徐鵬國(guó)王鴻輝

（1.中航工業(yè)綜合技術(shù)研究所，北京 100028；2.西北工業(yè)大學(xué)，陜西 西安 710072）

液壓脈沖試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)研究

徐鵬國(guó)1王鴻輝2

（1.中航工業(yè)綜合技術(shù)研究所，北京 100028；2.西北工業(yè)大學(xué)，陜西 西安 710072）

通過分析液壓脈沖試驗(yàn)相關(guān)國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合國(guó)內(nèi)開展液壓脈沖試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，提出了編制和修訂國(guó)內(nèi)液壓脈沖試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容，主要包括液壓脈沖試驗(yàn)的系統(tǒng)原理、試驗(yàn)波形、脈沖壓力的升率、循環(huán)次數(shù)以及試驗(yàn)油液的溫度等，這些內(nèi)容對(duì)國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)制修訂有重要的指導(dǎo)作用。

液壓脈沖；試驗(yàn)方法；標(biāo)準(zhǔn)

液壓系統(tǒng)中，液體速度由于系統(tǒng)附件的動(dòng)作等原因而產(chǎn)生急劇變化時(shí)，引起系統(tǒng)中局部液體壓力急劇變化，從而產(chǎn)生高頻液壓振蕩，形成液壓沖擊，這種反復(fù)的循環(huán)沖擊是破壞液壓管路和附件的重要原因之一[1]。因此為保證液壓系統(tǒng)管路和附件具有承受一定液壓沖擊的能力，在液壓管路和附件裝機(jī)使用前應(yīng)對(duì)其進(jìn)行液壓脈沖試驗(yàn)，通過試驗(yàn)動(dòng)態(tài)考核系統(tǒng)在壽命期內(nèi)的抗疲勞破壞能力，快速檢測(cè)出設(shè)計(jì)的薄弱環(huán)節(jié)或工藝缺陷，以指導(dǎo)改進(jìn)設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)的可靠性[2]。國(guó)外從上世紀(jì)80年代就制定了專門針對(duì)液壓管路和附件脈沖試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)也參照相關(guān)的國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)制定了液壓脈沖試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，通過貫徹這些標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)提高液壓系統(tǒng)工作的可靠性起到了重要的作用，幾十年來，國(guó)外結(jié)合液壓系統(tǒng)研制實(shí)際，對(duì)液壓脈沖試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了多次修訂，但國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)卻一直未更新，已不能滿足新型號(hào)研制需求。因此，應(yīng)在參照國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)內(nèi)新液壓產(chǎn)品研制實(shí)際，對(duì)HB 6133-1987《液壓軟管、導(dǎo)管、接頭組件的脈沖試驗(yàn)》盡快開展修訂，以指導(dǎo)液壓系統(tǒng)附件和管路脈沖試驗(yàn)。

1 試驗(yàn)原理

液壓脈沖試驗(yàn)是通過在脈沖試驗(yàn)臺(tái)上模擬液壓系統(tǒng)工作過程中液壓管路和附件遇到的壓力沖擊，對(duì)試驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行規(guī)定循環(huán)次數(shù)的液壓沖擊，從而驗(yàn)證液壓管路和附件承受液壓沖擊的能力。根據(jù)液壓管路和附件工作原理的分析，在飛機(jī)壽命周期內(nèi)液壓管路和附件承受的壓力沖擊次數(shù)最高可達(dá)約1×105次[2]。因此，對(duì)用于脈沖試驗(yàn)的系統(tǒng)要求其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于維護(hù)和可靠性高的特點(diǎn)。常用的液壓脈沖試驗(yàn)系統(tǒng)原理圖見圖1[1]。進(jìn)行脈沖試驗(yàn)時(shí)，首先啟動(dòng)主油源，升壓至試驗(yàn)規(guī)定的工作壓力。產(chǎn)生脈沖壓力時(shí)，由計(jì)算機(jī)發(fā)出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電液換向閥。蓄能器內(nèi)的壓力油經(jīng)過比例閥、換向閥通至增壓器的低壓腔，推動(dòng)增壓器的活塞迅速運(yùn)動(dòng)，形成液壓撞擊并由此產(chǎn)生水擊現(xiàn)象。溢流閥調(diào)節(jié)試驗(yàn)的額定壓力，蓄能器補(bǔ)充瞬時(shí)流量，比例節(jié)流閥調(diào)節(jié)壓力脈沖的峰值，換向閥的突然開啟引起壓力沖擊。

2 試驗(yàn)波形跡線

通過對(duì)液壓管路和附件中流體沖擊模式分析可知，管路和附件所受到的沖擊不同，因此在進(jìn)行脈沖試驗(yàn)時(shí)針對(duì)管路和附件應(yīng)模擬不同的試驗(yàn)波形。國(guó)外針對(duì)液壓管路和附件分別編制了液壓脈沖試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)。最新版的SAE AS 603《液壓軟管、導(dǎo)管和接頭組件脈沖試驗(yàn)》要求管路脈沖試驗(yàn)的脈沖跡線形狀應(yīng)與圖2所示的壓力－時(shí)間循環(huán)特性曲線相近似，且被限定在圖示的陰影范圍內(nèi)，該脈沖跡線通常被稱為水錘波。

