基于AMESim的某型发动机燃油调节器液压 延迟器仿真分析

乔云 冯茵 高若延 林文

摘  要：液压延迟装置是液压控制系统的重要组成部分。以某型发动机燃油调节器的液压延迟器为研究对象，运用AMESim建模仿真软件，建立了液压延迟器仿真模型，研究分析液压延迟器驱动力矩的决定因素和极限值。液压延迟器的驱动力矩在极限值范围内决定于负载的大小，层板对液压延迟器驱动力矩的稳态无影响，只影响动态响应时间。

关键词：航空发动机  燃油调节器  液压延迟器  AMESim  驱动力矩

中图分类号：V235                              文献标识码：A                    文章编号：1674-098X（2020）11（c）-0001-04

Hydraulic Retarder for an Aero-engine Fuel Controller Based on AMESim Simulation

QIAO Yun  FENG Yin  GAO Ruoyan  LIN Wen

（AECC Xi'an Areo-engine Control Technology Co.，Ltd.， Xi'an，  Shaanxi  Province，  710077 China）

Abstract： Hydraulic retarder is an essential part of hydraulic control system. This paper takes the hydraulic retarder of a certain type of aero-engine fuel regulator as the object of study， builds the simulation model of the hydraulic retarder using the AMESim modeling simulation software， and studies determinants and limit values of the driving moment of the hydraulic retarder. The driving moment of the hydraulic retarder is determined by the load in the limit values. The laminate has no effect on the steady state of the hydraulic retarder， only affects the dynamic response time.

Key Words： Aero-engine; Fuel controller; Hydraulic retarder; AMESim; Driving moment

液壓延迟器广泛应用于航空发动机液压控制系统，其特点是使发动机的转速、供油量等参数按预定规律变化，保证航空发动机过渡状态的稳定性。某型燃油调节器的油门杆通过液压延迟器转动控制轴，由凸轮杠杆机构控制节流开关转动，从而直接控制供给发动机的供油量。作用在控制轴上的力矩主要分为驱动力矩和阻力矩，而液压延迟器可看作是控制轴转动的动力来源，控制轴转动时克服的摩擦力、弹簧力等是其阻力。

1  工作原理

燃油调节器的液压延迟器机构的工作原理见图1，推油门杆1时，齿轮2逆时针转动，带动齿条3向左运动;分油活门4随连杆5也开始向左运动（刚性连接），定压油6与皮碗7右腔沟通，同时皮碗左腔与回油路沟通;在皮碗左右两腔油压力的作用下，随动活塞8向左运动。随动活塞上的齿条与齿轮9啮合，带动控制轴10的转动。控制轴上有凸轮机构，控制杠杆转动节流开关。11为层板限制器。

2  计算模型

根据燃油调节器的液压延迟器的工作原理，建立了Amesim仿真模型，见图2。

根据液压延迟器的工作原理，按活门初装位置对仿真模型赋予以下参数：

（1）油门杆从0°推至105°，对应分油活门移动位移为14.7mm;即油门角度αB变化1°对应分油活门移动0.14mm;

（2）定压油P定=15bar（1.47MPa）;

（3）层板限制器规格为（92～108）cm3/min，故按均值100cm3/min赋予参数;

（4）等效到液压延迟器皮碗上的运动阻力矩M阻=3N.m;

（5）运动情况按如下要求进行：

①t=0～2s，保持油门角度αB=0°，持续2s;

②t=2～5.5s，以30°/s的速度推动油门杆，并在t=5.5s时刻，油门杆移动到位。

3  计算结果及讨论

3.1 典型计算结果

液压延迟器典型仿真结果见图3。其中，3-1为分油活门和随动活塞位移变化情况，3-2为分油活门流通面积，3-3为皮碗左右两腔压力变化，3-4为液压延迟器驱动力矩变化。从中可以看出：

（1）t=0～2s。

由于油门杆位置保持不变，向定压油路通入P=15bar的燃油后，皮碗两腔压力从初始时刻的0bar会迅速增加，并随着随动活塞快速向左运动，油压逐渐趋于稳定。在t=2s时刻，随动活塞向左运动1.47mm、皮碗左腔压力0.29bar、右腔压力1.68bar。

此外，为了克服外来负载3N.m及液压延迟器内部摩擦，液压延迟器驱动力矩在t=0s时刻从0N.m迅速跃迁至3.19N.m后保持不变，使得系统趋于平衡。

（2）t=2～4.975s。

以30°/s的速度推动油门杆，分油活门随之向左运动，随动活塞上的型孔开度增大。对活塞皮碗而言，定压油通往右腔的节流口面积增大，P右随之增大;左腔通回油的节流口面积增大，但受到皮碗左移的影响，P左仍呈增大趋势。

从图中可以看出，皮碗左右两腔P左和P右在刚开始推动油门杆时呈现急剧上升趋势，但后期以恒定的速度持续推动时，P左和P右将保持恒定不变，且液压延迟器的输出力矩稳定在3.2N.m位置。

（3）t=4.975～5.5s。

在t=4.975s时刻，皮碗运动到最左侧，被调整钉限位，随后随动活塞将稳定在该位置保持不变。此时继续推动油门杆，分油活门不断左移，型孔开度不断增加，P右急剧升高，而P左急剧下降。此时，液压延迟器输出力矩急剧升高，最大将达到13.18N.m。

3.2 结果分析

3.2.1 等效阻力矩大小对驱动力矩的影响

在上述仿真模型中，分别改变阻力矩M阻为1N.m、3N.m、5N.m、10N.m，所得计算结果见图4。可以看出：在随动活塞限位之前，增大阻力矩会使得液压延迟器的输出力矩相应变大，以保持液压延迟器各活门偶件稳定、持续移动;随动活塞运动限位后，输出力矩将急剧升高，最大可达到13.18N.m，且不随阻力矩的变化而变化。这与液压基本因果关系中的“负载决定压力”相吻合。

此外，取M阻=14N.m，所得结果见图5，其中5-1是为分油活门和随动活塞位移变化，5-2是分油活门流通面积，5-3是皮碗左右两腔压力变化，5-4是液压延迟器驱动力矩变。可以看出：当外部阻力矩大于液压延迟器最大驱动力矩13.18N.m时，初始时刻随动活塞将从初装位置向型孔开度变大的方向移动;且在后续推油门杆过程中，随动活塞始终停留在型孔最大开度位置并保持不变，皮碗左腔压力始终为0，右腔压力始终为15bar，液压延迟器的驱动力矩保持13.18N.m不变。这表明：若等效到液压延迟器上的阻力矩大于13.18N.m时，推动油门杆不会带动随动活塞移动。

3.2.2 层板流量对驱动力矩的影响

在上述仿真模型中，分别改变层板流量为10cm3/min、100cm3/min、200cm3/min，可以得出：在随动活塞限位之前，层板流量的变化对输出力矩无影响;随动活塞限位后，增大层板流量对输出力矩的稳态值无影响，但会影响其瞬态结果。层板流量增大，系统响应时间相应变长。

4  结论

根据上述计算分析结果，可得出以下结论：

（1）推油门杆过程中，液压延迟器输出的驱动力矩大小取决于负载;负载越大，驱动力矩越大。

（2）若控制轴在某一位置出现转动卡滞，导致随动活塞限位，液压延迟器输出的驱动力矩将急剧增加，最大可达13.18N.m;

（3）层板流量变化对液压延迟器驱动力矩的稳态值无影响，只影响其动态响应时间。

参考文献

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