民用小型飞机地面液压保障拖车液压系统方案设计.pdf

2 0 1 5 年 4月 第 4 3卷 第 8期 机床与液压 MACHI NE T OOL HYDRAULI CS Ap r ． 2 01 5 Vo 1 ． 4 3 No ． 8 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 5 ． 0 8 ． 0 3 2 民用小型飞机地面液压保障拖车液压系统方案设计 魏 晓斌 ，韩 固勇 ，杨学光 空军勤务学院航材四站 系，江苏徐州 2 2 1 0 0 0 摘要分析飞机地面液压保障需求，采用控制精度较高、功率损失较小的阀控调速与变频调速相结合的复合调速方 式 ，提出了民用小 型飞机地 面液压保 障拖 车液压系统设 计方案 ，为今 后航 空地面液 压保 障设备液压 系统开发 提供 了很好 的 参考。 关键词液压系统；液压保障；方案设计 中图分类号T H1 3 7 文献标志码B 文章编号1 0 0 1 - 3 8 8 1 2 0 1 5 8 - 0 9 6 - 3 S c he me De s i g n f o r Hy d r a ul i c S y s t e m o f Gr o un d Hy dr a u l i c S e r v i c e Tr a i l e r s for Ci v i l Ai r c r a f t W EI Xi a o b i n， HAN Gu y o n g， YANG Xue g u a ng D e p a r t me n t o f F o u r - s t a t i o n Ma n a g e me n t ，A i r F o r c e L o g i s t i c s 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 T h e d e ma n d s o f a i r c r a f t g r o u n d h y d r a u l i c s e r v i c e we r e a n a l y z e d ．Us i n g c o mp o s i t e s p e e d mo d e o f t h e c o mb i n a t i o n o f v a l v e s p e e d r e g u l a t i o n a n d e q ue nc y c o n t r o l wi t h hi g h c o n t r o l l e d p r e c i s i o n a n d l o we r po we r l o s s，t h e d e s i g n s c he me o f h y d r a u l i c s y s t e m o f g r o un d h y d r a ul i c s e r v i c e t r a i l e r s f o r c i v i l a i r c r a f t wa s pr o p o s e d．I t pr o v i d e s a g o o d r e f e r e nc e f o r t h e f u t u r e d e v e l o pme n t o f h y d r a u l i c s y s t e m o f a v i a t i o n g r o u n d h y d r a u l i c s e r v i c e e q u i p me n t ． Ke y wo r d s Hy d r a u l i c s y s t e m ；Hy d r a u l i c s e r v i c e ；S c h e me d e s i g n 目前 ．我 国民用直 升 机和 民用 小 型飞 机 以下 均简称 “ 小 型 机 ” 的发 展 呈 现 日益 增 长 的趋 势 ， 而与之配套的地面保障设备和实施还未完全形成。大 部分仍然采用保 障大 飞机 的地面保 障设备和实施 。而 现有 的航空地 面保 障设备和设施结构复杂 ，存在性能 不 能完全满足小 型机保 障需求 的问题 。其 中就包括液 压保障。文中研究的地面液压保障拖车主要担负对民 用直升机 和民用小型 飞机液压系统进行检查 以及液压 油检测 、保 障 ，主要是 针对 小 型机 地 面液 压保 障需 求 ，对液压保 障拖车液压系统进行方案设计 ，提升小 型机保 障效率 。 1 设计依 据 1 ． 