chapter03_hydraulic system

〖第三章●液压系统〗-57-3.1液压系统概述3.5液压执行元件3.2液压油3.6液压控制元件3.3液压源3.7液压辅助元件3.4液压动力元件3.8液压系统泄漏检查第三章液压系统〖飞机构造基础〗-58-3.1.液压系统概述随着飞机的飞行速度和重量不断增大，用人力来操纵飞机和某些部件（如收放起落架、襟翼等）日益困难。所以飞机上采用液压、电力驱动的部件日益增多。电力驱动的动作比较灵敏，但需用功率较大时，需要使用重量很大的电动机，而且电动机与被传动部件之间的连接也比较复杂；目前它多用来传动需用功率较小或要求工作比较灵敏的部件。飞机液压系统通常用来收放起落架、襟翼、减速板和操作机轮刹车以及操纵舵面的偏转。液压系统作为操纵飞机部件的一个系统，它具有许多优点。如重量轻、安装方便、检查容易。3.1.1.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。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（压强）大小不变地向任何方向传递。这个原理称为帕斯卡原理。利用这个原理，可以制成一些省力的装置。如图3-1所示的密闭容器，只要在小活塞上施加较小的力P1，就可以在大活塞上支持住较大的重物P2。因为容器内的液体各部分的压力P是相等的，而两个活塞的面积1f和2f并不相等。液压系统的传力原理与上述情况相似。但是，要使系统中的油液能够推动附件作功，完成一定的传动动作，仅仅利用油液的传力是不够的，还必须使油液不断地向附件运动的方向流动。如图3-2表示液压传动的原理。液压泵在较小的面积上对油液施加压力，迫使油液不断地流入作动筒，推动活塞，使活塞杆伸出，以传动部件，如果不考虑油液在管路中的流动阻力，则油液压力的大小仅取决于活塞杆上载荷P的大小。载荷越大，油液压力就越大。由于液压泵的受压面积很图3-1液压传动示意图〖第三章●液压系统〗-59-小，而作动筒的活塞面积较大，所以，液压泵在原动力不很大的情况下，能使作动筒产生很大的传动力，去传动沉重的部件。油液在管路中的流动阻力，对油压力也有影响。载荷一定时，作动筒内的油液压力是一定的，如果油液在管路中的流动阻力增大，为了克服这一阻力，液压泵对油液施加的压力就要相应增大。传动过程中，油液流动阻力始终是存在的，因此，实际上系统中的油液压力并不是处处都相等的。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。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，负载包括外负载和油液的流动压力损失。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，这又是液压传动中的一个重要规律——输出速度取决于流量。3.1.2.液压传动功率液压泵输出的油液进入作动筒推动活塞运动时，即对活塞作了功。如果传动过程中油液压力不变，且不考虑油液在管路中的流动时的能量损失和渗漏等，则油液对活塞所做的功A可由下式给出：SFA其中：F为液压作用在活塞上的力；S为活塞移动的距离。油液在单位时间内对活塞所作的功叫做液压传动功率N，即：N=At=FSt=Fv=Pfv=PfSt=PQ即：作动筒油箱液压泵图3-2液压系统的传动原理〖飞机构造基础〗-60-N=P·QSt为单位时间内活塞移动的距离，即活塞移动的速度，用v表示。fv为单位时间内流入作动筒的油液的体积，称为流量用Q表示.，即：Q=f·v液压传动功率的大小，决定于系统的工作压力（即油液压力）和流量。在其它情况相同的情况下，传动功率越大，传动速度越大。目前，飞机的重量和飞行速度都在不断提高，液压系统传动部分的载荷相应增大，同时液压传动的速度也要求加快，因此，液压系统的传动功率日益增大。提高系统的工作压力或增大油液流量都可以提高传动功率。但是，从减轻重量的角度来看，提高系统的工作压力比较有利。