多功能综合液压泵试验台的研制.pdf

设计与制造 2 0 1 2 年 第3 期 总 第1 1 9 期 机械研究与应用 多功能综合液压泵试验台的研制 许松 ， 陈浩 ， 孙 启顺 空军第一航空学院， 河 南 信 阳4 6 4 o o o 摘要 研制了飞机液压泵综合测试台， 介绍了试验台的组成、 工作原理、 主要技术方案； 主要阐述以计算机控制技术 为核心， 集状态监测、 数据采集处理为一体的液压泵综合测试 系统的设计过程， 该型试验台工作稳定可靠， 能 完全满足飞机 液压泵性 能技术要求 。 关键词 飞机 ； 液压泵 ； 测试台 中图分类号 l I -B8 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 7 4 4 1 4 2 0 1 2 0 3 一 O l 1 8 一 O 3 ． I 1 l e d e s i g n o f m u l t i -f u nc t i o n a l c o mp r e he n s i v e h y dr a u l i c pu m p t e s t - be d X u S o n g ， C h e n H a o ， S u n Q i s h u n F i r s t a e r o n a u t i c a l i n s t i t u t e o fa i r f o r c e ， X i n y a n g t t e n a n 4 6 4 0 0 0， C h i n a Ab s t r a c t A c o mp r e h e n s i v e t e s t b e d a i r c r a f t h y d r a u l i c p u mp i s d e v e l o p e d，t h e c o mp o s i t i o n o f t h e t e s t b e d，t h e w o r k i n g p r i n c i - p i e，t h e ma i n t e c h n i c a l p r o g r a m a r e i n t r o d u c e d ；Ba s e d o n t h e c o mp u t e r c o n t r o l t e c h n o l o g y ，t h e d e s i g n p r o g r a mme i s e x p o n d e d f o r t h e h y d r a u l i c p u mp t e s t s y s t e m w h i c h i n t e g r a t e d t h e s t a t u s mo n i t o r i n g a n d d a t a a c q u i s i t i o n p r o c e s s i n g ，t h i s t y p e o f t e s t r i g i s s t a b l e a n d r e l i abl e ，a n d i s abl e t o f u l l y me e t t h e t e c h n i c a l r e q u i r e me n t s o f t h e a i r c r a f t h y d r a uli c p u mp p e rf o r manc e ． Ke y wo r d s a i r c r a f t ；h y d r a u l i c p u mp ；t e s t b ed 1 引 言 现代飞机液压部附件具有型号发展快、 精度高、 工况环境要求严格的特点， 对检测设备提出了更高的 要求⋯ 。检测设备必须适用型号范 围广 ， 测试精度 高， 防污染措施严密， 对人员的操作技能要求低， 具备 检测数据自动记录、 批产品性能分析和故障诊断、 操 作过程监控等功能【 2 ] 。