1 小型机对地 面液压保障拖车的需求 小 型机在地 面进行检查 时 ，发动机往往处于停机 状态 。在此情况下 ，为 了检查飞机起落架收放 、机翼 活动 、减速板震动、液压系统的密封性和循环工作等 情况 ，需要液压保 障拖车提供液压保障 。液压保障拖 车与小型机液压系统对接，向小型机液压系统提供一 定压力 、流量 、温度和 固体颗粒污染度的液压源 ，以 满足检查小型机液压 系统 的工作状况 、密封性和强度 的要求 。因此 ，液压保障拖车也可 以看作是一个 向飞 机液压 系统提供液压能源 的地面液压站 ，主要需求包 括 以下 3个方面 1 完成飞 机液 压系 统及其 相关 装置 的 功能 和 性能检测 2 净化飞机液压系统 3 为飞机补充加注航 空液压 油。 1 ． 2 液压保障拖车液压系统设计原则 针对液压保障拖车的工作特点和需求，为达到最 佳 的保 障效率和经济效益 ，液压保障拖 车液压 系统的 设计应遵循如下原则 1 需求性 原则 。满足小 型 机需 求是 设计 的首 要点 ，保障率是其第一考量 。液压保 障拖车液 压系统 运行情况直接影 响着小型机液压系统的地面检测 ，从 而影 响小型机 的飞行安全 。因此 ，该液压系统 必须 能 满足小型机液压系统对地面液压能源的基本需求 ，并 且能够在一定恶劣条件下保持 良好的工作特性 。 2 经济性原则。为在系统的设计 、试制、批 量生产和使用、维护中创造出最大的经济效益，应选 择性价 比较高 的设备单元 ，采用大量的通用件 、标 准 件 ，从而有效地降低设计风险 ，缩短试 验的时间和制 造周期 ，降低试验费用和生产费用 。 3 机动灵 活性 原则 。为使 小型 机液 压保 障设 备可移动，便于随时、随地进行机动保障，将设备设 收稿 日期 2 0 1 4 0 2 2 4 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。E m a i l wx bl l 81 1 2 6． e o m。 第 8期 魏晓斌 等 民用小型飞机地面液压保障拖车液压系统方案设计 9 7 计成拖 车的形式 。因此 ，选用 的元 件应性 能可靠 、体 积小 、质量轻 。 4 产品质 量 原则 。小型 机对 地 面液 压 能 源 的 要求较 高 ，对 液 压保 障拖 车液 压 系统 输 出油 液 的压 力 、流量 、固体 颗 粒污 染 度 和温 度 等都 有 具体 的规 定 ．产 品的总体质量应 能满 足小型机的需要 。 5 安全性 原 则 。液 压保 障拖 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 ，防止过载和 因外负载 冲击对 各个液压作用元件的损伤。 2液压 系统方案设计 2 ． 1 液 压 系统性 能 参数设 计 2 ． 1 ． 1 液压 系统输 出功能 根据小型机对地 面液压保障 的需求 ，文 中设计 的 液压系统将具有 以下 3 种输 出功能 1 供压 。与小 型 机 对接 ，向液 压 系统 提 供液 压动力源 ，满足 飞机 液压系统检查需要 。 2 清洗。为使小型机液压系统保持一定的清 洁度 ，需要液压保 障拖 车对 其进行清洗 。因此 ，液压 保 障拖车 中的油过滤 器过滤精度应高于小型机液压 系 统中油过滤器的过滤精度，否则将变成小型机清洗液 压保障拖车 的液压 系统。 3 加油 。当小 型 机 液 压 系统 油 液偏 少 时 ，液 压保障拖车可 以对其 加注液压油 。 此外 ，液压 系统 还应具备 自循环功能 。液压保 障 拖车在与小型机对接 前 ，要求先进行 自循环 ，以便排 除液压系 统 中 的空气 、过 滤油 液 中可 能存 在 的 污染 物 ，保 证油液 的清 洁度。 2 ． 1 ． 2 液压 系统主要性能参数 为满足小型机对地面液压保障的需求 ，并适当留 有输出余量，文中确定小型机航空地面液压保障设备 液压系统 的主要技术 指标如下 输 出压力 0 4 0 MP a 连续 可调 ； 输 出流量 0 ～ 3 0 L ／ m i n 连续可调 ； 油液工作温度 ≤8 0 o C； 油液 固体颗粒污染 度 优于 G J B 4 2 0 B ． 6 级 工作介质 1 5 号航 空液压油 。 2 ． 2液 压 系统 方案设 计 2 ． 2 ． 1 设计思路 为使液压保障拖车具有 良好的工作性能 ，且体积 较小 ，现有两点设计思路将作为液压系统设计的主要 参考 1 采用散热器旁路设计。散热器安装在调压 回油的旁路上，该处是全液压系统温度最高点。与安 装在主回路相比，采用旁路设置，不仅可以有效降低 系统油温，而且也降低了回油阻力。