陳育良，王 琨

（中航飛機(jī)起落架有限責(zé)任公司，湖南 長沙410200）

0 引言

隨著國內(nèi)大飛機(jī)項(xiàng)目不斷上馬，大容積液壓作動筒用得也越來越多。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[1]要求，新研制的飛機(jī)液壓作動筒、閥、壓力容器首次飛行前必須完成壓力脈沖試驗(yàn)。目前國內(nèi)壓力脈沖試驗(yàn)設(shè)備難以滿足大容積液壓作動筒壓力脈沖試驗(yàn)的要求[2]，大容積液壓作動筒進(jìn)行壓力脈沖試驗(yàn)時，一般采取填充剛性介質(zhì)減少腔體內(nèi)液體量的辦法，調(diào)試壓力脈沖波形達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)波形的要求。但當(dāng)作動筒容積大到一定的量時，該方法失效。有人從控制試驗(yàn)設(shè)備角度，探索解決辦法[2-3]。本文從大容積液壓作動筒試驗(yàn)件本身出發(fā)，探索分析了難以調(diào)試出符合標(biāo)準(zhǔn)壓力脈沖波形的因素，為解決這一問題提供一定的參考依據(jù)。

1 壓力脈沖試驗(yàn)時瞬間流入腔體液體量理論計(jì)算

壓力脈沖試驗(yàn)時，液體瞬間流入腔體量主要由腔體內(nèi)液體壓縮量和腔體變形量決定。文中選取大、小容積液壓作動筒全伸長狀態(tài)，壓力脈沖試驗(yàn)規(guī)定波形的的峰值下，瞬間流入腔體液體量進(jìn)行計(jì)算。兩作動筒尺寸如圖1、圖2所示。

圖1 大容積液壓作動筒

圖2 對比作動筒

1.1 油液壓縮引起瞬間流入腔體液體量

壓力脈沖試驗(yàn)波形如圖3[4]所示，取其峰值壓力計(jì)算油液壓縮引起瞬間流入腔體液體量。

圖3 壓力脈沖試驗(yàn)波形

根據(jù)一定壓力下，油液體積壓縮量：

▽V＝P×C×V

油液壓縮率（經(jīng)驗(yàn)公式）：C=8×10-4（MPa）；P為壓力；V為液體體積；L為作動筒行程。

（1）大容積液壓作動筒無桿腔壓縮量

大容積液壓作動筒無桿腔容積：

V＝ π×D2×L/4=π×1202×580/4=6 559.6 ml

峰值壓力下油液體積壓縮量：

▽V＝P×C×V=31.5×8×10-4×6 559.6=165.3 ml

（2）大容積液壓作動筒無桿腔填充后壓縮量計(jì)算

峰值壓力下油液體積壓縮量過大，在無桿腔填充剛性填充物，使無桿內(nèi)油液剩余720 ml，此時壓力脈沖試驗(yàn)峰值壓力下油液體積壓縮量：

▽V＝P×C×V=31.5×8×10-4×720=18.1 ml

（3）小容積液壓作動筒無桿腔填充后壓縮量

對比作動同作無桿腔壓縮量

V＝π×D2×L/4=π×582×278/4=734.5 ml

峰值壓力下油液體積壓縮量：

▽V＝P×C×V=31.5×8×10-4×734.5=18.5 ml

1.2 容腔變形引起瞬間流入腔體液體量計(jì)算

壓力脈沖試驗(yàn)峰值壓力下直線式液壓作動筒無桿腔容腔變形引起瞬間流入腔體油液量，主要由徑向變形引起。兩作動筒外筒材料均為：30CrMnSiNi2A.

（1）工程計(jì)算容腔變形引起瞬間流入腔體液體量

1）大容積作動筒外筒變形油液流入量計(jì)算

行程：L=600 mm；D2=126 mm；D1=120 mm；D2/D1≈ 1，即結(jié)構(gòu)為薄壁圓桶。外筒壁厚t=3 mm，彈性模量E=2.07 GPa，泊松比μ=0.3，外筒內(nèi)徑Dm=123 mm.

環(huán)向變形：▽ι=ι×εθ＝π ×Dm×εθ

=π×123×0.00265=1.024 mm

徑向變形：▽Dm=（▽l+l）/π -Dm

=（1.024+ π × 123）/π -123

＝0.326 mm

徑向變形引起容腔變化量：

▽Vm=▽S×L=π×[（▽Dm+Dm）2-Dm2]×L/4

=π×[（0.326+123）2-1232]×600/4

=37 841.6 mm3≈37.8 ml

2）對比作動筒外筒變形油液流入量計(jì)算

行程：L=278 mm；D2=64 mm；D1=58 mm；D2/D1≈1，即結(jié)構(gòu)為薄壁圓桶。

環(huán)向變型：▽ι=ι×εθ＝π ×Dm×εθ

=π×61×0.001 32=0.25 30 mm

徑向變形：▽Dm=（▽l+l）/π -Dm

=（0.253 0+ π × 61）/π -61

＝0.081 mm

無桿腔體積變形：

▽Vm=▽S×L=π×[（▽Dm+Dm）2-Dm2]×L/4

=π×[（0.081+61）2-612]×278/4

=2159.1 mm3≈2.159 1 ml

（2）有限元計(jì)算

從動筒外筒變形油液流入量計(jì)算公式來看，無桿腔體積變形對外筒壁厚變化不太敏感，因此將外筒簡化成厚度均勻的薄壁圓筒，加31.5 MPa的壓力，用ABQUAS軟件進(jìn)行簡算，結(jié)果如1）、2）所示。

