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[29液压] 口试题:变量泵如何自动卸荷?

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发表于 7 天前 | 显示全部楼层 |阅读模式
01 “金句”

《涡轮发动机飞机结构与系统》(ME-TA)(上)(第2版)(下称“执照书”)P99有一句不太起眼的话,个人觉得,含金量其实很大,有可能会变成一道口试题,或者至少是口试题的补充提问。

这句话是:变量泵具有自动卸载功能,因此设计系统时不用再考虑其卸载问题。为什么说它含金量大呢?

第一、这句话的后边加上三个字“为什么?”就变成一道很难的口试题,但又无法在执照书找到答案。

第二、要完整回答这道题,需要真正了解液压系统,要求理解以下知识:
- 排量、流量、压力、负载,以及这些概念的关系;
- 变量泵的类型
- 变量泵的实例
- 变量泵的不同工作模式(工况)

所有这些知识点在执照书上都有,但是要串起来,既要求对液压系统的知识理解得透彻,又要求具备工作经验或机型知识。


02 简明版答案

以下先给出一个方便应试的简明版参考答案:

变量泵是输出排量可以调节的液压泵。以B737NG的发动机驱动泵(EDP)为例,泵内部补偿活门内的弹簧决定了额定输出压力。当实际输出压力大于额定输出压力时,泵出口的超压液压油自动推动补偿活门,并进一步推动斜盘作动筒,使斜盘回到中立位,从而各个柱塞的行程减少到0,总排量和输出流量为0。由于输出功率和输出流量成正比,此时输出功率降低为0,这就完成了自动卸荷。

答案要点:
- 补偿活门
- 超压液压油
- 柱塞行程减少为0
- 卸荷即输出功率为0

斜盘式轴向柱塞泵2.png
▲ 超压液压油依次推动1和2,2推动3,3带动4


03 补充提问/扩展知识

为了应对补充提问,同时也为真正学会,建议梳理以下知识。这些知识一部分来自于执照书,一部分来自于B737NG的SDS和SCMM。


(1)卸荷:在系统运转时,使功率为0

当动力输入恒定时,液压泵便不停地运转,但液压用户的工作是间歇的。(P127)当液压用户需要工作时,液压泵有负载,应该有较高的输出功率,但液压用户不需要工作时,液压泵没有负载,应该没有输出功率。在系统运转的情况下控制输出功率,使之降下来(直至0)的过程,就是卸荷(卸载负荷)。(P91、P98)

压力取决于负载。(P91)

在感受到超压/超负载的情况下,实现自动卸荷,可以保护液压泵和相关系统的安全。


(2)不输出压力的流量,不输出功率

液压泵的输出压力取决于液压泵用户(舵面、升降舵等等)反馈过来的负载。(P91)如果没有用户需求,那么在忽略功率损失(无泄漏、无摩擦)的情况下,液压油只是不停地流动,再大的流量也不输出功率。

那么如何产生用户需求呢?实际上是通过一系列控制元件(P99-101)改变液压油的方向,使之流向用户,从而遇上阻力。接下来,液压系统的任务就是克服用户的阻力使之运动。这就是“压力取决于负载”(P91)


(3)控制排量/流量,就是控制功率

功率等于流量和压力的乘积。(P93)
流量等于排量和转速的乘积。(P92)
因此,要给液压泵卸荷(控制功率),即控制以下3个变量:
- 排量
- 转速
- 压力

对于任何有恒定机械能输入的变量泵,转速可认为是恒定的;而泵的输出压力取决于负载(P91),是不可控制的被动量。因此以上3个变量中,实际上仅有排量/流量可以用于控制输出功率


(4)B737NG的EDP如何自动卸荷

变量泵是输出排量可以调节的液压泵(P95)。B737NG的EDP是一个典型的变量泵。(执照书未明确指出,但P127举例的正是B737NG的EDP)

当电门在ON时,EDP在泵内补偿活门的控制下进行供压和卸载。(P127)补偿活门内的弹簧决定了额定输出压力,当实际输出压力大于额定输出压力,泵出口的液压油推动补偿活门,并进一步推动斜盘作动筒,使斜盘回到中立位,各作动筒的行程减少到0,总排量和输出流量为0。(P97)