使油液及时回到 油箱 。 2 一 个 液压泵 完 成多 种 工作模 式 。现有 的 液 压保障装备主要是为有人 飞机 提供液 压保 障 ，其输 出 流量较大 ．因此采用 了一个低压泵 和一个 高压泵的液 压系统设计 。而文 中设 计 的保 障设备输 出流量较 小 ， 在设计上可 以实现一个 液压泵 完成 多种输出功能。所 以，为了简化系统 ，使保障设备小型化 ，文中设计的 液压系统将采用一个液 压泵完 成多种工作模 式 。 综合 以上两点 ，液压保 障拖 车液 压系统设计思路 如 图 1所示 图 1 液压系统设计思路示 意图 根据设备输 出功能及 相关 性能参 数 ，制定了两个 液压系统设计方案 方 案一 以泵控方 式为主 ，即采用 容积节流调速 回路 方 案二在 节流调 速 回路设计的基 础上采用 阀控与 变频调 速的复合调速方式 。 2 ． 2 ． 2 方 案一 该方案 主要采用 以 D F R 1 变量柱塞 泵为液压动 力 源 的容积节 流调 速回路设计 ，通过调节串联在液压泵 出口的流量控制 阀调节 系统输 出流量 ．调节遥控 比例 溢流 阀控制 系统输 出压 力 ，方 案设计 如图 2 所示 。 1 5 1 一DF Rl 变量柱塞泵 卜 单向阀 卜 油过滤器组合 4 一流量传感嚣 5 一压力传感器 6 一高压活门 7 一低压活门 8 一溢流 阀 9 一截止阀 1 O 一散热器 l 1 一低压压力传感器 l 2 一温度传感罂 1 卜 二位 四通换 向阀 1 4 - -- 背 压 阀 1 5 -- 油箱 图 2 液压 系统 流程示 意图 该方案 的工作 流程 为 1 自循环 。液压保 障设备在 与小 型机对接 前 ， 先进行 自循环 ，以便排 除液压 系统中的空气 ，并过滤 油液中可能存在的污染物，保证油液的清洁度。其主 要流程为油液从油箱 出发 ，经 二位 四通换向球阀进入 柱塞泵 ，然后流经单 向阀 、油过滤器 等 ，通 过溢 流阀 8和散热器 回到主 回油路完成循环 。 2 供压模式 。在 供压 模 式 下 ，系 统处 于闭 式 状态 ．从小型机 回流 的油液直 接进人 柱塞泵 。升压后 9 8 机床与液压 第 4 3卷 经 过油 过滤 器 、高压 活 门返 回到 小 型机 液 压 系 统 。 D F R 1 变量泵可根据小 型机负载所 需 的压 力和流量 自 动 调节输 出压 力 和流量 ，此 时的溢 流 阀 8 作 为 安 全 阀 ，当系统压力过高时 ，溢流 阀打开 ，油液经溢流阀 直接返 回 ，实现 系统卸荷 。 3 清洗模 式 。设 备在 供压模 式 下通 过油 过 滤 器 即可清洗液压 系统 ．为 了更彻底地清洗液压系统油 液 ，可以将低压 活门通过油管与小型机相应 的回油活 门对接 ．使小型机上 的油液经二位 四通换 向球 阀回到 设 备油箱 。然后 ，液压保障设备再进行 自循环将油液 清洗 干净 ，最后 ，通过加油模式将油液返 回小型机液 压 系统 。 4 加油模式 。当小型机液 压系统 油液偏少 时 ， 液 压保 障设备可 以对其进行加油 。将低压活 门与小型 机相应 的回油活 门对接 ．液压保障设备开启后 ．油液 从 油箱 出发 ，进 入 柱塞 泵 ，通 过 溢 流 阀 截止 阀打 开 ，从低压活 门进 入到小 型机液压 系统 。为 防止 飞 机 油箱液压 油进人设备油箱 ，设备油箱进 口处安装 了 背压阀 2 ． 2 ． 3 方案二 方案二 以节 流调速 回路设计为基础 ，采用阀控调 速与变频调速组成的复合调速系统。变频器与普通电 机组成 的系统动力源可 以初步调节系统流量 。而高精 度 的流量控制则通过调节 串联在供压 回路的 比例调速 阀来实现 与液 压泵并联 的比例溢流 阀用于调节系统 输出压力。该方案 的最大优点是控制精度较高，同 时 ，由于采用液 压变频 技术 ，系统 功率损 失也较 小 。 方 案设计 如图 3 所示 4 一高 压 油过 滤组 一 比例流 量控 铡 网6 一涡 轮流 量计 7 一压力传感器8 一高压活 门 一油液污染度检验阀 1 O 一 低压 活 门 l l 一 二位 三 通 阀 1 卜 安 全 阀 1 3 一 比例溢流阀 1 4 一散热器 1 5 一温度传感器 1 6 一低压油过滤器 1 7 一油箱 图 3 液压 系统流程示意 图 该方案的工作流程为 1 自循环 。 自循环模 式 中，油液 从油 箱 出发 ， 经过液压泵升压 ，依 次流经单 向阀 、高压油 过滤组 、 比例溢流 阀、散 热 器 、低 压 油过 滤 器 ，最 后 回到油 箱 ，完成 自循环 。