键 。 1 ． 2 ． 4安全性要求 飞机地面油泵车工作条件复杂多变 ，负载变 化和 冲击振动大 ，对于其液压系统要求有 良好 的过载保护 措施 ，防止油泵过载 和因外 负载 冲击对各个液压元件 的损伤 。 2液压系统设计 2 ． 1 液压 系统性能参数设计 在油泵车的性能参数中，压力、流量和污染度等 级是最主要 的 3 个参数 。其 中液压油污染度 的分级标 准是根据 G J B 4 2 0 A - 9 5 飞机液压系统用油液固体污 染度分级 的A级指标而制定的。 2 ． 1 ． 1 液压 系统压力 的设计 依据上述飞机液压系统输出压力等级，可确定液 压系统高压工作压力P为0～ 2 8 M P a ，液压系统高压 元件 及附件 压力 等级 选 型应 不 小于 3 1 ． 5 MP a 。Y K 2 和波音 7 4 7液压 系统 回油压力 为 0 ． 6 b l P a ，S F 3液压 系统回油压力为 0 ． 3 5 b l P a ，因此可确定液压系统低 压元件及附件压力等级选型应不小于 1 ． 6 M P a 。 2 ． 1 ． 2 液压系统流量 的设计 液压系统应能保证两路同时输出飞机实际所需的 最大工作流量 ，按 照波 音 7 4 7每路 输 出 7 0 L ／ m i n计 算 ，液压系统输 出流量最 大应 达 1 4 0 L ／ m i n ，所 以液 压元件及附件流量选型指标应不小于 1 4 0 L ／ m i n 。 2 ． 2液 压 系统 回路 的设 计 2 ． 2 ． 1 泵源 该设备 设 置 主泵 和辅 泵 ，泵 源 压 力 P02 8 M P a ，流量 Q 0～1 4 0 L ／ m i n 。 2 ． 2 ． 2 I、Ⅱ路高压输出回路 I 路高压输出回路流量 q ， 和 Ⅱ路高压输 出回路 Q 在泵源系统流量 Q 0～1 4 0 L ／ m i n 的范 围负载 反馈分配，QQ Q ，由蓄能器以及 I 路高压输出 回路 中的单 向阀共 同调节 。 2 ． 2 ． 3 卸荷循环散 热回路 插装单向阀用于防止 I 路 、Ⅱ路高压输出回路压 力 P与 P 之 间出现 干涉 。插 装 电磁 卸荷 阀用 于泵 源 系统、 I 路高压输出回路和 Ⅱ路高压输出回路卸荷 ， 观察液压系统各 回路工作流量状况 。 2 ． 2 ． 4 回油及油箱 回路 油箱容量 1 4 0 L ，设计有加油空气滤清器 、油标 、 加／ 放油快插接头和液位报警开关等元件。当油箱液 位过低时，液位报警开关报警 ，液压系统停止工作。 2 ． 2 ． 5 加油 回路 设计加油时，电磁换向阀处于关闭状态 ，油液从 油箱 出发 ，通过辅泵加压 ，将油液 注入飞机 。 2 ． 2 ． 6 油液固体污染度检测设备 设计油液固体污染度检测设备可在线实时监测液 压系统油液固体污染度 ，由固体污染度在线检测仪和 管路组成。 流程 图如图 2所示 。 图 2 液压系统流程图 出 1 --恒功率电液比例柱塞泵 2 一单 向阀 3 _ 一 过滤器 5 m 4 一流量计 s 一插装卸荷 阀 6 一过滤器 1 7 一插装单 向阀 8 、l 6 一压力表 9 一高压输出软管 1 0 高压对接接 头 l 1 一取样对接接头 1 2 一高低压对接循环接头 l }_ 低压对接接头 l 4 低压输出软管 l s 一插装比例减压 阀 1 7 一散热器 l 8 _加油泵总成 1 9 温度传感器 2 11 -- - - 带液位开关液位计 2 l 一油箱 2 2 一加油空气滤清器 2 卜 固体污染度在线监浏仪 2 4 -- 电磁换 向阀 2 5 一辅泵 第 1 O期 魏晓斌 等Y B C - 2型飞机地面油泵车液压系统设计 1 0 1 2 ． 3 结 构设计 2 ． 3 ． 1 总体结构组成与布局 该设备总体结构由牵引底盘、牵引杆、框架和环 控设备组成，外形 尺寸约 1 6 0 0 m m1 0 5 0 m m 1 0 0 0 m m LW X H ，整 装质 量约 1 0 5 0 k g ，结构 如图 3 、4所示 。 图3 总体外形图 2 ． 3 ． 2 总体结构 主要设 备选 型 1 恒功率电液比例柱塞泵 柱塞泵额定工作压力为 0～ 2 8 MP a ，最高工作 压 力可达 3 5 M P a ，压力电液 比例可调 ，带数字信号放 大器 。安全 压 力设 定 为 3 1 ． 5 MP a ，可 在 0～3 5 MP a 内调节 。 按照实际情况和恒功率控制思路进行柱塞泵功率 计算 ① S F 3 两路 2 0 M P a压力 ，每路输出流量可达 5 0 L ／ mi n ，W1 p Q ／ 6 02 01 0 0 ／ 6 03 3 ． 3 k W。 ② Y K 2 两路 2 2 MP a 压力 ，每路输出流量可达 7 0 L ／ mi n ， p Q ／ 6 O2 21 4 0 ／ 6 05 1 ． 3 k W。 ③ 某型飞机 3 两路 2 5 M P a压力 ，每路输出流 量 6 0 L ／ m i n ， p Q ／ 6 O 2 51 2 0 ／ 6 0 5 0 k W。 根据①、②和③的分析计算，恒功率可设定在 2 0 0 0 r ／ m i n时 5 1 ． 3 ／ 0 ． 9 3 5 5 k W。 其他参数包括 额定转速可达 2 2 0 0 r ／ m i n ；最 大 输 出流量为 7 0 m L ／ r 2 2 0 0 r ／ m i n1 5 4 L ／ m i n ；泄 油 口压力可达 2 MP a 。 2 电动机 电动 机采用 Y Y B 2 5 0型三相异步 4 极 5 5 k W 内轴 式静音变频 电动机 油泵 专用 电机 ，由变频器 变频 控制输出转速。其工作 电压为三相 3 8 0 V A C，工作 转速范 围为 0～ 2 4 0 0 r ／ m i n ，工作 频率 范 围为 0～8 0 Hz o 3 轮胎 轮胎采用 2 5 41 5 21 5 8 ． 8和 2 6 71 5 21 2 7两 种规格的实心轮胎 ，速度为 2 5 k m ／ h时分别可承载 1 4 1 4 9 ． 8 N和 1 5 6 4 9 ． 8 N；适应低速 、高负载苛 图4 内部结构图 刻条件下使用，有很高的耐刺穿性。 4 暖风机 采 用 H G 4型 电暖风机 ，由电加 热翅 片管 和低 噪 声轴流风机及温控系统组成 ，具有 自然风、全功率加 热、半功率加热 3挡设置，并具有超温断电安全保护 功能 。 5 气囊式蓄能器 在 Y B C - 2型飞机地面油泵车液压系统 中，采用 了气囊式蓄能器 。此蓄能器 的特点是形状虽小但容积 较大 ；皮囊 的质量轻 、惯性小 ，反应灵敏 ；漏气途径 只有一个充气阀口，因此气囊的密封性好 ，一次充气 后能 长时间地保存 ；充气方便 ，适用于贮存能量和吸 收冲击。 6 散热器 散热器为铝制板翅式组合结构，下部加装了风 机 ，从而 提升 散热 器 的散 热能 力 。主 要技 术 参数 如 下 换热量 为 2 4 k W；工作压 力为 3 ． 0 M P a ；试验 压 力为 4 ． 5 M P a ；风机为 2 2 0 V A C／ 7 5 0 W。 7 固体污染度在线检测仪 固体污染度在线检测仪选用 P a r k e r I P D型在线 式 颗粒计数器 ，内置 G J B 4 2 0 A、I S O 4 4 0 6等油液标准， 可相应 给 出所测 样 品的 污染 度 等级 ；仪 器 可 按 I S O 4 4 0 2 或 I S O 1 1 1 7 1 校准 ，实时检测数据 ，实时掌握 分析液压系统的磨损趋势 ，具有 0 ． 1 I S O等级的精度 和0 ． 5 I S O等级的准确度。 3数据 比较 设计 完成后 ，Y B C - 2型 飞机 地 面油 泵 车 与 现有 Y B C - 1 型油泵车的参数对 比见表 1 。 下转第 1 0 4页 1 O 4 机床与液压 第 4 1卷 的 容 积 a m 。 ； 为 工 作 液 体 的 动 力 黏 度 N s ／ m ；d 为阻尼孔直径 a m ；Z 为 阻尼 孔长 度 cm 。 从 而 得 睾 11T2 8／a△xo V 10 ～ 。 将 △ 。 o ． 3 r a d ，△ 0 ． 