检测设备还应有较强的扩展 性 ， 便于升级改造 ， 具有可持续发展能力。 “ 多功能综合液压泵试验 台” 是根据飞机液压泵 的专用 技术条件 和 试验大纲 而设计的 J ， 它以 数字计算机为核心， 集状态监测、 数据采集处理为一 体的液压泵综合测试系统 。其 主要功能是利用工业 控制计算机对飞机液压泵进行实时控制、 数据采集与 处理、 工况转换 ， 可 自动完成飞机多种型号液压泵性 能的测试和调整。 2主要技术指标 供电电源 交 流电源 3 8 0 1 0 V ， 5 0 5 ％H z ， 1 l O k W； 直流电源 2 7 3 ％V。 工作介质 Y H 一 1 2或 Y H 一 1 5 航空液压油。 系统油液清洁度 G J B 4 2 0 8 7 ， 4 级以上。 性能指标为转速 0 8 0 0 o r ／ m i n ， 无级可调 ； 流 量为 0 2 2 0 L ／ m i n ； 压力为 03 2 M P a 。 3 技术方案 3 ． 1 基本组成 多功能综合液压泵试验台 由飞机液压泵计算机 辅助综合测试系统操作台 中央控制台 、 液压管路 和被测液压泵安装台架两大部分组成 。 飞机液压泵计算机辅助综合测试系统操作 台， 台 上安装计算机主机、 外设 显示器、 打印机等 、 板卡 、 各种模拟 量仪表 压 力、 流量、 温度 、 转 速、 电流、 电 感 、 电容等 ， 具有较强的抗震、 抗干扰能力。中央控 制台上设有各种操作开关、 按钮。手动操作模 式下 ， 电机的启动停止 、 管路状态的转换通过飞机液压泵计 算机辅助综合测试系统操作台面板上的按钮实现， 电 机转速通过变频器调节。系统压力通过 比例 阀调节 旋钮调节。系统的状态参数、 被测试产品的性能参数 通过显示仪表显示 ， 人工记 录， 并 由操作 人员通过人 工描点生成液压泵工作特性曲线 ， 人工完成液压泵性 能测试报告。 自动操作模式下 ， 计算机 自动控制变频 电机的启动停止、 管路状态的转换 、 系统压力 的调节 ， 自动检测并记录系统的状态参数、 被测试产品的性能 参数， 并通过计算机显示屏 自动生成液压泵工作特性 曲线， 自 动完成液压泵性能测试报告。 液压管路和被测液压泵安装 台架用于安装驱动 电机、 电液比例阀、 压力传感器、 流量传感器、 各类油 泵转接座 、 油液加温装置、 油液冷却装置管路 、 油滤、 油箱等附件。两部分相互独立， 通过控制电缆和信号 电缆进行通讯。 系统内部按功能可分为液压传动与控制子系统 和工业控制计算机子系统 包括硬件和软件 两大部 收稿 日期 2 0 1 2 - 0 4 1 5 作者简介 许松 1 9 7 3 一 ， 男， 河南信阳人， 副教授。 硕士， 主要从事航空维修工程方面的科研和教学工作。 11 8 机械 研究与应用 2 0 1 2 年 第3 期 总 第1 1 9 期 设计与制造 分 。在测控软件 的支持下 ， 硬件系统控制液压回路实 现试验工况 的自动建立、 转换和数据采集处理 。 1 液压传动与控制部分液压传动与控制部 分 由液压泵驱动系统、 液压油箱、 油箱增压系统 、 油液 温度控制装 置、 油 液净化 与污 染度 检测装 置 、 仪器 表 计量校验接 口和液压控制 回路等七部分组成。 飞机液压泵综合测试台的工作原理如图 1 所示。 2 0 吨 2 1 广 L 2 2, 。 l 虹 亟 ⋯ j l 中。 2} L 图 1 飞机液压泵综合测试台的工作原理图 1 ． 温度 表2 ． 增压 阀3 ． 安全 阀4， 1 2， 2 2 ， 2 3 ， 2 4 ． 油滤 5 ， l 4 ， l 7 ， 1 8 ， 3 3 ． 压力表6 ． 交 流变频 电机7 ． 液压泵8 ． 蓄压 器9， 3 4 ． 单 向活 门 l O。 1 9 ． 安全活 门l 1 ， 2 1 ． 电液 比例 调压阀1 3 ． 油箱1 5 ． 单向活门1 6 ． 液压电磁阀2 o ， 3 O ， 3 1 ． 气体 电磁阀 2 1 ． 安全 阀2 5 ． 油箱2 6， 2 8 ， 3 6 ． 电液比例换 向阀 2 7 ． 单 向活门2 9 ， 3 2 ， 4 2， 4 3， 4 4 ， 4 5 ， 4 6 ． 开关3 4 ． 单 向活门 3 5 ． 溢流阀3 7 ， 3 8 ， 3 9， 4 0， 4 1 ． 节流器4 7 ． 增速箱 ① 液压泵驱动系统主要 由两套液压泵、 变频器 、 交流变频电机、 增速箱 、 输 出传动轴转换箱转速传感 器组成 。该部分 的功能主要是用来满足被2 贝 4 液压泵 对转速及驱动功率的需求， 通过调节变频器的设置频 率 ， 驱动变频调速 电动机按照对应 的转速运 转 ， 经变 速箱增速后达到被} 贝 4 液压泵所要求的转速 ， 用以驱动 被测液压泵运转 。 ② 液压油箱主要用 以储存油液 ， 满足液压泵试 验对人 口压力和油温 的需要。液压油箱 主要 由大油 箱和小油箱组成 ， 油箱 内充有足够重量的 Y H一 1 2液 压油， 在油箱上设有增压 口、 加油 口、 安全放气活门 等 ； 大油箱上安装有液压油加热器、 主回油 口、 壳体回 油 口， 底部设有吸油管 口和重力放油 口。小油箱用于 集中回油， 便于对回油管路油液的净化处理。 ③ 油箱增压部分利用高压氮气 或空气 经减压 后 ， 通过增压 口给油箱内增压。油箱 的增压压力由气 体比例减压阀2 1 无级调节 压力调节范围0～ 1 2 k g ／ o m ， 以满足不 同类 型液压 泵在不同测试项 目下对 于人 口压力的要求。气体电磁阀 2 0控制进气路的通 断 ， 气体电磁 阀 3 0控制 油箱泄压。当增压压力超差 时 ， 可通过安全活门泄压。 ④ 油液温度控制系统。油液温度控制系统由加 热和冷却两部分组成。油箱内油液的温度通过计算 机控制加热器 电路 的通断、 电磁水 阀的通断 自动完 成 ， 不需人工干预。 ⑤ 油液净化与污染度检测装置。为了确保系统 油液污染度达 到 G J B 4 2 0 8 7规定 的 4级 以上 ， 除 了 在系统的吸油管路、 出油管路和回油管路设置较高过 滤精度的滤油器和污染度超标报警装置之外 ， 还设置 了独立的油液循环过滤系统。油液循环过滤系统可 在非测试模式 下对系统 油液循 环过滤 ， 并 可在线显 示 、 打印输出油液污染度状态。 2 液压控制回路主要包含压力控制调节部分 、 流量检测部分 、 油温控制调节部分等。 该回路的特点是利用变频调速电机、 电液 比例溢 流阀等机 电液一体化元件 ， 接收计算机系统指令 ， 实 现计算机对被测对象转速 、 压力、 流量 、 油液温度等参 数闭环控制和状态切换。数据采集 系统通过各种传 感器 压力、 流量 、 转速、 油温 实时巡 回监测液压泵 及其液压系统的各种性能参数。 不同类型的液压泵， 不 同的测试项 目， 试验工况 各不相同。管路系统设计时， 充分考虑油泵测试 的通 用性和兼容性。液压控制 回路采用 电液转换的重要 元件一 电液比例调压阀 1 1进行压力调节。电液 比例 凋压阀 1 1根据计算机的指令电压 自动完成油泵 出口 压力的调节。油泵 出 口压力调采用 闭环控制 见 图 2 ， 确 保 压 力 调节 的准 确 性 压 力 调 节偏 差 0 ． 0 5 MP a 。测试系统管路的状态转换 由电液 比例换 向 阀 2 6 、 2 8 、 3 6自动实现。液压 电磁阀 l 6实现被测试 油泵的自动卸荷。油泵转速是 由变频器 和转速传感 器组成的闭环控制 回路实现转 速调节与控制 见图 3 ， 转速控制偏差 1 r ／ m i n 。在软 件的统一管理下 ， 各种调节阀协调工作 自动完成液压泵的测试。 图2 压力闭环控制 3 ． 2 硬件系统 由于i 见 0 试系统要实现工况 自动建立 、 转换和参数 检测。