4第四章飞机液压系统

1、第四章 飞机液压系统4.1 概述4.1.1 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。图 4-1 表示液压系统的传动原理，从中可总结出以下结论：图 4-1 液压系统的传动原理1、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。2、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（包括外负载和油液的流动压力损失）3、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，单位时间内流入动作筒的油液的体积称为流量，流量愈大活塞伸

2、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。4、代表液压传动性能的主要参数是压力P 和流量 Q。5、液压传动的液压功率等于压力P和流量Q的乘积。4.1.2 液压系统的组成 实际的液压系统要比上面讲的传动原理模型复杂得多。目前对液压系统的组成基本 上有两种阐述方法，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。一、按液压元件的功能划分液压系统的组成 任何复杂的液压系统必须要由一些主要液压元件组成。一般都包括四种元件：1、动力元件，指液压泵，其作用是将电动机或发动机产生的机械能转换成液体的 压力能。2、执行元件，其职能是将液体的压力能转

3、换为机械能。包括液压动作筒和液压马 达。3、控制调节元件，即各种阀。用以调节各部分液体的压力、流量和方向，满足工 作要求。4、辅助元件，除上述三项组成元件之外的其它元件都称辅助元件，包括油箱、油 滤、散热器、蓄压器及导管、接头和密封件等。由此可知，除传动介质外，液压传动或液压伺服机构由各种用途的元件所组成。二、按组成系统的分系统功能划分液压系统组成 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、压力调节系统及蓄能 器等。在结构上有分离式与柜式两种，飞机液压源系统多为分离式，而后者已形成系列 化产品，在标准机械设计中可对液压源系统进行整体选

4、用。2、工作系统(或液压操作系统、用压系统) ，它是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。4.1.3 工作液液压油是液压系统的工作介质， 传动功能是它的基本作用， 除此之外它还起到润滑、 冷却和防锈的作用。液压系统的工作效果在很大程度上取决于液压油的特性。从使用观 点看，其中最主要的特性是润滑性、粘度、容积弹性模数和其防火特性。4.1.4 动力装置液压系统中常用的动力源为液压泵。一、液压泵的基本工作原理、类型1、液压泵的基本工作原理 液压系统使用的液压泵都是容积式

5、的，其工作原理都是利用容积变化来进行吸油、 压油的。图 4-2 为容积式泵的工作原理。图中柱塞 2依靠紧压在偏心轮 1 上，偏心轮 1 由发动机或电动机带动旋转，柱塞 2 便作往复运动，使密封工作腔 4 的容积发生变化， 变大时产生部分真空度，大气压力迫使油箱中的油液经吸油管顶开单向阀 5，进入工作 腔，这就是吸油过程。 当工作腔的容积变小时，使腔中吸入的油液受到挤压，产生压力， 顶开单向阀 6 流向系统中去这就是压油过程。 偏心轮不断旋转， 泵就不停地吸油和压油。 这样，泵就把发动机的机械能转换成泵输出的液压能。2、液压泵的类型 液压工程上常用的液压泵种类较多，按其结构形式可分为齿轮式、叶片

6、式和柱塞式 三大类，此外还有螺杆式等。按其输出流量能否调节可分为定量泵和变量泵两类。在飞机液压源系统中叶片式和螺杆式泵很少见。齿轮泵一般为定量泵适用于中高压 以下压力等级的系统。对于高压系统( 170300kgf/cm 2)一般都优先采用柱塞泵。图 4-2 容积式液压泵的工作原理二、齿轮泵 齿轮泵有外啮合式和内啮合式两种。内啮合式在飞机上很少使用，所以只介绍外啮 合式齿轮泵。图 4-3 为齿轮泵的工作原理图。它由装在壳体内的一对相互啮合的齿轮组成。齿轮I为主动齿轮，n为被动齿轮，川为壳体，w为前、后端盖。当齿轮i按图示方向旋转 时，下腔（吸油腔）因啮合的齿轮齿逐渐脱开，其密封腔容积逐示增大，形

7、成部分真空， 油箱中的油液在油箱内压力作用下被吸进来，并随着齿轮转动。当油进入上腔时（压油 腔），由于轮齿的进入啮合使密封腔容积逐渐缩小， 从而将油从排油口挤压出去， 齿轮不 断旋转，油液便不断地吸入和排出。两个齿轮相互啮合的部分把吸油腔和压油腔分开，它们即起到配流的作用。图 4-3 齿轮泵工作原理图三、柱塞泵 柱塞泵按柱塞排列的方式不同，分为轴向式和径向式。 下面重点介绍轴向式柱塞泵。1、轴向式柱塞泵的工作原理 轴向式柱塞泵按其结构特征可分为直轴式（斜盘式）和斜轴式（摆缸式）两大类。图 4-4 为斜盘式轴向柱塞泵的工作原理图。 柱塞 2 轴向沿圆周均布在缸体 3上，一般有59个柱塞，并能在其