2 2 r a d代入上式 ，得相对于 △ 。 的阻尼 孔 尺寸 d 0 ． 2 5 e m，2 1 ． 2 a m，相 对 于 △ 的 阻 尼孔尺寸 d k 0 ． 2 6 a m，Z k 1 ． 2 c m。 1 ． 5 压盘 尺 寸的确 定 压盘结构见图 6 。由受 力分析 可知 ，滑靴 中心 在 斜盘上的运行轨迹是一椭圆，其长轴为 R ／ c o s 0 ， 短轴为 R，所 以压 盘 上 滑 靴 安 放 孔 中心 的半 径 即 压 盘 滑 靴 孔 的 分 布 半 径 为R t 2 8 ⋯ 滑 靴 的 包球外径 d ， 已知 ，盘孔与 d 的最小 间隙为 △ ，则 盘 孔直径 d 。 为 d 2 z i ，再加上两倍 的因偏心而向 外 或 向 内 移 动 量 一一 RC O S 0 ， 即 、 ⋯ ， 图6 压盘结构图 d p d ，2 △ t ⋯ R 一 R 1 6 2 0 ． 5 2 ⋯ 2 7 一 一 2 8 1 8 m m 式 中 △ 为最小 间隙 ，取值 0 ． 5 m m。 压盘最大外 径 2 R 2 z i COS 一 C Os c l ⋯ 1 o 28218 6． 1 7 6 9 0 mm 式中△ 为接触余量，取值△ 1 m m。 1 ． 6 斜 盘尺 寸的确 定 斜盘 的最大外径 ，应能保证滑靴底面全 部落在 其 上 D 2 R 2 8 2 x 2 8 8 ． 1 7 m m，圆整为 D 9 0 m m。 2 结束语 对直轴式轴向柱塞 泵的作 用和结 构进行 了简要介 绍 ，根 据 柱 塞 泵 工作 要 求 和 特 点 ，对 其 主 要 零 件 如缸体 、柱塞 、滑 靴 、配油盘 、压 盘 、斜盘 的主 要尺寸进行了设计计算。实验证明该柱塞泵设计科 学合理 ，能够满 足实际生 产需要 。 参考文献 【 1 】 成大先． 机械设计手册 单行本 液压传动[ M] ． 北京 化 学工业 出版社 ， 2 0 0 4 ． 【 2 】袁子荣． 液气压传动与控制[ M] ． 重庆 重庆大学出版 社 ， 2 0 0 2 ． 3 ． 【 3 】袁生杰 ， 董恩 国． 斜盘式轴 向柱塞泵滑靴的设计计算 [ J ] ． 天津工程师范学院学报， 2 0 0 7 ， 1 7 1 4 0 4 2 ． 【 4 】 雷天觉． 液压工程手册 [ M] ． 北京 高等教育出版社， 2 00 4． 上接第 1 0 1页 表 1 Y B C - 2型飞机地面油 泵车与现 有 Y B C ． 1 型油泵车的参数对 比 可以看 出 Y B C - 2型飞机地 面油泵 车液压 系统在 满足飞机的液压保障需求的前提下 ，提高了液压油的 流量 ，提升 了工 作效 率 ，同时装 备体 积 仅为 原来 的 6 ． 2 ％ ，质量 仅为原 来装备 的 1 6 ． 7 ％ 。 4结论 通过采用单 系统双输 出的液压系统 ，实现在满足 实际保障需求 的同时，又减小了装备体积 的目的。 Y B C - 2型飞机地 面油泵 车液压 系统 的成功研制 ，将 大 大提高飞机地 面保 障装备 的工作效率 以及转场运输效 率 ，保 证转场后各型飞机正常起 飞。同时该装备可发 挥其体 积小 、质量轻 的优势 ，很大程度上增加单架运 输机运载数量 ，减少运输架 次。 参考文献 【 1 】曹克强 ， 马新力， 沈燕良， 等． 飞机液压系统空气污染控 制[ J ] ． 机床与液压 ， 2 0 0 3 6 3 3 3 3 3 4 ． 【 2 】陈浩， 于焕义． 飞机多功能通用地面液压油泵车的设计 [ J ] ． 液压与气动， 2 0 0 7 8 1 7 2 O ． 【 3 】WR I G H T S E， B U S H B Y J P ． D e v e l o p m e n t o f a D i a g n o s t i c S y s t e m f o r N o n c o n t i n u o u s l y O p e r a t i n g Ma c h i n e s [ C ] ／ ／ P r o c e e d i n g s o f t h e I E E， 2 0 0 7 ．