飛行模擬機運動液壓系統作動筒位置傳感器及伺服比例閥更換與調試

康峰 胡軍 邱斌 劉紅

摘 要：針對加拿大Mechtronix公司生產的波音737-800全動飛行模擬機的液壓系統維修與調試，該模擬機運動系統采用的是力士樂（Rexroth）液壓系統，著重分析了該液壓系統中作動筒位置傳感器及伺服比例閥的更換與調試，該研究具有一定的通用性和參考性。

關鍵詞：作動筒;位置傳感器;伺服比例閥;校準

0 引言

中國民航飛行學院模擬機訓練中心的波音737-800全動飛行模擬機于2003年投入使用，現已運行近20年，所以在平時的工作中液壓系統有許多部件需要更換。現重點對其作動筒位置傳感器及伺服比例閥的更換與調試進行闡述。

1 位置傳感器更換與校準

全動飛行模擬機借助六支作動筒的伸縮運動，完成平臺在空間六個自由度（俯仰、滾轉、偏航、升降、縱向平移、側向平移）的運動，從而可以模擬出各種空間運動姿態，如圖1所示。由計算機通過控制液壓伺服比例閥控制流入作動筒液壓油的流入、流出來控制作動筒的伸縮。在模擬過程中，由主機計算飛機的加速度和速度，并通過以太網接口傳輸到控制計算機，再由控制計算機計算所需的平臺運動。

運動作動筒是一個活塞桿以及活塞上帶有靜壓軸承的不對稱液缸，該作動筒的設計比較特別，它與系統壓力油管相連，液壓油由下腔流入與流出由比例伺服閥控制，在兩種偏移極限時，作動筒均有76 mm（3 in）的緩沖行程。在閥的油路塊上，包括帶有故障功能的比例伺服閥、溢流閥、單向閥、節流閥和測量點。活塞的上下速度由硬件限制到0.688 m/s（27 in/s），以防止緩沖過程中過載。

作動筒內部頂端固定著一個磁位移傳感器，傳感器的電纜從作動筒活塞桿的上端連接傳感器電子盒。

運動伺服作動筒上裝有壓力傳感器以測量作動筒底部的壓力，該壓力信號作為安全信號以及控制系統的反饋信號。

作動筒還安裝了一個微型開關來檢測活塞桿的“完全縮進”位置。在作動筒邊上裝有連接器，用于伺服閥、壓力傳感器和位移傳感器的電纜連接。

由于作動筒長時間運行，密封圈老化開始漏油或位置和壓力傳感器故障，都需要更換作動筒，每次更換作動筒或更換位置傳感器后需要做以下調試：

每個作動筒包含一個具有模擬輸出的位置傳感器。當致動器完全縮回時，傳感器的輸出約為0.3 V，當致動器完全伸出時，傳感器的輸出約為9.7 V。軟件將模擬值轉換為工程單位：致動器完全縮回為-0.762 m，致動器完全伸出為+0.762 m。

位置傳感器的調整包括改變模擬輸入的增益和偏移，以工程單位提供所需的輸出。以1號作動筒為例，具體步驟如下：

（1）以手動模式啟動系統。

（2）將平臺移至中立位。

（3）進入運動計算機，打開控制循環窗口（HydrCntrlLoops）并選擇正確的選項。回路1=作動筒1。

（4）按圖2（a）控制循環中ActPos框，將會彈出如圖2（b）所示的檢測窗口，顯示當前位置信息，正值為作動筒伸出長度，負值為作動筒縮回長度，單位為米。如果超差將出現紅色警告。

too high：應為0.79 m;

high：應為0.77 m;

low：應為-0.77 m;

too low：應為-0.79 m。

（5）按圖3（a）控制循環中PosErr框，當檢測窗有超差信息時出現圖3（b），正值為作動筒完全伸出超差長度，負值為作動筒完全縮回超差長度，單位為米。直接輸入以下數值：

too high：設置為2.0 m;

high：設置為2.0 m;

low：設置為-2.0 m;

