飛機頂升及稱重智能一體化系統研發

■ 何建利 陳偉豪 譚智權 劉敬全 /廣州飛機維修工程有限公司

為解決飛機頂升和飛機稱重過程中人力需求大、工作效率低的問題，本項目對現有的飛機頂升千斤頂工具系統進行自動化和智能化方向創新升級和改造，采用可程序化邏輯控制器（PLC）實現飛機在頂升過程中自動保持在水平狀態。

0 引言

隨著國內民用航空市場的迅猛發展以及國外客戶數量的不斷增加，MRO行業對于飛機維修人員的需求越來越大。而在定檢大修中飛機頂升和飛機稱重的過程通常就面臨人力需求大、工作效率低的問題。為此，在南航推行的機務智慧維修的背景下，結合GAMECO打造智慧工廠的戰略方向，針對當下飛機定檢使用千斤頂工具系統中的痛點和難點，以提升工作效率、減低人力成本為出發點，提出了進行自動化和智能化方向創新升級和改造的想法。此研發項目把整個系統分為飛機頂升模塊和飛機稱重模塊，飛機稱重模塊結合實際工作進一步延伸項目的實用性和拓展性，優化工作流程，降低飛機稱重工作對機庫空間的需求。

1 項目概述

1.1 項目背景

飛機定檢過程中，執行飛機的頂升/放下是一項常見的例行工作。現有的千斤頂工具系統至少需要8 名工作者一起來完成飛機的頂升或放下工作，工作效率低下，頂升過程中人員交流是通過報話機傳輸，交流存在延時的缺陷，給飛機頂升/放下工作帶來了安全隱患。

飛機稱重方式是采用飛機拖到地秤上的方式完成，需要8 ～10 名工作者去完成地秤的搬運，既耗費人力又易損傷身體，而且需要拖車配合拖動飛機、需要有足夠的機庫場地空間，整個工作過程需要很多的附加配合工作，導致整個工作效率低下。

1.2 項目應用和優勢

研發項目通過對千斤頂設備的系統原理、飛機頂升流程以及升級利用的新技術原理進行深入理解，采用計算機語言進行編程處理，實現自動化和智能化改造。該項目最終可應用在空客A300/A310/A330/A350 和 波 音767/777/787 的飛機頂升/放下工作以及稱重工作。

2 具體方案

通過中控臺控制3 個千斤頂自動控制升高或降低，在此過程中自動監控和保持飛機的水平。采用可程序化邏輯控制器（programmable logic controller, 簡稱PLC）控制一個或者多個氣動電磁閥的開關以控制千斤頂油缸的上升速度、通過一個電控比例節流閥控制千斤頂下降速度，根據傾角傳感器的反饋信號精準實現速度的自動控制，保持飛機的水平姿態在手冊要求范圍。在頂升和降低過程中，伺服電機驅動一級和二級安全螺帽，通過接近開關式傳感器控制安全螺帽的自動跟隨旋轉。

2.1 項目構架設計

整個項目分為兩個設計模塊：頂升/放下模塊（如圖1 所示）和稱重模塊（如圖2 所示）。

圖1 頂升/放下控制模塊控制原理

圖2 稱重模塊控制原理

2.1.1 頂升/放下模塊

功能：包括以下幾個方面。

● 監視飛機水平狀態

● 監視千斤頂的垂直位移

● 監視千斤頂軸線偏離垂線報警

● 監視千斤頂的負載及超載報警

● 自動控制千斤頂同步上升

● 自動控制千斤頂同步下降

● 手動控制千斤頂上升

● 手動控制千斤頂下降

● 緊急停機按鈕

2.1.2 稱重模塊

功能：在中控臺接收3 個千斤頂的負載參數，通過網絡信號傳輸參數到公司trace 系統，系統根據手冊設定計算公式，電腦計算后直接生成稱重工卡和稱重報告。

2.2 技術流程

2.2.1 頂升流程設計

1）千斤頂拖行到飛機下方就位，連接自動頂升控制系統至3 個主千斤頂，安放飛機姿態儀；

2）在壓力供油管路并聯比例調節閥，原供油管留存。人工控制千斤頂的釋壓活門至關位，中控升起千斤頂直至接觸飛機（單獨控制每個千斤頂，無需提前解鎖安全螺帽），需有人監視接觸點；

