杨安元,胡翔翔

(1.空军工程大学航空机务士官学校，河南信阳 464000；2.中国人民解放军94916部队,江苏南京 210022)

目前外场日常维护和教学工作中均采用地面油泵车为液压源，其良好的灵活性和机动性特点能较好适应作战需要，但同时也存在维护成本高、噪声、污染和泄漏等一系列问题，不利于实践教学工作的开展。基于此，本文作者拟设计一种以远程控制为基本特征的外场地面集中供压保障系统。采用集中供压能够大大提高液压源的可靠性和可操纵性，大幅度降低目前液压源的日常维护成本和液压油的消耗，更好地满足目前和未来外场实践教学工作。该系统设计有飞机管路的清洗功能，可进行油液污染动态监测和循环过滤清洁，同时兼具良好的可扩展性能，可根据新机型的液压系统要求，通过适当调整泵站的压力调节部分，满足改装机型的保障教学。

主要技术指标：工作介质为yh-15航空液压油；液压油工作温度为0～55 ℃；系统油液清洁度 (gjb 420—87)6级以上；电机转速为1 440 r/min；供油流量为0～170 l/min，可差级调节；供油压力为0～25 mpa，可连续调节；回油压力不大于0.25 mpa；可靠性(平均故障间隔，mtbf)大于2 000 h。

拟设计的集中供压保障系统由液压泵站、连接管路和各机库专用的单元操作台组成。液压泵站计划向10个机库供油、供压，液压泵站安置在10个机库中间的某个房间内，一方面便于管路连接；另一方面可减小油液的流动压力损失和油液的回油阻力，保证系统的性能符合要求。每个机库设置1个专用的单元操作台，之间用连接管路相连，如图1所示。

图1 系统连接示意

为保证飞机液压附件的工作性能与寿命，液压泵站的液压油仍然采用航空军用液压油。液压泵站结构主要包括电路控制部分、油箱、供油部分、油液过滤部分、压力控制部分、液位控制部分、连接管路、单元操纵台、油液自清洁部分和油液散热部分，如图2所示。该系统的油箱和连接管路部分均采用不锈钢材料，不再叙述其工作原理。

图2 液压泵站的基本组成

电路控制部分、油箱、供油部分、油液过滤部分、压力控制部分、液位控制部分、油液自清洁部分和油液散热部分构成液压泵站的主体，安置在封闭泵房内。

2.2.1 控制部分

利用计算机技术生产的plc控制部分，具有运算、处理和可编程功能，还能与压力传感器、温度传感器、压差传感器、工作按钮、停止按钮、显示器等相连。一方面实现对电机泵组的管理，控制其开和关，达到流量差级控制的目的；另一方面控制压力控制部分，实现压力的初级调节；还能控制油液自清洁部分的工作，实现对油液清洁度的控制，保证系统工作可靠。同时plc控制部分与操纵台的用户显示终端相连，可以直接显示当前供压系统用户使用情况。

2.2.2 单元操作台

单元操作台设置在机库内，如图3所示。

图3 单元操作台示意

单元操作台上有指示系统工作的工作指示灯，有指示污染告警的污染报警灯，有显示压力的系统压力表、工作压力表、回油压力表，有显示油量的液压油量表，有显示油温的油温显示器，有显示污染程度的污染度指示表，还有显示供压系统用户情况的用户终端显示。

单元操作台上的工作按钮可以向plc控制部分输送信号，实现远程控制液压泵组的启动与停止。利用液压软管通过进油接头与回油接头与飞机上的地面接头相连，打开进油开关和回油开关就可以向飞机输送具有一定压力和流量的液压油。管路连接如图4所示。

图4 单元操作台管路示意

由于不同的实习科目需要的工作压力不同，操作人员手动转动调压阀的手轮，可以改变工作压力，满足使用要求。当液压油的清洁度不符合要求或油箱的液位低于规定值时，plc控制部分接通警告灯，提示操作人员。外场维护时通过单元操作台控制系统的工作，也能完成本地操作，便于操作人员对液压泵组进行控制。

2.2.3 供油部分

供油部分由4个液压泵组和连接管路等组成，其原理如图5所示。液压泵的最高工作压力均为31.5 mpa，最大流量分别为60、40、40、30 l/min。

图5 供油部分组成原理

大流量液压泵组由液压泵(最大流量为60 l/min、最高工作压力达31.5 mpa)、梅花形弹性联轴器、交流电机(功率18 kw，转速1 440 r/min)等组成。该电机泵组采用恒功率控制，即可根据压力自动调节流量，因而可以作为常用泵组长时间使用。

