某型飛機(jī)液動輸油泵試驗(yàn)臺溫度自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

某型飛機(jī)液動輸油泵試驗(yàn)臺溫度自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

1液壓系統(tǒng)模型的設(shè)計液壓傳壓依靠油液作為工作介質(zhì)傳遞動力。油液的主要指標(biāo)之一——黏度,對油液流動的特性有很大的影響。液壓油的黏度主要與壓力和溫度有關(guān),其中,溫度增高,黏度下降。從而影響液壓系統(tǒng)的泄漏、速度穩(wěn)定性、效率等。某型飛機(jī)在實(shí)際的使用過程中,液壓系統(tǒng)的工作油液的溫度達(dá)到100℃以上,因此,該型飛機(jī)的液壓系統(tǒng)附件修理規(guī)范規(guī)定,其裝備的某型液動輸油泵在修理完畢進(jìn)行工作性能測試的時候,必須要求驅(qū)動液動輸油泵的液壓油以及試驗(yàn)用的燃油必須保持一定的溫度,以模擬該附件的實(shí)際工作環(huán)境?；谶@個原因,我們在設(shè)計某型飛機(jī)液動輸油泵試驗(yàn)臺的構(gòu)成中,專門設(shè)計了液壓油溫度自動控制系統(tǒng),以滿足修理規(guī)范的要求。本文主要介紹該試驗(yàn)臺溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)。2可保持油液在規(guī)定范圍內(nèi)的溫度該液壓油溫度自動控制系統(tǒng)應(yīng)該滿足以下要求:①能夠及時地控制加溫裝置和散熱裝置的工作,使油液的溫度保持在規(guī)定的范圍之內(nèi);②具備提示以及報警、保護(hù)的功能,在油液溫度過高,危及系統(tǒng)安全的情況下,能夠及時報警,并自動中斷試驗(yàn)臺的工作。3加熱系統(tǒng)的設(shè)計和實(shí)現(xiàn)1溫度傳感器部分為完成溫度控制的目標(biāo),溫度控制部分的組成如圖1所示。包括溫度控制儀表,散熱裝置,加熱裝置,以及溫度傳感器部分。在系統(tǒng)中,我們將散熱器安裝在回油路上,屬于回油路冷卻。2熱平衡法進(jìn)行溫控系統(tǒng)的設(shè)計,必須要進(jìn)行整個系統(tǒng)的熱平衡計算。作為系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)。計算內(nèi)容主要包括以下幾個部分:5帶機(jī)械邊界器的溫度設(shè)置這里所指的特殊情況,主要指系統(tǒng)超溫。由于系統(tǒng)工作時,油液溫度較高,為防止因溫度控制失效造成超溫甚至“干燒”的情況,在溫控系統(tǒng)之外,專門設(shè)置了一個帶機(jī)械觸點(diǎn)的溫度傳感器,將其觸點(diǎn)串聯(lián)于系統(tǒng)電源控制主回路中,溫度設(shè)置高于溫度控制上限10度。當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重的超溫現(xiàn)象時,自動切斷系統(tǒng)電源,防止引發(fā)嚴(yán)重事故。除此以外,加熱裝置的電源與電機(jī)電源一同接受電機(jī)電源控制回路的控制。這樣,只有在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的前提下,加熱裝置才會工作。6溫度控制系統(tǒng)測試根據(jù)附件檢驗(yàn)的技術(shù)要求,檢測時,工作油液的溫度變化范圍在100±5℃之間,我們在室內(nèi)溫度為12℃的情況下對試驗(yàn)臺的工作進(jìn)行檢驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果證明,該溫度控制系統(tǒng)完全可以滿足工作油液的溫度要求。在將系統(tǒng)工作溫度設(shè)定為100±1℃時,溫度控制仍然可以滿足要求。只是加熱器與散熱器的工作切換頻率有所提高。7熱交換的能量的計算某型飛機(jī)液動輸油泵試驗(yàn)臺液壓油溫控制系統(tǒng),可以充分滿足附件檢測技術(shù)條件的要求,同時具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)溫度的控制范圍能夠靈活設(shè)定,可以滿足較寬的工作環(huán)境要求;(2)溫度的控制精度高,可以將油液的溫度變化控制在±1℃的范圍內(nèi);(3)系統(tǒng)組建簡單方便,由于充分利用成熟的產(chǎn)品,使整個系統(tǒng)的集成簡便,可靠性提高,并且提高了開發(fā)效率;(4)由于系統(tǒng)選用的數(shù)字式溫度儀表具有微機(jī)接口,因此,該系統(tǒng)向微機(jī)控制系統(tǒng)的升級也比較方便。