1第一章液压系统

1第十二A单元飞机机械系统第一章液压系统与气压系统1.1液压系统概述液压系统在现代飞机上已成为一个非常重要的大系统，如起落架的收放、前轮转弯操纵、刹车操纵及飞行操纵系统几乎都离不开液压传动和伺服控制技术。从运输机故障统计结果看来，有20%的机械故障属于液压系统，所以提高飞机维修人员对液压系统故障的预防、判断和排除的能力是很有意义的。1.1.1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。图1-1表示液压系统的传动原理。它由两个液压缸（又称作动筒、动作筒液压筒）1和2组成，中间由管道相连，内部充满了液体。当液压缸1的活塞向左移动时，则液压缸1左腔的液体被挤入液压缸右腔，这两个腔内的压力升高，液压缸活塞被迫向左移动，若连续推动活塞1则液体连续地流经管道并推动活塞2连续运动，液压缸1推动液体流动并使液体具有压力，它就是一个手动液压泵；液压缸2用来推动负载，它就是一个液压执行元件。这就是一个最简单的液压传动系统。图1-1液压传动的原理从上述模型可总结出以下结论：(1)液压传动是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—压力决定于负载（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，仅利用油液传力是不够的，还必须使油液不断地向执行机构运动方向流动，单位时间内流入动作筒的油液的体积称为流量，流量愈大活塞伸出的运动速度愈大。这又是液压传动中的一个重要规律—输出速度取决于流2量。(4)代表液压传动性能的主要参数是压力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。1.1.2液压系统的组成实际的液压系统要比上面讲的传动原理模型复杂得多。目前对液压系统的组成基本上有两种阐述方法，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。一、按液压元件的功能划分液压系统的组成任何复杂的液压系统必须要由一些主要液压元件组成。一般都包括四种元件：(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。包括液压动作筒和液压马达。(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，除上述三项组成元件之外的其它元件都称辅助元件，包括油箱、油滤、散热器、蓄压器及导管、接头和密封件等。由此可知，除传动介质外，液压传动或液压伺服机构由各种用途的元件所组成。二、按组成系统的分系统功能划分液压系统组成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，飞机液压源系统多为分离式，而后者已形成系列化产品，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地组合，即可产生各种形式的运动或不同顺序的运动。例如飞机起落架收放系统，液压刹车系统等。目前飞机制造厂提供的维护手册，均按液压源系统和工作系统分别给出的，但为了分析清楚各元件的工作，我们以后将按元件的功能分类来介绍。31.2工作液1.2.1工作液的分类液压传动与伺服控制系统中所用的传动介质称为工作液，又称为液压油。目前航空和地面各种设备的液压系统中，采用的工作液分为：植物油系、矿物油系，不燃或难燃性油系。矿物油系工作液的主要成分是石油，加入各种添加剂（抗氧化、耐高温等）精制而成。根据其性能和使用场合不同，矿物油系工作液有多种牌号（如20号机械油、30号汽轮机油、10号航空液压油等）。矿物油系工作液的润滑性好、腐蚀性小、化学安全性较好，故被大多数机器液压系统所采用。尤其是特制航空液压油，能耐高温、抗低温和防火，但价格较贵。