一種飛機(jī)供能液壓試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)與分析

程露 刁海洋

摘要：針對(duì)某型機(jī)總裝階段進(jìn)行液壓系統(tǒng)試驗(yàn)、起落架系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)提供液壓能源的需求，本文提出一種供能液壓試驗(yàn)臺(tái)，采用雙電機(jī)、雙系統(tǒng)液壓模式搭建PLC控制系統(tǒng)，通過對(duì)試驗(yàn)臺(tái)油液溫度、流量、壓力與控制，實(shí)現(xiàn)模擬飛機(jī)自身供能狀態(tài)，滿足試驗(yàn)要求。

關(guān)鍵詞：液壓試驗(yàn)臺(tái);PLC控制;溫度;流量;壓力

1 前言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，液壓傳動(dòng)技術(shù)廣泛應(yīng)用在航空、化工等行業(yè)[1]，尤其在航空工業(yè)，對(duì)于飛機(jī)液壓系統(tǒng)試驗(yàn)、起落架系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)等系統(tǒng)性能檢測(cè)尤為重要。在液壓傳動(dòng)中，溫度升高會(huì)使油液的黏度降低，從而導(dǎo)致液壓系統(tǒng)的泄漏，效率降低，速度的穩(wěn)定性變差[2]，而進(jìn)行液壓系統(tǒng)試驗(yàn)、起落架系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)時(shí)油液溫度超過55℃將影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果可靠性。飛機(jī)液壓系統(tǒng)以油液為工作介質(zhì)，使用油壓驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成特定操縱動(dòng)作[3]，而油液壓力和流量直接影響執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成動(dòng)作的質(zhì)量。

本文設(shè)計(jì)的供能液壓試驗(yàn)臺(tái)采用PLC控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)反饋和調(diào)節(jié)控制油液溫度、流量和壓力，實(shí)現(xiàn)液壓試驗(yàn)臺(tái)供能模擬飛機(jī)自身供能狀態(tài)。

2 供能液壓試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1試驗(yàn)臺(tái)組成

供能液壓試驗(yàn)臺(tái)主要由車體、電控系統(tǒng)、出油回油單元、2個(gè)泵站、2套閥組模塊和油箱等組成（如圖1所示）。車體是試驗(yàn)臺(tái)的基座，電控單元是試驗(yàn)臺(tái)的反饋控制處理單元，2個(gè)泵站是兩套系統(tǒng)的動(dòng)力執(zhí)行機(jī)構(gòu)，2套閥組模塊是信號(hào)反饋和信號(hào)處理執(zhí)行單元，郵箱用來(lái)存儲(chǔ)試驗(yàn)用油液。根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，本供能液壓試驗(yàn)臺(tái)能達(dá)到實(shí)驗(yàn)時(shí)溫度不高于55℃;壓力（0-28 ）和流量（0-55 ）按需實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，壓力測(cè)量值精確度應(yīng)達(dá)到0.3%FS，流量測(cè)量值精確度應(yīng)達(dá)到0.5%FS;試驗(yàn)臺(tái)能同時(shí)給飛機(jī)的兩套試驗(yàn)系統(tǒng)供壓，也能分別獨(dú)立給兩套試驗(yàn)系統(tǒng)供壓。

2.2試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)臺(tái)的液壓系統(tǒng)用于飛機(jī)進(jìn)行液壓系統(tǒng)試驗(yàn)、起落架系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)時(shí)供壓供能，液壓系統(tǒng)的泵源應(yīng)采用恒壓變量泵，額定壓力35Mpa。研究設(shè)計(jì)了以強(qiáng)腐蝕性的磷酸酯基液壓油為介質(zhì)的大型試驗(yàn)臺(tái)，采用兩個(gè)泵源實(shí)現(xiàn)壓力、流量大范圍調(diào)節(jié)，保證同時(shí)向一架飛機(jī)上各自獨(dú)立的兩套液壓系統(tǒng)供壓。使用閥塊集成、卡套式連接保證高壓力高流量下的密封性，降低了制造難度且便于后續(xù)維護(hù)和檢修;外殼采用鋁型材結(jié)構(gòu)并增加了吸音隔音材料，改變了以往試驗(yàn)臺(tái)的牽引形式，采用配合master mover進(jìn)行牽引，圖2為試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)原理圖。