因此,在綜合考慮系統(tǒng)的開發(fā)成本、系統(tǒng)集成的可靠性、以及設(shè)備工作環(huán)境的前提下,本文討論的溫控系統(tǒng)的構(gòu)成方式具有一定的推廣應(yīng)用價值。(1)液壓系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升計算液壓系統(tǒng)工作時,除執(zhí)行器驅(qū)動外負(fù)載輸出的有效功率以外,其余功率損失(包括液流的沿程壓力損失、局部壓力損失、各部件的機(jī)械損失和體積損失等)都轉(zhuǎn)化為熱能,使油液溫度升高。主要的計算有:(a)依據(jù)公式HP=NP(1-ηP),計算液壓泵的發(fā)熱功率;(b)依據(jù)公式HM=NM(1-ηM),計算執(zhí)行器的發(fā)熱功率HM;(c)利用經(jīng)驗(yàn)公式計算管路以及其他損失所產(chǎn)生的發(fā)熱功率。對于該項發(fā)熱量采用經(jīng)驗(yàn)公式估算其中,HP為液壓泵的輸入功率。(2)系統(tǒng)散熱計算液壓系統(tǒng)中產(chǎn)生的熱量,一部分使液壓油溫升高,還有相當(dāng)大的熱量,通過液動輸油泵的運(yùn)轉(zhuǎn),傳遞給了煤油箱中的煤油,使煤油的溫度高于環(huán)境溫度;除此以外,熱量經(jīng)冷卻表面(此處含管路部分、煤油箱體、液壓油箱體)散發(fā)到空氣中去。液壓油箱的散熱功率HO依據(jù)下式計算:式中K———油箱散熱系數(shù)A———油箱與液壓管路散熱面積之和Δt———系統(tǒng)的溫升t1———系統(tǒng)的油溫t2———環(huán)境溫度煤油箱的散熱功率HR的計算也參照液壓油箱的方法進(jìn)行,只是Δt為煤油的溫升,煤油的溫度并不等同于液壓油的溫度。液壓油與煤油的熱交換,發(fā)生在液動輸油泵運(yùn)轉(zhuǎn)期間,由于液動輸油泵的轉(zhuǎn)速很高,因此,可以近似認(rèn)為,整個系統(tǒng)的液壓油和煤油同時參與熱交換,工作中的液壓油作為恒溫?zé)嵩刺峁┠芰?該能量使得煤油及箱體維持在某個溫度t3,該溫度高于環(huán)境溫度t2。(3)加熱器與散熱器的選取由于系統(tǒng)要求的工作油液溫度上限無法通過系統(tǒng)自身的溫升來達(dá)到,并且對溫度的變化有較高的要求,因此,系統(tǒng)中要設(shè)置加熱器與散熱器。(a)加熱器的選取:在開始工作的時候,必須將油箱中的液壓油加熱,液壓系統(tǒng)要求恒溫條件下工作,也應(yīng)在開始工作前將油液加熱到一定的溫度。加熱器的功率N(W)選取,可按照下式估算:式中V———液壓油箱體積Δt———液壓油箱加熱的溫升C———液壓油的比熱V1———煤油油箱體積Δt1———煤油油箱加熱的溫升c1———煤油的比熱T———加熱時間l1———煤油的密度(b)冷卻器的選取:冷卻器的計算主要是根據(jù)熱交換量確定需要的換熱面積和冷卻水量。其選擇的主要依據(jù)是下限工作溫度要求。冷卻器的散熱面積的計算主要依據(jù):式中N2———系統(tǒng)的熱流量與油箱的散熱量之差Δtm———油和水的平均溫度差K———冷卻器的傳熱系數(shù)(W/m2·K)水冷式冷卻器的冷卻水量的計算:式中Q,Q′———油和水的流量c,c′———油和水的質(zhì)量比容ρ,ρ′———油和水的密度根據(jù)計算結(jié)果,選取合適的加熱器和冷卻器,即完成了溫度調(diào)節(jié)部分的理論計算。需要指出,由于本系統(tǒng)的工作溫度與環(huán)境溫度的溫差過大,在正常的、一般的測試科目中,該冷卻器工作的時間很短。4溫度控制系統(tǒng)的工作過程加熱的工作,由安裝在液壓油箱內(nèi)的一組電加熱器完成。電加熱器的功率由前面的計算而定。散熱任務(wù)由安裝在回油路上的散熱器完成。我們采用有回差控制的溫度表-溫度傳感器組合,來協(xié)調(diào)加熱器與散熱器的工作,確保液壓油的溫度保持在100±5℃之間。我們采用了WP系列數(shù)字顯示控制儀作為主要溫控儀表。根據(jù)被測附件的工作溫度要求,先設(shè)定控制溫度的上、下限AL1和AL2,然后設(shè)定溫度的上、下限回差。工作時溫度傳感器測量液壓油的溫度,當(dāng)油液溫度低于AL2,下限回差時,控制器發(fā)出指令,下限控制觸點(diǎn)接通,使控制繼電器工作,接通加熱器的