空液压泵变负载加速寿命试验台研制

MFFN 年第 H 期
液压与气动
KI
# # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # #
［!］ 大 。故本试验台采用直流调速电机实现转速应力的
折算到驱动电机为：$ ? " $ @AB!@C ! (!4
（;）
变化； 用比例节流阀和变量马达加载改变压力应力； 由 "#$ 和工控机控制系统产生所需要 的信 号 和 进行 数 据 采集， 完成失效的判别； 采用机械液压综合能量反馈实 现功率的回收； 冲击 和 污 染 试 验 时 把 主 要 元 件 从 系 统 断开。控制 系 统 采 用 "%&’()*+,-" 总 线 技 术 来 提 高 系统的可 靠 性 及 数 据 采 集 的 灵 活 性。 对 于 额 定 压 力 流量 !12 # 3 456 额定转速 7!88 9 3 456 的某型号 !. /"0， 飞机液压泵能 实 现 1 : 2 倍 应 力 水 平 的 加 速 寿 命 试 验。 试验台系统 的 规 格 为： 额 定 压 力 7! /"0， 流 量 ;28 # 3 被试泵转速 <888 9 3 456 ， 不仅能满足现役飞机航空 456， 泵的各种应力加速 寿 命 试 验 需 要， 而且还能满足开发 下一代飞机液压系统试验使用。本试验台也可作为其 它相关液压元件的 加 速 寿 命 及 进 行 性 能 测 试 试 验， 达 到国标规定的 $ 级精度。其原理图如图 1 所示。包括 可变转速的驱动系统、 加载和功率回收系统、 清洁冷却 系统、 电气控制部分和计算机测控部分等。 ! !:1 试验台机械设计 驱动系统设计 由于该试验台 是 通 用 试 验 台， 要能进行多种型号 泵的试验及进行步 进 应 力 和 序 进 应 力 下 的 试 验， 故泵 的转速应是可调的。而且要模拟航空发动机的工作状 况， 故要求试验中载荷变化时转速的变化应基本不变。 考虑到功率回收时需要双输出轴电机及变频电机不易 实现这样的结构， 故这 里 采 用 调 速 器 = 直 流 电 机 = 增 速箱 = 液压泵的形式。通过测速电机实现转速的闭环 控制， 控制器采用鲁 棒 性 强 的 控 制 算 法 来 实 现 转 速 对
（ & # 40> 2DD<7 !4
由式 （!） 知， 负载转矩与泵的排量和输出输入 口压 知， 所需的电机装 机 力差成正比， 和转速无关； 由式 （7） 功率与传动比成 正 比。 为 降 低 装 机 功 率， 在满足转速 要求的情况下尽可能选低的增速比。由于本试验台需 要进行额定压力超 转 速 和 额 定 转 速 下 的 超 压 力 试 验， 若式 （7） 的 压 力 和 转 速 都 选 最 大 值， 电机的装机功率 大， 为降低装机功率， 利 用 直 流 电 机 弱 磁 调 速， 使电机 工作在恒功率区， 通过增大电机转速来减小增速比， 降 低电机的装机功率。最后验算该功率下是否满足各工 况下的转速和转矩要求。当然也可以采用可变传动比 的增速箱， 使泵超速 试 验 和 额 定 转 速 时 电 机 都 工 作 在 额定转速， 这显然 增 加 了 系 统 的 成 本。 本 系 统 采 用 的 是弱磁调速。 由于试验要在高速、 大功率 （大流量、 高压） 的工况 下进行， 而且还要进行冲击试验， 必须考虑振动和噪声 的影响。液压系统的振动和噪声来源有机械和液压系 统， 除采用高精度、 低 噪 声 元 器 件 外， 我们采取了以下 使安装 几方面的措施来减小振动和噪声： （ 1 ）设计时， 电机、 变速箱和被试 泵 的 底 座 结 构 具 有 较 大 的 刚 度 和 强度， 使底座固有频率很 低， 避免 谐振； （ ! ）安 装时， 在 保证各高速旋转部件之间的同轴度和联结可靠性的同 时， 泵、 马达、 电机及 转 矩 转 速 传 感 器 采 用 法 兰 直 接 连 接， 使其在扭转和轴向有很大的刚度； （ ; ）在底座与地 基之间加入减 振 器 来 吸 收 设 备 的 振 动 能 量； （ 7 ）隔 离 电机和液压系 统， 使 噪 声 隔 离； （ 2 ）采 用 "%&’()*+ 总 线， 使测控计算机和试验系统的接线非常简单， 便于远 减少噪声对人的影响。 离电机 , 泵， !:! 加载和功率回收设计 对于冲击负载， 由于它对整个高压系统内所有元 件的寿命都有很大 影 响， 所以在作冲击试验时把输出 流量计、 比例节流阀从系统断开， 高压油不经过这些元 件。研究表明冲击的波形和频率对被试泵的寿命没有
电动机功率的选取在不考虑功率回收的条件下满足以 下条件： 1）转速匹配 # 40> （1） #? 式中： # 40> 为被试元件所要求的最高转速； # ? 为电 增速箱的传动比：! " 机的额定转速。 !）转矩匹配 被试泵轴输入的理论转矩为： （ & B ’ & 5） % @AB （!） !! 万方数据 式中： % @AB 为泵的理论排量； & B， & 5 分别为高低压腔 $ @AB "
7.
