直升机结构与系统-第12章

第12章直升机液压系统《直升机结构与系统》第十二章直升机液压系统12.1液压原理12.1.1液压传动原理液压传动是一种以液体为工作介质，利用液体静压能来完成传动功能的一种传动方式，也称容积式传动。液压传动建立在帕斯卡原理基础之上，帕斯卡原理指出，在装满液体的密闭容器内，对液体的任一部分施加压力时，液体能把这一压力大小不变地向四面八方传递。图12—1所示为液压系统的传动原理。从上述模型可得以下结论：①液压传动以液体作为传递能量的介质，而且必须在封闭的容器内进行；②为克服负载，必须给油液施加足够大的压力，负载愈大所需压力亦愈大；这是液压传动中的一个基本原理——压力取决于负载（包括外负载和油液的流动压力损失）；③要完成一定的传动动作，仅利用抽液传力是不够的，还必须使油液不断地向执行机构运动方向流动，单位时间内流人作动筒的油液体积称为流量，流量愈大活塞的运动速度愈大。这又是液压传动中的一个重要规律——输出速度取决于流量；④液压传动的主要参数是压力P和流量Q；⑤液压传动中的液压功率等于压力与流量的乘积。《直升机结构与系统》第十二章直升机液压系统12.1.2液压系统组成液压系统的组成的两种阐述方法，一种是按组成系统的液压元件的功能类型划分，另一种是按组成整个系统的分系统功能划分。1.按液压元件的功能划分液压系统必须要由一些主要液压元件组成，都包括4种元件：一般都包括４种元件。①动力元件，指液压泵，其作用是将电动机或发动机产生的机械能转换成液体的压力能；②执行元件，其职能是将液体的压力能转换为机械能，执行元件包括液压作动筒和液压马达；③控制调节元件，即各种阀。用以调节各部分液体的压力、流量和方向，满足工作要求；④辅助元件，除上述3项组成元件之外的其他元件都称辅助元件，包括油箱、油滤、散热器、蓄压器及导管、接头和密封件等。《直升机结构与系统》第十二章直升机液压系统2．按组成系统的分系统功能划分从系统的功能观点来看，液压系统应分为液压源系统和工作系统两大部分。（1）液压源系统液压源包括泵、油箱、油滤系统、冷却系统、压力调节系统及蓄能器等。在结构上有分离式与柜式两种，直升机液压源系统多为分离式，而柜式液压源系统多用于地面设备，且已形成系列化产品，在标准机械设计中可对液压源系统进行整体选用。（2）工作系统（或液压操作系统、用压系统）它是用液压源系统提供的液压能实现工作任务的系统。利用执行元件和控制调节元件进行适当的组合，即可产全各种形式的运动或不同顺序的运动，例如起落架收放系统、液压刹车系统等。3．基本液压系统一个基本的液压系统只需要包括一个液压油箱、手摇泵、选择活门、作动筒、油滤和必要的管路。《直升机结构与系统》第十二章直升机液压系统12.1.3液压传动的特点1.液压传动的优点（1）单位功率的重量轻，结构尺寸小。（2）反应速度快。（3）大范围内实现无级调速，而且调速性能好。（4）能传递较大的力和转矩。（5）易实现功率放大。（6）操纵、控制、调节比较方便、省力，易实现自动化。（7）易于实现过载保护和自动润滑，元件使用寿命较长。2．液压传动的缺点（1）液压元件结构复杂，制造精度要求高，成本高，维修技术要求高。（2）液压信号传递速度慢。（3）能量的传递很不方便，管路连接麻烦。《直升机结构与系统》第十二章直升机液压系统12.2液压油及油箱12.2.1液压油油箱液压油主要的特性是润滑性、粘性、压缩性、抗燃性、机械稳定性和化学安定性。1.润滑性油液的润滑性是指液体能够在两个附件的摩擦面之间形成一层“油膜”的特性。飞机的液压系统是利用液压油来润滑的，所以液压油必须有良好的润滑性。2．粘性当流体在外力作用下流动时，由于分子间内聚力的作用而产生阻碍其分子相对运动的内摩擦力，这种现象称为流体的粘性。粘性只有流体在运动时才会显示出来，静止的流体不显示粘性。粘性只能阻碍、延缓流体内部的相对运动，但不能消除这种运动。流体的粘性通常有3种表示方法：动力粘度、运动粘度和相对粘度。