每套定量液压泵组由定量液压泵(最大流量为40 l/min、最高工作压力达31.5 mpa)、梅花形弹性联轴器和交流电机(功率15 kw，转速1 440 r/min)等组成。该电机泵组采用高压溢流控制，所需的流量较大时，系统的压力较小，plc控制部分根据系统压力控制电磁溢流阀工作，便于定量液压泵组的启动；在系统压力达到高限值时，关停定量液压泵组，因而定量液压泵组是间歇使用的。由于电机与液压泵采用一体化设计，能确保液压泵与电机的轴线高度同心，从而大大减小电机泵组工作时的噪声。

2.2.4 油液过滤部分

油液过滤部分由自封式吸油滤、高压粗油滤、高压精密油滤和低压双筒式回油滤等组成。每套泵组内设置有精密油滤，总管路上也设置有精密油滤。在液压泵的泄漏口设置一个油液取样口，便于进行污染检测。油液经过高压粗油滤和精密油滤的过滤，其清洁度可达到(gjb 420—87)6级以上，满足系统要求。

自封式吸油滤的过滤精度为80 μm。低压双筒式回油滤的过滤精度为10 μm，选择滤芯带磁性的高压粗油滤，精度为3 μm，用于吸附液压油内的金属颗粒。

系统的回油必须经双筒回油滤过滤后才能回油箱，可防止污染物流回油箱，保证液压泵的进油是清洁的，以延长液压泵的使用寿命。双筒回油滤一次只使用一个回油滤，当油滤的清洁度达不到要求时，可方便地转换为使用另一个回油滤。

2.2.5 压力调节部分

压力调节部分由电磁溢流阀、液压安全阀、电子控制部分和压力传感器等元件组成，是一个闭环控制系统。

当系统压力有下降的趋势时，plc控制部分检测到相应的电信号后，启动交流电机的起动电路，使供油量增加，保证系统压力稳定。而当液压系统的压力上升到高限值时，plc控制部分关停定量液压泵组，系统压力不再增大。

2.2.6 油液散热部分

油液散热部分由风冷却器和冷却控制回路组成。回油温度较高时，plc控制部分根据油液温度启动冷却控制回路，风冷却器工作，将液压油的热量传给空气，可防止油液温度过高，同时通过空气散热，不消耗自来水，能达到节约水资源的目的。

2.2.7 参数测量系统

参数测量系统由油位传感器、压力传感器、油温控制传感器、油压控制传感器组成。使用国产传感器，配以相应的二次智能仪表，可以满足系统对于参数测试精度的要求。

2.2.8 在线污染监控部分

在线污染监控用于在线实时显示油夜的污染度是否超标，它利用液压油滤的差压传感器，控制污染指示灯的亮和灭。

2.2.9 液压油自清洁部分

液压油自清洁部分用于对油箱内的液压油进行循环清洗。它由1个普通电机、自清洁油泵组、连接管路和3个油滤组成，精度分别为1、5、3 μm。

每间隔一段时间或污染指示灯亮时，plc控制部分自清洁油泵组，对液压油箱内的油液进行循环清洁，也可手动打开操纵台上的循环过滤阀门进行手动清洁，保证液压油的清洁度达到要求，延长液压油的使用寿命，降低外场维护费用，提高装备训练保障能力。

2.2.10 显示报警部分

显示报警部分主要负责对系统的供压部分、动力部分及电气部分的工作情况进行监视和控制，如液压油超温、超压的报警与保护，油液清洁度低导致油滤阻塞报警、系统各种工作状态的控制等。图6所示为超温、超压报警与保护、油滤阻塞报警与显示等原理框图。

图6 显示、报警部分原理框图

外场实习科目的不同对流量的需求不同，有时所用飞机的架次多，有时架次少，有时所作科目所需流量大，有时所需流量小。为适应不同情况对流量的需求，避免不必要的能源浪费，供油部分采用4套液压泵组。plc控制部分根据操作人员的指令要求，采用优先启动变量液压泵组的工作方式，由变量液压泵组向系统输送高压液压油。当变量液压泵内的供油量满足不了压力和流量需求时，压力传感器将系统的压力反馈给plc控制部分，plc控制部分根据系统压力的大小和操作人员在单元操作台的操作指令情况，可分别控制3套定量液压泵组启动1～3套泵组，系统的供油量可分别达到60、100、140、170 l/min，实现流量差级调节，减小电功率的损耗，降低维护保障成本。

多机种同时工作时，不同科目对液压源压力的要求不同。为避免工作压力相互干扰，在每个单元操纵台上都设置有减压阀，减压阀前后设置压力表，分别指示泵源和飞机入口压力的大小，操作人员转动调压阀的手轮，改变其出口压力的大小，就能实现压力无级调节，满足使用要求。

