一種飛機供能液壓試驗臺設計與分析

程露 刁海洋

摘要：針對某型機總裝階段進行液壓系統試驗、起落架系統實驗提供液壓能源的需求，本文提出一種供能液壓試驗臺，采用雙電機、雙系統液壓模式搭建PLC控制系統，通過對試驗臺油液溫度、流量、壓力與控制，實現模擬飛機自身供能狀態，滿足試驗要求。

關鍵詞：液壓試驗臺;PLC控制;溫度;流量;壓力

1 前言

隨著科學技術的發展，液壓傳動技術廣泛應用在航空、化工等行業[1]，尤其在航空工業，對于飛機液壓系統試驗、起落架系統實驗等系統性能檢測尤為重要。在液壓傳動中，溫度升高會使油液的黏度降低，從而導致液壓系統的泄漏，效率降低，速度的穩定性變差[2]，而進行液壓系統試驗、起落架系統實驗時油液溫度超過55℃將影響實驗結果可靠性。飛機液壓系統以油液為工作介質，使用油壓驅動執行機構完成特定操縱動作[3]，而油液壓力和流量直接影響執行機構完成動作的質量。

本文設計的供能液壓試驗臺采用PLC控制系統，實時反饋和調節控制油液溫度、流量和壓力，實現液壓試驗臺供能模擬飛機自身供能狀態。

2 供能液壓試驗臺系統設計

2.1試驗臺組成

供能液壓試驗臺主要由車體、電控系統、出油回油單元、2個泵站、2套閥組模塊和油箱等組成（如圖1所示）。車體是試驗臺的基座，電控單元是試驗臺的反饋控制處理單元，2個泵站是兩套系統的動力執行機構，2套閥組模塊是信號反饋和信號處理執行單元，郵箱用來存儲試驗用油液。根據實驗要求，本供能液壓試驗臺能達到實驗時溫度不高于55℃;壓力（0-28 ）和流量（0-55 ）按需實時調節，壓力測量值精確度應達到0.3%FS，流量測量值精確度應達到0.5%FS;試驗臺能同時給飛機的兩套試驗系統供壓，也能分別獨立給兩套試驗系統供壓。

2.2試驗臺液壓系統設計

實驗臺的液壓系統用于飛機進行液壓系統試驗、起落架系統實驗時供壓供能，液壓系統的泵源應采用恒壓變量泵，額定壓力35Mpa。研究設計了以強腐蝕性的磷酸酯基液壓油為介質的大型試驗臺，采用兩個泵源實現壓力、流量大范圍調節，保證同時向一架飛機上各自獨立的兩套液壓系統供壓。使用閥塊集成、卡套式連接保證高壓力高流量下的密封性，降低了制造難度且便于后續維護和檢修;外殼采用鋁型材結構并增加了吸音隔音材料，改變了以往試驗臺的牽引形式，采用配合master mover進行牽引，圖2為試驗臺液壓系統原理圖。

2.3試驗臺電控系統設計

電控系統主要由工控機、西門子S7-1500可編程控制器、變頻器、泵站以及PROFIBUS總線通訊電纜等組成。輸入部分通過工控機觸摸屏實現，操作工人在觸摸屏上設置壓力和流量值等控制指令，輸出部分通過工控機顯示屏顯示，主要顯示試驗過程，包括實時反應整個液壓系統中各個閥的狀態;試驗壓力變化曲線及壓力最高值、最低值;試驗流量變化曲線及流量最高值、最低值;試驗溫度最高值、最低值等。電控系統由工控機和PLC系統組成，工控機配置了高質量的軟件，可實現用戶管理、試驗參數及試驗流程錄入、檢測結果自動記錄、控制參數的修改等操作。PLC控制器系統為試驗臺的主要控制單元，用于處理各種檢測參數的輸入，并根據設定的命令，通過PLC本身提供的命令函數控制電信號的發送來控制電磁閥的開閉，從而控制管路的開閉，泵和閥門的工作狀態。液壓系統是試驗臺的執行機構，它主要由電磁閥、比例閥、球閥、過濾器、壓力傳感器、流量傳感器、溫度傳感器等組成，壓力傳感器、流量傳感器、溫度傳感器是試驗臺的實時檢測裝置。

3 軟件設計與應用驗證

3.1軟件設計

將產品與試驗臺連接好，接通電源，打開電源開關，PLC系統、觸摸屏系統及各傳感器通電，系統自動進入操作主界面，主界面共有三個模塊分別為：“故障查詢”“運行模式”“維護模式”。

觸摸運行模式進入運行模式操作界面，運行模式操作界面如下圖5所示。系統1和系統2可同時供壓或單獨控制。

準備工作：檢查確認兩個系統中的球閥1、18和21處于常開狀態，球閥5處于常閉狀態，閥“11”處于常開狀態，并觸摸流量調節條到最大位置，壓力調節條至最低位置。

以系統1為例，具體使用操作步驟參考上圖3標記所示。

（1）觸摸打開供油電磁閥（注：當通過自循環凈化油液時，則供油閥常閉）;

（2）點擊啟動按鈕啟動電機運行（面板上的按鈕和觸摸按鈕都可以，相互之間互為備用關系），啟動電機并等待電機運行穩定。

（3）通過上下拉動調節壓力調節條來控制系統的壓力，也可通過面板上的調節旋鈕調節系統壓力，實際壓力通過右側的顯示欄監測。

（4）試驗完成之后，先觸摸壓力調節條至最低位置，待壓力降至5MPa以下后，點擊“泵1啟停”按鈕停止電機工作，等到電機停止并完全卸壓后斷開電源拆下軟管。

3.2故障分析與排除

無緊急情況盡量不要直接按急停按鈕停止試驗，也不要在20MPa以上的高壓力情況下直接點擊卸壓按鈕，防止對液壓管路、閥塊和油濾造成沖擊。

4 結束語

本文以S7-1500 控制器為核心，通過結合變頻器，控制氣路系統各類開關閥、比例閥、傳感器等，設計了一臺功能完整的雙系統手自一體液壓試驗臺，該試驗臺解決了飛機試飛前進行液壓系統試驗、起落架系統實驗飛機模擬供能問題。該試驗臺已投入使用，使用結果表明，系統功能良好，完成設計目標和要求。

參考文獻：

[1]屈圭. 液壓與氣動傳動[M]. 北京：機械工業出版社，2002

[2]李永恒. 某型飛機高溫液壓試驗系統設計與實現[ J]. 液壓與氣動，2011，（2）：13- 16

[3]張志遠. MA60 飛機液壓電動泵控制方式改進[ J].西飛科技，2016，（1）：15-17

[4]張利平. 液壓傳動系統及設計[M]. 北京：化學工業出版社，2005