直升机液压附件综合测试系统的关键技术应用研究.pdf

2 0 1 4年 5月 第 4 2卷 第 1 0期 机床与液压 MACHI NE T OOL ＆ HYDRAUL I CS Ma v 2 01 4 Vo 1 ． 4 2 No ．1 0 DO I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 4 ． 1 0 ． 0 5 6 直升机液压附件综合测试系统的关键技术应用研究 王秀霞，刘书岩，刘湘一，胡国才，王允良 海军航空工程学院飞行 器工程 系，山东烟台 2 6 4 0 0 1 摘要直升机液压附件综合测试系统的总体要求是提高可靠性 ，提高测试精度及综合化 自动化水平。测试系统的液压 管路系统通过油液污染控制与管理，可以保证可靠性和延长使用寿命。基于 L a b wi n d o w s ／ c V I的虚拟仪器技术和 P L C技术 的应用以及多线程数据采集技术、传感器技术的应用，可以提高综合测试系统的测试精度和 自动化水平。 关键词直升机液压附件；综合测试系统；虚拟仪器；污染控制；P L C 中图分类号T H1 3 7 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 4 1 01 8 4 3 Ke y Te c hn i qu e s Ap pl i e d t o He l i c o pt e r Hy dr a ul i c Co mp o ne nt s Te s t S y s t e m WANG Xi u x i a， LI U S h u y a n， L I U Xi a n g y i ， HU Gu o c a i ，W ANG Yun l i a n g N a v a l A e r o n a u t i c a l a n d A s t r o n a u t i c a l U n i v e r s i t y ，Y a i t a i S h a n d o n g 2 6 4 0 0 1 ，C h i n a Ab s t r a c t T o a c h i e v e h i g h r e l i a b i l i t y a n d l o n g l i f e s p a n o f h e l i c o p t e r h y d r a u l i c t e s t s y s t e m ， o i l c o n t a mi n a t i o n c o n t r o l wa s c a r r i e d o u t ． T o i mp r o v e t e s t p r e c i s i o n a n d i n t e l l i g e n c e ， s o me a d v a n c e d t e c h n i q u e s w e r e a p p l i e d， s u c h a s v i r t u a l a p p a r a t u s b a s e d o n L a b W i n d o ws ／ C Vl ， P L C，a d v a n c e d d a t a c o l l e c t i o n a n d s e n s o r ． Ke y wo r d s He l i c o p t e r h y d r a u l i c c o mp o n e n t s ； S y n t h e t i c t e s t s y s t e m； Vi rtu a l a p p a r a t u s ； C o n t a mi n a t i o n c o n t r o l ； P r o g r a mma b l e l o g i c al c o n t r o l l e r 直升机液压附件的种类和数量多、配合精密、性 能指标要求比较高，但是由于各种原因，直升机液压 系统附件的生产厂家比较分散 ，没有为其附件产品给 用户配备相应的测试设备 ，目前使用的通过各种渠径 研制的液压附件测试设备可靠性 、综合化、自动化和 标 准化程度不高 ，面临技术改进与更新换代 。根据直 升机的技术支援需求以及机务保障要求 ，研制直升机 液压附件综合测试系统 ，可以提高直升机的机务保障 能力和保障水平。为提高或保证液压附件综合测试系 统的可靠性和使用寿命，在系统的研制中实现液压油 液污染综合控制与管理。