某型装备液压调平系统测试设备的硬件设计.pdf

2 0 1 1年6月 第 3 9卷 第 1 2期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAULI CS J u n ．2 0 1 1 V0 l _ 3 9 No ． 1 2 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 1 ． 1 2 ． 0 1 3 某型装备液压调平系统测试设备的硬件设计 马久河，何循来，陈东根 军械工程学院火炮工程系，河北石家庄0 5 0 0 0 3 摘要介绍某型装备液压调平系统测试设备的基本组成，拟定其硬件设计的基本原则，重点介绍硬件设计的实现 ，包 括传感器工装设计、主机硬件设计以及硬件电磁兼容性设计。 关键词液压调平系统 ；测试设备 ；硬件设计 中图分类号 T P 2 7 7 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 1 2 0 4 1 4 Th e Ha r d wa r e De s i g n o f t h e M e a s ur i n g App a r a t us o f t he Hy d r a ul i c Fl a t t e ne d S y s t e m f o r Ce r t a i n Ar ma me n t Eq u i p me nt MA J i u h e ，HE Xu n l a i ．CHE N Do n g g e n D e p a r t m e n t o f G u n s E n g i n e e ri n g ，O r d n a n c e E n g i n e e ri n g C o l l e g e ， S h i a z h u a n g H e b e i 0 5 0 0 0 3 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e b a s i c c o mp o n e n t s o f t h e me a s u ri n g a p p a r a t u s o f t h e h y d r a u l i c fl a t t e n e d s y s t e m f o r c e r t a i n a r ma me n t e q u i p me n t w e r e i n t r o d u c e d ．T h e b a s i c p rin c i p l e o f i t s h ard wa r e d e s i g n w a s c a r r i e d o u t ．T h e e mp h a s i s wa s o n i n t r o d u c t i o n t o t h e r e a l i z a t i o n o f t h e h a r d w a r e d e s i g n，i n c l u d i n g s e n s o r s ’ s e t t i n g t o o l d e s i g n，ma i n ma c h i n e h a r d w a r e d e s i g n a s we l l a s h a r d w a r e e l e c t r o ma g n e t i s m c o mp a t i b i l i t y d e s i g n ． Ke y wo r d s Hy d r a u l i c fl a t t e n e d s y s t e m；Me a s u r i n g a p p ara t u s ；Ha r d wa r e d e s i g n 某型装备液压调平系统可对该装备炮床进行 自动 调平，进而确保火力打击的精度。该装备液压调平系 统集机械、液压、电气 、电子、传感器等技术于一 体，利用传统方法对其进行性能检测，要求测试人员 既熟悉其原理又要具有丰富的维修经验 ，而且其管路 压力、液压缸动作速度等参数很难测试 ，为此 ，开发 了该装备的液压调平系统测试设备，可在装备不解 体、不改装的条件下 ，完成该装备液压调平系统的性 能检测。该测试设备的原理框图如图1 所示。该测试 设备可同时对该型装备液压调平系统多个测试点的液 压管路压力、液压缸动作速度及位移 、调平精度及保 持情况、放大器输入输出等参数共计 2 2路信号进行 实时测量 。 