▲ 超压油依次推动1和2,2推动3,3带动4



(5)不同变量泵的比较

典型的变量泵,以B737NG的发动机驱动泵(EDP)为例,其转速由发动机转子转速决定,可以认为是恒定的,当实际输出压力超过输出压力时,自动调节排量来卸荷。B737NG的EMDP的自动卸荷,原理上完全相同。

两种泵的区别仅在于机械能的直接来源不同,EDP直接来源于发动机转子,而EMDP来源于对面发动机的发电机,因而两者的转速都是由发动机决定的。

B737NG的备用EMDP使用115V的交流马达作为机械能的来源,自动卸荷的细节与EDP和EMDP不同,但最终也是通过减小各个柱塞的行程来改变泵的排量,从而实现卸荷。实现这个过程的关键是补偿器。技术细节见于SCMM。



(6)最关键的机构:补偿活门/补偿器

无论是补偿活门还是补偿器,其功能都是感受出口处的输出压力,在超压时利用一个液压油支路来推动泵内部的一系列部件,最终改变活塞的总行程,从而调节泵的排量/流量,实现卸荷。

不难想见,这个支路的截面可以很小,因为它的作用在于传递压力。根据帕斯卡原理(P82),压力与管道的截面积无关。

对于B737NG的EDP和EMDP,补偿活门属于压力控制元件中的“直动式溢流阀”(P102-103)



(7)并非一切变量泵都可以自动卸荷

事实上,P99所说的可以自动卸荷的变量泵,特指飞机上的变量泵,尤其是发动机驱动泵(EDP)。如前所述,实现卸荷是为了实现液压系统的安全,是需求所致,意味着较为复杂的设计。

变量、卸荷都是人为设计,两者是可以分开的。例如一种名为“单作用叶片泵”,通过改变偏心距来改变排量。这种泵又可以有不同的结构形式,其中确实有一种“压力补偿”型,具备自动卸载的功能,而手动变量、稳流量则不具备。单作用叶片泵可能不多见于航空器,这里不赘述。




04 流量-压力特性曲线

以下文字和图片来自P97。提醒一点:流量与压力的乘积,等于功率。

柱塞泵的压力流量特性如图2.3-6所示:当系统压力尚未超过规定值P1时,液压泵始终处于最大供油状态(斜盘角度不变段),但由于它的泄漏损失和填充损失是随着泵出口压力增大而增大的,所以系统压力增大时,泵的流量将稍有降低。当系统压力大于P1(额定压力,即泵内压力补偿活门调定压力)时,流量开始显著降低(斜盘角度变化段),直到压力增大到P2,流量即下降到零,油泵处于功率消耗最小的卸荷状态。在泵特性曲线中,A点为泵空载点(压力为零,流量最大),B点为功率最高点(输出流量和压力均很高),C点为卸荷工作点(压力最高,输出流量为零)。

在液压系统工作时,柱塞泵的工作压力在P1至P2间变化。由于P1与P2非常接近, 即柱塞泵工作时压力近似恒定,其流量则随着工作系统工作状态的变化而改变,因此这种变量控制方式被称为“恒压变量控制”。




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发表于 前天 11:47 来自手机 | 显示全部楼层
HelloSky 发表于 2019-07-10 08:39
原题是怎么样的?是下面这道吗:
- 为什么在变量泵系统中要安装释压阀?

变量泵内安装有变量机构,具有自动卸荷功能,因此设计系统时不用再考虑其卸荷问题,但为了系统的安全,回路上同样需要加装安全阀,防止变量泵内的变量机构故障而出现的过载现象。

原题是变量泵的卸荷原理
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发表于 6 天前 来自手机 | 显示全部楼层
我4月天津口试考了这个题,还挺简单的
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 楼主| 发表于 6 天前 | 显示全部楼层
WWWDF 发表于 2019-7-10 00:03
我4月天津口试考了这个题,还挺简单的

原题是怎么样的?是下面这道吗:
- 为什么在变量泵系统中要安装释压阀?

变量泵内安装有变量机构,具有自动卸荷功能,因此设计系统时不用再考虑其卸荷问题,但为了系统的安全,回路上同样需要加装安全阀,防止变量泵内的变量机构故障而出现的过载现象。

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感觉好复杂的样子
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