在航空喷气发动机的燃油调节系统中，则直接利用发动机本身的燃油（煤油）作为工作液，其工作性能较差，却很方便。不燃或难燃性液压油系中分水基液压油和合成液压油两种。水基液压油的主要成分是水，加入某些防锈、润滑等添加剂。水基工作液价格便宜、不怕火，其缺点是润滑性差、腐蚀性大及适用温度范围小，故只在液压机（水压机）上使用。合成液压油是由多种磷酸酯（三正丁磷酸酯、三甲酚磷酯等）和添加剂用化学方法合成，国内已研制成功4611、4602-1等多个品种，其润滑性较好、凝固点低、防火性能好，广泛用于民航机上。为了便于识别，液压油被染色，对不同规格的液压油绝不能混用。同一规格但不同厂家生产的液压油，按维护手册要求允许可以混用。对特殊系统使用了不允许使用的液压油可能引起密封件、胶管和其它非金属部分迅速损坏，而且可能使系统无法使用。飞机上常用液压油特点为：a.正常状态下，植物油几乎是无颜色的，必须使用纯橡胶密封件和软管。它被用在一些刹车系统中，但在液压动力系统中不常使用。b．正常状态下矿物油是红颜色的，它必须使用橡胶密封件和胶管。它广泛用在轻型飞机刹车系统、液压动力系统和减震器支柱中。c．磷酸脂基液压油广泛用于现代飞机系统，主要是由于它的耐火性和较大的温度范围。它可能被染成绿色、紫色（紫红色）或琥珀色。它必须用也只能用丁基橡胶、乙烯丙烯或聚四氟乙烯密封件和胶管。使用磷酸脂基油液要极其小心，因为它对皮肤及眼睛是有刺激的。无论何时在液压系统上进行工作时，应该在手和胳膊上涂皮肤药膏，配戴耐油手套。另外，无论何时都有可能将油液喷溅到眼睛上，例如，当进行压力测试或元件渗漏时，所以应该配戴防护镜。应该避免油液的溢出，一旦发生，受影响的区域应该立即用干净的擦布擦净，用肥皂水和热水彻底冲洗。鉴于不同种类的油液不相容，所以维护飞机时，任何容器试验（检测）用具应该用与飞机所用的油液同一型号。1.2.2工作液的特性指标从使用观点看，其中最主要的特性是润滑性、粘度、和防火特性。4一、油液的润滑性在有接触面的活动机构中，润滑性是人们主要关心的问题。例如泵和马达中的齿轮，活塞式动作筒的活塞头和活塞杆，滑阀的阀芯和阀套及蓄压器的隔离活塞等。目前飞机上使用的磷酸酯基液压油对防止卡紧和粘结是很有利的。二、油液的粘度液体流动时，由于液体分子之间内聚力和液体与固体壁面之间的附着力的作用，使流体各层的速度产生差异，液体相邻薄层之间的相对运动意味着在它们之间存在着剪切应力，这种现象称为液体的粘性。显然，静止液体是不呈现粘性的。粘性的大小用粘度来进行标定。相对粘度是以油液粘性相对蒸馏水的粘性大小程度来表示的。相对粘度又称条件粘度，根据测定条件不同，世界各国采用的相对粘度的单位亦不同。目前常遇到的有美国用的赛氏通用秒（SSU），英国用的雷氏秒（RSS），法国用的巴氏粘度（°B）和我国与欧洲一些国家使用的恩氏粘度（0E）。恩氏粘度的测量方法是将200cm2被测试的油液在规定温度下从恩氏粘度计的小孔（孔径为2.8mm）流完的时间τ，与同体积蒸馏水在20℃时从同一小孔流完所需时间τH2O的比值作为该油液的恩氏粘度，即0Et=OHt2（1-1）由于τH2O的实际值通常为50~52s，故取平均值为51s进行计算。工业上常以20℃和50℃作为测量恩氏粘度的标准温度，符号为Eso赛氏通用秒（SSU）是按照美国材料试验协会给出的标准程序试验得到的油液的相对粘度值，它规定为60cm2油液在100℉的温度下流过标准节流孔（孔径为0.176cm）所需时间。由粘度的测定规定中可以看出，温度对粘度是有影响的。油液粘度随温度升高而减小这是油液的粘温特性。另外，油液的粘度将随压力的升高而增大。但这种特性只有在高压（210kgf/cm2以上）时才有明显的表现。油液的粘度特性是非常重要的指标，它的变化对系统的功率损失和性能都有很大的影响，所以应严格按规定要求使用液压油。三、油液的防火特性航空上常用的液压油为石油基液压油和磷酸酯液压油。