運(yùn)輸機(jī)尾艙門收放液壓控制系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

茍遼， 王力

（四川凌峰航空液壓機(jī)械有限公司，四川廣漢618300）

0 引 言

運(yùn)輸機(jī)主要用于人員、武器裝備、救援裝備和其他物資的空運(yùn)、空降和空投。因運(yùn)輸機(jī)體積較大，一般通過(guò)尾艙門部位完成裝備、貨物或人員的裝卸，當(dāng)其在地面停放時(shí)，需打開(kāi)尾部艙門；在起飛后需將尾部艙門收起并保證其關(guān)閉和鎖定；當(dāng)進(jìn)行空投時(shí)，為保證精準(zhǔn)投放，要根據(jù)空投需要，尾部艙門需打開(kāi)至特定位置。

目前，國(guó)內(nèi)外輸運(yùn)機(jī)尾部艙門的收放操縱，無(wú)論是電動(dòng)或手動(dòng)、正常操縱還是應(yīng)急操縱，都是通過(guò)液壓系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的[1]。本文采用機(jī)、電、液一體化集成技術(shù)，通過(guò)對(duì)液壓系統(tǒng)中各個(gè)閥的開(kāi)啟和關(guān)閉設(shè)置合理的邏輯關(guān)系，以控制相應(yīng)的液壓執(zhí)行元件，設(shè)計(jì)一種達(dá)到自動(dòng)控制水平的尾艙門液壓收放系統(tǒng)。

1 尾艙門收放控制系統(tǒng)組成

尾艙門收放控制系統(tǒng)一般由控制機(jī)構(gòu)、反饋機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、鎖定機(jī)構(gòu)、應(yīng)急源五部分組成，系統(tǒng)功能框圖如圖1所示。

控制機(jī)構(gòu)由控制面板[2]、控制盒、組合閥等部件構(gòu)成，當(dāng)向系統(tǒng)輸入指令時(shí)，控制盒會(huì)根據(jù)接收到的指令控制組合閥油路通斷和切換。反饋機(jī)構(gòu)由到位開(kāi)關(guān)構(gòu)成，其將尾艙門開(kāi)關(guān)到位信號(hào)反饋給控制盒，由控制盒控制組合閥油路通斷和切換。執(zhí)行機(jī)構(gòu)由液壓直線作動(dòng)筒組成，通過(guò)控制組合閥油液的切換，實(shí)現(xiàn)尾艙門的打開(kāi)和關(guān)閉。鎖定機(jī)構(gòu)由液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械式主動(dòng)鉤環(huán)鎖和作動(dòng)筒內(nèi)自帶機(jī)械鎖組成，將尾艙門鎖定在關(guān)閉、打開(kāi)或水平位置。應(yīng)急源由應(yīng)急閥和應(yīng)急液壓源等組成，當(dāng)系統(tǒng)斷電、斷壓或發(fā)生故障時(shí)，可由人工手動(dòng)操縱，實(shí)現(xiàn)尾艙門的打開(kāi)和關(guān)閉。

圖1 尾艙門收放功能框圖

本文設(shè)計(jì)的尾艙門收放控制系統(tǒng)由上艙門和下艙門兩部分構(gòu)成，上艙門不承受載荷，其由單個(gè)內(nèi)置機(jī)械鎖液壓作動(dòng)筒驅(qū)動(dòng)打開(kāi)和關(guān)閉，在打開(kāi)和關(guān)閉位置，由內(nèi)部機(jī)械鎖鎖定；下艙門要承受載荷[3]，故在下艙門兩邊對(duì)稱布置驅(qū)動(dòng)液壓作動(dòng)筒。下艙門在打開(kāi)時(shí)有兩種工作狀態(tài)：其一為與機(jī)艙底面平行的水平位置打開(kāi)，此時(shí)由作動(dòng)筒內(nèi)自帶機(jī)械鎖進(jìn)行鎖定并承受載荷；其二為向下傾斜打開(kāi)，此時(shí)由地面支撐艙門和承受載荷。為保證艙門在空中能夠可靠的鎖定和氣密性要求[4]，當(dāng)艙門處于關(guān)閉位置時(shí)，由機(jī)體上對(duì)稱布置的液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械式主動(dòng)鉤環(huán)鎖將下艙門鎖定在機(jī)體上。