SAE AS603《液壓軟管、導(dǎo)管和接頭組件脈沖試驗(yàn)》規(guī)定，在一個(gè)脈沖周期內(nèi)，僅允許一個(gè)壓力波峰值高于額定工作壓力的110%，且其必須處于周期的前15%時(shí)間內(nèi)。針對(duì)不同的系統(tǒng)壓力級(jí)別，標(biāo)準(zhǔn)分別規(guī)定了不同的最大峰值壓力，對(duì)于10.5MPa系統(tǒng)級(jí)別，最大峰值壓力為額定工作壓力的125%，21MPa、28MPa和35MPa壓力級(jí)別中，最大峰值壓力為額定工作壓力的150%，對(duì)56MPa壓力級(jí)別，最大峰值壓力為額定工作壓力的135% 。同時(shí)為保證不同試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果的一致性，對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)背壓的范圍也進(jìn)行了統(tǒng)一規(guī)定。對(duì)于10.5MPa、21MPa、28MPa壓力級(jí)別，規(guī)定其背壓值范圍為：（0.345±0.17）MPa；對(duì)于35MPa、56MPa壓力級(jí)別的背壓值范圍為：（0.7±0.35）MPa。

對(duì)于液壓附件，由于其工作時(shí)存在壓力腔和回油腔，也有的附件僅承受回油壓力，因此針對(duì)不同狀態(tài)的液壓腔，應(yīng)選用不同的脈沖壓力波形。在SAE ARP 1383《液壓附件脈沖試驗(yàn)》中對(duì)不同工作壓力附件的脈沖壓力波形進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定。其中對(duì)于液壓附件壓力腔預(yù)定的峰值壓力較平緩，脈沖壓力波形應(yīng)按圖3形狀；如果液壓附件、壓力腔僅承受回油壓力的作用，脈沖壓力波形應(yīng)按圖4的回油腔壓力波形產(chǎn)生。如果液壓附件壓力腔預(yù)定的壓力存在水錘效應(yīng)，脈沖壓力波形應(yīng)在圖5或圖6的跡線范圍內(nèi)；在脈沖壓力試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)波形應(yīng)處于陰影帶限定的區(qū)域內(nèi)。

3 升率

升率是壓力沖擊時(shí)壓力上升與時(shí)間曲線的斜率，升率通常定義為峰值壓力從額定壓力10%上升到90%的范圍內(nèi)。升率的計(jì)算見式（1）。

式（1）中ΔP為壓力總升高量，t1為達(dá)到0.9ΔP時(shí)的時(shí)間，t2為達(dá)到0.1ΔP 時(shí)的時(shí)間。

對(duì)于管路，升率的選定跟壓力級(jí)別和管徑都有關(guān)系，推薦的升率見表1。對(duì)于液壓附件升率應(yīng)按照選定的脈沖試驗(yàn)波形和其循環(huán)頻率來確定，但最高不能超過1 400MPa/s。

4 循環(huán)次數(shù)

對(duì)于液壓附件，由于承受的壓力狀態(tài)和工作頻率的不同，可選用不同的脈沖循環(huán)次數(shù)，一般試驗(yàn)要求適用于通用的航空液壓附件的脈沖試驗(yàn)，表2和表3給出了固定翼和旋翼航空器不同液壓附件推薦的脈沖循環(huán)次數(shù)。對(duì)于液壓管路，除非有特殊規(guī)定，一般推薦的試驗(yàn)循環(huán)總次數(shù)通常為2×105次。但對(duì)于特定使用需求，可根據(jù)使用具體情況，確定脈沖試驗(yàn)的循環(huán)次數(shù)。

表3 旋翼航空器液壓附件壓力脈沖循環(huán)次數(shù)

5 油液溫度

為了能夠真實(shí)反映試驗(yàn)對(duì)象的實(shí)際工作情況，應(yīng)使得試驗(yàn)中油液的工作溫度能夠接近實(shí)際工作中油液溫度，通過分析液壓系統(tǒng)工作時(shí)油液溫度分布情況，推薦的試驗(yàn)油液溫度以及試驗(yàn)順序見表4。

表4 驗(yàn)油液溫度以及試驗(yàn)順序

6 結(jié)束語

本文通過全面分析國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)中液壓導(dǎo)管、軟管、接頭組件和液壓附件脈沖試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)內(nèi)容，主要包括脈沖試驗(yàn)波形、升率、循環(huán)次數(shù)、和油液溫度等，為修訂HB 6133-1987和液壓附件脈沖試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的制修訂奠定了很好的基礎(chǔ)，按照該方法開展國(guó)內(nèi)飛機(jī)液壓導(dǎo)管、軟管、接頭組件和液壓附件脈沖試驗(yàn)，能夠很好的驗(yàn)證產(chǎn)品承受液壓脈沖的能力，提高液壓系統(tǒng)工作的可靠性和安全性。

[1] 袁朝暉，馬煜. 基于PID神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的液壓脈沖試驗(yàn)系統(tǒng)[J]. 液壓與氣動(dòng)，2010（4）：86-88.

[2] 李軍，陳明. 液壓脈沖系統(tǒng)的壓力瞬態(tài)脈動(dòng)仿真研究[J]. 機(jī)床與液壓，2007（1）：122-124.

（編輯：雨晴）

T-65

C

1003-6660（2017）01-0012-03

10.13237/j.cnki.asq.2017.01.003

[收修訂稿日期] 2016-11-01