某型飞机高温液压试验系统设计与实现.docx

1、某型飞机高温液压试验系统设计与实现某型飞机高温液压试验系统设计与实现李永恒;吴娟;李军;王鸿辉【摘 要】针对目前国内高温液压试验中使用较为普遍的油箱电加热方式存在的不足,该文提出了一种新的思路和方法:使用管路加热器两级加热.给出了原理和设计方法,并且以某型飞机试验台高温系统为实际应用背景,使用的结果证明这种方法可以较好地满足技术要求,极大缓解了油箱电加热中存在的不足,提高了油液温度控制的精度.【期刊名称】液压与气动【年(卷),期】2011(000)002【总页数】4页(P13-16)【关键词】液压;高温系统;温度控制;精度【作 者】李永恒;吴娟;李军;王鸿辉【作者单位】西北工业大学自动化学院,

2、陕西西安,710072;西北工业大学自动化学院,陕西西安,710072;西北工业大学自动化学院,陕西西安,710072;西北工业大学自动化学院,陕西西安,710072【正文语种】中 文【中图分类】工业技术2011年 第 2 期 液 压 与 气动 13某 型 飞 机 高 温 液 压 试 验 系 统 设 计 与 实 现李永恒 ， 吴娟 ， 李 军 ， 王鸿辉 The designof hightemperaturehydraulictestsystemfor theaircraft LIYong-heng, WU Juan,LI Jun,WANGHong-hui（西北工业大学 自动化学院，陕西 西

3、安 710072 ）摘 要 ： 针对 目前 国 内高温液压试验 中使用较为普遍的 油 箱 电加 热 方 式存在的 不 足 ，该 文提 出 了一种新的 思路和方 法 ：使用 管路加热 器 两级加热 。 给 出 了原理和设计方 法 ，并且 以 某型 飞 机试验 台高温 系统为 实际 应 用 背景 ，使用 的结果证明这种方 法 可 以较好地满足技术要求 ，极 大缓解 了油 箱 电加 热 中存在 的 不 足 ，提 高 了油 液温度控制 的精度。关键词 ：液压 ；高温 系统 ； 温度控制 ； 精度中图分类号 ： TH137文献标识码 ：B文章编号 ：1000-4858(2011)02-0013-04 l

4、 概述 液压传动中一个主要的缺点是温度变化对其影响甚大。因为温度的变化直接影响到液压系统油液的主 要性能指标之一黏度 。 温度升高会使油液的黏度 降低 ，从而导致液压系统 的泄漏 ，效率降低 ，速度 的稳 定性变差 ，严重的会导致飞机工作过程 中发生故 障或 失效。在某型飞机的实际工作过程 中，其液压系统 的 油液温度通常会达到 90 左右 。 因此 ，在地面试验室 模拟飞机真实工作情况 ，对飞机主要 的液压部件进行 高温试验从而研究其性能是十分必要的。目前 国内高温系统通 常是在油源处加热 ， 由于 电 加热体积小 ，使用控制方便 ，故应用较普遍。 这种方式 是在系统运行 以前 ，先在油箱

5、中用 电加热器将油液加 热到工作所需温度 。 但在此过程 中，油液不会产生 明 显的流动 ，热能只能通过高温油液与低温油液之间 自 然对流的形式传导 ，导致加热极其不均匀 ， 电加热器附 近的油液易出现炭化 、 焦化。 这不仅使油 液 的性能受 到 了严重的破坏 ，而且油液的快速老化所产生 的杂质会严重影响到被试件的性能及安全。 随着使用时间加长，会在电加热器表面形成一层污垢 ，这样也会严重地影响到电加热器的使用效果和寿命。这种加热方式另一个不足之处是温度控制的精度差。因为油温加热系统是一个大惯性系统 ，油箱 中油液 满足温度要求时电加热器停止工作 ，但是进入执行机构 的油液温度往往会超出要求