8、中自由滑动，斜盘1和油缸轴线成一定夹角0，配流盘4紧靠在油缸上但不随油缸旋转。传动轴 5 带动缸体旋转时， 柱塞亦随之旋转， 但柱塞端部靠机 械装置(滑靴或弹簧) 作用使其始终紧靠在斜盘上。 因此， 在柱塞随油缸在自下向上回转 的半周内时逐渐向外伸出， 使缸孔容积扩大而形成一定真空度， 油液便从配流盘的配流口 a 吸入；而在自上向下回转的半周内的柱塞则使缸孔容积缩小，将油液经配流盘的配流口 b 压出。缸体每转一周，每个柱塞就作一次往复运动，完成一次吸油和压油。改变斜盘倾 角 0 ，就可改变柱塞的行程，从而改变了泵的排量，即起到变流量的作用。图 4-5 为摆缸式轴向柱塞泵的工作原理图。这种泵是把

9、柱塞(活塞)及轴用球形铰 接接头组合在一起， 缸体与轴的轴线成一定的倾角。 当轴在旋转时， 同样使缸体和活塞一 起旋转并作相对伸缩运动起到吸油和压油作用。 改变油缸与轴之间的倾角就可起到变量作 用。显然这种泵与斜盘式相比结构较为复杂， 变量控制惯性较大， 但由于柱塞与缸体之间 没有侧向压力，从而避免了柱塞的不均匀磨损，所以可达到更高的输出压力和容积效率。图 4-4 轴向柱塞泵原理图图4-5摆缸式轴向柱塞原理图从上述柱塞泵的工作原理可知：柱塞泵是靠柱塞在缸体内作往复运动而完成吸油和压油的。 由于圆柱体的配合易于实现高加工精度， 故这类泵与齿轮泵相比具有容积效率高的优点， 又加之易于实现变流量控制

10、， 所以目前大中型飞机均用轴向式柱塞泵作为液压源 的动力装置。目前使用的轴向式柱塞泵其容积效率可达9798%，最大工作压力可达2350Kgf/cm 2。2、变量泵压力流量特性的检查方法液压泵的额定压力都有规定的数值，比如现代飞机上使用的泵一般为210Kgf / cm( 3000psi )。当额定压力小于规定值时， 就会对供油量产生很大影响，对同一个泵，当由于定压 弹簧 疲劳 或调 节不 当造 成额 定工 作点 由 b 变为 b 或 b 时 ，对 应的 压力 RPrPr“ ；那么就使得仍需工作压力为P的液压系统，实际供油量由 Q变为Q和Q” ；由于 QsQsQs ，必然导致执行机构的输出速度大大

11、降低。 所以对液压泵在使用维护过程中保持其额定工作压力符合规定值是保证系统正常工作的重要条件。在泵的技术性能指标中对 Pr 和对应的 Qr 都有明确规定。例如波音737-300 型飞机上使用的发动机驱动泵，R=3000psi，对应的 Q=22gal / min (83.3L / min )。一般在外场条件下检查泵的压力流量特性的变化情况的方法有： 用专门设备直接测量 Ps=f (Q)曲线。 观察系统最大压力的变化，间接判断额定压力的变化情况。实践证明，额定压力 与最大压力的差值是基本不变的， 所以最大压力符合规定则额定压力也必然符合规定。 但 是应注意， 泵的内部泄流损失或系统内部泄流损失也会

12、使最大压力下降， 因为在斜盘角度 稍大时才能使提供的流量与泄流损失的流量相平衡。 因泄流引起的最大压力降低并不影响 额定压力的改变。关于这点可由内漏测试进行判断。四、液压泵的限压和卸荷 液压泵通常由飞机上的发动机带动，因此，只要发动机工作，液压泵便不停地运转。然而液压系统各工作部分 （如起落架收放系统等） 并不是不停地工作的。 所以必须对泵的 输出最高压力加以限制并希望液压泵在工作系统不工作时消耗的功率尽量少， 这就是泵的 限压和卸荷问题。1、液压泵的限压 定量泵一般都采用溢流阀（安全活门）来限制系统的压力。当系统的压力升到高于 某个调定压力值时，溢流阀将把多余的液流排回油箱。如图 4-6 所