基于L a b wi n d o w s ／ c V I 的虚 拟仪器技术的应用、P L C技术的应用以及多线程数据 采集技术的应用，提高了综合测试系统的测试精度和 自动化水平 。 1 液压油液污染综合控制与管理技术 1 ． 1 污染度控 制 国内、外大量研究证 明 工作介质 的污染度对液 压附件 的可靠性及工作性 能有很 大影 响 ，对 助力操 纵 系统附件 、自动驾驶仪舵机的可靠性影响最大。伺服 控制的换向阀是对污染物最敏感的元件。液压附件综 合测试系统作为液压试验设备 ，特别含有精密液压控 制元件 ，用来考核各种被试附件的性能，首先要保证 系统提供尽可能干净的液压油，采取各种措施降低油 液的污染度。除了设计阶段提高选用元件或回路的耐 污染水平、制造阶段重视元件零件的清洗等措施外 ， 过滤技术是污染控制最重要的一环。 在测试系统液压管路系统主供油泵和辅助泵的吸 油 口、油箱 出油 口安装 吸油过滤器，过滤精度 8 O m，用以保护油泵 ，避免其 吸入较大的机械杂质， 该吸油过滤器的通油能力大而阻力小。在主供油路的 回油路和辅助回油路上、在油箱回油口上装有 自封式 回油过滤器，截获回路中因元件磨损或外界侵入的污 染物，提高整个系统的清洁度，过滤精度2 0 m。该 过滤器上装有污染信号发讯器，通过 P L C传输信号， 在液压操作控制台上设有污染报警显示。在油泵出口 安装了一组过滤精度 1 0 m的高压过滤器。压力管 路上安装过滤器防止泵磨损下来的颗粒进入系统，当 泵严重损坏失效时，截获碎片防止下级系统发生故 障，它是 防止污 染物 进 入 系统 回路 的最 后 一级 过 滤 器 ；装有污染发讯器 ，在 液压操作 控制台上设有报警 显示 。 除了测试管路 中关键部位设置 内过滤器外 ，测试 系统又采取了外过滤技术 ，由辅助泵组成一单独的过 滤回路 ，对油箱内的油液进行循环过滤，不受主系统 压力和流量的影响，因而外过滤系统中采用低压 、高 精度和大压差的过滤器 ，并且在主系统不工作时可对 收稿日 期2 0 1 3 0 4 1 7 作者简介 王秀霞 1 9 6 9 一 ，硕士 ，副教授 ，主要从 事液压领域 的教学 和科研工作 。E m a i l w a n g x i u x i a l 0 2 s o h u ． c o m。 第 1 0期 王秀霞 等直升机液压附件综合测试系统的关键技术应用研究 1 8 5 油箱油液进 行 预净 化 ，防 止二 次污 染 ，有 效 地控 制 污染磨损的 “ 链式反应” 。其作用相当于地面设备里 的移动式过滤车 。 1 ． 2温度 控制 液压系统及油液的超温是液压系统故障的重要 来源 ，会加剧油 液 的污染 。整个 系统 及液 压 油液 温 度过高将会加剧各种密封装置的老化失灵 ，促使各 种 附件 、导管 的使用 寿命 严重 缩短 。采 取有 效措 施 控制液压系统及油液的工作温度 ，对提高系统 、附 件及介质的寿命 ，保证设备与附件工作正常具有重 要 意义 。 综合测试系统液压管路系统在辅助泵系统中使用 冷却能力较强的智能式油冷却系统。冷却器是该系统 的关键件，油冷却机具有独立的电气控制系统，确保 冷却后油箱工作液温度 控制在 3 5～ 4 5℃范 围内。油 冷却机组附有自动报警功能，可通过特定的方式及时 提醒用户对装置进行检修，以免机件损坏 ，确保测试 系统的可靠性 。 1 ． 3 液压管路 系统防气穴控制 校验柱塞泵时，需要测试校验液压泵壳体回油量 及流量压力特性。壳体回油量大小反映泵工作情况即 磨损程度，根据流量压力特性可以确定全流量压力、 零流量压力 ，判断泵的压力 、流量 能否满足正常工作 l 的需要 。采用通用液压泵校验台测试过程 中，出现柱 塞泵供油不足的故障现象，即使是完好的泵，测试时 在额定转速、额定压力条件下 ，供油量却达不到额定 值 ，考 虑柱塞泵 的 自吸能力差 的影 响。液压泵的 自吸 能力仅与泵本身的结构有关 ，航空用柱塞泵大部分是 阀配流结构，会因为自吸能力差、吸油不充分 ，造成 供油流量不足。 克服 自吸能力不足 ，设计柱塞泵测试 系统时尽量 增大柱塞泵吸油 口总压力。除保证吸油过滤器工作正 常，加大泵的吸油管路通径外 ，将油箱安装在液压泵 的高度之上，设置油箱油量报警指示。克服 自吸能力 不足最有效的方法是设 置辅 助泵供油 系统 ，利用辅助 泵系统将一定 压力 的油液输 送 到被 测柱 塞泵 的 吸入 口，通过一组5 ． 5 k W、9 0 L ／ m i n圆弧齿轮 输油泵 向 液压泵试验 台供低压油 。 测试系统液压管路系统采取防气穴控制设计 ，克 服柱塞泵 自吸能力不足，提高测试系统可靠性。 