（1）相对粘度的测量相对粘度又称条件粘度。各国采用的相对粘度测定方法和单位有所不同，我国采用恩氏粘度°E，美国采用国际赛氏秒，英国采用商用雷氏秒，而法国采用巴氏度。恩氏粘度及赛氏粘度的测试方法如下：在温度为20℃条件下，测定200mL液体在自重作用下流过专用恩氏粘度计中直径φ=2.8mm小孔所需的时间tl，然后测出同体积的蒸馏水在20℃时流过同一小孔所需时间t1，t1与t2的比值即为被测液体在20℃的恩氏粘度值。《直升机结构与系统》第十二章直升机液压系统恩氏粘度计只能用来测定比水粘度大的液体。在温度为100°F下，测定60mL的油液在自重作用下流过赛波尔特粘度计中一个标准节流孔（孔径为1.76mm）所需的时间，这个时间称为该温度下油液的赛氏粘度，单位为赛氏通用秒（SSU）。（2）粘度对液压系统的影响油液粘度大小对系统损失影响如图12—4中曲线所示。3．压缩性油液的压缩性是指液体所受的压力增大时其体积缩小的一种性质。一定体积的液体，在压力增量相同的情况下，体积的缩小量越小，则说明其压缩性越小。一般认为液体是不可压缩的。但是，如果液压油中含有气泡，其压缩性将显著增大，这样就会引起传压迟缓，甚至使液压系统的工作受到破坏。因此，要求液压油中不含有气泡。4．抗燃性衡量抗燃性的一般指标为闪点、燃点和自燃着火温度。航空液压油必须有良好的防火性能，主要是有高的闪点。《直升机结构与系统》第十二章直升机液压系统5．机械稳定性油液的机械稳定性是指液体在长时间的高压作用（主要是挤压作用）下，保持其原有的物理性质（如粘性、润滑性等）的能力。油液的机械稳定性越好，在受到长时间的高压作用后，其物理性质的变化就越小。液压油应具有良好的机械稳定性。6．化学安定性油液的化学安定性主要是指液体抗氧化的能力。油液氧化后会产生一些粘稠的沉淀物，使油液的流动阻力增大，并使附件内的活动零件粘滞或堵塞油孔。油液氧化后还会产生一些酸性物质，使金属导管和附件受到腐蚀，而腐蚀物又会使油液更快地变质。因此，液压油应具有良好的化学安定性，并且不含杂质。7．常见液压油《直升机结构与系统》第十二章直升机液压系统12.2.2液压油箱液压油箱提供了一种保存剩余液压油的方式，可以从系统接收、储存并给系统提供液压油。保存剩余液压油的目的是可以在系统发生渗漏的情况下仍然有足够的液压油供给以维持系统正确的操作。液压油箱同时也提供液压油给油泵以维持系统内的流量，并接收系统的回油。油箱的主要作用是存储液压油，并有足够的气体空间保证油液有足够的膨胀空间。此外，液压油箱还具有散热、分离油液中的空气和沉淀油液中杂质等作用。12.2.3储（蓄）压器蓄压器实质上是一种储存能量的附件。1.蓄压器的功用在不同类型的供压部分中，蓄压器的作用不尽相同，但归纳起来主要有以下几点：（1）补充系统泄漏，维持系统压力（2）减缓系统压力脉动（3）协助泵共同供油，增大供压部分的输出功率（4）作为系统的辅助能源《直升机结构与系统》第十二章直升机液压系统2．蓄压器构造液压系统采用的蓄压器构造分为三类：活塞式、薄膜式和胶囊式，如图12—6所示。《直升机结构与系统》第十二章直升机液压系统3．蓄压器的维护初始充气压力是蓄压器的重要参数，在系统工作压力及蓄压器容积都相等的情况下，初始充气压力的大小对蓄压器可用油液量有决定作用（见图12—7）。12.3液压泵12.3.1液压泵的基本工作原理液压系统使用的动力源为液压泵。液压泵都是容积式泵，其工作原理是利用容积变化来进行吸油、压油的，把发动机输入的机械能转换成液压能。图12—8所示为容积式泵的工作原理。根据读数时所用压力表不同，蓄压器初始充气压力的检查方法有两种：（1）压力表装在主供压管道上（2）压力表装在蓄压器充气端《直升机结构与系统》第十二章直升机液压系统由上述工作原理可知：（1）液压泵工作是靠密封工作腔的容积变化来吸油和压油的。其输出的油量是由这个密封腔的容积变化量来决定的。（2）吸油过程，油液在液面压力和泵工作腔内的压力差作用下供向液压泵；压油过程，输出压力的大小取决于油液从单向阀6排出时所遇到的阻力，即泵的输出压力决定于负载。（3）泵在吸油和压油时，必须使密封腔的油液通路进行转换，图12—8中是由单向阀5和6来实现的。使泵油路进行转换的装置叫作配流装置，不同结构类型的泵具有不同形式的配流装置。从工作原理上来说，大部分液压泵都是可逆的，即输入压力油，便可输出转速和扭矩，把液压能转换为机械能，这便成为执行元件——液压马达。12.3.2液压泵性能参数1.排量和流量（1）排量•液压泵的排量是指在没有泄漏的情况下，泵每转一周所排出的液体体积。它是由泵的密封工作腔的大小来决定的，一般排量用q表示。（2）理论流量•液压泵的理论流量Qt等于泵的排量q与泵的转数n的乘积，Qt=q·n，即指泵在不考虑泄露的情况下单位时间内输出的液体体积。（3）额定流量•液压泵的额定流量是指在额定转速下处于额定压力状态时泵的流量。由于泵总存在着内漏，所以额定流量总是小于理论流量的。《直升机结构与系统》第十二章直升机液压系统2．额定压力液压泵的额定工作压力是指在额定转速下，在规定的容积效率下，泵能连续工作的最高压力。3．功率和效率（1）功率•液压泵的输入功率是电动机或发动机传动齿轮箱的机械功率，是转矩和角速度的乘积，即Ni=T·ω，其中，T为泵的实际输入转矩（即驱动发动机的输出转矩），ω为泵的转动角速度。•泵的输出功率是实际流量Q和工作压力P的乘积，即No=P·Q。（2）效率•液压泵的效率是输出液压功率与输入机械功率的比值，即：•液压泵的效率表示泵的功率损失的程度。•理论和实验证明，液压泵的功率损失主要是两种损失造成的，一为容积损失，二为机械损失，与其对应的是容积效率和机械效率。•不考虑容积损失情况，泵的总效率等于泵的容积效率与机械效率之积。一般齿轮泵的总效率为0.6—0.65，柱塞泵约为0.8。《直升机结构与系统》第十二章直升机液压系统（3）影响液压泵效率的主要因素1）油温过高或过低2）油箱维护不正常3）油泵装配异常或磨损严重12.3.3液压泵的类型工程上常用的液压泵种类较多，按其结构形式可分为齿轮式、叶片式和柱塞式三大类，按其输出排量能否调节可分为定量泵和变量泵两类。在现代直升机液压源系统中，中低压系统多采用齿轮泵，对于高压系统（170-300kgf/cm2），一般都采用柱塞泵。1.齿轮泵齿轮泵（见图12—10）由两个啮合的齿轮组成，它们在一个油室内转动。齿轮泵属于定量泵。2．柱塞泵柱塞泵按柱塞排列的方式不同，分为轴向式和径向式。轴向式柱塞泵按其结构特征可分为直轴式（斜盘式）和斜轴式（摆缸式）两大类。《直升机结构与系统》第十二章直升机液压系统（1）斜盘式轴向柱塞泵工作原理《直升机结构与系统》第十二章直升机液压系统（2）摆缸式轴向柱塞泵工作原理《直升机结构与系统》第十二章直升机液压系统（3）柱塞泵压力—流量特性曲线柱塞泵的压力流量特性如图12—13所示。当系统压力尚未超过规定值P1时，液压泵始终处于最大供油状态（斜盘角度不变段），但由于它的泄流损失和填充损失是随着出口液压增大而增大的，所以系统压力增大时，泵的流量仍稍有降低。系统压力大于P1，（额定压力，即泵内压力补偿活门调定压力）时，流量开始显著降低（斜盘角度变化段），直到压力增大到P2，流量即下降到零，油泵处于功率消耗最小的卸荷状态。在液压系统工作时，柱塞泵的工作压力在P1至P2间变化。由于P1与P2非常接近，即柱塞泵工作时压力近似恒定，其流量则随着工作系统工作状态的变化而改变。此种变量控制方式被称为恒压变量控制。12.3.4液压泵的压力控制液压泵通常由直升机的主减来驱动，因此只要主减工作，液压泵便不停地运转。然而，系统各工作部分（如起落架收放系统等）是间歇工作的，所以必须对泵的输出最高压力加以限制，并希望液压泵在工作系统不工作时消耗的功率尽量少，这就是泵的限压和卸荷问题。《直升机结构与系统》第十二章直升机