一种液压负载模拟系统的研究.pdf

2 0 1 4年 1 月 第 4 2卷 第 2期 机床与液压 MAC HI NE TOOL HYDRAUL I C S J a n ． 2 01 4 Vo 1 ． 4 2 No ． 2 DO I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 4 ． 0 2 ． 0 2 1 一 种液压负载模拟系统的研究 李大伟 ，郭建，赵玮 中航工业西安飞机工业 集团有限责任公 司，陕西西安 7 1 0 0 8 9 摘要为了模拟某型民用飞机液压系统中各个子系统工作时的压力或流量，设计了一种液压负载模拟系统。详细阐述 了该系统的总体结构、工作原理及控制特点，给出了系统的软件设计思想。试验结果表明该系统工作可靠 、自动化程度 高，满足使用要求。 关键词液压负载模拟系统；自动控制 中图分类号 T H 1 3 7 文献标识码 A 文章编 号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 4 2 0 6 0 3 Re s e a r c h o f Hy dr a u l i c Lo a d Si mu l a t i o n S y s t e m L I D a w e i ．GU 0 J i a n．Z HA0 We i A V I C X i ’ a n A i r c r a f t I n d u s t r y G r o u p C o m p a n y L t d ． ， X i ’ a n S h a a n x i 7 1 0 0 8 9 ，C h i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o s i mu l a t e t h e p r e s s u r e o r fl o w wh e n a s u b s y s t e m o f c e r t a i n c i v i l a i r c r a f t h y d r a u l i c s y s t e m w a s wo r k i n g ，a h y d r a u l i c l o a d s i mu l a t i o n s y s t e m w a s d e s i g n e d ．T h e o v e r a l l s y s t e m s t r u c t u r e， wo r k p r i n c i p l e a n d c o n t r o l c h a r a c t e r i s t i c we r e e x p l a i n e d，a s w e l l a s t h e d e s i g n i d e a o f t h e s y s t e m’ S s o f t w a r e ．I t i s i n d i c a t e d t h a t t h i s s y s t e m h a s r e l i a b l e o p e r a t i o n a n d h i g h d e g r e e o f a u t o ma t i o n b y t h e t e s t r e s u l t s ，t h u s t h e u s e r e q u i r e me n t i s s a t i s f i e d ． Ke y wo r d sHy d r a u l i c l o a d s i mu l a t i o n s y s t e m Au t o ma t i c e o n t r o l 随着飞机液压系统朝着高压化 、大功率方 向发 展 ，为了验证飞机液压系统设计的可靠性和合理性， 需要通过地 面液压 系统进行 试验验证 。液压 负载 模拟系统用于飞机地面试验的压力或流量负载模拟 ， 在液压能 源调试 时对各分 系统 的负载采用压力或流量 模拟的控制形式，真实地模拟飞机起落架收放系统 、 前轮转弯、机轮刹车、襟翼收放等系统在不同飞行剖 面状态下的压力或流量需求。文中所设计的液压负载 模拟系统将计算机控制技术与液压技术相结合 ，系统 结构采用集成液压油路块式设计 ，计算机实时采集飞 机液压系统工作时的压力和流量信号，远程 自动调节 控制 阀并监测液压系统 的在线状态 ，提高 了飞机液压 系统 的地面试验水平 。 1 系统组成 、原理及工作方式 液压负载模拟系统主要由执行部件和控制部件组 成 ，执行部分包 括 电磁 开关 、手动 节 流 阀 、单 向阀 等，控制部分包括比例节流阀、流量反馈传感器、压 力反馈传感器 、负载计算机等。 液压负载模拟系统原理如图 1 所示。变频电机、 变频器、左右发动机驱动泵等组成液压泵源系统，为 液压负载模拟系统提供液压源 ，同时用于模拟飞机发 动机驱动液压泵。液压泵 源系统的变频 交流调速电机 系统通过网络交换机，以T C P ／ I P通信协议将信号传 输至负载计算机，负载计算机分别通过压力传感器和 流量传感器实时采集飞机液压系统 的压力和流量信 号 ，最终通过控制 比例节 流 阀来 实 现对负 载 的模 拟 。 