YBC-2 型飞机地面油泵车液压系统设计
2013-12-14魏晓斌朱毅张军凯
魏晓斌，朱毅，张军凯
( 徐州空军学院航材四站系，江苏徐州221000)
1 设计依据
飞机地面油泵车是飞机保障的重要装备，不论在战争年代还是在和平时期的抗震救灾、抗洪抢险以及民用飞机客流量显著增大的情况下，如果油泵车设计不合理，效率低下，将会直接影响飞机性能，延误战机起飞或者延缓救援时机。而目前现有的YBC-1 型飞机地面油泵车结构复杂、冗余，综合化水平较低，机动性、通用性差，如何改进这些弊端，提升维修保障效率和空运效率，将是此次飞机地面油泵车液压系统的设计重点。
1.1 YBC-2 型飞机地面油泵车液压系统基本设计要点
(1)具有多执行部件。至少包括泵源、高压输出回路、卸荷循环散热回路、回油及油箱回路、加油回路、油液固体污染度检测设备;
(2)动力特性要求高。要求大功率输出、大输出力(矩)、高速、高变速指标;
(3)负载变化大。外负载变化大、多冲击、频率启制动和换向功率需求变化剧烈;
(4)执行部件可独立动作。各部件动作顺序没有预定的规律;
(5)操纵特性良好。包括调速特性、独立操纵特性等;
(6)特殊功能要求。包括锁定、制动、同步等。
主液压系统基本结构如图1 所示(其中没有考虑液压附件及先导控制部分)。
图1 主系统基本结构
1.2 YBC-2 型飞机地面油泵车液压系统设计要求
根据飞机地面油泵车的工作特点，其液压系统设计需要满足以下要求:
1.2.1 动力性要求
动力性要求是指在保证动力设备不过载的前提下，尽量充分利用动力设备的功率，提高飞机地面油泵车的运行效率。尤其是当负载变化时，要求液压系统与动力设备匹配良好，尽量提高输出功率。例如，当外负载较小时，希望增大油泵的输出流量，提高执行元件的运行速度。双泵液压系统中就常常采用合流的方式来提高功率利用率。
1.2.2 操纵性要求
当多执行元件共同动作时，要求能够合理分配液压系统中各个执行元件的流量，要求其相互间不干涉，实现理想的复合动作。如果飞机地面油泵车在运行过程中由于液压油泵的油分流供应，导致一侧速度降低，形成设备偏向振动，容易引发事故。另外，当自循环过程中多执行元件同时动作时，各个操纵阀都在大开度下工作，往往会出现系统总流量需求超过油泵的最大供油流量，这样高压执行元件就会因压力油优先供给低压执行元件而出现压力降低的现象。
1.2.3 节能性要求
飞机地面油泵车通常工作时间长，能量消耗大，要求液压系统的效率高，就要降低各个执行元件和管路的能耗，因此在油泵车液压系统中要充分考虑各种节能措施。当对各个元件进行调控时，系统所需流量大于油泵的输出流量，此时必然会导致一部分流量损失掉，要求此部分的能量损失尽量小;当油泵车处于空载不工作的状态下，如何降低泵的输出流量，降低空载回油的压力，也是降低能耗的关键。
1.2.4 安全性要求
飞机地面油泵车工作条件复杂多变，负载变化和冲击振动大，对于其液压系统要求有良好的过载保护措施，防止油泵过载和因外负载冲击对各个液压元件的损伤。
2 液压系统设计
2.1 液压系统性能参数设计
在油泵车的性能参数中，压力、流量和污染度等级是最主要的3 个参数。其中液压油污染度的分级标准是根据GJB 420A-95 《飞机液压系统用油液固体污染度分级》的A 级指标而制定的。
2.1.1 液压系统压力的设计
依据上述飞机液压系统输出压力等级，可确定液压系统高压工作压力p 为0 ～28 MPa，液压系统高压元件及附件压力等级选型应不小于31.5 MPa。YK2和波音747 液压系统回油压力为0.6 MPa，SF3 液压系统回油压力为0.35 MPa，因此可确定液压系统低压元件及附件压力等级选型应不小于1.6 MPa。
2.1.2 液压系统流量的设计
液压系统应能保证两路同时输出飞机实际所需的最大工作流量，按照波音747 每路输出70 L/min 计算，液压系统输出流量最大应达140 L/min，所以液压元件及附件流量选型指标应不小于140 L/min。
2.2 液压系统回路的设计
2.2.1 泵源
该设备设置主泵和辅泵，泵源压力p = 0 ～28 MPa，流量Q=0 ～140 L/min。
2.2.2 Ⅰ、Ⅱ路高压输出回路
Ⅰ路高压输出回路流量Q1和Ⅱ路高压输出回路Q2在泵源系统流量Q (0 ～140 L/min)的范围负载反馈分配，Q=Q1+Q2，由蓄能器以及Ⅰ路高压输出回路中的单向阀共同调节。
2.2.3 卸荷循环散热回路
插装单向阀用于防止Ⅰ路、Ⅱ路高压输出回路压力p 与p1之间出现干涉。插装电磁卸荷阀用于泵源系统、Ⅰ路高压输出回路和Ⅱ路高压输出回路卸荷，观察液压系统各回路工作流量状况。
2.2.4 回油及油箱回路
