民機(jī)強(qiáng)度試驗(yàn)室多臺(tái)液壓油源集成方案設(shè)計(jì)

李贊澄+徐凱

【摘 要】基于某民機(jī)強(qiáng)度試驗(yàn)室，分析了該試驗(yàn)室的液壓油源需求，設(shè)計(jì)了多臺(tái)液壓油源組合的方案。為了能夠?qū)⒍嗯_(tái)液壓油源更好地集成，并應(yīng)用于試驗(yàn)中。探討了兩種將多臺(tái)液壓油源集成的方案，并在此基礎(chǔ)上，提出了一種改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，最優(yōu)化地滿足該試驗(yàn)室的使用需求。

【關(guān)鍵詞】民機(jī)；強(qiáng)度試驗(yàn)室；液壓油源；集成

0 引言

結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)是民機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研發(fā)過程中必不可少的基本條件之一，從結(jié)構(gòu)選材到性能驗(yàn)證整個(gè)漫長的研發(fā)過程中，大量材料、元件、組件、部件的選用和設(shè)計(jì)都離不開試驗(yàn)的支持和驗(yàn)證。而對(duì)于民機(jī)全機(jī)級(jí)或部件級(jí)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)，一套完整的多通道協(xié)調(diào)加載試驗(yàn)系統(tǒng)是必需的，包含：液壓油源系統(tǒng)、液壓加載作動(dòng)裝置、加載控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。其中，液壓油源系統(tǒng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為流體壓力能，向試驗(yàn)中各個(gè)加載執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供持續(xù)、可靠的壓力油[1]。

試驗(yàn)室液壓油源的流量指標(biāo)取決于試驗(yàn)需求，由液壓加載的載荷大小和頻率高低決定。以某型民機(jī)的單機(jī)翼靜強(qiáng)度試驗(yàn)為例，約需250L/min流量的液壓動(dòng)力。而相較于靜強(qiáng)度試驗(yàn)，疲勞試驗(yàn)的液壓流量需求更高。因此，民機(jī)全機(jī)級(jí)或部件級(jí)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)室的液壓油源總流量較大，并且考慮便于使用與維護(hù)，液壓油源一般采用多臺(tái)油源組合的形式。而如何能將多臺(tái)油源更好地集成，最優(yōu)化地應(yīng)用于試驗(yàn)中，值得討論和研究。所以，本文以某民機(jī)強(qiáng)度試驗(yàn)室為例，探討多種將多臺(tái)液壓油源集成的方案。

1 液壓油源方案設(shè)計(jì)

1.1 液壓油源需求分析

以某民機(jī)強(qiáng)度試驗(yàn)室為例，分析其液壓油源的需求。該試驗(yàn)室規(guī)劃的總體試驗(yàn)?zāi)芰椋?/p>

1）能夠同時(shí)進(jìn)行兩項(xiàng)部件級(jí)靜強(qiáng)度試驗(yàn)和兩項(xiàng)部件級(jí)疲勞試驗(yàn)；

2）能同時(shí)開展十項(xiàng)組（元）件級(jí)靜強(qiáng)度及疲勞試驗(yàn)。

每項(xiàng)部件級(jí)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)需約250L/min流量的油源能力保障，每項(xiàng)組（元）件級(jí)強(qiáng)度試驗(yàn)需約50～100L/min流量的油源能力保障。因此，共需約2000L/min（250×4+100×10=2000）流量的油源能力。

1.2 液壓油源設(shè)計(jì)思路

在總流量達(dá)到2000L/min的前提下，擬采用多臺(tái)液壓油源組合的設(shè)計(jì)思路，更加靈活方便。

首先，當(dāng)該試驗(yàn)室進(jìn)行的試驗(yàn)任務(wù)較少，即液壓流量需求較小時(shí)，可以開啟少數(shù)油源進(jìn)行試驗(yàn)。而當(dāng)該試驗(yàn)室試驗(yàn)任務(wù)增加，即液壓流量需求增大時(shí)，可以開啟多數(shù)甚至全部油源。這樣可以有效節(jié)約試驗(yàn)成本。

其次，采用多臺(tái)液壓油源組合的方式，當(dāng)有油源需要維護(hù)維修時(shí)，其它油源可以正常使用，從而避免影響試驗(yàn)正常進(jìn)行。

1.3 液壓油源組合方式

液壓油源臺(tái)數(shù)偏少，達(dá)不到靈活方便的設(shè)計(jì)目的；而臺(tái)數(shù)偏多，又會(huì)增加占地面積，增加液壓油源間的建設(shè)成本。綜合考慮，該試驗(yàn)室擬采用4臺(tái)油源組合（2臺(tái)額定流量400L/min，2臺(tái)600L/min）的方式，見圖1。

4臺(tái)油源安裝于液壓油源間的中部區(qū)域，液壓油源間的下部區(qū)域設(shè)置地溝，用于安裝液壓油管，將液壓油輸出到液壓油源間外面的試驗(yàn)大廳。

2 多臺(tái)液壓油源集成方案設(shè)計(jì)

