第二章-飞机液压系统

第二章飞机液压系统第一节概述一、液压传动的基本概念(一)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。液压传动原理图如图所示：活塞未运动时活塞运动后，油液流入作动筒，压力非等值传递111AFp212FAppp21p结论：液压传动是以液体作为传递能量的介质而且必须在密封的容器内进行。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。单位时间内流入作动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。代表液压传动性能的主要参数是压力和流量。（二）液体压力的单位及其表示方法液体压力通常有绝对压力、相对压力(表压)、真空度(负的相对压力)三种表示方法。绝对压力＝相对压力＋大气压力真空度＝大气压力－绝对压力(三)飞机液压系统的压力等级目前民航使用的飞机液压系统压力在120—210kgf/cm2的范围，在英法共同研制的协和式飞机上使用的是280kgf/cm2。从减轻重量的角度看，提高系统的工作压力比较有利；当系统工作压力超过某一限度后，由于各元件受力过大结果系统的总重量反而会增大。工作压力的提高受科学技术水平的限制。(四)飞机液压系统的流量液压系统中提到的流量一般均指容积流量严格的定义：单位时间内流过某断面（通流截面）的液体体积。单位：SIm3/s米3/秒工程L/min升/分英制gal/min加仑/分1L=10-3m3=0.2642gal(美国加仑)二、液压系统的组成两种阐述方法：按组成系统的液压元件的功能类型划分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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。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。控制调节元件，即各种阀。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。液压系统组成(二)按组成系统的分系统功能划分液压源系统，包括泵、油箱、油滤系统、冷却系统、压力调节系统及蓄能器等。工作系统，它是用液压源系统提供的液压能实现工作任务的系统。三、液压、气压、电气三种系统优缺点的比较(一)液压系统的优缺点优点：(1)动作迅速、换向快。(2)重量轻、尺寸小。(3)运动平稳、不易受外界负载的影响。(4)调速范围大，且可无级调速。(5)有很大的功率放大系数。(6)效率高。缺点：(1)液压元件结构复杂、工艺要求高、制造成本高。(2)液压信号传递速度比电信号慢得多。(3)能量传递的方法很不方便，管路连接麻烦。(二)气压系统的优缺点优点：(1)结构简单、成本低。(2)储存能量方便。(3)可在高温下工作。缺点：(1)气体可压缩性很大，使运动不平稳和易发生振动。(2)不宜在低温下工作。(3)密封胶困难，易漏气，效率低。(三)电气系统的优缺点优点：(1)能量传递方便。(2)信号传递迅速。(3)结构和工艺要求比液压或气压简单。缺点：(1)运动平稳性差，易受外界负载的影响。(2)惯性大、换向慢。(3)效率比液压系统低。第二节工作液一、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。分类：矿物油系不燃或难燃性油系水基液压油合成液压油二、工作液的特性指标液压油是液压系统的工作介质，传动功能是它的基本作用，另外还有润滑、冷却、防锈作用。主要特性指标：良好的润滑性；合适的粘度；高的弹性模数；能防火(一)油液的润滑性油液维持接触面分离的能力，减少粗糙面之间的剪切力的趋势，以及在新切出的表面上形成非接触面的能力，就是润滑作用。“边界层润滑”对一个特定系统在润滑性方面的选择是在衡量摩擦力、磨损率以及抗卡紧等方面折衷进行的。