传感器及相 测试单元 应 调理电路 信 号采 集 信 号处 理 系统及辅 系 一 犏 I l ； 助 电 路 管 网 卜＼ 采 处 理 器 l I d | ‘ l 卜 ＼ 集 放一 卡 I 软 件 l - { 曩 传 I l 电 源l 图 1 测试设备的原理框图 调平系统测试设备采用压力传感器检测油管压 力 ，这种传感器可夹持在液压管路中，利用液压油流 经管路时，管壁产生的应变获得压力信号，该信号经 电荷放大器进行放大、滤波等处理后，最终输出标准 信号电压，便于采集卡进行信号采集；采用位移传感 器获取液压缸活塞运动位移与时间的关系曲线 ，并通 过软件方式对该曲线进行微分 ，最终获得液压缸活塞 运动速度 ，位移传感器内置信号调理单元 ，具有较强 的抗干扰能力 ，同时，对3 个液压缸位移变化信号的 采集可以检测调平精度的保持情况；采用倾角传感器 检测调平精度情况 ，并可配合位移传感器的位移采集 功能进一步检测调平精度的保持情况 ，当发现调平精 度不符合要求时，可通过电量变送器采集调平放大器 各电路板电量参数 ，从而分析故障原因、定位故障部 位。系统工作后 ，可实时采集各传感器信号 ，各传感 器信号通过采集卡输入微处理器，通过液压测试软件 对各信号进行处理，将测试结果反馈给用户。 1 硬件设计的基本原则 型装备液压调平系统测试设备的硬件设计主要遵 循如下原则 1 “ 通用化、系列化、模块化、标准化”原则 该型装备调平系统测试设备的研制 ，尽量采用通 收稿 日期 2 0 1 0 0 61 9 基金项 目军队科研项 目 作者简介马久河 1 9 7 5 一 ，男，硕士，讲师，主要从事火炮检测与维修的技术研究。电话1 3 8 3 3 4 5 3 1 8 6 ，Em a i l m j h x h y 1 6 3 ． t o m。 4 2 机床与液压 第 3 9卷 用化 、系列化、模块化、标准化，成熟、可靠的产品 进行集成，在有效保证系统可靠性的同时，最大限度 地满足液压调平系统维护和保养的需要。 2 系统功能的完备性和可扩展性原则 该型装备调平系统测试设备的研制 ，必须保证最 大限度地满足该装备调平系统不同维修级别对检测功 能的需要 ，提高该系统技术保障的快速性、准确性， 同时要兼顾该装备的技术特点和发展趋势的需要 ，在 调平系统测试设备的硬件设计上必须具备功能扩展特 性，以满足不断发展的装备技术保障的需要。 3 安全性原则 该型装备调平系统测试设备的硬件设计，要充分 考虑使用对象多样化的特点，进行容错功能、防插错 功能设计 ，以保证设备使用过程中的安全性。 2 测试设备的硬件设计 该型装备调平系统测试设备的硬件设计主要包括 传感器工装设计、主机系统硬件设计以及硬件电磁兼 容性设 计 。 2 ． 1 传感器工装设计 测试设备通过压力、位移、倾角、电量传感器测 量调平系统各状态参数。除压力传感器外 ，各传感器 均需通过工装与装备结合，为此设计 了位移传感器、 倾角传感器及电量传感器工装。由于传感器工装设计 涉及的内容较多，这里仅对位移传感器及 电量传感器 工装的设计作以简要的介绍。图2所示为位移传感器 工装在装备上的安装示意，图3所示为电量传感器工 装在装备 上的安装示意 。 图2 位移传感器工装在装备上的安装示意 电量传感器工装壳体 壳 体观 察 孔 测 量 芯板 航 插 器 本体 图3 电量传感器工装在装备上的安装示意 通过位移传感器工装将位移传感器安装到装备 上，以便测量液压缸的位移和速度。该位移传感器为 拉绳式，其工装的设计必须满足位移及速度测量的基 本要求 ，即位移传感器本体及拉绳 自由端必须固定牢 靠 ，以便液压缸工作时传感器不能松动或有位移发 生；传感器本体及拉绳尽可能平行于液压缸，以便测 试信号能真实反映液压缸位移和动作速度。根据上述 要求 ，工装的设计必须确保位移传感器本体上端平面 的水平度可调节，后端面与水平面的铅垂度可调节， 且位移传感器拉绳 自由端工装可调节拉绳自由端的安 装位置，其可调半径应大于炮脚安装孔的半径。依上 述分析，设计了位移传感器工装。该工装由两大部分 组成 ，固定位移传感器本体的部分为组合件，其利用 炮脚耳进行固定 ，固定后可对传感器本体进行两个 自 由度的角度调节，以便确保传感器与液压缸的平行； 固定拉绳 自由端的部分为组合件 ，其被安装到活塞杆 尾端履板孔上 ，可同时进行两 自由度的距离调节 ，其 可调半径大于活塞杆尾端履板f L f L 径 ，以确保拉绳与 液压缸平 行 。 电量传感器工装需将调平放大器各电量信号引入 主机信号板各 电量传感器上，以便进行电量信号测 量。