在完成 自循 环的同时 ，比例溢流 阀 调节 回路压力 ，一部分油液通过 比例溢流阀流经散 热 器后回到主回路当中，完成旁路的循环工作。 2 供压模 式 。供压 模 式 中 ，二位 三通 阀处 于 图中下位工作 。油 液从油箱 出发 ，经 过液压 泵升 压 。 依次流经单 向阀 、高压油 过滤组 、比例流量 控制 阀 ， 经高压活 门进入小型机液压系统 从小型机液压 系统 回流 的油液经低压活 门进入设备液压系统中 ，经 二位 三通 阀和低压油过滤器 回到油箱 中。供压模式 中 ，通 过控制变频器调节 电动机转速从而调节液压泵输 出流 量 ，通过调节 比例调速 阀和溢流阀精确控制系统输出 的流量和压力 。 3 清洗模式。清洗模式 的油液循环和供压模 式相 同。唯一不 同的是 ，清洗过程中系统输 出的流量 更大 ，而且是变流量 ，输 出压力则 比供压模式小 。通 过不断 的循环 ．使油液 中的颗粒物被油过 滤器过 滤下 来 ，达到清洗小型机液压系统的 目的。 4 加油模 式 。加 油 模式 中，二位 三通 阀处 于 上位工作。油液从油箱出发，经过液压泵升压，依次 流经单 向阀、高压油过滤组 、比例流量控制阀和二位 三通 阀，最后经低压活 门进入到小型机液压系统的油 箱 中。 3 方案的比较与选择 上述两种设 计 方案 采用 的流量 控制 方式 有 所 不 同 ，液压系统性能 比较见表 1 。 表 1 两种方案性能 比较 方案一采用泵控方式 ，选择具有负载敏感特点 的 D F R 1 型液压泵 ．该泵能 实现对输 出压力 和流量 的双 重控制 。其输 出流量 只与流量控制 阀的开度有关 ，而 不受负载速度变化的影响 。采用 D F R 1 泵 ，除了流量 控制阀有 一定 的压降外 ，基本没有其他节流和溢流损 失 ，系统效率 高 、发热少 。但 D F R 1 泵的流量控 制效 果 比压力 控制差 。控制精度没有 阀控高 。另外 ，包括 D F R1 泵在内的大部分变量泵由于受其变量调节原理 的限制 ．只有当工作压 力在 2 M P a以上才能对输 出流 量和压力 进行有 效的调 节 ，不符合文 中液压 系统 的设 计 需要 且变量 柱塞泵 存在 不可避免 的泄漏 现象 ，对 于低输 出流量控制效果较差 ，有可能液压泵 的输 出流 量 比 自身正常的泄漏量还小。 方案二采用 阀控 调 速与 变频 调速 的复合 调 速 方 式 。具有控制精度高 、功率损 失小 和系统 响应快等优 下转第 1 1 5页 第 8 期 单红艳 等基于高速开关阀的换挡离合器油压控制研究 1 1 5 定 时间为 1 ． 2 s ，大 于前者 ，并 且在 过 渡到稳 压状 态 过程 中出现了较大幅度 的压 降。此 外 ，两 个系统 的离 合器分离过程所需时间均小于 0 ． 1 s ，满足离合器分 离控制要求。由以上分析可知 ，选用二位三通阀作为 主阀更为合适 ，换挡离合器油压控 制系统 的性能更加 优 越。 同时 。文 中还探究 了在 系统不设 置高速开关 阀与 离合 器油路之 间的小 青流 阀的情 况下 ，离合器油压控 制系统 的性能 。经仿真得 到去除小节流阀后 的系统换 挡油压 曲线 。如 图 7所示 。 结合图 6 a 和图 7 。 可以看 出若 无 小流 量 节 5 流阀 ，油压 曲线 在离 合 器 芝1 ． 0 结合 过程 和稳定 过程 中变 0 5 化不 大 ，而在 离 合器 分 离 0 过程中， 无节流阀的油压 0 ‘。 。 。 L 0 n ． 。。 系 统 压 日寸 图 7 无 节 流 阀 时 的 需 要 1 3 s 。通过前 文分析 一 换 线 可知 ．这是 由于 换挡 液 压 缸是 随着离合器一起 高速运 动 ．离心力使一些油液贴 在液 压缸的内壁上 ，因此导致压 降缓慢 。通过仿真可 以发现 为 了 防 止 这 种 现 象 造 成 离 合 器 分 离 不 完 全 ，应设置小节流阀，且节流阀的位置需保证在离 合器结合阶段不溢油，在离合器分离阶段起 到溢流 的作 用 5结论 I 在分 析不同电液控 制 阀性 能特 点的基 础上 ． 提 出采用基 于高速开关 阀的离合器 油压控 制系统 ，分 析 了系统 的工作原理和工作过程 。 2 分别建立了基于二位二通式高速开关 阀和 二位三通 式 高速 开关 阀 的油压 控 制 系统 模 型 ，通 过 A ME S i m进行了系统控制性能 的仿真。仿真结果表 明二位三通式高速开关阀性能更为优越 ；此外 ．在 高速开关 阀与离合器油路之 间应设 置小节 流阀 。 参考文献 [ 1 ]C H O B a c k H y u n ， O H J o n g S u n ， L E E N Wo n H i ． Mo d e l i n g o f Pu l s e W i d t h Mo d u l a t i o n P r e s s u r e C o n t r o l S y s t e m f o r A u t o m a t i c T r a n s m i s s i o n [ R] ． S A E P a p e r ， 2 0 0 2 0 1 - 1 2 5 7 ． [ 2 ]林峰， 刘影， 陈漫． 电液 比例阀在车辆换挡离合器中的应 用[ J ] ． 兵工学报， 2 0 0 6 ， 2 7 5 7 8 4 7 8 7 ． [ 3 ]杨树军， 胡纪滨， 荆崇波． 湿式离合器充油过程动态特性 研究[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 5 1 1 8 1 8 4 ． [ 4 ]何谦． 基于高速开关阀的液压同步控制系统设计与研究 [ D] ． 长沙 湖南师范大学， 2 0 0 8 ． [ 5 ]王伟伟， 宋健 ， 李亮 ， 等． 高速开关阀在高频 P WM控制下 的比例功能[ J ] ． 清华大学学报 自然科学版 ， 2 0 1 1 ， 5 1 5 7 1 5 7 1 9 ． [ 6 ]金英， 潘再平． 脉宽调制控制方法研究 [ J ] ． 科技通报， 2 0 0 5 ， 2 1 1 3 0 3 3 ． [ 7 ]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 3 ． [ 8 ]付永领 ， 祁 晓野 ． A ME S i m系统建模 和仿真 [ M] ． 北京 北 京航空航天大学 出版社 ， 2 0 0 5 ． [ 9 ]Y U G u i b o ， T I A N G u a n g ， L I U J i n h u a ． Mo d e l i n g a n d S i m u l a t i o n o f H i g h P r e s s u r e G a s I n j e c t i o n D e v i c e B a s e d O N A M E S i m『 C] ／ ／ 8 I n t e r n a t i o n a l S y mp o s i u m O i l T e s t a n d Me a s u r e me n t ， C h o n g q i n g ， 2 0 0 9 2 8 6 2 8 8 ． 上 接 第 9 8页 点。该方案采用的复合调速方式能有效避免单一调速 方式的缺点 ，更能将二者 的优点相结合 。变频器与普 通电机构成的系统动力源 ，可以方便地控制 电机转 速 ．即调节液压泵输 出流量 ，能有效减少系统节流损 失和溢流损失。比例调速阀和比例溢流阀的采用能克 服单纯使用变频调速方式控制精度低和低速特性差的 缺点 ，尤其在微流量和小压力输 出的情况下 。能快速 精确地控制系统输出流量和压力。 经过对比分析，可以看出方案一不适合文中设 计需要 。而控制精度高 、功率损失小和系统 响应快 的 方案二更适合设计需要。所以，将选择方案二作为小 型机液压保障拖车液压系统的设计方案。 4结论 采用 阀控调速与变频调速 的复合调速方式设计 的 液压 系统 ，大大提高地面液压保障的工作效率 ，能够 满足小 型机的液压保障需求 。 上接第 1 0 0页 的发生 ，避免 了对设 备无谓的损害 。总之改进后系统 在实践 中运作 良好。 参考文献 [ 1 ]卫国爱， 许平勇 ， 亓迎川 ， 等． 基于 P L C的液压调平升降 控制系统[ J ] ． 液压与气动， 2 0 0 4 5 l 1 一 l 3 ． [ 2 ]王雷 ， 王幼民， 凌雪． 汽车举升机构液压系统的改进设计 [ J ] ． 起 重运输机械 ， 2 0 0 6 1 0 7 3 7 4 ． [ 3 ]张利平． 液压传动系统及设计 [ M] ． 北京 化学工业出版 社 ． 2 0 0 5 ． [ 4 ]徐社连， 侯波． 剪叉式升降机液压系统改造 [ J ] ． 液压与 气动 ， 2 0 0 7 7 7 5 - 7 6 ． [ 5 ]冯华伟． 汽车举升机液压系统设计 [ J ] ． 烟台大学学报 自然科学与工程版， 2 0 0 7 1 0 3 0 9 3 1 2 ． [ 6 ]雷天觉． 新编液压工程手册[ M] ． 北京 北京理工大学 出 版社 ． 1 9 9 8 ．