(二)油液的粘度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，使流体各处的速度产生差异，液体相邻薄层之间的相对运动意味着它们之间存在着剪切应力，这种现象称为液体的粘性。相对运动平行平板之间液体的速度分布：dydvdydv液体的粘度是液体在单位速度梯度下流动时产生的剪切应力。它是液体抵抗液层之间发生剪切变形的能力，是衡量液体粘性的指标。粘性系数/动力粘度/绝对粘度：单位：工程kgf·s/m2SIN·s/m2=Pa·sCGSP1kgf·s/m2=98.1P=9810cP=9.81Pa·s运动粘度单位：SIm2/sCGSSt，cSt英制N1St=1cm2/s=100cSt=10-4m2/s1N=1in2/s=645cStv相对粘度：油液粘度相对蒸馏水的粘度大小程度，又称条件粘度。单位：美国赛氏通用秒SSU英国雷氏秒RSS法国巴氏粘度0B中国恩氏粘度0E粘温特性：油液粘度随温度升高而减小。油液粘度随压力的升高而增大（高压明显）。(三)油液的容积弹性模数假定油液是完全弹性的，也就是油液容积相对变化量与压力增量成正比例；反映这种比例关系的常数，即所谓容积弹性模数（EL）。容积弹性模数越大，油液的可压缩性越小，或者说其刚度越大。温度升高，EL值明显减小；压力升高，EL值略有增加；含有游离气体，EL值有很大降低。)(0VVEpL(四)油液的防火特性衡量耐燃性的一般指标为闪点、着火点和自然着火温度。闪点：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：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：油液在该温度下会自动着火。三、对工作液的要求(1)工作液的粘度随温度的变化应尽可能小。(2)对构件和密封装置无腐蚀作用。(3)具有良好的润滑性。(4)具有良好的防火安全性。(5)不含气体，或对气体的溶解和分解必须最小。(6)不含有其他机械杂质。四、工作液使用与维护注意事项(1)保证液压系统清洁。(2)装油滤污染指数器。(3)油箱内壁一般不要涂刷油漆，以免工作液中产生沉淀物。(4)防止系统进入空气。(5)根据使用条件定期检查工作液的质量。(6)定期检查液面高度。(7)不易混合掺混。第三节流体力学的基本理论一、压力、流量、液压功率液体静压力有三个特性：(1)力总是垂直作用于固体壁的表面上；(2)任一点的压力为一定值，与方向无关；(3)密闭容器中的液体，若其某处加以压力的作用，则此压力向容器内液体各点传递，且大小均相等。二、流量连续方程(1)对于液体连续流，其任一截面上的流量是相等的。(2)对于液体连续流，截面积与其上的流速成正比。三、能量方程四、动量方程常数Zvgp22)()()()(12121212vvgQvvQvvtVtvvmR五、圆管流公式圆管内的流动状态分层流与紊流两种。六、小孔节流公式液体从小孔流出，根据伯努利能量方程得到：小孔的实际流速比上述理论速度要小，故引入一个速度修正系数，则孔口实际流速按下式计算：pgv22pgv22七、缝隙流公式(一)平缝流(二)环缝流(三)偏心环缝流经计算可得其流量公式为：(四)有相对运动的平缝流)1.5εΔp(112μ2πdsQ23(五)斜缝流(六)锥形环缝隙流(七)阶梯形缝隙流(八)放射流与汇交流(九)液阻、液容和液感1、液阻液体在流动过程中受到各种阻碍，产生压力损失，称为液阻。第四节动力装置一、液压泵的基本工作原理、类型和主要性能参数1、液压泵的基本工作原理容积式液压泵利用容积变化吸油、压油由工作原理可知：(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。(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，泵的输出压力决定于负载。(3)泵在吸油和压油时，必须是密封腔的油液通路进行转换。使泵油路进行转换的装置叫配流装置。2、液压泵的类型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。