设计的电量传感器工装安装到放大器本体上 ，其 壳体与放大器本体结合牢靠 ，通过壳体内部的三个信 号测量芯板将放大器各电路板的电量信号引出；为便 于信号测量芯板上的探针与放大器电路板各测试孔的 插接，电量传感器工装壳体内设计有芯板导向槽 ，各 芯板可进行一定范 围的三 自由度调节 ，且工装壳体上 制有观察孔 ，在信号板与测试孔插接时便于观察，壳 体上 4芯航插将芯板引出的信号引人到主机信号 板各电量传感器上。 2 ． 2主机 系统硬 件 设计 主机硬件主要由信号板 、采集卡、主机板、显示 屏及逆变器、电源、机箱及附件等组成。 信号板用于将各被测信号引入到采集卡中。根据 测试系统的设计要求，需要采集 2 2路信号 ，其中非 电量信号的传感器变送器尺寸较大，可将其放置在主 机外，而电量信号需要的电量变送器尺寸较小，可将 其安装在信号板上。 考虑到采集卡最大具有 1 6路模拟信号输入 ，而 实测信号有2 2路 ，必须采用微继 电器控制才能满足 采集卡要求 ，该信号板设计为数字信号驱动微继电器 从而控制信号的采集批次。根据信号类别，结合软件 设计要求和调平系统测试的便利性，确定微继电器控 制电路通断时信号采集类别和微继电器控制电路的数 量。信号板将全部 2 2路信号引入到采集卡输入端， 各信号在进入采集卡前均进行了滤波处理及电压 比例 适配处理 ，信号板上所有元器件均经过计算并结合实 4 4 机床与液压 第 3 9卷 在设计主机电源时，提出的纹波要求为 0 ． 5 ％， 该纹波系数能满足绝大部分测试信号的技术要求 ，但 无法实现对个别小信号的识别 ，为此需要对电源进行 硬件滤波处理 。该滤波处理主要是对电源各分模块 增加共模电感和输出电容 ，所增加的共模电感和输出 电容参数均经过理论计算并利用示波器进行反复测 试 ，以确定最佳滤波方案。表 1 为对电源各模块增加 的电感和电容 ；表 2为电源改进前后各输出单元的纹 波极值。由表 2可知 各直流输出模块的纹波降低了 一 个数 量级。 表 1 对电源各模块增加的电感型号和电容大小 输入电压／ 电流增加共模电感的型号 增加的输出电容 表2 电源改进前后各输出单元的纹波极值 机箱结构对系统电磁兼容性的影响十分明显 ，需 通过试验进一步改进机箱结构 以获得 最佳 的电磁兼 容 性。对机箱的改进主要有如下两个方面 1 改进机箱散热孔结构 最初设计的机箱散热孔为直通式 ，主要是考虑直 通式散热孔散热效果明显，但调平系统工作时，大功 率设备的电磁辐射会通过这些直通式散热孔加载到机 箱内部，并与机箱内部各导线、电路板耦合，为此必 须改进散热孔结构 。具体方法是将直 通式散 热孔改为 百叶窗式散热孔 ，散热孔 长度 由3 0 m m增加 为 5 0 m m，但散热孔宽度减小且隐藏在百叶窗内，这种改 进方法不仅会改善机箱的电磁兼容性，同时具备了较 好的防尘效果，有利于装备野战检测及维护。散热孔 结构如图8所示。 2 改进机箱内部结构 最初设计的机箱内部隔板厚度较薄 ，高度较低， 位于隔板前部的机箱电源对位于隔板后部的信号板及 航插板各信号线的影响较大，为此须增加隔板厚度、 提高隔板高度，从而降低隔板前后的电磁互扰。对于 主机 电源 的输 出端 子应 加 以屏 蔽 ，为此设 计 了 主机 电源输出端子电磁屏蔽罩 ，以屏蔽主机电源输出端 子的电磁辐 射。改进后 的机箱 内部 结构如 图7所 示 。 此外，还要做好机箱的接地处理、接线的归类处 理 、走线的电磁兼容性布局 ；机箱内部的信号线均 采用电磁屏蔽线使机箱内部的电磁互扰尽可能降低 ； 对信号板的输入输出端进行滤波处理等。图 9和 1 0 分别为硬件电磁兼容性处理前后倾角信号零度时的波 形 。 图9 硬件电磁兼容性处理前倾角信号零度时的波形 图 1 0 硬件电磁兼容性处理后倾角信号零度时的波形 3 结束语 文中介绍了某型装备液压调平系统测试设备的基 本组成。对该测试设备硬件设计的基本原则进行了规 划 ，重点介绍了该测试设备硬件设计的实现，包括传 感 器工装 的设计 、主机系统的硬件设 计 以及硬件的电 磁兼容性设计，为该装备液压调平系统的性能检测和 故 障诊断提供 了新 的硬件技术平 台。 参考文献 【 1 】 北京盛博协同科技有限公司． L X 一 3 0 6 0 技术手册， 1 ． 6 版 本[ M] ． 【 2 】 周岐荒 ， 龚东军， 谢淑莲．数控装置的电磁兼容性测试 与设计[ J ] ． 金属加工 ， 2 0 0 9 2 1 6 2 6 3 ． 【 3 】 杨晓玲． 医用开关 电源的电磁兼容性设计[ J ] ． 中国医 疗器械杂志， 2 0 0 9 ， 3 3 5 3 5 1 3 5 3 ． 【 4 】 徐晓莹 ， 张艳凤， 张秀然．电缆线路电磁兼容性屏蔽接 地技术[ J ] ． 重庆工学院学报， 2 0 0 9， 3 3 5 3 5 1 3 5 3 ．