CN101881287A - 飞行器高压液压脉动试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种飞行器高压液压脉动试验系统，是高压内啮合齿轮泵在拖动电机的拖动下为系统提供高压液流，由计算机输出控制信号给比例流量伺服阀和比例压力伺服阀控制液压系统产生稳定可控的高压液压来流，并由计算机控制的压电陶瓷驱动器产生激振力推动金属膜片在稳定高压液压来流中产生精确可控压力脉动值。本发明精度高，操作简便；流量和压力调节范围大，可控频率范围广，响应快，结构简单；对可控的压力脉动部分干扰较小。

Description

飞行器高压液压脉动试验系统

技术领域

本发明涉及一种液压脉动试验系统，适用于飞行器高压液压系统压力脉动试验。

背景技术

随着航空技术的迅速发展，飞行器液压系统的各项技术指标都需要相应的提高。液压系统压力一直随液压技术的发展不断提高。就传动力和做功而言，高压意味着可以减小动力元件的尺寸，因而可以减轻液压系统的结构重量。值得注意的是，液压系统重量每减少1kg，可以使飞机结构重量减轻4kg，而飞机承载量可增加15kg。从未来飞机的发展趋势上看，飞机正日益向高速和大型化发展，这就要求必须不断增大系统功率，减轻结构重量和改善系统的动态响应。因此，飞行器液压系统必须采用更高的压力。各国特别是美国近年来的大量研究表明减轻飞行器液压系统重量和缩小其体积的最有利的途径是提高飞行器液压系统的工作压力，高压液压系统工作时，由于阀门的突然开关、泵的失效以及执行元件止动等原因，管道中将产生沿管路传播的压力脉动波，供压管路和回油管路会出现强烈的压力撞击，即压力脉动，在高压管路上，压力脉动峰值有可能达到系统额定压力的1.5倍以上，而在回油管路上则可能达到正常回油压力值的10倍以上。高压液压系统压力脉动可能导致系统管路、连接件、作动筒等的断裂，系统附件失灵，严重时可造成飞机重大事故的发生。由于液压系统压力高，附件加工精密以及油液容易泄漏等因素，故障比较多，其中大部分故障与液压系统的压力脉动直接相关。飞行器液压系统的压力脉动是影响飞行器安全的致命危害，所以液压系统的管路和附件必须进行压力脉动试验，以测试其抗压力脉动冲击的能力，从而发现问题改进设计，提高飞行器液压系统的可靠性。

目前，就公开发表的文献来看，尚没有介绍飞行器高压液压脉冲试验的试验装置，已公开的大多液压脉冲试验装置均与飞行器高压液压系统实际工作情况相差较远，专利号为ZL 200920038289.0的管道内液压脉冲疲劳装置通过气控部分、电气控制装置和浸在液体中的气囊来为不锈钢薄壁波纹管提供一种可以模拟液压脉冲的管道内脉冲液压疲劳试验；专利号为95219594.1的液压脉动压力发生器主要用于各种疲劳强度或振动试验中，为一些设备提供脉冲信号，由脉动加载装置、液压站、驱动机构和执行机构组成，特殊之处在于脉动加载装置为阀芯可旋转的换向阀，驱动机带动换向阀芯旋转，使油缸进油口交替与换向阀进、出油口相通，改变油缸压力推动活塞以在系统中产生压力脉动，其活塞回位依靠系统压力实现，频率响应较低。目前现役飞行器液压系统的液压压力普遍在21Mpa和28Mpa及以上水平，压力脉动频率较高，通过继电器控制保压和泄压时间，由空气压缩机和各种阀对气囊的状态进行控制以产生液压脉冲的试验系统，其液压压力水平和脉冲控制精度均较低，而由改变油缸压力推动活塞以在系统中产生压力脉动的液压脉动压力发生器其响应频率较低，控制精度不足，均无法满足飞行器高压液压系统试验要求，必须寻找一种具有较高精度，控制简便，适合飞行器高压液压系统实际工作情况的液压脉冲试验系统，以发现问题改进设计。

发明内容

为了克服现有技术响应频率和控制精度较低的不足，本发明提出了一种飞行器高压液压脉动试验系统，结构相对简单，能够较好的提高效率，高精度地开展飞行器及其他系统高压液压脉动系统试验。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括液压部分和测控部分。液压部分包括高压内啮合齿轮泵、粗滤油器、蓄能器、拖动电机、单向阀、比例压力伺服阀、比例流量伺服阀、精滤油器、压力继电器、冷却器、节流阀和脉动产生装置；测控部分包括含D/A卡的计算机、压力传感器和流量传感器。

所述的液压部分主要为装置提供高压脉动液流，测控部分保证为装置提供所需一定量高压液流的控制指令。液压部分中拖动电机是系统动力源；液流由油箱经粗滤油器过滤后流入高压内啮合齿轮泵，高压内啮合齿轮泵在拖动电机的拖动下为系统提供高压液流；安装在高压内啮合齿轮泵出口的压力继电器监测所述高压液流的压力，当由于某种原因系统的液流压力达到设定阀值时，及时切断拖动电机电源，确保系统安全；单向阀安装在高压内啮合齿轮泵的出口处保证液流向高压内啮合齿轮泵外单向流动，实现系统隔离；单向阀出口连接精滤油器入口，保证系统液流的洁净；蓄能器、比例压力伺服阀和比例流量伺服阀均与精滤油器出口相连接；蓄能器用于平抑高压内啮合齿轮泵出口液流脉动；比例压力伺服阀和比例流量伺服阀分别在计算机的控制下，为液流通道提供所需的压力值和流量值；比例流量伺服阀与脉动产生装置之间的液流通道处有一个流量传感器，用于实时采集系统流量值；脉动产生装置包括计算机控制的压电陶瓷驱动器和由压电陶瓷驱动器推动的金属膜片，金属膜片焊接在液流通道侧面，用以在液流中产生压力脉动成分；脉动产生装置两侧的液流通道内各有一个压力传感器，分别用于实时采集脉动产生装置两侧的系统压力值。流量传感器和两个压力传感器将采集到的信号反馈回计算机，对脉动产生装置输出的压力和流量进行较正；脉动产生装置通过液流通道连接试验部分，给试验部分施加高压脉冲；液流通道流经试验部分后通过节流阀连接冷却器，节流阀为液流通道建立所需背压，冷却器为系统降温，保证系统长时间可靠运行；液流由冷却器冷却后回到系统油箱。

所述的高压内啮合齿轮泵是指提供压力为16-32Mpa液流的内啮合齿轮泵。

所述的高压精滤油器是指压力为16-32Mpa、过滤精度为0.005毫米的滤油器。

所述的金属膜片焊接在液流通道侧面，成为液流通道的一部分，其一面与液流直接接触，另一面与压电陶瓷驱动器相连，由压电陶瓷驱动器推动。

本发明的有益效果是：①控制部分由计算机控制，精度高，操作简便；②提供高压脉动液流的液压部分，带流量反馈和压力反馈，流量和压力调节范围大、精度高；③压力脉动由计算机控制的压电陶瓷驱动器推动金属膜片直接在液流路中产生，可以实现不同波形不同频率的激励，频率范围广，响应快，结构简单，其反馈与提供高压脉动液流的液压部分压力反馈相互独立，调节精度高；④高压内啮合齿轮泵与蓄能器相结合可实现较平稳的压力输出，对可控的压力脉动部分干扰较小。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明

图为本发明系统结构示意图。

图中，1-液压油箱，2-粗滤油器，3-高压内啮合齿轮泵，4-拖动电机，5-压力继电器，6-单向阀，7-精滤油器，8-蓄能器，9-比例流量伺服阀，10-比例压力伺服阀，11-脉动发生器(11-1-金属膜片，11-2-压电陶瓷驱动器)，12-试验部分，13-可调节流阀，14-冷却器，15-计算机(含D/A卡)。

具体实施方式

如图所示为本发明系统结构示意图，工作油液由油箱1经粗滤油器2过滤后进入高压内啮合齿轮泵3增压，粗滤油器2采用结构简单，通油能力大的WU-63×80-J网式滤油器，以保护高压内啮合齿轮泵，高压内啮合齿轮泵采用双联高压内啮合齿轮泵QT43-31.5，最高压力32Mpa，采用4极电机拖动时流量为42.2L/min；高压液流的压力由安装在高压内啮合齿轮泵出口的压力继电器5监测，压力继电器型号为JCS-02H，最高使用压力为40Mpa，压力调整范围为0.6～40Mpa；高压内啮合齿轮泵3出口与单向阀6入口相连，单向阀6入采用CRK2型单向阀，最大工作压力为50Mpa，最大开启压力为0.5Mpa，最大流量为50L/min。单向阀6出口和精滤油器7入口相连通，精滤油器7采用过滤精度好的ZU-H63×5S高压纸质滤油器，其额定压力为31.5Mpa，其原始压力损失不大于0.1Mpa，最大压力损失0.35Mpa。精滤油器7出口与蓄能器8、比例流量伺服阀9和比例压力伺服阀10入口相连通，蓄能器8采用TBR50-2.5-E皮囊式蓄能器，其最大工作压力为34.5Mpa，流体容积为10L，皮囊材质为氟像胶；比例流量伺服阀9采用KPG-03-63-31.5，最大流量为63L/min，最大压力为31.5Mpa；比例压力伺服阀10采用RZMO-TERS-PS-030/315，通径为6mm，最大流量为40L/min，最大压力为31.5Mpa。比例流量伺服阀9出口有涡轮式流量传感器和高压电阻应变式压力传感器各一个，并通过流量传感器与脉动产生装置11入口相连通，脉动产生装置11出口有高压电阻应变式压力传感器一个，液流经脉动产生装置11出口送入试验部分12，试验部分12出口与节流阀13入口相连通，节流阀13出口连接冷却器14，冷却器14采用AH0608T-CA型风冷却器，最大流量为60L/min，工作液流经冷却器14冷却后回到油箱。计算机(含D/A卡)15通过电信号控制比例流量伺服阀9、比例压力伺服阀10和压电陶瓷驱动器11-2，两个压力传感器和一个流量传感器分别与计算机(含D/A卡)15构成反馈回路。