6、 ，其温度控制精度是满足不 了高精度要求的。 显然这种加热方式并不是最理想的， 然而在这一方面 目前国内能够解决的办法还很少。2系统原理鉴于以上加热方式 的不足 ， 在本系统 中使用管路 加热器两级加热的方式 ， 即将加热系统在管路上靠近 被试件的人 口 处设置 ， 系统空载加热器工作加热到某 一设定值后 ， 系统负载加热到试验所需温度。 原理简收稿 日期 ： 2010-08-10作者简介 ：李永恒 (1985-) ，男 ，陕西宝鸡人 ，硕士研究生 ，主要从事机电控制与 自动化方面研究工作。参考文献 ：1 周洪 阀岛与现场总线技术及其应用 J.液压与气动 ， 1998，(3) ：15-18 2

7、陆鑫盛 气动新技术讲座 J.液压气动与密封 ，2001 ， (6) ： 42-44.3温煜超， 轴承的超声波水洗工艺与 自动清洗线的开发应用 J 洗净技术 ，2004 ，(9) ： 55-59 4万金领 ，王仁人， 气动 阀岛的结构及控制方法 J.液压与气动 ，2000 ，(3) ： 4 5 5张玉龙， 阀岛技术在 自动化生产线上的应用 J 制造业自动化 ，2002 ，( 11) ： 46- 48. 6吕世霞， 总线型 阀岛在 自动化生产线实训 台中的应用 J 机床与液压 ，2009 ，(10) ：110-113.201 1年 第 2 期液 压 与 气动娟，李军王鸿辉 designof hig

8、htemperaturehydraulictestsystemfor theaircraft LIYong-heng, Juan,LI Jun,WANGHong-hui摘要：针对 目前 国 内高温液压试验 中使用较为普遍的 油 箱 电加 热 方 式存在的 不 足 ，该 文提 出 了一种新的 思路和方 法 ：使用 管路加热 器 两级加热 。 给 出 了原理和设计方 法 ，并且 以 某型 飞 机试验 台高温 系统为 实际应 用 背景 ，使用 的结果证明这种方 法 可 以较好地满足技术要求 ，极 大缓解 了油 箱 电加 热 中存在 的 不 足 ，提 高了油 液温度控制 的精度。文章编号 ：1000-

9、4858(2011)02-0013-04 l概述液压传动中一个主要的缺点是温度变化对其影响因为温度的变化直接影响到液压系统油液的主要性能指标之一黏度 。 温度升高会使油液的黏度降低 ，从而导致液压系统 的泄漏 ，效率降低 ，速度 的稳定性变差 ，严重的会导致飞机工作过程 中发生故 障或失效。在某型飞机的实际工作过程 中，其液压系统 的油液温度通常会达到 90 左右 。 因此 ，在地面试验室模拟飞机真实工作情况 ，对飞机主要 的液压部件进行高温试验从而研究其性能是十分必要的。目前 国内高温系统通 常是在油源处加热 ， 由于 电加热体积小 ，使用控制方便 ，故应用较普遍。 这种方式是在系统运行 以

10、前 ，先在油箱 中用 电加热器将油液加热到工作所需温度 。 但在此过程 中，油液不会产生 明显的流动 ，热能只能通过高温油液与低温油液之间 自然对流的形式传导 ，导致加热极其不均匀 ， 电加热器附近的油液易出现炭化 、 焦化。 这不仅使油 液 的性能受到 了严重的破坏 ，而且油液的快速老化所产生 的杂质因为油温加热系统是一个大惯性系统 ，油箱 中油液满足温度要求时电加热器停止工作 ，但是进入执行机构的油液温度往往会超出要求 ，其温度控制精度是满足不了高精度要求的。 显然这种加热方式并不是最理想的，然而在这一方面 目前国内能够解决的办法还很少。 2鉴于以上加热方式 的不足 ， 在本系统 中使用管

11、路加热器两级加热的方式 ， 即将加热系统在管路上靠近被试件的人 口 处设置 ， 系统空载加热器工作加热到某一设定值后 ， 系统负载加热到试验所需温度。 原理简参考文献 ： 1周洪 阀岛与现场总线技术及其应用 J.液压与气动 ， 1998，(3) ：15-18 (6) ： 42 - 44. 3用 J 洗净技术 ，2004 ，(9) ： 55-59 自动化 ，2002 ，( 11) ： 46- 48. J机床与液压 ，2009 ，(10) ：110-113. 14 2011年第 2 期 -_ 一 _一_._ _._ _ _ _._ _._一图如图 l 所示 。 1 空滤 2 温度计 3 液位计 4

