飞机液压系统供压部分设计.docx
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飞机液压系统供压部分设计
1概述………………………………………………………………………………1
1.1关于飞机液压系统……………………………………………………………1
1.2液压传动的工作原理和工作特征……………………………………………2
1.3液压传动的优缺点……………………………………………………………4
1.3.1液压系统的优点……………………………………………………………5
1.3.2液压系统的缺点……………………………………………………………5
1.4本课题的任务要求和设计原始数据…………………………………………6
1.4.1任务要求……………………………………………………………………6
1.4.2原始数据……………………………………………………………………6
1.5本课题主要研究工作…………………………………………………………7
2液压系统设计……………………………………………………………………8
2.1制定系统方案和系统原理图…………………………………………………8
2.1.1制定系统方案及拟订液压系统图…………………………………………8
2.1.2液压原理图的分析…………………………………………………………13
2.2油泵的参数计算和型号选择…………………………………………………19
2.2.1液压泵的主要性能参数……………………………………………………19
2.2.2液压泵的转速………………………………………………………………20
2.2.3液压泵的排量及流量………………………………………………………20
2.2.4液压泵种类的选择…………………………………………………………20
2.2.5确定液压泵的各参数计算和型号选择……………………………………21
2.3液压阀的设计及选择…………………………………………………………26
2.3.1溢流阀的设计………………………………………………………………26
2.3.2单向阀的选择………………………………………………………………28
2.4选择液压辅件…………………………………………………………………29
2.4.1液压导管与接头……………………………………………………………30
2.4.2油滤…………………………………………………………………………31
2.4.3液压油箱……………………………………………………………………33
2.4.4密封装置的选择……………………………………………………………34
3飞机液压系统中存在的问题及解决……………………………………………36
3.1污染问题………………………………………………………………………36
3.2密封问题………………………………………………………………………38
3.2.1泄漏的原因……………………………………………………………………39
3.2.2防泄漏方法…………………………………………………………………40
4总结………………………………………………………………………………42
4.1设计总结………………………………………………………………………42
4.2工作展望………………………………………………………………………42
参考文献………………………………………………………………………………44
致…………………………………………………………………………………46
1概述
1.1关于飞机液压系统
飞机上以油液为工作介质，靠油压驱动执行机构完成特定操纵动作的整套装置为飞机液压系统。
为保证液压系统工作可靠，特别是提高飞行操纵系统的液压动力源的可靠性，现代飞机上大多装有两套（或多套）相互独立的液压系统。
它们分别称为公用液压系统和助力（操纵）液压系统。