2 基于 L a b wi n d o w s ／ C V I 的虚拟仪器技术的应用 L a b Wi n d o w s ／ C V I 是一种虚拟仪器编程语言，它 以 A N S I C为核心，将功能强大、使用灵活的 c语言 与数据采集、分析和表达等测控专业工具有机地结合 在一起。它的集成化开发、交互式编程方法、丰富的 功能面板和库函数大大增强了 c语言的功能。虚拟 仪器的实质就是用户在通用计算机平台上，根据测试 任务需求，定义和设计仪器的测试功能，利用计算机 显示器的显示功能模拟传统仪器的控制面板，以多种 形式来表达输出检测结果，利用计算机强大的软件功 能来实现信号数据的运算、分析和处理，利用I ／ O接 口设备来完成信号的采集、测量和处理，从而完成各 种测试 功能。 直升机液压附件综合测试系统的测试程序开发环 境为 L a b wi n d o w s ／ c V I ，每个液压附件对应一个测试 程序。测试程序以动态链接库的形式供测试程序框架 调用。操作界面是测试程序运行过程中操作人员对测 试过程实施控制和测试结果显示的人机对话界面，系 统测试 程序操 作界面整体采用窗 口形式 ，界面内容如 告警灯、开关 、指针等内容完全图形化，界面元素本 着界面布局协调统一、控件美观大方、操作功能齐全 的原则设计 。 3 P L C技术的应用 由于该测试系统可能在舰载等恶劣的应用环境中 使用 ，因此要求测控元件 自身具备较强 的抗振、防 潮、耐热等性能，而且要尽量减少测控元件的数量， 从而提高整个测控系统的可靠性。为了满足上述要 求，测试系统在采用 P L C实现基本控制 、运算等功 能的基础上，还充分利用 P L C的通信、计时、计数 等其他多种功能。该测试系统通过 P L C的计时和运 算等功能实现系统中辅助泵状态的判断，以及辅助泵 的延时启动和延时停止 ；测试系统还通过 P L C的计 数功能，对脉冲输出型流量传感器的脉冲信号进行采 集 ；测试系统 的上位 机 通过 R S 2 3 2总线 实现 与 P L C 的通信，从而获取 P L C采集的油温、液位、油污等 报警信息，以及系统状态和流量数据，进而在上位机 中进行瞬时流量值、某个时间段内流量的计算以及信 息 的显示 。 由于利用 P L C内置计数器实现 了计数功能，避 免了重复采购独立 、昂贵的计数 板卡 ，在此基础上还 充分利用 了 P L C的通信 和计 时等 功 能 ，从 而实现 了 测控元件的进一步集成 ，提高了系统的可靠性 ，并在 一 定程度上降低了整个 测试系统硬件的费用。 4 线程池、异步定时器等多线程数据采集技术 的应用 在液压附件测试过程中，需要对压力、流量、转 速 、位移等多路信号进行实时的高速采集 ，并进行数 据的处理、绘图和显示等工作。如果采用传统的单线 程顺序执行的方式 ，则采集任务一旦开启 ，操作界面 将无法响应用户的操作 ，其后果轻则使系统的实时性 变差，出现系统 “ 假死”的现象；重则无法通过软 件控制系统的启停 ，产生不可预测的后果。 1 8 6 机床与液压 第4 2卷 多线程是指操作系统支持一个进程中执行多个线 程的能力。多线程技术涉及到两个基本的概念 进程 和线程。进程是一个具有一定独立功能的程序关于某 个数据集合的一次运行活动 ，常被定义为应用程序的 运行实 例。线程是指 进程 内部 的可 独立 执行 的单元 ， 是操作系统对系统资源的基本调度单位。多线程技术 中，当一个线程等待用户响应或大量计算结果时，另 一 个线程可以继续其他处理，使得进程总处于运行状 态 ，可随时进行响应，从而提高系统的响应效率。一 个 多线程 的应 用程序 实际上在其 内部 实现了多任 务扩 展，可以执行某些实时性或随机性很强的操作，提高 对C P U的利用率 ，加快程序 的信息处理速度。L a b Wi n d o w s ／ C V I 提供了两种多线程的实现方式 线程池 和异步定时器 。 对于不连续执行或在循环中执行的多个任务而 言 ，适合采用线程池 的方式进行多线程控制。根据 测试软件 的功能需求 ，可将测试 软件 的任务划分 为用户界面控制、数据采集 、数据输出、数据分 析 、数据显示 等。其 中将用 户界面控 制作为 主线 程 ，其余的功能作为次线程。这样多个线程可以同 时执行 ，既加 快 了系统 的反 应 速度 ，又 提高 了执 行 效 率 。 在执行时间间隔固定的多个任务时，适合采用异 步定时器的方式进行多线程控制。异步定时器利用 Wi n d o w s 多媒体定时器在指定的时间间隔调用执行函 数，其时间间隔较精确。对于测试软件 中油温、液 位、油污等报警信息的采集 ，如果采用线程池的方式 进行循环执行 ，则过 于占用 系统资 源 ，影 响其他 线程 的执行效率 ；如果采用异步定时器的方式进行间隔执 行 ，则既可减小对系统资源的占用，又可满足报警提 示的需要 。 5结束语 直升机液压附件综合测试系统的管路系统的可靠 性直接决定了整个测试的可靠性 ；采用液压油液污染 综合控制与管理技术 ，对系统进行污染度控制和温度 控制，以及采取防气穴控制设计，提高泵源测试系统 的可靠性；虚拟仪器技术的应用，提高了测试系统的 智能化水平；P L C技术的应用以及多线程数据采集技 术 的应用 ，提高 了综合测试 系统 的测试精 度和 自动化 水平 。以上关键技术 的应用解决 了直升机地面保障设 备可靠性不足和自动化水平不高的问题。 参考文献 [ 1 ]黄志坚 ， 袁周． 液压设备故障诊断与监测实用技术[ M] ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 6 ． [ 2 ]F L 1 6 5 0 G J B 1 7 7 2 - 9 3飞机液压系统及附件试验台通用规 范[ S ] ． 北京 国防科学技术工业委员会， 1 9 9 3 ． [ 3 ]徐延军 ， 龚烈航， 陆国胜． 某型飞机液压舵机微机测试系 统设计[ J ] ． 液压气动与密封 ， 2 0 0 2 3 2 6 2 7 ． [ 4 ]沈培辉 ， 陈淑梅， 胡步发． 液压泵性能测试的计算机智能 控制方法研究 [ J ] ． 福州大学学报 自然科学版 ， 2 0 0 4 ， 3 2 5 5 7 95 8 2 ． [ 5 ]马虎， 侯胜利， 曹国廷． 直升机某型舵机 自动测试系统设 计 [ C] ／ ／ 第二 十五届 2 0 0 9 全 国直升机 年会论文， 2 0 02 8 248 27． 上接第 1 9 3页 S e q 1 I 1】 S E N 2 【 2】P U L S E 2 【 3】 T 3 0 【 ‘】 V S 2 0 0 8 【 51 V 8 8 0 0 【 6】 H 一 【 7】 O F S -．- 5 0 【 8】 M H O M E f 9】 O U T 2． 1 【 1 0】 E N D a 回 原点 程序 S e q 2 【 1 1 S E N 2 【 2】P U L S E 2 【 31 E T I M E 8 0 【 ‘】 T 3 0 【 5】 V S 1 80 【 6 】 V 2 8 8 8 0 【 7 J D 1 8 8 8 0 【 8】 H 【 9 】 I N C 【 1 0 】 O U T 1 ． 1 【 1 1 1 E N O b 1 8 0 。翻 转 程序 图9 步进电机控制程序 4结论 可编程控 制器 P L C 的高可靠性 和抗干扰能 力 等优点，极大地提高了控制系统的运行可靠性；触摸 屏作为人机接口界面，提供了良好的人机操作界面。 可编程控制器 P L C技术和人机交互技术的协同设 计，保证了压力表机芯 自动装配线控制系统的可操作 性 ，增强了控制系统的操作性及灵活性 ，提供了完善 的实时监控功能。可编程控制电机的应用 ，弥补了 P L C 插补运动控制的不足，提高了系统运行的精度。该 自 动装配生产线已在企业投入使用，运行效果很好。 参考文献 [ 1 ]全国科学技术名词审定委员会． 压力表 [ O L ] ． h t t p ／ ／ w ． c n c t s t ． g o v ． e r r ／ i n d e x ． j s p ． [ 2 ]机械工程名词审定委员会． 机械工程名词 3 压力表机 芯[ M] ． 北京 科学出版社， 2 0 0 4 ． [ 3 ]陆春元， 缪玉芳 ， 吉孙佳， 等． 压力表机芯 自动装配生产 线的研究与设计 [ J ] ． 组合机床 与 自动化加工 技术， 2 0 1 3 1 2 1 4 51 4 8 ． [ 4 ]姜帆， 杨振宇 ， 何佳兵．自动化装配设备的总体设计 [ J ] ， 机电工程技术， 2 0 1 1 ， 4 0 7 1 3 1 1 3 3 ． [ 5 ]李绍炎 ， 钟健， 熊伟棠． 自动化装配生产线结构原理及节 拍优化设计[ J ] ． 深圳职业技术学院学报， 2 0 0 8 ， 7 1 2 22 4． 4 1 ． [ 6 ]崔剑平 ， 赵振， 王秋敏． P L C和触摸屏在控制系统中的应 用[ J ] ． 机械工程与 自动化 ， 2 0 0 7， 8 4 1 6 01 6 1 ． [ 7 ]严盈富． 监考组态软件与 P L C人门[ M] ． 北京 人民邮 电出版社 ， 2 0 0 6 ．