13、示回路。图 4-6 定量泵溢流阀限压回路 液流由高压管道通过溢流阀流入低压管道返回油箱是会消耗功率的，这种消耗的功 率被转换成了液压系统的热量。 如果不能很好地把它们消散， 则这些热量将对系统中的液 压油、 合成橡胶密封物以及其它有机材料产生危害。 应当指出的是这个功率就是系统的最 大功率，因为溢流时泵出口压力为系统最高限压。所以，在飞机液压系统中，在大功率、 长期运转的主供压系统上仅作为其它限压装置发生故障时的特殊情况使用。对于短时间、 临时使用的备用系统则多使用溢流阀限压。安全活门调定压力通常高于正常系统压力（1020） %变量泵不要求在高压管路中设置溢流阀。这是因为它的变量特性已使系统最

14、高压力 受到限制。 但是在几乎所有的变量泵系统中， 出于万一的考虑， 一般都至少装有一个溢流 阀。2、液压泵的卸荷 从用溢流阀对定量泵的限压特性可知，当工作部分不工作时，由于溢流阀起限压作 用，使液压泵输出的功率为最大， 这是很不合适的。 为此， 对装有定流量泵的飞机液压系 统，都采用使液压泵出口压力在工作部分不工作时降到最小限度的方法， 使其输出功率亦 为最小，这就是定量泵的卸荷。对于变量泵，从其变量特性可知，当工作系统不工作时，其压力达到最高限制压力； 但其输出流量也同时减小到最低限度，所以泵在这时具有最小的输出功率，已达到卸荷 的目的。即变量泵有自动卸荷的功能。下面介绍定量泵常用的三种卸

15、荷回路。（ 1）利用工作部分控制开关在中立位卸荷这种卸荷型式的工作原理图如图 4-7 所示。由图可见，在不需要负载流量时，用阀 在中立位时的油路将高压油路与回路连通。则泵的输出流量直接 返回油箱，既不流经 溢流阀也不流入负载，这时泵的出口压力仅是由克服管路上的压力损失而产生的。显然 这种卸荷方式只能用在单一工作系统情况, 对于一个泵供压给几个并联工作回路的系统是不适用的。图 4-7 利用开关在中立位卸荷回路 图 4-8 卸荷阀自动卸荷回路（2）利用卸荷阀自动卸荷图 4-8 所示为中小型飞机上常用的定量泵液压源系统。图中卸荷阀跨接在单向阀的 两端，感压管道在单向阀下游；并有一个蓄压器。当泵起动之

16、后，卸荷阀是关闭的，如 果工作系统不工作， 则系统压力将升高至设计值。 此时感压管内的压力将使卸荷阀打开， 泵的输出流量将全部返回油箱，泵出口压力同时降到最低值，从而使泵处于卸荷状态。 系统压力由蓄压器维持，直到负载所消耗（或负载不工作时，因内漏所消耗）的流量， 使系统压力降低到使卸荷阀重新关闭时为止，泵又开始向系统供压力油，如此循环下去 这种方式可使负载瞬时获得高的工作压力，并使系统压力基本保持恒定。从上述工作原理可以看出： 系统内漏和蓄压器充气压力不足是使卸荷阀频繁工作主 要要原因。通过卸荷阀工作频率亦可估计系统的内漏严重程度。（3）利用液压继电器卸荷对于由电动机带动的定量泵， 可采用由泵

17、出口压力控制的液压继电器使泵在达到规 定压力时，断开电动机电源，则泵便停转。为了保证系统工作的稳定性（维持一定的卸 荷时间），同样需要蓄压器配合保压工作。 这种卸荷方式可使卸荷时泵的消耗功率为零。4.1.5 液压往复式执行元件 液压执行元件在液压系统中是对外界作功的一种元件，它直接将液压能转换成为机 械能。液压执行元件分两大类：一类为旋转运动型（液压马达或液动机） ，一类为往复运 动型。在往复运动型中又分为往复直线运动型（作动筒）和往复摇摆运动型（摆动缸）两 类。这里我们只介绍直线运动型作动筒一、应用及工作原理在飞机液压系统中，作动筒被广泛应用于舵面的操纵，起落架、襟翼和减速板的收放，发动机尾

18、喷口、进气锥和燃油泵的操纵等场合。图 4-9 所示是液压作动筒的工作原理。它由下列各件组成：筒体1 、活塞 2、活塞杆 3 、端盖 4 、密封 5、进出管道 6 等。不管其结构型式如何，作动筒的基本组成大体如 此。图 4-9 作动筒工作原理图作动筒的工作原理是当筒体固定时，若筒左腔输入工作液体，液体压力升高到足以 克服外界负载时，活塞就开始向右运动。若连续不断地供给液体，则活塞以一定的速度 连续运动。由此可知，作动筒工作的物理本 质在于：利用液体压力来克服负载（包括磨擦力） ，利用液体流量维持运动速度。所以， 输入作动筒的液体压力和流量，是作动筒的输入参数，是液压功率。作动筒的输出力和 速度（