其中发动机驱动泵为斜盘式轴向柱塞泵 ，该泵有4个 接 口，分别是吸油 口、压力 口、壳体 回油和轴尾漏 油。 1 一油箱2 一泵入口过滤器卜 壳体回油过滤器4 一变频 电机 5 一左发动机驱动泵6 一右发动机驱动泵7 一溢流阀8 、1 6 一 单向阀9 一蓄压器1 O 一压力传感器l l 、1 3 、l 4 一手动节流阀 l 2 ～比例节流阀l 5 一流量传感器l 7 一散热器 图 1 液压负载模拟系统原理图 “ 工控机及集成液压油路块等组成液压负载模拟 系统。压力传感器、手动节流 阀、比例节流阀、手 收稿 日期 2 0 1 2 1 2 2 5 作者简介李大伟 1 9 8 6 一 ，男，硕士，助理工程师 ，主要从事液压传动与控制的科研工作。Ema i l a r c h a e o l o g i s t 1 6 3． C O rn。 第 2期 李大伟 等 一种液压负载模拟系统的研究 6 1 动节流阀、流量传感器及单 向阀均集成于一个 阀块 上 ，整体构成集成液压油路块，以减小系统外壳尺 寸 、节省管路的连接。集成液压油路块结构如 图 2 所示 。 图2 集成液压油路块结构图 如 图 1 所示 ，当手 动节 流 阀 1 3 、1 4关 闭且 比例 节流阀 1 2前的通断阀 手动节流阀 1 1 开启时，比 例节流阀 1 2才可 由负载计算机进行控制。手动节流 阀 1 1 在关 闭状态下 ，使用手动节流 阀 1 3 、1 4手动 调 节管路 中的压 力或 流量 ，手 动节 流 阀 1 3 、1 4通径 大 小不 同。流量传感器 1 5用来 测量 管路 中的流量 ，由 工控机控 制采集 。压力 传感 器 1 O用 来采 集液 压负 载 模拟系统人口压力。在集成液压油路块中安装了单向 阀 l 6 ，以对系统起保护作用。此外，液压负载模拟 系统工作时会产生大量热量 ，可使用循环水冷却以降 低温度，如图1中所示散热器 1 7 。 液压负载模拟系统具有两种可以自动切换的工作 模式，即入口压力模拟模式和入口流量模拟模式。在 压力控制模式下 ，负载计算机采集入口压力 ，并控制 比例节流阀的开口，使得入口压力满足要求。在流量 控制模式 下 ，负载计算机控制系统则 以负载模 拟通道 的流量传感器信号为反馈 ，通过调节比例节流阀开口 使得该流量满足要求。液压负载模拟系统具有 自动和 手动两种控制方式。自动控制时，可根据设定的入 口 压力或入 口流量曲线 自动运行，负载计算机实时显示 和保存当前压力或流量信号 ，并通过网络实时通信协 调控制运行状态、接收和发送运行数据。手动控制 时，可通过软件界面设定 目标压力或流量，计算机按 此设定值进行压力或流量的闭环控制。 液压负载模拟系统通过供油管路、回油管路与液 压泵源 系统并联 连接 ，以尽量减少系统导管容积 的增 加量 。液压 负载模 拟系统管路入 口连接 液压泵源系统 的压力入口，液压负载模拟系统的油液出口连接液压 泵源系统的回油管路。压力、流量控制点远离泵源， 最短避开压力脉动波长的两倍，以防止对系统二次谐 振产生影响。系统主要技术指标包括压力控制范围、 压力控制静态精度、流量控制范围、流量控制静态精 度 、动态控制带宽及介质工作温度范围等。 2系统计算机控制结构 液压负载模拟系统的负载计算机是系统操纵、控 制、通信 、监视和试验的指挥计算机，它主要由网络 交换机、通信接口、信号调理箱、V ／ I 驱动板、D ／ A 采集卡 、1 6位计数卡、R S 2 3 2转 R S 4 8 5转接接头等 组成 。 系统计算机控制结构原理如图 3 所示 ，液压负载 模拟系统中，负载模拟计算机通过 T C P ／ I P协议接收 来 自总控计算机 液压泵源系统 自带的变频调速 电机转速信息。压力通过压力传感器转换为电流信 号 ，经模拟调理及航空插头板转接，电流信号传输至 1 6通道的模拟输入板，1 6通道的 A I 采集卡 Y G K A D 采集负载压力信号，通过负载计算机软件计算得到真 实压力值。流量通过流量传感器输出为脉冲信号 ，经 模拟调理及航空插头板转接，送入研华 1 6位可编程 P C L 一 8 3 6 计数卡采集，根据流量与脉冲信号的频率成 正比的关 系 ，计算 得到流量 值。负载计 算机通过 Y G K D A卡生成信号给 L 2 9 2电流驱动板 ，从而控制 比例节流阀，同时生成 4～ 2 0 m A电流信号驱动水 比例阀。其 中 1 2 9 2电流驱动板接 2 4 V直流 电源 ， 用 于 比 例 调 压 ，输 出 端 L A 1 接 红 线 和 L A 1 5 接黑线 与 比例节流阀相连。液压负载模拟系统 采用模糊 P I D控制算法作为控制策略。在压力控制 模式下 ，比较采集 的压力值与指令 ，利用控制策略 计算控制值 ，驱动板输 出控制信号给 比例节流阀实 现压力控制。流量控制模式下则 比较采集 的流量值 与指令 。 