按其输出流量能否调节可分为定量泵和变量泵两类。齿轮泵：一般为定量泵；适用于中高压以下压力柱塞泵：一般高压系统3、液压泵的主要性能参数(1)额定压力：是指泵规定允许的最佳工作压力。若其工作中压力超过额定值就称为过载。(2)排量和流量：液压泵的排量q是指在没有泄露的情况下，泵轴每转所排出的液体体积。理论流量额定流量（公称流量）是指在额定转速下，处于额定压力状态是泵的流量。qnQt3、液压泵的主要性能参数(3)功率和效率：输入功率是电动机或发动机的机械功率，是转矩和角速度的乘积。输出功率泵的总效率表示泵的功率损失的程度。泵的功率损失主要是两种损失：容积损失和机械损失。对应容积效率和机械效率TNjpQNoTpQNNio3、液压泵的主要性能参数(3)功率和效率：泵的功率损失主要是两种损失：容积损失和机械损失。对应容积效率和机械效率。容积效率：泵的流量损失程度泄流损失和填充损失机械效率：输入泵的转矩损失程度泵的总效率：tvQQTTtmmvioNN二、齿轮泵齿轮泵有外啮合式和内啮合式两种。其具有结构简单、体积小、重量轻，工作可靠并对液压油的污染不太敏感，便于维护和修理。1、齿轮泵的工作原理2、齿轮泵的流量及其脉动特性(1)流量特性齿轮泵的供油是靠两个齿轮的啮合和分离来完成的。“液压泵的最大压力”bhDqt0bZmqt22vvtbnZmnqQ272、齿轮泵的流量及其脉动特性(2)脉动特性流量脉动率脉动频率（Hz）)1(4cos222ZrmaxminmaxQQQ60/nZf3、齿轮泵结构上的几个问题齿轮泵的构造图泄漏困油三、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。径向式柱塞泵工作原理图：1、轴向式柱塞泵的工作原理：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）。2、轴向式柱塞泵的流量及其脉动特性(1)流量特性tan)(vvvAZDnnALZqnQ2、轴向式柱塞泵的流量及其脉动特性(2)脉动特性柱塞数为奇数时，流量脉动率小，脉动频率高；即泵的流量均匀性好。3、轴向式柱塞泵的变量控制变量泵按其对流量和压力特性曲线的控制情况分为：恒功率变量泵恒流量变量泵恒压变量泵恒压变量泵的典型压力－流量特性曲线4、变量泵压力流量特性的检查方法四、液压泵的限压和卸荷1、液压泵的限压定量泵一般都采用溢流阀（安全活门）来限制系统的压力。变量泵不要求在高压管路中设置溢流阀，但实际上一般都至少装一个溢流阀。2、液压泵的限压和卸荷对装有定流量泵的飞机液压系统，采用使液压泵出口压力在工作部分不工作时降到最小限度的方法，使其输出功率亦为最小，这就是定量泵的卸荷。利用工作部分控制开关在中立位卸荷利用卸荷阀自动卸荷利用液压继电器卸荷五、泵的故障检测可以用来检测起始故障的有：泵的振动出口流量壳体回油流量进出口和壳体回油滤处的污染物出口温升壳体回油温升和出口压力……第五节液压往复式执行元件液压执行元件在液压系统中是对外界作工的一种元件，它直接将液压能转换成机械能。液压执行元件分两大类：旋转运动型(液压马达或液动机)往复运动型往复直线运动型(作动筒)往复摇摆运动型(摆动缸)一、直线运动型—作动筒(一)应用及工作原理作动筒的工作原理图：主要性能参数：输入：液体压力、流量输出：输出力、速度（或位移）(二)结构形式及其分类作动筒的各种结构形式：(三)典型构造１、液压收放作动筒如图所示为液压收放作动筒的构造图：2、液压舵机作动筒如图所示为液压舵机作动筒的构造图：３、燃油调节器作动筒如图所示为燃油调节其作动筒的结构图：作动筒的优点：结构简单便于制造成本低密封性好效率高运动部分质量小维护方便使用可靠作动筒的缺点：运动行程有限(四)基本特性计算与分析1、输出力作动筒的输出力是指克服其内部各种阻力以后所发出机械力的大小。理论输出力实际输出力机械效率2211FpFpPmshFpFpP)(2211分析：当活塞杆反向运动时，输出力同样可应用上述公式。如直径相等的双活塞杆，输出力在两个运动方向是相等的。如单活塞杆或双活塞杆的直径不相等，