基于蓄能器的摩擦车垂直加力系统研究

　　0 引言

　　飞机在起降过程中,跑道的摩擦因数必须符合标准规定,才可以保证机轮与跑道产生足够的摩擦力和制动力,从而保证飞机的平稳起降。

　　摩擦因数测试车是机场跑道摩擦因数测量的重要装备,根据机场跑道摩擦因数测量标准^[1],摩擦车工作时,需要在跑道上以一定速度(一般为96km/h)行驶,通过液压系统给接触跑道的测量轮加一个给定的垂直压力N,同时测量出测量轮受到的水平摩擦力F,设跑道表面的摩擦因数为L,那么根据公式μ=即可测量出跑道的动态摩擦因数。

　　目前,国内大型机场一般采用沥青道面,而大部分中小机场为节省投资,还以水泥道面为主,为增加水泥道面摩擦力并减少由于道面积水产生的“水膜”效应,需要在跑道表面切槽,一般切槽宽度约为5cm。同时为了补偿道面热胀冷缩效应,需要在道面上设置补偿槽。由于道面切槽导致的跑道道面不平将直接造成垂直正压力N在一定范围内波动,从而造成摩擦因数测量误差。因此,如何减小或吸收道面不平引起的垂直压力波动是机场道面摩擦因数测试车垂直加载系统设计中的关键问题。笔者针对以上需求,对基于蓄能器的机场道面摩擦因数测试车垂直力液压加载机构进行了分析和设计。

　　1 垂直加力系统的结构与工作原理

　　系统原理如图1所示,液压缸14的活塞伸出端与测量轮相联。加压时,液压泵2启动,油液通过换向阀4(切换到右侧位置)和换向阀9(开启状态)使活塞差动下降,同时换向阀12处于开启状态,系统压力逐渐增大,当压力继电器11到达设定值时,油泵断电,系统由蓄能器13保持压力,并短时间保持不变,通过活塞两侧的压力差为测量轮加载,液压锁5可以减少系统泄漏,通过液压缸活塞及蓄能器吸收道面高度起伏引起的压力冲击,系统处于流体弹簧状态。测试完成,换向阀9、换向阀12均切换到关闭位置,换向阀4切换到左侧位置,液压泵启动,活塞及测量轮退回,换向阀9的单向截止状态可以保持活塞位置,防止活塞下滑。

　　2 蓄能器及液压缸的受力分析

　　在测量工作中,由于摩擦车以96km/h的速度行驶,测量轮随道面的起浮,相对车辆的底盘产生快速的上下振动,造成测量轮上的压力围绕1372N上下波动,波动的频率与道面的不平度和摩擦车速度相关,为了减小压力脉动对加力系统的干扰,减小测量轮上压力的波动,笔者设计了图1所示的引入蓄能器的垂直加力液压系统,通过对加载系统的受力分析,选择合适的蓄能器,以达到有效缓冲加载力脉动的作用。为了便于分析,对蓄能器模型进行适当简化。

　　采用的皮囊式蓄能器在工作时,蓄能器内气体的质量与进入蓄能器内的液体质量相比,忽略不计,气体为理想气体;与气体相比,认为液压油是不可压缩的,忽略工作时由于摩擦等造成的能量损失。设充气状态下蓄能器内气体的压力、容积分别为p₀、V₀。当系统处于测量状态时,单向阀6关闭,蓄能器与液压缸通过换向阀9、12(均为开启状态)构成工作回路,此时蓄能器内的气体压力及气体体积分别为p₁、V₁,其中p₁等于系统工作压力。把蓄能器看作液体弹簧,处于测量状态下的蓄能器与液压缸可以看作质量弹簧系统。与弹簧的弹性系数相当的系统的刚度值K是设计中的关键参数。为了确定K值,以蓄能器内的气体为研究对象,做如下分析: