一種艙門安裝氣動助力裝置應用淺析

張程?李磊

摘 要 飛機艙門重量較大，安裝位置靠近飛機桶段偏下側(cè)，靠人力很難安裝，借助天車安裝，容易磕碰飛機，而且安裝孔位很難找正。為解決上述問題，設計一種移動式抓取助力裝置，通過助力裝置平衡掉艙門自身重量，艙門可在輕微外力作用下在有限范圍內(nèi)靈活移動，實現(xiàn)艙門快速安裝。

關(guān)鍵詞 氣動;助力;艙門安裝

1氣動助力裝置在飛機艙門安裝中的應用

1.1 概況

需要設計一款輔助裝置用于飛機應急門、貨艙門、服務門等各種類門在安裝時的提升、降低、移動和擺動功能，輔助完成艙門快速安裝。

1.2 總體設計及原理分析

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，設計一款移動式助力臂裝置。助力臂采用氣動控制，具體結(jié)構(gòu)如下圖所示：

（1）機械結(jié)構(gòu)。主要是通過大臂兩根管與立柱之間組成一個平行四邊形結(jié)構(gòu)，其上下運動使得大臂連接小臂能夠完成機械臂抓取貨物后的提升動作。

為大臂、小臂和手爪的上下運動提供動力的是大臂中間部位連接的氣缸。通過氣缸連桿的上下運動，帶動大臂從而帶動小臂和末端執(zhí)行器。

機械臂的左右回轉(zhuǎn)運動是兩個部分完成的：首先通過立柱上的旋轉(zhuǎn)副大臂可以完成旋轉(zhuǎn)動作，這是機械臂的整體旋轉(zhuǎn);另外，在大小臂的連接處通過一根豎直放置的軸連接，通過豎軸小臂可以繞著豎軸旋轉(zhuǎn)。從而使得機械臂的抓取動作更加方便，也進一步增加了機械臂的抓取范圍。另外，除了整體機械臂的旋轉(zhuǎn)外，為了抓取不同方向擺放的貨物，在小臂的豎直段設置一個旋轉(zhuǎn)副，用于末端執(zhí)行器繞小臂豎直段旋轉(zhuǎn)[1]。

（3）氣動控制系統(tǒng)。根據(jù)機械結(jié)構(gòu)，設計氣動控制系統(tǒng)，為機械結(jié)構(gòu)提供平衡力，實現(xiàn)移動式機械臂在空載、多個固定載荷情況下的完全平衡。同時，氣動控制系統(tǒng)包含真空抓取系統(tǒng)，可完成穩(wěn)定抓取工作。

壓縮空氣經(jīng)氣源處理及調(diào)壓、增壓后，進入氣控箱，為氣控箱內(nèi)的各元器件提供潔凈氣源。氣控箱內(nèi)主回路為一個帶先導口的精密調(diào)壓閥，精密調(diào)壓閥輸出壓力為P，輸入壓力為P1，先導口輸入壓力為P2。精密調(diào)壓閥排氣口設單向節(jié)流閥及常閉先導控制閥，該控制閥先導口受氣源控制，在氣源故障時，該控制閥關(guān)閉，精密調(diào)壓閥不能排氣，同時在輸入口前增設單向閥，以保證輸出壓力P在氣源故障情況下可以保持。P=P1+P2。精密調(diào)壓閥先導口前增設帶優(yōu)先級的雙氣控兩位五通閥，其輸出值即為精密調(diào)壓閥先導口輸入壓力P2。壓力P2由兩位五通閥前端的4個調(diào)壓閥確定，這4個調(diào)壓閥的輸入壓力均為P1，輸出壓力分別為P3、P4、P5、P6，輸出壓力值根據(jù)空載及負載重量在調(diào)試時確定并固化。空載取決于真空通斷，真空關(guān)閉時，通過控制回路邏輯關(guān)系，使兩位五通閥切換，空載回路貫通，P3=P2。本套控制系統(tǒng)可通過調(diào)壓實現(xiàn)三種固定重量產(chǎn)品的抓取平衡，重量范圍可為0-70kg內(nèi)的任意數(shù)值，通過調(diào)試固化。通過負載選擇開關(guān)，切換三種重量負載，控制相關(guān)回路切換兩位五通閥，即分別實現(xiàn)P4=P2、P5=P2、P6=P2三種壓力工況。根據(jù)空載、負載情況，最終會輸出一個壓力值P給主平衡氣缸，用于氣缸平衡。調(diào)壓閥，輸入壓力P1，輸出壓力P7，用于控制彎矩補償氣缸，同時彎矩補償氣缸受兩位三通閥控制，該閥的通斷取決于真空通斷，真空打開時，P7提供給氣缸;真空關(guān)閉時，補償氣缸功能消失。調(diào)壓閥，輸入壓力P1，輸出壓力P8，為兩個真空發(fā)生單元提供氣源，將正壓轉(zhuǎn)化為真空，用于真空治具吸附產(chǎn)品[2]。

2氣動助力裝置在飛機艙門安裝中的安全可靠性

氣動控制除在功能上提供可調(diào)平衡力，同時在安全可靠性、防誤操作性方面實現(xiàn)邏輯互鎖。主要有以下幾方面：

（1）氣路控制中將真空系統(tǒng)分為兩個獨立的子系統(tǒng)，真空管路完全隔開。并且末端裝置上的吸盤分別交叉屬于兩個真空管路系統(tǒng);防范管路故障，直接使產(chǎn)品掉落。

（2）在真空吸盤后方增設多功能破真空單向閥，在沒有真空打開指令的情況下，真空只能通過自然泄露逐漸消失，在真空系統(tǒng)故障時，可保證產(chǎn)品保持一定時間，不會立刻掉落。

（3）真空關(guān)閉雙按鈕操作，防止運動過程中的誤碰導致安全事故發(fā)生。

（4）真空關(guān)閉延時功能，在對接完成，確認關(guān)閉真空時，長按真空打開按鈕，才可脫離產(chǎn)品，防止誤操作。

（5）正壓系統(tǒng)對真空系統(tǒng)的連鎖控制，在機械臂運動過程中，通過汽缸排氣控制屏蔽掉所有真空按鈕，防止誤操作。

（6）真空系統(tǒng)對正壓系統(tǒng)的連鎖控制，真空打開后，通過正負壓轉(zhuǎn)換閥，將真空信號轉(zhuǎn)化成正壓信號，控制調(diào)壓閥切換，實現(xiàn)帶載平衡，否則，很難實現(xiàn)移動。

（7）剎車系統(tǒng)，通過氣動控制對所有機械關(guān)節(jié)實現(xiàn)阻尼剎車功能[3]。

3結(jié)束語

通過機械結(jié)構(gòu)與氣動控制的巧妙結(jié)合，實現(xiàn)一定重量的艙門的抓取、移動、對接。通過多個調(diào)壓裝置輸出不同助力適應多種重量的艙門，基本可以實現(xiàn)艙門抓取后在任意位置的靜態(tài)平衡。通過邏輯關(guān)系實現(xiàn)安全冗余控制，確保艙門安全可靠快速安裝。

參考文獻

[1] 徐從清，王爾湘.液壓與氣動技術(shù)[M].西安：西北工業(yè)大學出版社，2009：29.

[2] 達道安.真空設計手冊[M].北京：國防工業(yè)出版社，2004：109.

[3] 徐小東，韓京海，王磊.液壓與氣動應用技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009：311.