12、 溢流阀 5 油过滤器6 蓄能器 7 加热器 8 球阀 9 散热器 10 油箱 图l系统原理简图由图 l 可 以看出：主系统的高压油路和 回油路用 大流量高温球 阀沟通 。 在开始试验之前打开球 阀 8 ， 系统空载 ，油液经过管路加热系统 回油箱 ，形成加热循 环。这样整个系统的油 液产生流动 ，极大地改善 了油 液的工作环境 ，解决 了单纯使用油箱 电加热器工作过 程中，只能靠油液的 自然 对流进行导热而使油液发生 炭化 、焦化的问题。 将管路加热 系统尽可能靠近执行 机构设置 ，这样在一定程度上缓解 了油液大惯性 系统 和管路发热对温度控制精度的影 响 ， 在 系统结构上对 温度控制的精

13、度给予 了一定的保证。 管路加热元件的 机械结构设计时 ，在加热管路中加入隔流板 ，增加 了油 液在加热管路中的流 动时 间 ， 使油 液加 热更加充分。 由于管路加热元件位于高压管路 中，所 以在管路加热 元件设计时充分考虑到其安全性 ，在管路加热元件外 部设计了防爆腔 ，保证了系统的安全性 。在系统中设置了冷却分系统 ，采用冷却水式冷却。 当系统长时间工作时 ， 回到油箱 的油液温度会升高很 多 ，太高将会降低油液寿命。 这时冷却系统开始工作 ， 使油箱的温度降到设计值 以下 ，可 以改善油液 的工作 环境 ； 提高油液质量 ，利于温度控制的实现。 同时冷却 分系统还兼有清洁系统的功能 ，

14、不开启冷却器 ，使用冷 却系统的精油滤清洗油液。 3 热平衡分析 要使系统的温度是可控 的 ，那 么在某一温度值处系统中产生的所有热量应该与此处系统中散失的热量 是相互平衡的。 在本系统中的热量是 由加热器和系统 自身工作发热产生的 ，散热主要是靠油箱和冷却系统。 液压系统的温度计算基于能量守恒定律和传热学的基本原理 ，系统内或者系统间的传热现象符合热力 学基本定律 。 根据热力学基本定律 ，在分析和计算液 压系统发热量时 ，对问题进行相应的简化 ，不考虑液压 元件内部的热力学特性。 只考虑传热系数 、油液压力 、 油液初始温度等外部变量。 1)液压系统的发热与散热分析液压系统 自身所释放出的

15、热量主要来源于 以下几 个部分 ：液压泵的功率损失 ，液压阀对油液节流或者控 制时产生 的热量 ，液压执行机构的发热量 ，管路及其他 损失产生 的发热量。 同时液压系统散热主要是油箱散 热和散热系统散热两个部分。 其数学表达式如下 ：Q。 +Q ， +Q 。 +Q 。j=Q 。b+Qh, 式 中： Q ， 液压泵发热量 Q ， 液压阀发热量 Q 。 液压执行机构发热量 Q。， 管路及其他损失发热量Qab- 油箱散热量Qh, - 散热系统散热量液 压 系 统 的 发 热 功 率 主 要 可 以 按 照 下 列 公 式计算 l1 ： 液压泵的发热量 ： ， =P 。 （ 1- ， 7，）液压 阀的发热量 ： H 。 =Ap 。q ， xl03 液压执行机构发热量 ： 日。 =P 。（ 1- 叼。 ） 管路及其他损失发热量 ： H 。 =(0.03 0.05)P 。i 系统的总发热量 ：H=Hp +H ， + 日。 +He, 式 中：Ppl- 液压泵的输入功率 ，kW卵。 液压泵的总效率 P。 液压执行机构的有效功率 ，kW叼。 液压执行机构的效率，液压缸的效率一般取 0.900.95； AP 。 油液流经液压阀的压力降 ，MPa g ， 油液流经液压阀的流量 ，1113 s其中对于泵组所产 生 的热量一 般都基于 以下 经 验 ：当液压泵为定量泵时 ，泵的发热功率约为泵的驱动