2.3試驗(yàn)臺(tái)電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電控系統(tǒng)主要由工控機(jī)、西門子S7-1500可編程控制器、變頻器、泵站以及PROFIBUS總線通訊電纜等組成。輸入部分通過工控機(jī)觸摸屏實(shí)現(xiàn)，操作工人在觸摸屏上設(shè)置壓力和流量值等控制指令，輸出部分通過工控機(jī)顯示屏顯示，主要顯示試驗(yàn)過程，包括實(shí)時(shí)反應(yīng)整個(gè)液壓系統(tǒng)中各個(gè)閥的狀態(tài);試驗(yàn)壓力變化曲線及壓力最高值、最低值;試驗(yàn)流量變化曲線及流量最高值、最低值;試驗(yàn)溫度最高值、最低值等。電控系統(tǒng)由工控機(jī)和PLC系統(tǒng)組成，工控機(jī)配置了高質(zhì)量的軟件，可實(shí)現(xiàn)用戶管理、試驗(yàn)參數(shù)及試驗(yàn)流程錄入、檢測(cè)結(jié)果自動(dòng)記錄、控制參數(shù)的修改等操作。PLC控制器系統(tǒng)為試驗(yàn)臺(tái)的主要控制單元，用于處理各種檢測(cè)參數(shù)的輸入，并根據(jù)設(shè)定的命令，通過PLC本身提供的命令函數(shù)控制電信號(hào)的發(fā)送來(lái)控制電磁閥的開閉，從而控制管路的開閉，泵和閥門的工作狀態(tài)。液壓系統(tǒng)是試驗(yàn)臺(tái)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它主要由電磁閥、比例閥、球閥、過濾器、壓力傳感器、流量傳感器、溫度傳感器等組成，壓力傳感器、流量傳感器、溫度傳感器是試驗(yàn)臺(tái)的實(shí)時(shí)檢測(cè)裝置。

3 軟件設(shè)計(jì)與應(yīng)用驗(yàn)證

3.1軟件設(shè)計(jì)

將產(chǎn)品與試驗(yàn)臺(tái)連接好，接通電源，打開電源開關(guān)，PLC系統(tǒng)、觸摸屏系統(tǒng)及各傳感器通電，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入操作主界面，主界面共有三個(gè)模塊分別為：“故障查詢”“運(yùn)行模式”“維護(hù)模式”。

觸摸運(yùn)行模式進(jìn)入運(yùn)行模式操作界面，運(yùn)行模式操作界面如下圖5所示。系統(tǒng)1和系統(tǒng)2可同時(shí)供壓或單獨(dú)控制。

準(zhǔn)備工作：檢查確認(rèn)兩個(gè)系統(tǒng)中的球閥1、18和21處于常開狀態(tài)，球閥5處于常閉狀態(tài)，閥“11”處于常開狀態(tài)，并觸摸流量調(diào)節(jié)條到最大位置，壓力調(diào)節(jié)條至最低位置。

以系統(tǒng)1為例，具體使用操作步驟參考上圖3標(biāo)記所示。

（1）觸摸打開供油電磁閥（注：當(dāng)通過自循環(huán)凈化油液時(shí)，則供油閥常閉）;

（2）點(diǎn)擊啟動(dòng)按鈕啟動(dòng)電機(jī)運(yùn)行（面板上的按鈕和觸摸按鈕都可以，相互之間互為備用關(guān)系），啟動(dòng)電機(jī)并等待電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定。

（3）通過上下拉動(dòng)調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)條來(lái)控制系統(tǒng)的壓力，也可通過面板上的調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力，實(shí)際壓力通過右側(cè)的顯示欄監(jiān)測(cè)。

（4）試驗(yàn)完成之后，先觸摸壓力調(diào)節(jié)條至最低位置，待壓力降至5MPa以下后，點(diǎn)擊“泵1啟?！卑粹o停止電機(jī)工作，等到電機(jī)停止并完全卸壓后斷開電源拆下軟管。

3.2故障分析與排除

無(wú)緊急情況盡量不要直接按急停按鈕停止試驗(yàn)，也不要在20MPa以上的高壓力情況下直接點(diǎn)擊卸壓按鈕，防止對(duì)液壓管路、閥塊和油濾造成沖擊。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文以S7-1500 控制器為核心，通過結(jié)合變頻器，控制氣路系統(tǒng)各類開關(guān)閥、比例閥、傳感器等，設(shè)計(jì)了一臺(tái)功能完整的雙系統(tǒng)手自一體液壓試驗(yàn)臺(tái)，該試驗(yàn)臺(tái)解決了飛機(jī)試飛前進(jìn)行液壓系統(tǒng)試驗(yàn)、起落架系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)飛機(jī)模擬供能問題。該試驗(yàn)臺(tái)已投入使用，使用結(jié)果表明，系統(tǒng)功能良好，完成設(shè)計(jì)目標(biāo)和要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]屈圭. 液壓與氣動(dòng)傳動(dòng)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002

[2]李永恒. 某型飛機(jī)高溫液壓試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[ J]. 液壓與氣動(dòng)，2011，（2）：13- 16

[3]張志遠(yuǎn). MA60 飛機(jī)液壓電動(dòng)泵控制方式改進(jìn)[ J].西飛科技，2016，（1）：15-17

[4]張利平. 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及設(shè)計(jì)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005