公用液压系统用于起落架、襟翼和减速板的收放，前轮转弯操纵，驱动风挡雨刷和燃油泵的液压马达等；同时还用于驱动部分副翼、升降舵（或全动平尾）和方向舵的助力器。
助力液压系统仅用于驱动上述飞行操纵系统的助力器和阻尼舵机等，助力液压系统本身也可包含两套独立的液压系统。
为进一步提高液压系统的可靠性，系统中还并联有应急电动油泵和风动泵，当飞机发动机发生故障使液压系统失去能源时，可由应急电动油泵或伸出应急风动泵使液压系统继续工作。
液压系统具体工作形式如图1.1中所示。
图1.1三发动机的飞机液压系统示意图
液压系统通常由以下部分组成：
①供压部分：
包括主油泵、应急油泵和蓄能器等。
主油泵装在飞机发动机的传动机匣上，由发动机带动。
蓄能器用于保持整个系统工作平稳。
②执行部分：
包括作动筒、液压马达和助力器等。
通过它们将油液的压力能转换为机械能。
③控制部分：
用于控制系统中的油液流量、压力和执行元件的运动方向，包括压力阀、流量阀、方向阀和伺服阀等。
④辅助部分：
保证系统正常工作的环境条件，指示工作状态所需的元件，包括油箱、导管、油滤、压力表和散热器等。
液压系统具有以下优点：
单位功率重量小、系统传输效率高、安装简便灵活、惯性小、动态响应快、控制速度围宽、油液本身有润滑作用、运动机件不易磨损。
它的缺点是油液容易渗漏、不耐燃烧、操纵信号不易综合。
与其他机械（如机床、船舶）的液压系统相比，飞机液压系统的特点是动作速度快、工作温度和工作压力高。
1.2液压传动的工作原理和工作特征
一部机器通常由三部分组成，即原动机——传动装置——工作机。
原动机的作用是把各种形态的能量转变为机械能，是机器的动力源：
工作机是利用机械能对外做功；传动装置设在原动机和工作机之间，起传递动力和进行控制的作用。
传动的类型有多种，按照传动所采用的机件或工作介质的不同可以分为：
机械传动、电力传动、气压传动和液体传动。
用液体做工作介质进行能量传递和控制的，称为液体传动。
按其工作原理不同，又可分为液压传动和液力传动。
前者主要利用液体的压力能来传递动力；后者主要利用液体的动能传递运动。
图1.2液压千斤顶原理图
液压传动是利用液体静压传动原型来实现的。
现以图1.2所示的液压千斤顶为例来说明液压传动的工作原理和特征。
图中缸体3和柱塞4组成提升液压缸；杠杆5、缸体6、柱塞7和单向阀8、9组成手摇液压泵；2为控制阀；10、11和1分别为管道和油箱。
当液压泵柱塞7向上运动时，油腔4压力降低，形成局部真空，油箱1小的油液在大气压力作用下，顶开单向阀8，经吸油管11进人A腔。
当柱塞7向下运动时，A腔油液受挤压，压力升高，迫使单向阀8关闭，顶开单向阀9向B腔输送压力油，推动柱塞4上移，使负载G的位置升高。
柱塞7动作快，重物G升高就快。
如果杠杆5停止动作，B腔油液压力迫使单向阀9关闭，重物G停止在新的位置上。
如果打开控制阀2，则B腔中油液经阀2流回油箱1，重物G在重力作用下下降。
阀2开度大，重物G下降快。
由上述简例可以分析得出液压传动的一般工作特征。
在图1.2所示的柱塞和液体之间有力的作用，单位面积上所受的力称为工作压力。
设液体表面单位面积受柱塞7作用的压力为p，如果柱塞7运动稳定，且不计阻力损失，根据帕斯卡原理．该压力P将均匀地传递到封闭液体所有各点。
综上所述．可以归纳出液压传动的基本特征是：
以液体为工作介质，靠处于密闭容器的液体静压力来传递力、静压力的大小取决于负载；负载速度的传递是按液体容积变化相等的原则进行的，其速度大小取决于流量，如果忽略损失，液压传动所传递的力与速度无关。
实际的液压系统功能不一，形式多样，但其组成主要包括下列五部分。
（1）液压泵它把机械能转变为液压能，是液压系统的能源装置。
（2）执行几件它把液压能转变为机械能，包括作直线运功的液厌缸和作回转运动的液压马达。
（3）控制元件包括对系统中液体压力、流量和方向进行控制和调节的压力阀、流量阀及方向阀等。