1）大容積作動筒外筒變形油液流入量有限元計(jì)算

圖4 大容積作動筒簡化外筒徑向變形計(jì)算

徑向變形：▽Dm=（▽Rmax+ ▽Rmin）

=（0.190+0.187）＝ 0.377 mm

無桿腔體積變形：

▽Vm=▽S×L=π×[（▽Dm+Dm）2-Dm2]×L/4

=π×[（0.377+123.2）2-123.22]×580/4

=42 380.3 mm3≈42.4 ml

2）小容積作動筒外筒變形油液流入量有限元計(jì)算

圖5 小容積作動筒簡化外筒徑向變形計(jì)算

徑向變形：▽Dm=（▽Rmax+ ▽Rmin）

=（0.049+0.047）＝ 0.096 mm

其中，▽Rmax表示半徑方向最大變形：▽Rmin為半徑方向最小變形；Dm表示外筒內(nèi)徑。

則無桿腔體積變形為：

▽Vm=▽S×L=π×[（▽Dm+Dm）2-Dm2]×L/4

=π×[（0.096+61）2-612]×278/4

=2 580.2 mm3≈2.6 ml

2 大、小容積壓力脈沖試驗(yàn)波形調(diào)試對比

大、小容積作動筒全伸長狀態(tài)（其中大容積作動筒無桿腔用鋁棒填充，且油液容量與小容積作動筒到全伸長狀態(tài)相同）下對無桿腔進(jìn)行容積壓力脈沖試驗(yàn)（試驗(yàn)壓力21 MPa），根據(jù)圖3脈沖波形要求，最終調(diào)試出的最佳結(jié)果見圖6和圖7.

圖6 大容積作動筒最佳壓力脈沖試驗(yàn)波形

圖7 小容積作動筒最佳壓力脈沖試驗(yàn)波形

結(jié)果顯示：相同試驗(yàn)條件下，大容積作動筒峰值壓力僅為22.4 MPa，遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求的31.5 MPa，小容積作動筒峰值壓力為31.7 MPa，略超出標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 原因分析

通過以上分析，相同試驗(yàn)條件下，進(jìn)行壓力脈沖試驗(yàn)時，大容積直線式液壓作動筒比小容積直線式液壓作動筒更難調(diào)試出標(biāo)準(zhǔn)波形要求的峰值壓力，主要原因如下：

1）相同溫度和壓力下，油液壓縮引起瞬間流入腔體液體量與液體體積大小成正比，因此大容腔液壓作動筒液體量要多于小容腔液壓作動筒液體量。相同時間內(nèi)，壓力從零達(dá)到峰值的瞬間所消耗的脈沖能量，大容腔液壓作動筒要多于小容腔液壓作動筒。

2）大容積作動筒外筒變形較大，一方面變形本身需要吸收更多能量，另一方面大容積作動筒受壓變形導(dǎo)致流入作動筒內(nèi)腔油液量比小容積作動筒油液流入量多，這也決定試驗(yàn)時大容積作動筒需要更多脈沖能量。

4 結(jié)束語

受外筒結(jié)構(gòu)變形與腔內(nèi)液體壓縮雙重影響，大容積直線式液壓作動筒進(jìn)行壓力脈沖試驗(yàn)時，目前國內(nèi)設(shè)備難以調(diào)試出符合標(biāo)準(zhǔn)要求的脈沖波譜。本文計(jì)算分析了大、小兩個不同容積直線式液壓作動筒因外筒變形瞬間流入作動筒腔體的油液量；通過試驗(yàn)驗(yàn)證了壓力脈沖試驗(yàn)調(diào)試試驗(yàn)波形過程中，作動筒容積大小與壓力脈沖試驗(yàn)波形的峰值直接關(guān)聯(lián)，在此基礎(chǔ)上分析了大容積直線式液壓作動筒進(jìn)行壓力脈沖試驗(yàn)時，不易調(diào)試出符合標(biāo)準(zhǔn)壓力脈沖試驗(yàn)波形的原因。為探索國內(nèi)目前試驗(yàn)設(shè)備調(diào)試符合標(biāo)準(zhǔn)要求的脈沖波形以及解決試驗(yàn)時選用標(biāo)準(zhǔn)壓力脈沖試驗(yàn)譜提供一定的參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王錫張，謝金生，王 振，等.GJB3849-49飛機(jī)液壓作動筒、閥、壓力容器脈沖試驗(yàn)要求和方法[S].解放軍駐320廠軍代室，1999.

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