2.1 集成方案1

首先介紹集成方案1，如圖2所示，四臺(tái)油源分別通過管路連接到地溝中的1套液壓油管，然后液壓油管經(jīng)由地溝通往并覆蓋試驗(yàn)大廳的試驗(yàn)區(qū)域。

由于地溝內(nèi)只使用了1套液壓油管，該方案實(shí)施和維護(hù)成本較低。此外，由于4臺(tái)油源通過1套液壓油管集成在一起，則4臺(tái)油源可以同步進(jìn)回油，共同用于一個(gè)試驗(yàn)，即可以滿足一個(gè)2000L/min液壓流量需求的試驗(yàn)任務(wù)。

同時(shí)，該方案存在以下弊端：

1）因?yàn)?臺(tái)油源通過1套液壓油管集成在一起，所以要求4臺(tái)油源的品牌規(guī)格盡量一致，否則液壓油源和地溝內(nèi)液壓油管之間的進(jìn)回油可能會(huì)出現(xiàn)問題，進(jìn)而影響油源的正常使用。

2）根據(jù)該試驗(yàn)室的規(guī)劃，多數(shù)情況下會(huì)同時(shí)進(jìn)行多項(xiàng)試驗(yàn)，不同的試驗(yàn)任務(wù)頻率可能不同，共同使用1套液壓油管，相互之間可能存在影響。

對(duì)于該試驗(yàn)室，定位是部件級(jí)以下結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)，基本不會(huì)出現(xiàn)需要4臺(tái)油源共同用于1個(gè)試驗(yàn)的情況。此外，4臺(tái)油源若分步實(shí)施，存在品牌規(guī)格不一致的可能性。因此，“集成方案1”對(duì)于該試驗(yàn)室弊大于利。

2.2 集成方案2

“集成方案2”是在“集成方案1”的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，見圖3。地溝中設(shè)計(jì)了4套液壓油管，每套液壓油管分別連接1臺(tái)油源。

該方案使4臺(tái)油源相互獨(dú)立，每臺(tái)油源通過各自的液壓油管，將液壓動(dòng)力輸出到試驗(yàn)大廳。每臺(tái)油源之間進(jìn)回油相互獨(dú)立，既對(duì)品牌規(guī)格沒有要求，也不會(huì)影響彼此的試驗(yàn)任務(wù)。

但是，該方案也存在一定弊端：由于試驗(yàn)大廳面積較大，若使每臺(tái)液壓油源的液壓動(dòng)力都覆蓋試驗(yàn)大廳全部試驗(yàn)區(qū)域，就需要使地溝里的4套液壓油管都覆蓋試驗(yàn)大廳，實(shí)施和維護(hù)成本都較高。

因此，可以將試驗(yàn)大廳的試驗(yàn)區(qū)域分成4塊，將每臺(tái)油源對(duì)應(yīng)的液壓油管各負(fù)責(zé)1塊試驗(yàn)區(qū)域。但是這樣也會(huì)帶來一個(gè)問題：由于每臺(tái)油源只負(fù)責(zé)1塊試驗(yàn)區(qū)域，若某臺(tái)油源需維護(hù)維修，則該試驗(yàn)區(qū)域無法開展試驗(yàn)。即液壓油源的使用靈活性大大降低。

3 多臺(tái)液壓油源集成方案改進(jìn)

綜上所述，無論是集成方案1，還是集成方案2，對(duì)于該試驗(yàn)室的使用需求，都存在著一定的缺陷。因此，綜合這兩種集成方案，提出一種改進(jìn)方案。

如圖4所示，4臺(tái)液壓油源分別通過1個(gè)無管集成的液壓閥組[2]連接到地溝內(nèi)的4套液壓油管，且每臺(tái)液壓油源與對(duì)應(yīng)的液壓閥組之間均安裝有截止閥，通過開/關(guān)截止閥，可切換每臺(tái)油源與4套液壓油管的連接/斷開狀態(tài)。同“集成方案2”一樣，4套液壓油管各負(fù)責(zé)試驗(yàn)大廳的1塊試驗(yàn)區(qū)域。但與之不同的是，通過切換截止閥，可以將每臺(tái)液壓油源切換到地溝內(nèi)4套液壓油管的任意1套中，也就是說，每臺(tái)液壓油源的動(dòng)力都能覆蓋到整個(gè)試驗(yàn)大廳。

改進(jìn)后的方案不但使4臺(tái)油源相互獨(dú)立，又可以通過切換截止閥，實(shí)現(xiàn)4臺(tái)油源的集中供油，靈活地覆蓋整個(gè)試驗(yàn)大廳。一定程度上融合“集成方案1”和“集成方案2”的優(yōu)點(diǎn)。

4 結(jié)論

本文討論了兩種將多臺(tái)液壓油源集成的方案，通過分析，提出了一種改進(jìn)方案，該方案可以有效地將多臺(tái)液壓油源集成使用，最優(yōu)化地滿足某民機(jī)強(qiáng)度試驗(yàn)室的使用需求。

【參考文獻(xiàn)】

[1]陳淑梅.液壓與氣壓傳動(dòng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008：91-93.

[2]張利平，山峻.液壓站設(shè)計(jì)與使用維護(hù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013：69-70.

[責(zé)任編輯：朱麗娜]