（4）辅助元件 为保证系统正常工作所需的上述三类元件以外的装董，在系统中起到输送、贮存、加热、冷却、过滤及测量等作用。
（5）工作介质利用它进行能量信号传递。
1.3液压传动的优缺点
每种传动方式各有其特点、用途和适用围。
机械传动是通过齿轮、齿条、带、链条等机件传递动力和进行控制，其优点是传动准确可靠、制造容易、操作简单、维护方便和传动效率高等。
缺点是一般不能进行无级调速，远距离传功较困难、结构比较复杂等。
电力传动是利用电力设备并调节电参数来传递动力和进行控制。
主要优点是：
能量传递方便；信号传递迅速标准化程度高；易于实现自动化等。
缺点是：
运动平稳性差，易受外界负载的影响；惯性大，起动及换向慢；成本较高：
受湿度、温度、振动、腐蚀等环境影响较大、为了改善其传动性能，有些场合，往往与机械、气压或液压传动结合使用。
气压传动是用压缩空气作为工作介质进行能量传递和控制。
优点是：
结构简单；成本低；易于实现无级调速；阻力损失小；动作迅速、反应快；防火、防爆，对工作环境适应性好。
缺点是：
空气易压缩，负载对传动特性的影响较大；工作压力低（一般小于0.8MPa），只适用于小功率传动。
1.3.1液压系统的优点
与其他传动方式相比，液压传功有其独特的优点，主要是：
（1）单位功率的重量轻，即能以较轻的设备获得很大的力和转矩。
（2）由于体积小、重量轻，因而惯性小，起动、制动迅速。
（3）在运动过程中能方便进行无级调速，调速围大，可达100:
1到2000:
1。
（4）借助结构简单的液压缸可以轻易地实现直线往复运动。
（5）易于实现自动化。
（6）易于实现过载保护，工作安全可靠。
（7）液压系统的各种元件可随着设备的需要任意安排，可以把液压马达或液压缸安置在远离原动机的任意位置，不需中间的机械传动环节。
（8）液压工作介质具有弹性和吸振能力，使液压传动运转平稳、可靠。
运转时可自润滑，且易于散热，所以使用寿命较长。
（9）易于实现标准化、系列化和通用化，便于设计、制造和推广使用。
1.3.2液压系统的缺点
液压传动虽然存在许多突出的优点，但也存在以下一些缺点：
（1）液压传功以液体作为工作介质，在液压元件相对运动摩擦副之间无法避免泄漏，再加上液体压缩性及管路弹性变形等原因，难以实现严格的传动比。
泄漏使能量损失增加，效率降低。
（2）液体粘度和温度有密切关系，当粘度随温度变化时，将直接影响泄漏、压力损失及通过节流元件的流量等，从而引起执行元件运动特性的变化。
加之，液压油等工作介质的性能及使用寿命均受温度影响很大，所以液压系统不宜在很高和很低的温度下工作。
（3）传动效率较低。
液压系统中能量要经过两次转换．在能量转换及传递过程中存在机械摩擦损失、压力损失及泄漏损失。
加之对液压系统能量利用不尽合理等原因，使液压传动的效率偏低。
（4）液压系统的工作可靠性目前还不如电力传动和机械传动：
主要原因是工作中液压元件的摩擦副承受很大的压力和相对运动速度、容易导致磨损失效。
特别是当工作介质污染严重时，会加剧磨损，可能导致控制流道堵塞，使工作可靠性降低。
（5）液压元件的制造精度要求高，造价较贵。
使用、维护要求有一定的专业知识和较高的技术水平。
（6）液压能的获得与传送不如电能方使。
由于压力损失等原因，液压能不宜远距离输送。
（7）液压系统中各种元件、附件及工作介质均在封闭的系统工作，故障症兆难以及时发观，故障原因较难确定。
总的说来，液压传动的优点很多，但其缺点也不能忽视。
为了提高其竞争能力，液压技术一直在不断发展，借助现代科技的支持及相关学科的科技成果．使其缺点逐步被克服，性能不断提高，应用领域不断扩大。
当前广泛应用液压技术的领域，一般包括工业、行走机械、航空及航天、船舰（艇）、海洋开发工程。
1.4本课题的任务要求和设计原始数据
1.4.1任务要求
飞机液压系统供压部分设计设计要求：
1）依据飞机供压部分的特殊要求，设计出几种可供参考的液压系统；