2 尾艙門收放液壓控制原理

尾艙門收放液壓控制原理如圖2所示，上艙門的開(kāi)、閉由電磁閥Ⅲ控制，下艙門的開(kāi)閉由電磁閥Ⅱ、電磁閥Ⅳ、電磁閥Ⅴ控制。

圖2 尾艙門收放液壓控制原理圖

由電磁閥Ⅲ控制上艙門作動(dòng)筒4的油路通斷和切換，執(zhí)行上艙門打開(kāi)和關(guān)閉的動(dòng)作。下艙門由關(guān)閉到水平位置打開(kāi)時(shí)，先使電磁閥Ⅱ處于左位，系統(tǒng)壓力油進(jìn)入主動(dòng)液壓鎖3作動(dòng)筒的上腔，將主動(dòng)液壓鎖3解鎖，再使電磁閥Ⅳ處于左位，系統(tǒng)壓力油進(jìn)入下艙門作動(dòng)筒5的C腔，推動(dòng)下艙門右腔活塞桿伸出，下艙門由關(guān)閉位置向水平位置打開(kāi)，直至下艙門作動(dòng)筒5的D腔內(nèi)機(jī)械鎖上鎖，下艙門處于水平位置；當(dāng)電磁閥Ⅴ通電處于左位時(shí)，壓力油進(jìn)入下艙門作動(dòng)筒5的B腔，將下艙門作動(dòng)筒5的B腔內(nèi)機(jī)械鎖解鎖，并推動(dòng)左腔活塞桿伸出，下艙門完全打開(kāi)。若要控制下艙門直接由關(guān)閉到完全打開(kāi)，只需在主動(dòng)液壓鎖3解鎖后，同時(shí)控制電磁閥Ⅳ和電磁閥Ⅴ處于左位即可。下艙門由完全打開(kāi)到水平位置、由水平位置到完全關(guān)閉和上鎖，以及直接由完全打開(kāi)到關(guān)閉上鎖的工作過(guò)程與之相反。

當(dāng)系統(tǒng)斷電斷壓時(shí)，尾艙門應(yīng)急液壓控制工作過(guò)程為：首先將手動(dòng)換向閥Ⅰ關(guān)閉，防止應(yīng)急源的壓力油經(jīng)電磁閥Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ的中位泄漏到系統(tǒng)回油。應(yīng)急開(kāi)門時(shí)，將手動(dòng)換向閥6按順序切換到a、b、c、d位，此時(shí)主動(dòng)液壓鎖3解鎖，上艙門打開(kāi)，下艙門作動(dòng)筒5右腔活塞桿伸出，下艙門打開(kāi)至水平狀態(tài)并上鎖，下艙門作動(dòng)筒5左腔活塞桿伸出，下艙門完全打開(kāi)；應(yīng)急關(guān)門時(shí)，將手動(dòng)換向閥6按順序切換到d1、c1、b1、a1位，上、下艙門將按順序關(guān)閉。

3 尾艙門收放液壓控制存在問(wèn)題

尾艙門收放液壓控制采用4個(gè)電磁閥分別控制各執(zhí)行機(jī)構(gòu)，既要順序?qū)崿F(xiàn)從完全關(guān)閉到開(kāi)鎖、開(kāi)鎖到水平位置、水平位置到全開(kāi)位置打開(kāi)，又要組合實(shí)現(xiàn)從完全關(guān)閉到全開(kāi)位置打開(kāi)，電路控制邏輯復(fù)雜，相互之間容易干涉。特別是當(dāng)前一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)無(wú)法正常工作時(shí)，后一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)繼續(xù)正常工作時(shí)，容易引起艙門的損壞，這就需要增加檢測(cè)元件和判斷邏輯；另外，由于下艙門的完全打開(kāi)是依靠下艙門作動(dòng)筒5左腔活塞桿伸出執(zhí)行的，下艙門打開(kāi)的角度無(wú)法隨地形改變而改變，也會(huì)造成下艙門損壞。

同時(shí)，尾艙門應(yīng)急收放時(shí)，手動(dòng)換向閥需要按順序切換，依次打開(kāi)相應(yīng)艙門，這就增加了應(yīng)急收放的時(shí)間，無(wú)法真正做到應(yīng)急。

4 尾艙門收放液壓控制系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計(jì)

尾艙門收放液壓控制系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計(jì)原理[5]如圖3所示，上艙門的開(kāi)閉由電磁閥Ⅱ控制，下艙門的開(kāi)閉由電磁閥Ⅲ、Ⅳ及單向順序閥Ⅴ、Ⅵ、Ⅷ和單向閥Ⅶ控制。

圖3 尾艙門收放液壓控制改進(jìn)設(shè)計(jì)原理圖

單獨(dú)控制電磁閥Ⅱ控制上艙門作動(dòng)筒3的活塞桿伸出和縮回，執(zhí)行上艙門打開(kāi)和關(guān)閉的動(dòng)作。

單獨(dú)控制電磁閥Ⅲ控制機(jī)械式主動(dòng)鉤環(huán)鎖4和下艙門作動(dòng)筒5的油路通斷和切換，執(zhí)行機(jī)械式主動(dòng)鉤環(huán)鎖4的開(kāi)鎖和上鎖、下艙門由水平位置到關(guān)閉位置、關(guān)閉位置到水平位置的動(dòng)作。為保證下艙門按開(kāi)鎖、打開(kāi)、關(guān)閉、上鎖順序動(dòng)作，設(shè)定了單向順序閥Ⅵ的調(diào)定壓力大于機(jī)械式主動(dòng)鉤環(huán)鎖4的最大開(kāi)鎖工作壓力，以及單向順序閥Ⅴ的調(diào)定壓力大于下艙門作動(dòng)筒5的D腔的工作壓力。

單獨(dú)控制電磁閥Ⅳ，控制機(jī)械式主動(dòng)鉤環(huán)鎖4和下艙門作動(dòng)筒5的油路通斷和切換，執(zhí)行下艙門由關(guān)閉位置和水平位置到全開(kāi)位置的動(dòng)作。同樣為保證下艙門開(kāi)鎖、打開(kāi)、關(guān)閉、上鎖順序動(dòng)作，設(shè)定了單向順序閥Ⅷ的調(diào)定壓力大于單向閥Ⅶ的開(kāi)啟壓力和單向順序閥Ⅵ的調(diào)定壓力。

為保證下艙門打開(kāi)的角度隨地形改變而改變，將電磁閥Ⅳ中位機(jī)能設(shè)置為M形，下艙門在打開(kāi)時(shí)，電磁閥Ⅳ切換為中位，下艙門作動(dòng)筒5的A、B兩腔溝通，下艙門將在重力作用下自由向下翻轉(zhuǎn)，直至與地面接觸。

組合控制電磁閥Ⅲ、Ⅳ，控制下艙門作動(dòng)筒5的油路通斷和切換，實(shí)現(xiàn)下艙門由全開(kāi)位置到水平位置的動(dòng)作。組合控制電磁閥Ⅲ、Ⅳ控制機(jī)械式主動(dòng)鉤環(huán)鎖4和下艙門作動(dòng)筒5的油路通斷和切換，執(zhí)行下艙門由全開(kāi)位置到關(guān)閉位置及下艙門上鎖的動(dòng)作。

當(dāng)系統(tǒng)斷電斷壓時(shí)，電磁閥Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分別處于中位，此時(shí)將應(yīng)急源連接到多路閥6上以實(shí)現(xiàn)上、下艙門開(kāi)鎖、打開(kāi)、關(guān)閉、上鎖等動(dòng)作，應(yīng)急時(shí)首先應(yīng)將手動(dòng)換向閥d接通，手動(dòng)換向閥Ⅸ斷開(kāi)。

改進(jìn)型尾艙門收放液壓控制系統(tǒng)電氣控制原理如圖4所示，其控制邏輯為：

1）電源開(kāi)關(guān)接通，系統(tǒng)通電，優(yōu)先級(jí)選擇開(kāi)關(guān)默認(rèn)為不接通，此時(shí)駕駛艙處艙門控制開(kāi)關(guān)可以控制艙門的開(kāi)閉。當(dāng)優(yōu)先級(jí)選擇開(kāi)關(guān)接通時(shí)，固態(tài)繼電器J0動(dòng)作，此時(shí)尾門處艙門控制開(kāi)關(guān)可以控制艙門開(kāi)閉，駕駛艙處開(kāi)關(guān)無(wú)法控制艙門動(dòng)作。

2）當(dāng)上艙門控制開(kāi)關(guān)處于關(guān)閉位置時(shí)，電磁閥Ⅱ處于右位，此時(shí)控制帶鎖上艙門收放作動(dòng)筒活塞桿伸出，驅(qū)動(dòng)上艙門關(guān)閉，當(dāng)作動(dòng)筒伸出到頭、作動(dòng)筒內(nèi)部機(jī)械鎖上鎖，此時(shí)上艙門關(guān)閉，作動(dòng)筒上上艙門關(guān)閉到位，開(kāi)關(guān)接通，上艙門關(guān)閉指示燈亮。

