飛機(jī)地面液壓油泵源管路液壓沖擊研究

朱海波，趙 鋼，徐 江

(沈陽航空航天大學(xué)沈陽航達(dá)機(jī)載設(shè)備公司，沈陽110034)

飛機(jī)地面液壓油泵源是一種重要的飛機(jī)地面保障設(shè)備。液壓系統(tǒng)的所有元件與附件均是依靠液壓導(dǎo)管和管接頭進(jìn)行連接，液壓導(dǎo)管和管接頭是液壓系統(tǒng)必不可少的組成部分［1－2］。

地面液壓油泵源要為飛機(jī)提供很高的壓力。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道［1］，空客 A320的工作壓力最大達(dá)34.5 MPa(50PSI)。國內(nèi)某型飛機(jī)的工作壓力最大達(dá)21.5 MPa。

液壓油泄漏是設(shè)備的主要故障之一，其泄漏會造成嚴(yán)重的危害。據(jù)統(tǒng)計(jì)［3］，設(shè)備外泄漏中管路的泄漏量占44.5%。而在外場服務(wù)中，經(jīng)統(tǒng)計(jì)以往液壓油泵源的管路泄露所占比重可達(dá)48.1%(表1)，對外場服務(wù)工作影響極大。

本文主要以飛機(jī)地面液壓油泵源的液壓導(dǎo)管和管接頭為研究對象，研究液壓沖擊對其影響，找到防止管路泄漏的措施。

表1 設(shè)備外場油路滲漏統(tǒng)計(jì)表

1 管路液壓沖擊分析

在液壓系統(tǒng)中，因?yàn)殚y或執(zhí)行機(jī)構(gòu)的快速關(guān)閉或開啟，使流速發(fā)生急劇變化，引起壓強(qiáng)高頻劇烈波動(dòng)，使管壁和接頭連接處發(fā)生振動(dòng)，在液壓管路中稱為液壓沖擊。液壓沖擊現(xiàn)象是一個(gè)液壓系統(tǒng)的非穩(wěn)定流動(dòng)問題。［4－8］

液壓沖擊產(chǎn)生的壓力峰值很大，往往比正常壓力峰值高幾倍，常伴有噪聲和振動(dòng)，極易損壞管件、密封件。因此在地面液壓油泵源設(shè)計(jì)時(shí)，需作最大壓力分析計(jì)算。

根據(jù)流體質(zhì)量守恒定律和動(dòng)量定理，導(dǎo)管的液壓沖擊值 dp 為［1］:

式中，ρ—液壓油密度;

υ0—液體流速;

Ey—液體的體積彈性模量;

E—管材的法向彈性模量;

D—導(dǎo)管直徑;

δ—導(dǎo)管壁厚。

下面來看在同樣工況下液壓沖擊對導(dǎo)管內(nèi)徑的影響。據(jù)某型飛機(jī)地面液壓油泵源詳細(xì)規(guī)范［2］，液體的流量要求為大于150 L/min。航空液壓油的密度(20℃時(shí))ρ為833.3 kg/m3，液體的體積彈性模量Ey為16×108Pa，初選導(dǎo)管材料為內(nèi)徑13 mm，壁厚1 mm的不銹鋼導(dǎo)管。材料為1Cr18Ni9Ti。管材的彈性模量E為20.6×1010Pa。

根據(jù)該設(shè)備的的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的液壓流量為180 L/min，帶入式(2)，

得:υ0≈ 22.6(m/s)，將其帶入公式(1)得dp=833.3×22.6×

該設(shè)備的系統(tǒng)工作壓力為p0=21.5 MPa，則液壓沖擊最大值p1為:

帶入得p1=46.38 MPa

這里導(dǎo)管安全系數(shù)n取5，不銹鋼導(dǎo)管的屈服強(qiáng)度極限 σ0.2為 205 MPa［5］，則:

導(dǎo)管結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不能滿足要求，因此需重新選擇導(dǎo)管內(nèi)徑，按系列放大一級取內(nèi)徑為18 mm(壁厚1 mm)的導(dǎo)管，計(jì)算得:

所以此工況下高壓導(dǎo)管應(yīng)選擇內(nèi)徑大于18 mm，壁厚大于1 mm的不銹鋼導(dǎo)管。

通過上面實(shí)例分析可知，液壓沖擊對管路有很大影響，系統(tǒng)的導(dǎo)管選擇不銹鋼管。通過合理的選擇導(dǎo)管的內(nèi)徑，可以降低液壓沖擊對系統(tǒng)的影響。通過總結(jié)分析，在我單位工作中，液壓油泵源研制中管徑的選擇可按表2進(jìn)行。

表2 液壓油泵源導(dǎo)管尺寸選擇

2 管路連接

據(jù)資料介紹［3］，管接頭泄漏占液壓裝置泄漏的50%～60%，管接頭泄漏的原因有15%因質(zhì)量不良，60%因安裝不當(dāng)，20%因設(shè)計(jì)不良，5%因選用不當(dāng)。因此須對液壓管路的加工和裝配工作加以重視。

