變量泵斜盤電液伺服控制系統的伺服元件
由于伺服油源壓力是變化的，在為液壓系統選擇元件時，不僅要考慮變量泵的各項技術要求，還要按供油壓力的變化范圍對元件能力進行驗算。使用電液伺服控制斜盤位置的液壓伺服系統需滿足變量柱塞泵的流量變化范圍要求：①當n=(4155±20)r/min時，Qmax=(8000+200)L/h；②當n=（3600±20）r/min時，Qmin=(3600±20)L/h。而X型航空發動機對油泵的供油變化速度要求為：當變量泵轉速為(4155±20) r/min，油門位于最大位置時，控制機操縱電液伺服閥，使斜盤角度從最大到最小（范圍一般為25°）的時間為1.5～2.5s。以滿足上述要求為基礎，選擇液壓伺服元件。
(1)伺服液壓缸。雙作用液壓缸及其活塞是液壓伺服系統的作動機構，推動變量泵斜盤的過程中，需要活塞運動穩定且盡量減小負載對位置控制的影響。變量柱塞泵共有柱塞12個，柱塞直徑為l5mm，泵出口壓力最高為843MPa。斜盤控制機構改變斜盤角度時的負載可按以往機械設計經驗進行初步估算。變量泵工作過程中，以兩個高壓柱塞對斜盤的作用力計算負載。柱塞作用力臂(柱塞與斜盤作用點到轉子回轉中心距離40.3mm)與控制斜盤活塞作用力臂(控制斜盤活塞中心到轉子回轉中心距離60.7mm)之比約為2/3，等效作用負載柱塞面積為253.0mm2。依據液壓系統設計經驗，在壓力相等條件下，作動液壓缸活塞有效作用面積大于3倍負載有效作用面積時，能夠滿足液壓缸活塞運動過程中的控制穩定性。選取伺服液壓缸內徑為45mm，雙伸出、雙作用形式，承壓10MPa，有效行程50mm，活塞桿直徑15mm。因此，油缸活塞有效作用面積為
S=(π/4)(d2in-d2pis)
以液壓缸內徑din。和活塞桿直徑dpis。分別為45mm和15mm代人，油缸有效面積為1413.7mm2，與柱塞有效面積253.0mm2之比為4.59/1，液壓缸有效面積符合要求。同時，變量泵斜盤最大角度到最小角度對應的斜盤控制機構位移為13mm，伺服液壓缸有效行程達50mm，滿足將斜盤角度從最大推至最小的位移量要求。
伺服液壓缸及推桿、傳感器的結構如圖9所示。
(2)電液伺服閥。額定轉速狀態下，X形航空發動機的泵后壓力范圍大致為3～8MPa，而高空狀態或低轉速工況時，泵后壓力可低至0.476MPa，壓力變化近17倍。與電液伺服閥應用在普通工業領域時的供油壓力相比，航空發動機變量泵的泵后壓力明顯較低且變化范圍大。現有產品中少有低油源壓力電液伺服閥，只找到一款適合低黏度航空煤油介質的FF102（航空609所產品）型電液伺服閥，其額定工作壓力為21MPa。由于閥的工作壓力《10MPa)遠低于該型閥的額定設計壓力(21MPa)，經協調后，廠方對產品在較低壓力下進行了性能測試，并提供了5MPa和21MPa工作壓力下的設計和測試數據(見下表)。
伺服閥設計及測試數據
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項 目 |
設計值 |
測試值 |
|
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供油壓力/MPa |
21 |
5 |
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輸入電流/mA |
10 |
40 |
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線圈線阻/Ω |
Red and green |
50±5 |
51 |
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Blue and yellow |
52 |
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頻率特性 |
幅頻寬（-3DB）/Hz |
≥100 |
65 |
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相頻寬（-90°）/Hz |
≥100 |
70 |
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超調/dB |
≤2 |
0 |
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輸出流量QL/（L·min-1） |
10±1 |
... |
|
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油源 |
No.10，No.15液壓油 |
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系統中對應斜盤位置最大到最小角度的伺服液壓缸有效最大行程L=13mm，在動態過程中，油缸內有效容積變化量為
VΔmax=(π/4)(d2in-d2pis)L=18.398mL
FFl02電液伺服閥在額定供油壓力下輸出流量為（10±1）L/min，即(166.7±16) mL/s，此時活塞全程有效位移所需時間約0.11s。按泵后壓力最小值0.476MPa估算出伺服閥輸出流量約25.1mL/s，活塞運動13mm需要約1.27s，高于系統供油速度要求。
(3)位移傳感器。選取KTC50+R010型位移傳感器作為位置反饋測量元件，其技術特征為；量程75mm，精度0.07%、輸出信號4～20mA。其有效作用行程的位置控制精度為0.004mm。
(4)其他伺服元件。斜盤位置液壓伺服控制系統最終使用在航空發動機特性半物理仿真試驗系統中。為配合電液伺服閥燃油過濾精度(0.008～0.012mm)，選用YPM420E5-187燃油過濾器。同時，為滿足試驗系統安全需求，泵后油路使用DB-DH30G10B/NG30/2型溢流閥，通過調節溢流閥確保油路壓力低于變量泵額定工作壓力。其他管路、接口元件為自行研制。