系统启动后，工作液流的初始压力可以采用通径为10mm，最大压力为32Mpa，最大流量为40L/min的节流阀调整设定，计算机(含D/A卡)15输出用以控制的指令电信号给比例流量伺服阀和比例压力伺服阀，结合压力传感器和流量传感器的反馈对脉动产生装置入口的流量和压力实施精确控制，最终使流量和压力值稳定在指令值上；脉动产生装置中的压电陶瓷驱动器采用叠层机械封装式高压压电陶瓷驱动器，其接收由计算机(含D/A卡)15发出的指令信号，产生可控频率下的指定位移推动金属膜片11-1，在系统中产生大小和频率的可控压力脉动，该压力脉动值由脉动产生装置11出口压力传感器反馈回计算机进行校正，主液压通道反馈与脉动压力通道反馈相互独立，互不干扰，以实现较高的控制精度。

如上所述，通过本发明的液压脉动试验系统设计方案，可以在满足飞行器高压液压系统脉动试验要求的同时获得较高的控制精度，从而提高试验效率，提升试验性能。

Claims (4)

1.飞行器高压液压脉动试验系统，包括液压部分和测控部分，液压部分包括高压内啮合齿轮泵、蓄能器、拖动电机、单向阀、比例压力伺服阀、比例流量伺服阀、压力继电器、冷却器、节流阀和脉动产生装置；测控部分包括含D/A卡的计算机、压力传感器和流量传感器，其特征在于：所述的拖动电机是系统动力源；液流由油箱经粗滤油器过滤后流入高压内啮合齿轮泵，高压内啮合齿轮泵在拖动电机的拖动下为系统提供高压液流；安装在高压内啮合齿轮泵出口的压力继电器监测所述高压液流的压力；单向阀安装在高压内啮合齿轮泵的出口处保证液流向高压内啮合齿轮泵外单向流动；单向阀出口连接高压精滤油器入口，蓄能器、比例压力伺服阀和比例流量伺服阀均与高压精滤油器出口相连接；蓄能器用于平抑高压内啮合齿轮泵出口液流脉动；比例压力伺服阀和比例流量伺服阀分别在计算机的控制下，控制液流通道提供所需的压力值和流量值；比例流量伺服阀与脉动产生装置之间的液流通道处有流量传感器一个，用于实时采集系统流量值；脉动产生装置包括计算机控制的压电陶瓷驱动器和由压电陶瓷驱动器推动的金属膜片，金属膜片焊接在液流通道侧面，用以在液流中产生压力脉动成分；脉动产生装置两侧的液流通道内各有一个压力传感器，分别用于实时采集脉动产生装置两侧的系统压力值；流量传感器和两个压力传感器将采集到的信号反馈回计算机，分别对高压内啮合齿轮泵进行流量校正和对脉动产生装置进行压力较正；脉动产生装置通过液流通道连接试验部分，给试验部分施加高压脉动；液流通道流经试验部分后通过节流阀连接冷却器，节流阀为液流通道建立所需背压，冷却器为系统降温；液流由冷却器冷却后回到系统油箱。

2.根据权利要求1所述的飞行器高压液压脉动试验系统，其特征在于：所述的高压内啮合齿轮泵是指提供16-32Mpa之间压力液流的内啮合齿轮泵。

3.根据权利要求1所述的飞行器高压液压脉动试验系统，其特征在于：所述的高压精滤油器是指压力为16-32Mpa、过滤精度为0.005毫米的滤油器。

4.根据权利要求1所述的飞行器高压液压脉动试验系统，其特征在于：所述的金属膜片一面与液流直接接触，另一面与压电陶瓷驱动器相连，由压电陶瓷驱动器推动。

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