油箱容量140 L，设计有加油空气滤清器、油标、加/放油快插接头和液位报警开关等元件。当油箱液位过低时，液位报警开关报警，液压系统停止工作。
2.2.5 加油回路
设计加油时，电磁换向阀处于关闭状态，油液从油箱出发，通过辅泵加压，将油液注入飞机。
2.2.6 油液固体污染度检测设备
设计油液固体污染度检测设备可在线实时监测液压系统油液固体污染度，由固体污染度在线检测仪和管路组成。
流程图如图2 所示。
图2 液压系统流程图
2.3 结构设计
2.3.1 总体结构组成与布局
该设备总体结构由牵引底盘、牵引杆、框架和环控设备组成，外形尺寸约1 600 mm × 1 050 mm ×1 000 mm (L ×W ×H)，整装质量约1 050 kg，结构如图3、4 所示。
图3 总体外形图
图4 内部结构图
2.3.2 总体结构主要设备选型
(1)恒功率电液比例柱塞泵
柱塞泵额定工作压力为0 ～28 MPa，最高工作压力可达35 MPa，压力电液比例可调，带数字信号放大器。安全压力设定为31.5 MPa，可在0 ～35 MPa内调节。
按照实际情况和恒功率控制思路进行柱塞泵功率计算:
①SF3:两路20 MPa 压力，每路输出流量可达50 L/min，W1=pQ/60 =20 ×100/60 =33.3 kW。
②YK2:两路22 MPa 压力，每路输出流量可达70 L/min，W2=pQ/60 =22 ×140/60 =51.3 kW。
③某型飞机3:两路25 MPa 压力，每路输出流量60 L/min，W3=pQ/60 =25 ×120/60 =50 kW。
根据①、②和③的分析计算，恒功率可设定在2 000 r/min 时51.3/0.93≈55 kW。
其他参数包括:额定转速可达2 200 r/min;最大输出流量为70 mL/r×2 200 r/min =154 L/min;泄油口压力可达2 MPa。
(2)电动机
电动机采用YYB250 型三相异步4 极55 kW 内轴式静音变频电动机(油泵专用电机)，由变频器变频控制输出转速。其工作电压为三相380 V AC，工作转速范围为0 ～2 400 r/min，工作频率范围为0 ～80 Hz。
(3)轮胎
轮胎采用254 ×152 ×158.8 和267 ×152 ×127 两种规格的实心轮胎，速度为25 km/h 时分别可承载1 414 ×9.8 N 和1 564 ×9.8 N;适应低速、高负载苛刻条件下使用，有很高的耐刺穿性。
(4)暖风机
采用HG4 型电暖风机，由电加热翅片管和低噪声轴流风机及温控系统组成，具有自然风、全功率加热、半功率加热3 挡设置，并具有超温断电安全保护功能。
(5)气囊式蓄能器
在YBC-2 型飞机地面油泵车液压系统中，采用了气囊式蓄能器。此蓄能器的特点是形状虽小但容积较大;皮囊的质量轻、惯性小，反应灵敏;漏气途径只有一个充气阀口，因此气囊的密封性好，一次充气后能长时间地保存;充气方便，适用于贮存能量和吸收冲击。
(6)散热器
散热器为铝制板翅式组合结构，下部加装了风机，从而提升散热器的散热能力。主要技术参数如下:换热量为24 kW;工作压力为3.0 MPa;试验压力为4.5 MPa;风机为220 V AC /750 W。
(7)固体污染度在线检测仪
固体污染度在线检测仪选用Parker IPD 型在线式颗粒计数器，内置GJB420A、ISO4406 等油液标准，可相应给出所测样品的污染度等级;仪器可按ISO4402 或ISO11171 校准，实时检测数据，实时掌握分析液压系统的磨损趋势，具有0.1ISO 等级的精度和0.5ISO 等级的准确度。
3 数据比较
设计完成后，YBC-2 型飞机地面油泵车与现有YBC-1 型油泵车的参数对比见表1。
表1 YBC-2 型飞机地面油泵车与现有YBC-1 型油泵车的参数对比
可以看出:YBC-2 型飞机地面油泵车液压系统在满足飞机的液压保障需求的前提下，提高了液压油的流量，提升了工作效率，同时装备体积仅为原来的6.2%，质量仅为原来装备的16.7%。
4 结论
通过采用单系统双输出的液压系统，实现在满足实际保障需求的同时，又减小了装备体积的目的。YBC-2 型飞机地面油泵车液压系统的成功研制，将大大提高飞机地面保障装备的工作效率以及转场运输效率，保证转场后各型飞机正常起飞。同时该装备可发挥其体积小、质量轻的优势，很大程度上增加单架运输机运载数量，减少运输架次。
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【2】陈浩，于焕义.飞机多功能通用地面液压油泵车的设计［J］.液压与气动，2007(8):17 －20.
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