飛機(jī)地面液壓油泵源一般選用航標(biāo)管接頭，常用的有擴(kuò)口式和無擴(kuò)口式兩種。另外快速自封接頭常用于和飛機(jī)接口連接。

2.1 擴(kuò)口式管接頭

如圖1(a)所示，擴(kuò)口式管接頭由帶喇叭口端的導(dǎo)管、平管嘴、外套螺母、接頭組成。

圖1 管接頭結(jié)構(gòu)圖

工作原理是擴(kuò)成喇叭口的導(dǎo)管借助外套螺母把平管嘴和導(dǎo)管壓緊在接頭上形成密封。

2.2 無擴(kuò)口管接頭

如圖1(b)所示，無擴(kuò)口管接頭也由導(dǎo)管、襯套、外套螺母和接頭組成。

工作原理:利用外套螺母壓緊，使接頭和襯套間、襯套和導(dǎo)管間形成兩處密封面。襯套變成弓形體，起到抗振防松的作用。

由于無擴(kuò)口管接頭的制造精度要求高，外場維修因素的影響，目前在飛機(jī)地面液壓油泵源的管路生產(chǎn)中廣泛采用的是擴(kuò)口式管接頭。

2.3 管路加工

導(dǎo)管端部的擴(kuò)口質(zhì)量對密封面的接合質(zhì)量有直接影響，是影響泄漏的重要因素，應(yīng)給予足夠重視。擴(kuò)口時(shí)，要保證擴(kuò)口直徑和74°角符合標(biāo)準(zhǔn)要求［7］，見圖2所示。導(dǎo)管擴(kuò)口時(shí)要使用專用工裝(圖3)和設(shè)備。在加工過程中應(yīng)注意的問題如下:

圖2 喇叭口尺

圖3 導(dǎo)管擴(kuò)口工裝

(1)首先確定導(dǎo)管長度下料，因擴(kuò)口過程中細(xì)小毛刺破壞配合面的表面粗糙度，所以下料后去凈導(dǎo)管端口毛刺。

(2)加工直徑10 mm以內(nèi)、壁厚1 mm的導(dǎo)管時(shí)，機(jī)床轉(zhuǎn)速控制在120～150 r/min，進(jìn)給量不應(yīng)大于4.1 mm。加工直徑10 mm以上、壁厚1 mm的導(dǎo)管時(shí)，車床轉(zhuǎn)速在160～200 r/min之間，進(jìn)給量不應(yīng)大于3.5 mm。

(3)進(jìn)給量過大造成74°角過大，易產(chǎn)生滲漏顯現(xiàn)象;喇叭角應(yīng)控制在在73°±0.5°間。

(4)D1滿足要求后繼續(xù)旋轉(zhuǎn)擴(kuò)口錐2～3 s，保證擴(kuò)口錐面的表面光潔度。

(5)裝配前清洗干凈用試驗(yàn)臺打壓。裝配時(shí)要保證管端喇叭口與接頭錐面同軸線，避免歪斜。

(6)必須控制外套螺母的預(yù)緊力，防止破壞。預(yù)緊力選擇見表3所示。

表3 不銹鋼1Cr18Ni9Ti導(dǎo)管外套螺母預(yù)緊力選擇

通過改進(jìn)相關(guān)加工工藝方法后，提高了導(dǎo)管加工的成品率，為后續(xù)設(shè)備裝配提高了有效的質(zhì)量保障。近一年來，各個(gè)型號液壓油泵源產(chǎn)品的外場管路故障率下降了60.4%，產(chǎn)品可靠性有了顯著提高。

3 結(jié)語

液壓管路的液壓沖擊是造成液壓系統(tǒng)泄漏的重要因素。通過對液壓沖擊值的計(jì)算和校核，選擇適當(dāng)?shù)膶?dǎo)管尺寸和材料可有效提升設(shè)備液壓系統(tǒng)的可靠性。

對液壓管路的加工和裝配工藝進(jìn)行改進(jìn)，使為飛機(jī)配套的飛機(jī)地面液壓油泵源的油管外泄率、外場可靠性均有效增加，保障了飛機(jī)飛行安全性和可靠性。

［1］王海濤.飛機(jī)液壓元件與系統(tǒng)［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2012:20－26.

［2］中國航空綜合技術(shù)研究所.HB 4－1－2002擴(kuò)口管路連接件通用規(guī)范［S］.2003.

［3］劉俞銘.液壓件(閥)液壓機(jī)械設(shè)計(jì)圖集與生產(chǎn)新技術(shù)新工藝及質(zhì)量缺陷控制檢驗(yàn)檢測實(shí)用手冊［M］.石家莊:華北通用機(jī)械出版社，2005:602－607.

［4］李艷軍.飛機(jī)液壓傳動(dòng)與控制［M］.北京:科學(xué)出版社，2009:30－33.

［5］曾正明.實(shí)用鋼鐵材料手冊［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008:616－621.

［6］中國航空材料手冊編輯委員會［M］.中國航空材料手冊(第10卷).北京:標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001:75－78.

［7］中國航空綜合技術(shù)研究所.HB 4－52－2002導(dǎo)管擴(kuò)口［S］.2003.

［8］王積偉，章宏甲，黃誼.液壓與氣體傳動(dòng)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005:22－26.