3）單獨調節升起或降下3 個主千斤頂（從此開始至整個頂升過程，安全螺帽需自動保持與基座距離1in 左右，但需保留人工轉動的能力以防系統故障），另一工作者利用飛機本身設備（鉛垂、AIDS、氣泡水平儀等）監控飛機姿態，兩位員工保持溝通直至飛機水平；

4）飛機水平后，將自動頂升系統的飛機姿態儀置于零位，飛機處姿態監控人可以撤離；

5）利用中控臺將飛機水平頂升（可以利用自動水平或人工監控兩種方式），在此過程中既不需要人員在千斤頂處控制，也不需要手動旋轉安全螺帽；

6）飛機高度到位后，利用中控臺按鍵控制千斤頂的安全螺帽旋轉下降至鎖定（接觸基座即可），如有兩級柱塞，則需鎖定兩個鎖帽。第一級（外層）安全螺帽與基座之間要留足1 ～2mm 間隙；

7）人工打開3 個千斤頂釋壓回油活門，然后可利用中控臺的3 個旋鈕電位器和預位電門控制打開比例調節活門。采用人工控制方式全下降3 個千斤頂，確保螺帽完全跟基座接觸；

8）確保飛機姿態角度為零，釋放預位按鈕或搖桿即可停下千斤頂；

9）記錄姿態儀工具號及安放位置，撤除中控設備及姿態儀。

2.2.2 放下流程設計

1）安裝中控設備，按頂升第9 步記錄的安放位置安裝姿態儀；

2）姿態儀置于零位；

3）通過中控臺控制將千斤頂升至安全螺母輕微離開基座（1 ～2mm 即可），解除安全螺帽鎖定。中控按鍵控制轉動安全螺帽保持離基座1in 距離（整個下降過程）。若有兩級，兩級都需解鎖并保持距離；

4）人工完全打開3 個千斤頂的釋壓活門，中控臺控制千斤頂的比例調節閥開度以降下飛機，同樣可以利用自動水平或人工監控兩種方式，兩種方式均無需人員在千斤頂處控制和手動旋轉安全螺帽。下降速度為30 ～60mm/min；

5）飛機輪子觸地后仍需保持飛機水平下降，直至其中一個千斤頂的載荷為零（或接近零），此時要停止自動/人工中控的控制下降；

6）人工繼續降下零載荷的千斤頂，并撤離。

7）人工降下剩余兩個千斤頂，并撤離。

2.3 控制原理

系統控制分為液壓控制系統和電氣控制系統兩部分（如圖3 所示）。

圖3 系統原理圖

2.3.1 液壓控制系統

液壓系統通過獲取PLC 控制臺輸出控制參數，對應控制信號傳輸到電控液壓閥，控制3 個千斤頂的頂升速度或放下速度，以保持飛機姿態在水平狀態。

2.3.2 電氣控制系統

電氣系統通過PLC 控制臺獲取飛機姿態參數、位置傳感器參數，控制步進電機驅動安全螺帽保持在設定位置。控制臺總操控千斤頂的頂升和放下，控制臺可以直接獲取千斤頂3 個點的負載參數，通過網絡傳到trace 系統生成稱重工卡和稱重報告。

3 總結

本文重點闡述了飛機通用千斤頂工具系統的創新改造方案，在融合電控、傳感器、PLC 等成熟技術后，使得原本工作效率低下、人力需求大的設備系統變得僅需2 ～3 人操作即可完成飛機頂升和稱重工作，極大地節約了人力需求，而且通過認真分析維修手冊，采用頂飛機的方式完成了飛機稱重工作，優化了飛機對稱重工作的流程和機庫空間需求，實踐證明該項目有很強的實用性。