因为工作压力提高后，尽管作动筒和导管壁的厚度必须增加，但由于系统所需油量很少，而且作动筒等附件的尺寸可以减小，所以与增大流量相比，系统总的重量较轻。现代飞机液压系统的工作压力越来越高就是这个原因。目前飞机液压系统的工作压力达到3000磅/平方英寸（PSI）。当然液压系统工作压力的提高是有一定限度的。3.1.3.液压系统的组成目前对液压系统的分类方法主要有两种，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。按液压系统的功能划分按液压系统的功能划分，液压系统主要由四种元件组成：①动力元件，指液压泵，其作用是将原动机的机械能（如电动机或发动机产生的机械能）转换成液压能。②执行元件，其作用是将液体的压力能转换成机械能。如：液压作动筒和液压马达。③控制调节元件，即各种阀（或称活门）。用以调节各部分液体的压力、流量和方向，满足液压系统工作的要求。④辅助元件，除上述各元件之外的其它元件都称为辅助元件，主要包括油箱、油滤、散热器、蓄压器及导管、接头和密封件等。按组成系统的分系统的功能划分从系统的功能观点来看,液压系统应分为两大部分;①液压源系统液压源包括泵、油箱、油滤系统、冷却系统、压力调节系统及蓄压器等。现代民航客机上一般有三个隔离且独立的液压源系统。②工作系统〈或液压操作系统、用压系统〉它是利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〖第三章●液压系统〗-61-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。3.1.4.简单液压系统的组成一个简单液压系统的基本组成部件有：油箱、液压泵、安全活门、选择活门、作动筒等。液压油箱储存一定数量的液压油，液压泵把油液输送到各个传动部分。传动部分不工作时，液压泵还在不停地输送油液，为了避免系统压力过大，在输油管路上装有安全活门。当系统压力增大到一定数值时，油液可推开安全活门流回油箱。当选择活门在中立位置时，堵住来油路，传动部分不工作。工作时，把选择活门扳到某一工作位置，来油路便与作动筒的一端相通，油液经选择活门进入作动筒，推动活塞，并通过活塞杆带动部件。在传动过程中，活塞另一边的油液被挤出，经过选择活门流回油箱。油箱安全活门液压泵作动筒选择活门图3-3简单液压系统的组成〖飞机构造基础〗-62-3.2.液压油液压系统使用的液体叫做液压油。液压系统的液压油主要是用来传递和分配液压力去操纵各种部件。液压油应能够在所有液压管道中流动，具有最小的阻力，并且必须是不可压缩的。它必须具有好的润滑性能以减少液压部件的磨损，它必须对液压系统中的部件及密封件没有化学腐蚀作用。而且液压油必须在系统工作时不产生泡沫，因为进入液压系统内部的空气会使液压部件运动减慢，增加工作时间。3.2.1.粘性和粘度液体流动时，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，使液体各层的速度产生差异，液体相邻薄层之间的相对运动导致在它们之间产生内摩擦力，粘性是液体流动时的内部产生摩擦力(内阻力)的一种性质。任何液体流动时，内部都会产生摩擦力，这种摩擦力的大小用粘度来标定。液体的粘度可用粘度计来测量。有几种粘度计，美国一般采用赛波特(SAYBOLT)通用粘度计。此粘度计测定在特定温度下，一定量（60立方厘米）的油液通过一个标准长度和直径的小孔所需60C.C.油箱加温器温度计塞子油容器图3-4赛波特（Saybolt）通用粘度计〖第三章●液压系统〗-63-用的时间。此时间以秒为单位，其粘性读数可表示为SSU(秒，通用赛波特)。中国和欧洲一些国家采用恩格列尔粘度计测量，它是在特定温度下，一定量油液（200立方厘米）通过一个标准长度和直径的小孔的时间与同体积蒸镏水流过同一小孔时间（约为5052秒）的比值。此比值即为该油液的恩氏粘度（°E）。恩氏粘度越大，它在流动中内部产生的摩擦力也越大。液体的粘度的大小，除了与液体的种类有关以外，还与其温度和压力有关。温度对液体粘度的影响很大。温度升高，液体粘度减小；温度降低,液体粘度增大。