负载 模拟 控 制 台 计 算机 H 竺 兰 至 至 一 懦 航 空 插 头 板 水 比例 阀 散热器旁 通 阀 散 热 器 图3 系统计算机控制结构原理图 3 系统软件设计 液压负载模拟系统采用研华工控机，监控软件使 用 L a b Wi n d o w s C I 开发 。该 监控 软件 可 实现 对试 验 的实时监测与控制，在试验过程中，能完成数据的采 集与保存，并用曲线或其他形式实时显示 当前数据。 试验主界面主要由控制量曲线、试验方式选择 、文件 参数选择、手动试验参数设定、试验数据保存、试验 控制控件、剖面试验信息和控制时间显示区域等组 成。液压负载模拟系统程序采用顺序结构和选择结构 园 一 理 、f一 ■ 一 6 2 机床与液压 第4 2卷 相结合的方式设计 ，以利于系统使用和维护。系统 程序流程图包括初始化、试验方式选择 、参数设置及 系统试验等 4个部分。其中，初始化包括故障诊断、 实时通信等；试 验方式选 择包括控制方 式的选择 本地或远控 、控制模式的选择 手动或 自动 、控 制对象的选择 压力或流量 ；参数设置主要包括传 感器标定参数和控制参数；PQ曲线测定、定转全 流量试验 、全转扫描、系统的动态响应特性等系统试 验则采用选择结 构并 入程序流程 中。 4系统试验 液压负载模拟系统调试阶段可使用正弦信号、阶 跃信号或三角波信号进行反复测试 ，以调整控制参 数 ，使其满足实际要求。图4所示为某一瞬态下系统 的压力 一时间曲线 ，图5所示为某一瞬态下系统的流 量 一时间曲线。由图4和图5可以看出目标值曲线 和实际值 曲线 较为吻合 ，控制效果令人满意 。 ．曼 目 ● 蛔1 蟪 图4 系统某一瞬态下的压力 一时间曲线 图 5 系统某一瞬态下的流量 一时间曲线 5结束语 工程应用表 明 所研制 的液压负载系统能够模拟 飞机液压 功能子系统工作时 的压力或流量 ，系统满足 试 验要求 ，模拟真实 ，性能稳定 ，为飞机液压系统 的 原理验证、试验仿真等提供了良好的试验平台。 参考文献 【 1 】 李艳军． 飞机液压传动与控制[ M] ． 北京 科学出版社 ， 20 0 9． 【 2 】 颜建峰． 飞机液压试验台监控系统的设计与实现[ D ] ． 南京 南京航空航天大学， 2 0 0 7 ． 【 3 】 P E I R u n s e n ， Y U A N Z h a o h u i ， J I A N G H u u n ． S t u d y o n F l o w ／ P r e s s u r e S i mu l i o n S u b s y s t e m f o r Ai r c r a f t H y d r a u l i c En e r g y S y s t e m B a s e d o n F u z z y P I D C o n t r o l [ C] ／ ／ P r o c e e d i n g s o f I E EE 2 0 1 1 1 0 t h I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n E l e c t r o n i c Me asu r e m e n t ＆I n s t r u m e n t s I C E MI ’ 2 0 1 1 ， 2 0 1 1 ． 【 4 】 江辉军 ， 安玉娇， 袁朝辉． 飞机液压系统流量压力负载模 拟[ J ] ． 航空学报， 2 0 1 1 ， 3 2 7 1 3 5 71 3 7 0 ． 【 5 】 袁朝辉 ， 马科， 江辉军． 某型飞机液压能源系统原理验证 试验系统设计[ J ] ． 测控技术， 2 0 1 0 ， 2 9 6 4 85 3 ． 上接第 1 2 8页 取向上一个仰角安装 ，利于冷凝在钢管管壁上的润滑 油 回流到发 电机轴承油槽 内。 整个装置合理地利用了压力较高的发电机空气冷 却的循环风向轴承油槽内进行补气 ，防止油雾分离器 从轴承油槽内抽取油雾时造成轴承油槽 内气压降低， 影响油雾分离效果。由于补气钢管的开口位于发电机 循环风风路中的高压区，发电机轴承油槽内的油雾不 会从补气钢管 中泄漏 出来 。 2 结束语 该油雾收集装置无须使用专门的辅助补气装置 ， 利用发电机循环风实现 自然补气 ，无须附加气源。利 用简单的方法维持了发电机轴承油槽内的气压平衡 ， 使空气流通顺畅，提高了油雾分离效果。 由于补气的风量很小，不影响发电机整体的通风 冷却效果，整个装置结构简单，安装方便，占用空间 小，非常适宜在密闭的、结构紧凑的水轮发电机中使 用 。 参考文献 【 1 】 粱维燕 ， 邴凤山， 饶芳权 ， 等． 中国电气工程大典 第 5 卷 水利发电工程[ M] ． 北京 中国电力出版社 ， 2 0 1 0 ． 【 2 】 机械设计手册编委会． 机械设计手册[ M] ． 北京 机械工 、 l 出版社 ， 2 0 0 4 ． 三一液压挖掘机高新技术标准化试点通过验收 2 0 1 3年 1 2月底，昆山三一重机液压挖掘机高新技术标准化试点和双桥传感器公司战略新兴产业标准化试点创 建工作 ，顺利通过了由南京工业大学、南京理工大学组成的评审专家组验收。 来源中国路面机械 网