3）當(dāng)上艙門控制開(kāi)關(guān)處于打開(kāi)位置，電磁閥Ⅱ處于左位，此時(shí)控制帶鎖上艙門收放作動(dòng)筒活塞桿縮回，驅(qū)動(dòng)上艙門打開(kāi)，當(dāng)作動(dòng)筒縮回到底、作動(dòng)筒內(nèi)部機(jī)械鎖上鎖，此時(shí)上艙門全部開(kāi)啟，作動(dòng)筒上上艙門開(kāi)啟到位開(kāi)關(guān)接通，上艙門開(kāi)啟指示燈亮。

4）當(dāng)下艙門控制開(kāi)關(guān)處于關(guān)閉位置，電磁閥Ⅲ、Ⅳ均處于右位，此時(shí)控制下艙門收放作動(dòng)筒兩活塞桿縮回，驅(qū)動(dòng)下艙門關(guān)閉，當(dāng)下艙門關(guān)閉到位后，下艙門機(jī)械鎖上鎖，此時(shí)下艙門完全關(guān)閉。下艙門關(guān)閉到位開(kāi)關(guān)和下艙門機(jī)械鎖上鎖到位開(kāi)關(guān)接通，下艙門關(guān)閉指示燈亮。為防止下艙門關(guān)閉后，收放作動(dòng)筒繼續(xù)驅(qū)動(dòng)下艙門損壞鎖鉤，下艙門機(jī)械鎖上鎖到位開(kāi)關(guān)接通后，延時(shí)0.5～1.0 s使電磁閥Ⅲ處于中位，防止下艙門損壞。

圖4 尾艙門控制電氣原理框圖

5）當(dāng)下艙門控制開(kāi)關(guān)處于水平位置，電磁閥Ⅲ均處于左位，電磁閥Ⅳ處于右位，此時(shí)控制下艙門機(jī)械鎖開(kāi)鎖后，收放作動(dòng)筒左腔活塞桿縮回，右腔活塞桿伸出，驅(qū)動(dòng)下艙門向水平位置動(dòng)作，當(dāng)作動(dòng)器左腔活塞桿縮回到底B腔內(nèi)部機(jī)械鎖上鎖，右腔活塞桿伸出到底D腔內(nèi)部機(jī)械鎖上鎖后，下艙門處于水平位置，此時(shí)下艙門收放作動(dòng)筒上的B腔機(jī)械鎖鎖定開(kāi)關(guān)和D腔機(jī)械鎖鎖定開(kāi)關(guān)均接通，下艙門水平指示燈亮。

6）當(dāng)下艙門控制開(kāi)關(guān)處于打開(kāi)位置，電磁閥Ⅲ斷電處于中位，電磁閥Ⅳ處于左位，此時(shí)控制下艙門機(jī)械鎖開(kāi)鎖后，先控制下艙門收放作動(dòng)筒右腔活塞桿伸出到底，D腔上鎖后，再驅(qū)動(dòng)左腔活塞桿伸出，控制下艙門打開(kāi)，當(dāng)左腔活塞桿伸出，B腔機(jī)械鎖開(kāi)鎖后，下艙門放下過(guò)水平位置后，延時(shí)0.5～1.0 s使電磁閥Ⅳ處于中位，收放作動(dòng)筒不再驅(qū)動(dòng)下艙門放下，防止下艙門打開(kāi)放下到地面后繼續(xù)驅(qū)動(dòng)損壞艙門，下艙門后續(xù)靠自重放下。下艙門收放作動(dòng)筒上的B腔機(jī)械鎖鎖定開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，D腔機(jī)械鎖鎖定開(kāi)關(guān)均接通，下艙門全開(kāi)指示燈亮。

5 改進(jìn)效果

改進(jìn)后的尾艙門收放液壓控制系統(tǒng)經(jīng)地面系統(tǒng)聯(lián)試和裝機(jī)試飛驗(yàn)證，結(jié)果表明，尾艙門收放控制簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定可靠，各項(xiàng)功能和性能均符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)要求，特別是應(yīng)急收放時(shí)間比改進(jìn)前縮短了70%。

6 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)運(yùn)輸機(jī)尾艙門收放液壓控制系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計(jì)后，通過(guò)在集成式液壓組合閥內(nèi)設(shè)置單向順序閥實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制上、下部艙門按邏輯順序打開(kāi)和關(guān)閉功能，減少了檢測(cè)元件，優(yōu)化了控制邏輯。此外，將按順序切換的應(yīng)急手動(dòng)換向閥改進(jìn)設(shè)計(jì)成應(yīng)急多路閥，實(shí)現(xiàn)了快速應(yīng)急功能，達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期的水平。