2）经过数据校核，确定一种液压供压系统，完成图纸绘制；
3）绘制供压系统中的执行元件的装配图和零件图。
1.4.2原始数据
飞机参数：
翼展：
28.9米
机长:
33.4米
经济布局载客:
149人 ；货舱容积：
30.2立方米
最大商载:
16吨；最大油箱容量：
20105升
最大起飞总重:
62吨；最大载重航程:
2993公里
最大燃油航程:
4175公里
动力装置：
两台CFM56-3涡扇发动机（最大推力：
22000磅）
液压系统工作压力：
28MPa
1.5本课题主要研究工作
本课题主要针对飞机液压系统的功能、组成和工作特点，结合国外飞机液压系统的运用现状和发展趋势，设计一款能够适应大、中型飞机使用的飞机液压系统供压部分。
在设计本液压系统供压部分时，要明确设计任务和设计要求，不要偏离题目；仔细研究设计方案，理清设计思路，使设计过程清晰化，这两点的基础上。
进行以下研究工作：
1、分析已有的飞机液压系统的特点，对液压元件进行选择。
2、对各液压供压回路进行设计，对个回路的组成原理和性能进行分析。
3、根据本机液压系统工作参数和各机构主要参数对液压系统进行设计计算，即对各种类型的主要元件进行设计计算，并且对其进行选择。
4、对液压系统设计和使用过程中存在的问题进行分析，并提出合理的解决办法。
2液压系统设计
2.1制定系统方案和系统原理图
2.1.1制定系统方案及拟订液压系统图
系统方案一定量泵-H型电磁阀组单泵源回路
飞机起落架和襟翼收放系统的供压回路，如图2.1所示，图中：
1-定量泵；2、3、4-中位为H型油路的电磁阀；5-应急蓄能器；6-安会阀。
当收放部分工作完成后，通过终点电门使2、3、4电磁阀继电器回中位，定量卸荷。
为保证系统安全可靠，设有两个蓄能器5作为应急能源。
应急放起落架时，打开应急能源开关，此时蓄能器所贮荐的液压油经两用活门7向工作部分供压，应急放下起落架或襟翼。
起落架与襟翼作动筒的回油经找开的液压锁8返回油箱。
在正常情况下蓄能器不参与系统工作。
此回路省去了卸荷阀，作为应急能源的蓄能器能够在油泵工作异常时确保系统有足够的能源，供给起落架和襟翼收放使用，从一定程度上保证了系统的正常工作，具有一定的安全可靠性，但各个工作部分不能同时协同动作，故一般只用于初级教练机上。
系统方案二变流量双泵-双腔作动筒组泵源回路
图2.2所示，泵源回路取消了转换活门（安装转换活门的双泵双腔回路间可能发生串油，即一系统油箱液面上升，另一系统油箱液面下降，从而导致一个系统无常工作，而且当系统管路破裂后两个系统中的油液都可能全部损失。
），而是采用了双腔作动筒，当助力系统泵源回路出现故障时，作动筒的另一腔仍有收放系统泵源供压，这种系统做到了两个泵源之间工作液互不相混，提高了系统工作的可靠性。
系统方案三 定变量多泵-交输回路
图2.4所示为定变量多泵-交输回路，该回路既有变量泵，又有定量泵，是一种多泵独立交输泵源回路，用于大型飞机上。
该图由两个相互独立的分回路（变量泵源回路和定量泵源回路）组成。
变量泵源回路向外襟翼、前缘襟翼、外扰流板、起落架、机轮刹车和前轮转弯等部分提供能源，两变量泵分别由两台发动机驱动。
定量泵源回路的油泵分别由电动机带动，1号定量泵向方向舵、扰流片和货舱门供压，当打开旋转式二位二通阀时还可向变量泵源回路供油。
2号定量泵只向方向舵供压，当打开旋转式二位二通阀时，可向机轮刹车系统供压。
变量泵源主要担负起飞，着陆时的工作，在飞行中，仅仅对外扰流板提供能源。
4）液压泵的作用
如图2.14所示，两个变量泵为起落架、前轮转弯系统、襟翼、前缘缝翼、外襟翼和刹车机构供压。
在变量泵回路中有两个蓄能器，变量泵工作时，蓄能器吸油，存储能量，当变量泵工作异常，不能供应系统所需的液压油时，蓄能器放出压力油夜，保证系统工作正常。
图2.14液压系统中的变量泵