液压与气动
的压力。
!88E 年第 ; 期
! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 泵影响其寿命的主要因素有压力、 转速、 油的污染度及 冲击负 载， 至 于 温 度， 它的变化对泵的寿命影响不
航空液压泵变负载加速寿命试验台研制
白国长， 王占林， 祁晓野
!"# $#%&’( )* +,,#-#./0#1 2&*# !#%034#1 *). +#.) 561./7-&, 879: ;&0" </.&/4-# 2)/1
=+> ?7)3,"/(’，@+A? B"/(3-&( ， C> D&/)36#
教学与研究工作。 根据试验的目的和要求， 加速寿命试验台原则上 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 证明所研制的海水液压钢缆切割器能满足规定的技术 作压力， 并对钢缆切割器的结构和材料选择进行优化，
指标要求。 钢缆切割器的主要技术指标如下： 额定工作压力： EF P8/； 额定流量： （ 前进时） ； " H 2 Q 9&( 切割钢缆直径： " EN 99； 重量： EH R’； 外形尺寸 （长 S 宽 S 高） ： KFF 99 S EMF 99 S MLF 99。 # 结束语 通过试验表明， 设计的海水液压钢缆切割器样机 满足规定的技术指标要求。为了使钢缆切割器能更好 万方数据 要 求， 地适应水下作业的 有必要进一步提高系统的工
以减小工具的体积、 重量， 提高剪切能力。
参考文献： ［E］ 许肖梅 T 海洋技术概论 ［ P］ 机械工业出版社， T 北京： MFFF T ［M］ ［美］ 等 T 吴晶译 J 水下工具 ［ P］ 5/,R9/( $J UJ ， J 北京：海 洋出版社，EOGN T ［H］ V7(%#9&--#. UJ 8 T ，=-/,R WJ +J J W#/;/0#. 561./7-&,%：+ P7-0&3 X7(,0&)( !))- W6%0#9 *). YJ WJ A/Z6 [)(%0.7,0&)( $&Z#.%［ [］ T [/-&*).(&/： A/Z/- [&Z&- \(’&(##.&(’ 2/4)./0).6， +$3+MHIOKI ， P/6，EOOE T ［K］ !#.]Z] UJ ，V7&RR) !J #0 /-J $#Z#-):9#(0 )* W#/;/0#. 561./7-&, ［ [］ 8);#. 8/,R J X&(-/(1： 8.),##1&(’% )* K0" W,/(1&(/Z&/( >(0#.3 (/0&)(/- [)(*#.#(,# )( X-7&1 8);#.，EOOL ： OIG — OOE T
［7］ 载荷的不敏感 性 。 对 于 在 增 速 和 液 压 负 载 状 态 下，
式中： !@C 为泵 的容积 效率， !4 为传 动系统 的 机 械 效率。 ;）功率计算 电机工作在恒转矩， 驱动泵所需的功率为： ) " $ ? # ? ( D228 " （ & B ’ & 5） % @AB !@C !# ? " 2DD<7 !4 （7）
这时才能调整系统的压力， 实现改变负载的目的。 试验中由于泵和马达的容积效率随着试验的进行而变 化， 为满足式 （’ ） 的 条 件， 马 达 排 量 应 能 相 应 调 整。 若 式 （’） 的条件不满 足， 由 于 马 达 和 泵 同 轴 连 接， 马达的 转速比电机转速低， 马达变为电机的负载， 这时不但系 统加不上 压， 还 会 出 现 马 达 进 油 口 吸 空， 产生汽蚀现 象， 故应在马达与电机相连处加单向超越离合器， 或在 马达的进油口加低 压 补 油 路 作 为 保 护 回 路， 本试验台 采用后者。 当需要改变加载马达排量加载时， 需要满足： ! , " #! - （ $ !,.!-. ）
#++’ 年第 $ 期
液压与气动
%*
" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " 变马达的排量可以改变系统的压力。为改变试验系统 的压力值， 满足加载的要求， 必须要求： ! , ! #! - （ $ !,.!-. ） （’）