19、或位移）是其输出参数，是机械功率。以上所述压力、流量、输出力、输出速度 便是作动筒的主要性能参数。若将活塞杆用铰链固定，按图示箭头方向供油和回油（反向供油和回油也可） ，则筒 体亦可运动，其工作原理与上述筒体固定相同。作动筒的基本特性包括输出力、输出速度、作动时间和输出行程、功率和总效率4.2 液压控制元件液压系统中液体流动的方向、压力和流量是需要控制和调节的。完成这些控制和调 节作用的是液压控制元件，通常称为液压控制阀。液压控制阀的功用是如此多种多样， 以致其种类名目极其繁多， 性能和构造亦各式各样。 可以从不同角度对液压阀加以分类， 但总的来说，按其功用不同可分成下列几大类：1、方向控制元

20、件其主要功用是控制系统中液体流动的方向。2、压力控制元件其主要功用是调节或限制油液的压力。3、流量控制元件其主要功用是调节流量。液压控制元件不管它们属于哪一类都具有共性。这些共性是：1所有阀都由阀体、阀芯和操纵机构 （手动的或机械的或电磁的或液动的） 等三部分组成； 2都是通过改变 通道面积或改变通道阻力来实现控制和调节作用的。4.2.1 方向控制元件 方向控制元件简称方向阀， 其功用是控制液流的通、 断和改变液流的方向或通路。一、单向阀单向阀的功用是要使液流只能沿一个方向流通而且不得反流。 因而要求它在 “流通” 方向上阻力很小， 而在反方向上将油液阻断得很彻底 （即密封性要好） 。并且动作

21、要迅速、 灵敏，工作时无撞击及噪音。单向阀常用的有钢球式和锥阀式两种结构（图 4-10 ）。它们都是由阀芯（钢球或锥 体）、弹簧、阀体等组成。钢球式单向阀结构简单、制造方便。但在长期使用中钢球表面与阀座接触处易于磨 损而出现凹痕，在钢球发生转动后，该处最容易出现渗漏而失去密封性。而锥阀式单向 阀阻力较小，密封性好。4-10 单向阀的两种结构二、换向阀 换向阀用来控制系统中油液流动的方向，按需要可使执行机构的油路关断、接通和 换向。换向阀按其运动形式分为转阀和滑阀；按操作方式分为手动、机动、电动、液动及 电液动换向阀等；按其工作状态的多少（位数）可分为二位、三位等；据控制的油路通 道数可分为二通

22、、三通、四通和五通等。但无论那类换向阀，其工作原理都有是利用阀芯相对阀体的相对位移来使油路发生 变化的。换向滑阀，它是靠阀芯在阀体内轴向移动而改变液流方向的。通常用“几位几通”说明换向阀的职能特点。图 4-11 中 a 为二位二通滑阀， b 为二 位三通滑阀， e 为三位四通滑阀等。图 4-11 换向滑阀的结构原理4.2.2 压力控制阀 压力控制阀是用来调节或限制液压系统的压力的，飞机液压系统中常用的压力控制 装置有溢流阀、减压阀和卸荷阀。一、溢流阀的工作原理和基本结构形式 溢流阀是靠溢出一定的压力油来保证液压系统供压压力的稳定和防止过载的。它的 特点是利用液流压力和预定弹簧压力相平衡的原理来

23、工作的。如图 4-12 所示。它由阀体 1、阀芯 2、弹簧 3 和调压螺钉 4 等组成。阀芯在弹簧力 作用下压在阀口上，阀呈关闭状态。压力油通过直径 d 的孔作用在阀芯上，当油压对阀 芯的作用力大于弹簧的预紧力时， 阀开启， 高压油便从阀出口溢回油箱。 调节调压螺钉， 可以改变弹簧的预紧力，从而改变溢流阀的开启压力。图 4-12 直动式溢流阀图 4-13 溢流阀的作用进口压力主要取决于调压弹簧的压力。如果系统压力较大，则弹簧力也大，这样不 仅使调节困难，而且当溢流量变化时，调节压力的变化也较大。所以直动式溢流阀只能 用于低压系统（P 25kgf/cm 2 ）。二、溢流阀的应用。溢流阀在液压系统液压源上主要有两种应用：（ 1）防止系统过载安全阀：这种阀在正常工作状态下处于常闭状态。当系统 压力超过正常最大压力时，安全阀打开，溢流多余流量，防止过载。（ 2）保持系统压力恒定定压阀（一般就称溢流阀）：常在定量泵液压系统中和节流阀配合使用，调节进入液压用压系统的流量，并保持供压系统的压力基本稳定。它的作 用原理如图 4-13 所示，这种阀在正常工作状态下处于常开状态。三、减压阀 当液压系统只有一个统一压力的液压源，而不同工作部分所需压力不同时，则使用减压阀。常见的减压阀有两种：定值减压阀，定