too low：設置為-2.0 m。

按“OK”完成設置，并關閉窗口。

（6）打開模擬輸出窗口（Analog outputs），如圖4所示。

檢查手動閥設定點更改：相應作動筒模式（mode）選擇為V，然后按下Enable OV，這時該按鈕將會顯示為Disable OV。

在OV Volt欄輸入正值時，作動筒將伸出，負值則收回。注：輸入值不能大于±1.0。

（7）在圖4中OV Volt欄輸入0.2，這時作動筒將伸出。

（8）等作動筒伸出完成。

（9）打開模擬輸入窗口（Analog inputs），如圖5所示。

（10）從模擬輸入窗口記下位置傳感器的值（單位為米），標記為PosA。

（11）回到步驟（7），在OV Volt欄輸入-0.2，這時作動筒將收回。

（12）等作動筒收回完成。

（13）從模擬輸入窗口記下位置傳感器的值（單位為米），標記為PosB。注意這時PosB為負值。

（14）用以下公式計算新的增益：

當作動筒完全伸出的長度=0.762 m，作動筒完全縮回的長度=0.762 m，則作動筒整個位移長度為0.762+0.762=

1.524 m，則實際測出的增益命名為新增益（NewGain），由以下公式算出在作動筒整個1.524 m的增益：

NewGain=

例如，PosA=0.770 m，PosB=-0.780 m，OldGain=0.15，則：

NewGain=0.15×1.524/[0.770-（-0.780）]=0.15×1.524/（0.770+0.780）≈0.147 5

（15）在圖5增益欄里輸入新的增益值。

（16）在圖5中Offset欄輸出頁面輸入-0.762，作動筒將收回。

（17）在圖4中OV Volt欄輸入0.2，這時作動筒將伸出。

（18）等作動筒伸出完成。

（19）確認位置傳感器的輸出為+0.762 m（±0.001 m）。如果不能達到該數值，就回到步驟（10）完成到本步驟。

（20）如果以上步驟完成，則在圖4中OV Volt項輸入0.2。當作動筒回到中間位置時，按下Disable OV，在OV Volt輸入一個值0.0，并在mode列中刪除V。

（21）打開控制循環窗口，如圖3（a）所示。

（22）按下PosErr，在出現的檢測窗中相應輸入以下數值：

too high：設置為0.571 5 m;

high：設置為0.304 8 m;

low：設置為-0.304 8 m;

too low：設置為-0.571 5 m。

以上數值為作動筒中間位置傳感器設計數值，單位為米。

按下“OK”鍵，關閉窗口。

（23）完成系統設置，選擇Save Calibration Data保存已校準數據。

小結：以上所校準傳感器是基于美國MTS公司生產的磁致伸縮線性位置傳感器，采用雙磁鐵位置測量，在其傳感元件中使用扭轉波的超聲速度來檢測位置。積分信號處理將測量數據轉換成標準的模擬或數字輸出，精度最高，具有最高耐久性的非接觸式傳感，適合長期放置于液壓油中。以上所有數據是基于在設計作動筒行程時，測出完全伸出（最大行程點）、中立位置和完全收回（最小行程點）時分別所測出傳感器的相對電壓值積分算出的。

2 伺服比例閥校準

伺服比例閥是安裝在作動筒上的，每個作動筒都安裝一個，伺服比例閥是控制作動筒伸縮的關鍵部件，通過計算機洗出算法來控制伺服閥開合，從而控制液壓油注入作動筒的多少，將使運動平臺產生六個方向的位移、加速度、顛簸等。每次更換或維護該閥時都需要校準。本臺模擬機采用的是力士樂生產的STW-0177伺服比例閥，由于模擬機運動平臺長時間運行，伺服閥會產生抖動，造成伺服閥產生滯后，影響其靈敏度，還會產生比較大的噪聲（有時作動筒不移動也會有噪聲），其產生的原因是疊加了高頻正弦波信號在閥門設定點上。

以下步驟可以消除抖動和噪聲，同時也適用于更換伺服閥。

（1）拆下包含集成電子設備的閥箱蓋板，拆下4個螺釘，伺服比例閥如圖6所示。這樣就可以使用5個電位計（圖7），中間電位計控制抖動。

（2）在運動控制柜上轉換為手動模式，打開系統控制命令使運動平臺升至中立位。

（3）順時針緩慢轉動電位計以減小抖動，直到不再聽到抖動噪聲（注：控制伺服比例閥的信號是振幅為0.686 m、頻率為0.02 Hz的一正弦波）。

需要注意的是，不要完全順時針轉動電位計，應該留下一些抖動。

（4）完成調整，用密封漆鎖定電位計位置。

3 結語

本文總結了飛行模擬機運動液壓系統在實際的故障處理和日常維護保養工作中所遇到的一些問題，其實還有許多部件更換都需要校準，比如壓力傳感器校準等，有待今后進一步的深入分析。

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收稿日期：2021-01-21

作者簡介：康峰（1963—），男，四川會理人，工程師，研究方向：全動飛行模擬機運動系統（包括液壓系統和氣電混合系統）。