压力对液体粘度的影响不大，只有在高压（210kgf/cm2以上）时，才有明显的影响，油液的粘度随压力的升高而增大。通常可认为液体的粘度不随压力变化。液压油粘度的大小，直接影响着液压系统的工作质量。适合液压系统使用的油液必须具有足够的粘度，以便在油泵、活门和活塞处获得良好的密封。如果粘度过小，使液压系统密封效果差，油液容易渗漏，同时会使系统润滑效果变差，导致运动部件的磨损加剧和负荷加重。但如果液压油粘度过大，会造成过大的流动阻力，液体流动迟缓，传动动作慢，功率损失大和工作温度高，这些因素会加大运动部件负荷和使部件产生过度磨损。总之，油液粘度过大和过小都会导致运动部件磨损加剧和负荷加重。所以,液压油的粘度应适当，并且其粘度随温度的变化量应尽量小。3.2.2.压缩性液体的压缩性，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。实验证明，任何液体都是可压缩的，但可压缩的程度一般很小。因此，通常都认为液体是不可压缩的。为了迅速传递压力，液压油的压缩性应尽可能小一些。液压油本身的压缩性是可以满足这一要求的。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。3.2.3.润滑性液体的润滑性，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。这层“油膜”遮盖着附件的表面，使它们的摩擦面不直接接触，因而可减小附件之间的摩擦力，并减少附件表面的磨损。各种液体所能形成的“油膜”的厚度和牢固程度是不同的，因而它们的润滑能力也不同。“油膜”越厚，它对摩擦面上的不平滑部分就遮盖得越多，同时，摩擦面间各液层的相对流动速度也越小，所以附件表面的磨损和附件之间的摩擦力都越小，即液体的润滑性越好。“油膜”越牢固，在工作载荷作用下，“油膜”就越不容易破裂，液体的润滑性也越好。在液体中加入适量的添加剂，可以改善它的润滑性。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。〖飞机构造基础〗-64-3.2.4.机械稳定性液体的机械稳定性，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。液体的机械稳定性越好，在受到长时间的高压作用后，其物理性质的变化就越小。大多数液体，尤其是矿物油，受到长时间的高压作用后，其分子结构会遭到破坏，粘度会减小。加有粘性添加剂的分子结构比较容易破坏，因此，粘度更容易减小。液压油应具有良好的机械稳定性。因为液压油经常要在高压作用下通过一些附件的小孔和缝隙，如果它的机械稳定性不好，在使用过程中，粘度会很快减小，以致影响系统的工作。3.2.5.化学稳定性化学稳定性是液压油的一个非常重要的特性。化学稳定性主要是指液体抗氧化和抗变质的能力。液压部件的运动会导致油液温度升高。油液的温度越高，它的氧化就越剧烈。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，并使附件内的活动部件粘滞或堵塞通油孔。油液氧化后还会产生一种酸性物质，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。油液受到空气、水、盐和其它杂质的作用会变质，一些金属如锌、铅、黄铜和纯铜，碰到某种油液时，将会发生化学反应。所以，液压油应具有良好的化学稳定性，并且不含杂质。另外，液压油应是中性的，即不带酸性也不带碱性,以免腐蚀系统的金属导管和附件；液压油对密封材料不应有腐蚀作用。闪点当油液产生足够量的蒸汽而遇火苗时刹时点燃（或闪出火光）,但不能维持燃烧，此时的温度称为闪点。液压油要求有高闪点，这是因为高闪点表明有好的防燃性和在正常温度下有低的蒸发度。燃点当油液产生足够的蒸汽而遇到火花或火苗时,能点燃而持续燃烧起来，此时的油液温度称为燃点。液压油要求有高燃点。3.2.6.液压油的种类为了保证系统的正常工作和避免液压系统中的非金属元件的损坏，必须使用正确的油液。当向液压系统加