后一种液压油属于耐燃型液压油类。衡量耐燃性的一般指标为闪点、着火点和自然着火温度。此外与火焰接触或是以高速撞击到热的平板上时的可燃性。但这些指标尚未经严格地标准化。油液的闪点是指在此温度下，液体能产生足够的蒸汽，在特定条件下以一个微小的火焰接近它们时，在油液表面上的任何一点都会出现火焰闪光的现象。着火点就是油液所达到的某一温度，在该温度下油液能连续燃烧5秒钟（在有火焰点燃下）。自燃着火温度是指油液在该温度下会自动着火。5航空液压油（石油基）和磷酸酯液压油的耐燃性指标列于表1-1。表1-1液压油的耐燃性指标液压油闪电着火点自然着火点石油基航空液压油93~107℃124℃246℃航空用磷酸酯液压油254℃316℃593℃液压油的其它特性指标可参阅有关资料。1.2.3工作液使用与维护注意事项1、要保证液压系统清洁，使之无水分、铁锈、金属屑及纤维等杂质。更换工作液时，要彻底清洗系统，加入的新工作液必须过滤。2、为提高液压系统的工作可靠性，应及时观察油滤污染指示器；当污染指示器发出信号时，及时清洗油滤或换滤芯。3、油箱内壁一般不要涂刷油漆，以免工作液中产生沉淀物。如要涂刷油漆应采用良好的耐油油漆。4、为了防止系统进入空气，应采取下述措施：（1）保证液压系统完全密封（特别是液压泵吸油管路），以防止吸入空气；（2）为使系统中空气得以排除，在维修后应排气。（3）保证油箱油量在规定范围内。5、应根据使用条件定期检查工作液的质量。检查方法可分现场观察和试验室分析鉴定两种：（1）现场观察，可取样与同类新工作液进行比较，观察色泽及透明度有无变化，有无沉淀物等；（2）试验室分析鉴定，应检查色泽、比重、闪点、粘度、氧化物以及污染微粒粒子数等（取100毫升工作液，用仪器计算其粒子数）；6、补充加油加添的工作液必须是同一牌号的否则将引油质恶化。7、矿物油系液压油不应与甘油基液压油、磷酯液压油等合成油掺混，否则工作液完全变质。61.3动力装置液压系统中常用的动力源为液压泵。1.3.1液压泵的基本工作原理、类型和参数一、液压泵的基本工作原理液压系统使用的液压泵都是容积式的，其工作原理都是利用容积变化来进行吸油、压油的。图1-2为容积式泵的工作原理。图中柱塞2依靠紧压在偏心轮1上，偏心轮1由发动机或电动机带动旋转，柱塞2便作往复运动，使密封工作腔4的容积发生变化，变大时产生部分真空度，大气压力近使油箱中的油液经吸油管顶开单向阀5，进入工作腔，这就是吸油过程。当工作腔的容积变小时，使腔中吸入的油液受到挤压，产生压力，顶开单向阀6流向系统中去这就是压油过程。偏心轮不断旋转，泵就不停地吸油和压油。这样，泵就把发动机的机械能转换成泵输出的液压能。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和变化率来决定的。（2）吸油过程中，油液是依靠油箱中油液液面压力与泵密封腔内的压力差来完成的。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1-2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，就可输出转速和扭矩，即把液压能转换为机械能，这便成为执行元件即液压马达。图1-2容积式液压泵的工作原理7二、液压泵的类型液压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，此外还有螺杆式等。按其输出流量能否调节可分为定量泵和变量泵两类。在飞机液压源系统中叶片式和螺杆式泵很少见。齿轮泵一般为定量泵适用于中高压以下压力等级的系统。对于高压系统（170~300kgf/cm2）一般都优先采用柱塞泵。三、液压泵的主要性能参数（1）额定压力：液压泵的工作压力是指它工作时输出油液的压力，其值取决于负载。所以实际工作压力不能作为液压泵的性能指标。额定压力是指泵规定允许的最