如图2.15所示，定量泵1主要为蓄能器、扰流板、主货仓门和方向舵提供压力，当打开二位二通阀时，向机轮刹车系统和机轮刹车系统的蓄能器供压。
定量泵2主要为方向舵提供压力，并在打开二位二通阀时向机轮刹车系统供压。
图2.15液压系统中的定量泵
2.2油泵的参数计算和型号选择
液压泵的种类较多，按主要运动部件的形状和运动方式可分为：
齿轮式、叶片式、螺杆式、轴向柱塞式和径向柱塞式。
按工作容腔周期性变化而吸入和排出的液体容积是否恒定，又可分为定量型和变量型。
2.2.1液压泵的主要性能参数
（1）额定压力P0 在正常工作条件下，根据试验结果推荐的允许连续运行的最高压力，它的值与其零部件的工作寿命及泵和马达的泄漏量有关。
（2）最高压力pmax 根据试验标准规定运行超过额定压力而允许短暂运行的最高压力，它的值主要取决于零件及其摩擦副的破坏强度极限。
（3）工作压力P液压泵出口处的实际压力，它的值取决于泵的液压负载和加在马达上的机械负载转矩。
（4）泵的极限吸入压力 为保证在最高转速时泵能正常吸油所需进油口的压力，当由于泵的安装高度太高或吸油阻力太大而使泵进油口压力低于此极限值时，液压泵将不能充分吸油，甚至会在低压吸入区产生气穴或气蚀，它的值和液压泵的结构有关。
2.2.2液压泵的转速
（1）额定转速n 在额定压力下，根据试验结果推荐能长时间连续运行并保持较高运行效率的转速。
（2）最高转速nmax 在额定压力下，为保证使用性能和使用寿命所允许的短暂运行的最高转速。
随着转速的提高，泵流道中的流速增加，因而流体的摩擦损失增加、效率降低。
（3）最低转速nmin 为保证使用性能所允许的最低转速，当泵在低速运行时，其运行效率将下降。
过低的运行效率将无法被用户所接受，某些靠离心力工作的泵（如叶片泵），其最低转速要保证叶片产生足够的离心力。
2.2.3液压泵的排量及流量
（1）排量V 液压泵主轴转一周排出的液体体积，它的值取决于泵的结构及尺寸，和泄漏无关，因此有时也称理论排量。
（2）额定流量qvn 在额定压力、额定转速下，泵所排出的实际流量。
（3）实际流量qv 实际运行时，在各种不同压力下，泵所排出的流量。
2.2.4液压泵种类的选择
齿轮泵是一种常用的液压泵。
它的主要优点是：
结构简单，制造方便，造价低，外形尺寸小，重量轻，自吸能力好，对油的污染不敏感，工作可靠。
但它流量不均匀和困油现象比较突出，噪声高，排量不能调节。
在航天领域并不多用。
叶片泵具有流量均匀，运转平稳，噪声小，体积小，重量轻等优点。
在工程机械、船舶、压铸及冶金设备中得到广泛应用。
但它对油液的污染敏感，对油液的清洁度要求高，甩出力、吸油速度和磨损等因素的影响，泵的转速不宜太大，也不宜太小，其泵的结构也较复杂。
柱塞泵对油液污染敏感，滤油精度要求高，对材质和加工精度要求也比较高、使用和维护的要求比较严格、价格较贵，但它结构紧凑、单位功率体积小、重量轻、工作压力高、容易实现变量，是一种航空航天领域使用最多的液压泵。
综上所述，本设计以柱塞泵作为系统的主要压力源。
2.3.2单向阀的选择
单向阀又称止回阀，它是一种允许液流沿一个方向通过，而反向液流被截止的方向阀。
根据它在液压系统中的作用，对单向阀的主要性能要：
液流正向通过时，压力损失要小；反向截止时密封性要好；动作灵敏，工作时无撞击，噪声小。
单向阀包括普通单向阀和液控单向阀两类。
本次设计主要选用普通半向阀。
图2.18球式单向阀结构简图和液压元件符号
以下根据各回路的压力和流量的计算结果对液压系统各回路的液压阀的型号进行选择和确定。
变量泵回路的工作压力为28MPa，流量为94.84L/min，系统选用的液压的额定流量应比系统所需流量高一些，这样能保证系统的正常工作。
根据液压元件手册，单向阀选AJ型，这种型号的单向阀通径20mm，额定流量40-2000L/min，系统所需的94.84L/min在这个围，满足要求，工作压力为31.5MPa，比系统的工作压力28MPa大，能满足系统需要。