因此 ， 硬件系统主要 由工业控制计算机系统 、 带变送器的相应各类传感器、 通用型多功能 A ／ D和 D ／ A接口板、 继 电器端子板 、 变频调速器 等组成 ， 如 1 1 9 葑 ． 8 一 ～ 嚣 他 盯 轮 设计与制造 2 0 1 2 年 第3 期 总 第1 1 9 期 机{ 9 l i7 究与应用 图4所示。 强 n L ． ． ．．．．．，．．．．．．．．． ．．． ．． ．．． ．．．．．．．．．． ．． ． ．．．．．．．． ．． ．． ．．． ．．．． ．j 习 垂 速 kl 扳 图 3 转速闭环控制 印机显示器l l 键盘 i I鼠标 l 1磁盘 图4 计算机硬件系统 温度、 压力、 差压、 转速、 流量及电流传感器均带 变送器， 可输出O一 1 0 V 标准信号， 可直接与IY O接 口卡模拟量输人通道相连， 通过多路模拟开关， 巡回 进行数据采集 。 变频调速器的工作频率 决定油泵转速 和电液 比例压力 阀的设定压力可 由计算机送 出控制信号 ， 经 D ／ A转换和 I ／ O卡的两个模拟量输 出通道实现参数 控制。 4采用的主要技术方案 “ 多功能综合液压泵试验 台” 在满足产品 技术 条件 和 试验大纲 规定的测试需要的前提下， 本着 自动化程度高、 通用性强、 可扩充性强、 成本低、 使用 可靠、 维修方便、 简单安全、 检测准确的原则， 采用如 下技术方案。 1 利用计算机控制具有转速反馈的可编程变 频器控制高速变频 电机 ， 实现被测试 泵转速无级调 节。克服采用传统调速电机通过变速箱增速噪音大、 效率低等缺点。具有转速控制精确、 调速范围广 0 8 0 0 0 r ／ mi n ， 效率高、 噪音小、 可扩充性强等特点。 2 以数字计算机为核心 ， 利用计算机工业过程 控制、 电液比例控制、 电磁控制、 传感器技术、 虚拟仪 器等技术 ， 实现液压泵测试工况的 自动转换和系统压 力 、 流量、 温度等参数 的控制 和 自动调节 。具有检测 和控制精度高、 智能化程度高、 人机界面友好 人机 对话 、 操作提示均 以对话 框形式进行 、 操作维护方 便等特点 。 3 利用隔离、 远距离传输技术实现测试系统的 远距离控制 ， 也就是将动力装置及管路系统安装于远 离主控计算机的隔离舱 内， 实现系统的降噪。 4 利用计算机数据采集处理技术和传感器技 术 ， 实现液压泵输出参数和特性 曲线 的实时显示、 误 差分析， 可确保测试的准确性和可信度。 5 采用可更换 的油泵连接座， 使系统具有强大 的可扩充性， 通执行不同的测试程序和更换相应的油 泵连接座， 实现各种类型液压。 5 结论 该设备研制成功后， 已先后在航空兵部队、 工厂 进行了推广应用。应用结果表明， 该设备操作简便、 工作稳定可靠 ， 能对多种液压泵进行性能检测 ， 对提 高产品品质具有很强的实用性 ， 能够提高液压泵工作 的可靠性， 降低系统的故障率， 确保 日常训练、 作战任 务的完成 ， 具有较大 的军事 、 经济效益 。 参考文献 [ 1 ] 雷天觉． 新编液压工程手册[ M] ． 北京 北京理工大学出版社， 1 9 9 8． [ 2 ] 马明建． 数据采集与处理技术[ M] ． 西安 西安交通大学出版社， 2 0 05 ． [ 3 ] G J I M5 0 8 8 装备研制与生产的可靠性通用大纲． 实施指南[ s ] ． 上接 第 1 0 3页 控 ， 提供 了一种新方法 。 参考文献 [ 1 ] 张魁． 盾构机盘形滚刀作用下岩石破碎特征及滚刀振动特性 [ D ] ． 长沙 中南大学 ， 2 0 1 0 ． [ 2 ] 屠昌锋． 盾构机盘形滚刀垂直力和侧向力预测模型研究[ D ] ． 长 沙 中南大学 ， 2 0 0 9 ． [ 3 ] 宋克志， 王本福． 隧道掘进机盘形滚刀的工作原理分析[ J ] ． 建 筑机械， 2 0 0 7 4 7 1 - 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