3.3.1 液压油工作温度

液压系统工作时，液压油流动时会产生摩擦，导致液压油的温度升高。考虑到液压油的稳定性需要，液压油的工作温度应为0～55 ℃，当油温超过55 ℃时，要进行散热处理。

3.3.2 系统油液清洁度

液压系统工作时，液压泵和附件会产生金属屑和橡胶颗粒。为防止这些金属屑和橡胶颗粒影响附件工作的可靠性，要求系统的清洁度达到(gjb 420—87)5级以上，以满足目前外场实习对清洁度(6级以上)的要求。

3.3.3 供油流量

在日常维护和教学工作中，检查飞机收放系统、操纵系统和液压系统时，所需要的液压压力是21 mpa，每个实习科目需要的流量不同，大的流量要求为25 l/min，小的流量要求约为10 l/min。考虑到余量要求，将系统的最大供油量确定为170 l/min。利用多套电机泵组不同组合供油，可以使流量在 0～170 l/min之间实现差级调节。

3.3.4 供油压力

目前的日常维护和教学工作中，所需要的最大工作压力是21 mpa，考虑到流量90 l/min(单边管路的最大流量)的液压油在通径为25 mm的管路中的压力损失约为0.006 3 mpa/m，且最远端的机库距液压泵站150 m，则向最远端的机库供油的压力损失为0.94 mpa。因此，系统的供油压力应不小于22 mpa。考虑到功能扩展，保证系统在若干年后仍然不落后，能满足工作要求，将系统的最大工作压力确定为25 mpa。利用液压泵站的压力控制部分和单元操作台的控制，可以使系统向实习飞机提供压力为0～25 mpa的液压油，采用连续调节压力的方式，可满足不同工作的需求。

3.3.5 回油压力

检查飞机收放系统、操纵系统和液压系统时，飞机液压油箱需要承受回油压力。由于液压油箱的结构强度较低，其能承受的最大工作压力不能大于0.3 mpa，因此确定系统的回油压力最大不超过0.25 mpa。

为保障多架飞机同时开展与液压系统相关的实习科目且能向10个机库供油，需较长的液压管路(总长达370 m)，如果管路漏油或飞机部附件漏油，将造成极大的环境污染和浪费，尤其地沟内的管路一旦漏油还不易被发现。为解决这个问题，在设计时制定如下方案：

(1)地沟内管路密封方式不采用喇叭式的连接，改为o形圈法兰连接，提高密封效果。泵源与地沟管路的连接改为软管连接，减小压力源的振动对地沟导管的影响，避免因振动导致导管连接松动漏油。

(2)在泵源至地沟管路连接的高压和回油管路中设置截止阀，工作停止后关闭截止阀，避免因地沟管路漏油导致泵源油箱油液泄漏。同时，当地沟管路漏油时，由于两端密封管路因漏油产生负压，可减小漏油量。

(3)在液压管路上设置进行密封增压的接头，利用设置在液压管路上的液压表，定期对连接管路进行密封增压检查。

(4)液压泵房由专人负责进行操纵观察、检查，定期检查管路的密封性。

现代飞机油液的清洁度要求比较高。系统油液污染主要来自3个方面：介质油液和管路的污染；系统支路间的交叉污染；长期不用的单个支路中的油液变质引发的污染。只要出现这3种情况中的1种，就会影响整个系统的油液清洁度，进而影响飞机液压系统的安全。

介质油液和管路的污染可以通过添加的油液和管道的选材、管道的拆装进行严格的管理和控制。为防止各支路回油造成的污染，在各支路回油路上加装精密油滤，解决系统支路间的交叉污染问题。为防止单个支路长期不用油液变质引发的污染问题，可在操纵规程中详细规定单支路定期串油循环的时间。

为解决地面油泵车带来的噪声和振动问题，并极大削弱供油时带来的油液泄漏和污染的问题，本文作者提出了一种集中供压保障系统，该系统进行地面集中供压时优于地面油泵车。该系统优势：(1)能从根本上解决噪声和振动问题，将液压源的噪声和振动限制在人员操纵空间之外，保证操纵空间的安静。(2)极大地削弱了油液泄漏和污染问题，油液的利用率大幅度提高，节省了液压油的使用量。(3)可对其中心供压部分进行可扩展的优化设计，以极大地提高其可扩展性和操纵性。实践也证明，集中供压对国内许多修理厂具有积极意义，其维护成本与其购置成本相比微不足道。无论是从教学工作的需要，还是从经济性、维修性、操纵性等方面来说，设计集中供压的液压源保障系统可较好改善外场维护和教学工作环境。