已知定量泵1回路系统所需流量为16.1L/min，系统工作压力为28MPa。
根据液压元件手册，单向阀先S型，这种型号的单向阀通径20mm，额定流量10-260L/min，系统所需的16.1L/min在这个围，满足要求，工作压力为31.5MPa，比系统的工作压力28MPa大，能满足系统需要。
定量泵2回路系统所需流量2.3L/min，工作压力28MPa。
因此定量泵2回路的单向阀为S形通径为20mm的单向阀即能满足系统要求。
2.4选择液压辅件
液压辅助附件是组成液压系统必不可少的一个部分，它包括：
液压油箱、油滤、蓄能器、缓冲瓶、密封装置、液压导管、管接头等。
虽然从液压系统的工作原理和各组成部分所起的作用来看，它们是起辅助作用的，但是，它们在系统中数量最多（如导管与管接头），分布极广（如密封装置几乎每个液压附件都有），影响极大（如油滤担负整个液压系统的清洁工作），如果搞得不好，势必会严重影响整个液压系统的性能，甚至破坏液压系统的工作。
因此，我们在学习或设计液压系统时，必须正确处理主、辅系统，认真研究液压辅助附件的问题。
以下就本设计液压系统的特点对各液压辅助附件进行确定。
2.4.1液压导管与接头
液压系统所有的附件是依靠导管和管接头进行连接，将液压油从油泵输送到作动装置去，再从作动装置引回油箱形成封闭的回路，构成一个完整的液压系统。
因此，液压导管和管接头是液压系统必不可少的组成部分。
从它的重量来看，导管和接头要占液压系统总重量的30%-35%；从它的分布来看，它几乎分布在飞机机体的各个部分；从它的重要性来看，如果系统中任意一根导管或一个接头损坏，都可能造成液压系统的重大事故。
所以导管和接头的设计选择和安装连接都是液压系统设计中必须认真考虑的问题。
软导管中的橡胶软管目前应用最广，它分为低压橡胶软管和高压橡胶软管两种，低压橡胶软管由一层或两层橡胶和几层棉线纺织物组成，高压橡胶软管层还加有金属丝编织物。
高压橡胶软管的工作压力可达25-35MPa，是飞机液压导管的理想选择。
图2.19金属丝编织软管
如图2.19所示，金属丝编织软管是由波纹管1、金属丝网套2、杯形套3和接头4组成。
先将不同类型的接头插入波纹管，再把杯形套套在金属丝网套外，焊接成一体。
为了保证液压系统中变量泵回路和定量泵系统联接的一致性，使用和维护方便性，系统中所采用的导管选用统一规格的金属丝编织软管，导管的通径根据流量计算，系统中量大流量为变量泵处流量，其值为94.84L/min。
下面对导管通径的进行计算。
其中
——为导管通径
——为系统流量
——为系统平均流速
根据液压元件手册选择型号为A19×6S-35的A型钢丝缠绕液压橡胶软管。
它的径为19mm，尺寸公差为±0.5，钢丝层外径34mm，尺寸公差±0.8，工作压力35MPa。
钢丝缠绕液压橡胶软管不但重量轻，而且还具有较高的工作压力，是飞机液压系统理想的液压导管。
管接头采用快卸自封接头，这种接头具有可靠的密封性，而且拆装方便。
2.4.2油滤
液压系统的液压油是反复循环工作的，所以必须连续保证液压油的清洁性，如果液压油中存有污物，就会造成液压附件的零件磨损、滑阀卡滞、小孔堵塞，以致影响系统的性能和破坏系统的工作。
油滤分为表面型、深度型和磁性油滤。
表面型油滤把污染物主要阻挡在过滤介质的表面上，其特点是过滤介质具有均匀的一定尺寸的小孔，能够绝对地滤去一些长纤维以外的所有大于其小孔尺寸的污染物。
深度型油滤把污染物主要阻挡在过滤介质的毛细孔中，其特点是过滤介质的毛细孔只具有一定的深度，而无一定的小孔尺寸，因此对于可通过的污染物就没有尺寸限制。
深度型油滤还具有滤除细小污染物的能力。
磁性油滤的过滤介质是由磁性材料组成，它能够把油液中的铁微粒吸附出来
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