基于电液比例控制的襟翼驱动器液压加载系统

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

nle Hydraulic Loading System for Flap Actuator Based on Electro·hydraulicProportional Control TechniqueYU Zhiiing.GUO Wei(Aviation Ground Special Equipments Research Base，Civil Aviation University of China，Tianjin 300300，China)Abstract：A set of hydraulic load testing system for the routine maintenance and repair for the flap actuator of A319/A320 air-plane was designed.A electro-hydraulic proportional control mode WaS proposed，$7-300 PLC WaS used as logic control unit，transduc-er8 were used as data acquisition unit.Thrensh controHing components such as the proportional valve and hydraulic motor.the loadtorque of the flap actuator was analoged.Experimental results show that the hydraulic loading system based on electro-hydraulic prepo r-tional control is running stable，reliable，carl be used to complete the airworthiness testing of the flap actuator wel1。

Keywords：n印 actuator；S7-300PLC；Proportional valve；Hydraulic motor随着我国国民经济的快速发展，民航运输业也进入-个快速发展时期。随着机队规模的快速发展，飞机故障频次逐渐加大，对维修时间要求越来越严。在飞机起飞以及着陆等低速阶段，安装在机翼前缘和后缘的襟翼是飞机的重要的增升装置◇翼的传动机构复杂，所以由于襟翼系统故障造成的飞行安全事故时有发生。例12007年6月22日北京飞往英国希思罗机场的 A340飞机就因襟翼卡阻故障而两度放油返航◇翼内部传动结构中襟翼驱动器起到类似减速箱的作用，是实现襟翼收放动作的核心部件。通过315：1的传动比，将高速运转的襟翼驱动轴的小扭矩转换成为襟翼驱动摇杆的大扭矩，从而控制襟翼的展开和收回，起到改变翼型弯度、增加机翼面积和保持层流流动的作用，使飞机可以在机翼面积有限的情况下，产生足够的升力。因此，襟翼驱动器是襟翼传动机构的关键部件，对其进行定期维护、故障检修以及性能测试就显得尤为重要。

在国外，只有豪富 (Goodrich)针对其本身生产的襟翼驱动器开发的测试系统和Emprise公司与相关大学为Curtiss-Wright Flight Systems开发的针对 Boeing747/767等系列机型的襟翼驱动器测试台。由于技术封锁，上述襟翼驱动器测试系统没有对外发售和展示，因此极大地影响到国内的维修与测试能力。目前，国内对襟翼驱动器及其传动系统的深度维修和测试工作在国内尚属空白，在适航规定周期 (每300飞行小时)的检修和测试工作-般要返回国外进行，维修周期较长，这就需要相应航空公司增加航材的备件种类和数量。如对应空客A319/A320系列，就有791、792、793、794等系列多个型号襟翼驱动器，单台价格在 100-200万元人民币，极大地增加了维修成本，同时严重地影响到飞机的维修效率，不利于我国大力发展大飞机项目的长远规划。为此，针对空客A319/A320飞机研制了-套襟翼驱动器测试系统，对襟翼驱动器进行性能、故障测试，减小飞机飞行事故的概率，提高国内襟翼驱动器的深度维修能力。

文中介绍的襟翼驱动器液压加载系统是整个测试系统的液压加载部分◇翼驱动器在工作过程中，其输出轴端最大扭矩将达到5 000 N·m的动态载荷，并且在扭矩限制器失效时，为了避免襟翼驱动器损坏，还要实现可靠保护。 故需要对襟翼驱动器在实际工作中的输出轴端工况进行模拟，检测其是否达到适航要求，必须采取稳定可靠的加载方式。如果采用常收稿 日期：2012-07-31作者简介：于之靖 (1963-)，男，教授，博士生导师，主要从事自动化测试技术、光纤传感技术和计算机视觉测量等方面的研究及教学工作。E-mail：hityu###126.corn。

· 82· 机床与液压 第41卷规的机械加载或电加载模式，将极大地增加测试系统的体积或造价，并且安全防护措施难于实现，造成可能的被测襟翼驱动器二次损坏。为此研究采用电液比例控制的液压马达加载方式，减小系统的体积，增加系统测试的灵活性和可靠性。以s-30OPLC为核心，通过模拟量输出拈按照-定的逻辑顺序通过输出电压信号连续、按比例地对液压回路压力进行调节，控制液压马达对被测襟翼驱动器的扭矩加载。

1 系统电气组成被测襟翼驱动器结构上为不规则小型齿轮箱，安装在特殊设计 的测试台上。平 台采用导轨和微调机构，便于被试件的拆装和测试系统的调校；输入轴端输入扭矩由伺服电机给出，在此不作详细介绍；输出轴端连接扭矩传感器和液压马达。电气控制系统安装在电气控制柜中，采用西门子面板式工控机PC670作为上位机，通过组态软件 WinCC与下位机PLC实现通讯和监控。

$7-3O0PLC是西门子公司出品的-种经典的工业控制单元，其良好的性能、丰富的扩展拈和人性化的人机交互方式使其在工业控制领域的应用日趋广泛。采用ST-300PLC作为下位机，控制液压回路主要元件并采集传感器数据实现反馈；传感器负责现场模拟信号的采集。整个测试系统结构框图及液压加载系统实物图如图1所示。

- 。 - - - - (a)测试系统结构框图(hi液压站实物图图 1 测试系统及液压站2 液压加载回路原理液压加载回路如图2所示。测试项目要求加载马达能够提供0-5 000 N·nl的双向转矩。系统中，加载电机和泵源为系统提供压力；溢流阀控制系统压力上限从而保证测试安全性；PLC通过数字开关量控制中间继电器，控制电磁换向阀阀芯位置改变油液流向，从而改变加载马达转向实现正反向测试；PLC通过模拟量输出拈向比例溢流阀输出电压信号，通过控制系统压力在0～5 000 N·m范围内调节马达输出扭矩。

1-泵 2-加载 电机 溢漉阀 4-液压马达 s-电磁换 向网6-压力传感器 7-压力表 8- 比例溢流阀图2 加载系统液压回路3 系统选型和软件程序实现3.1 系统元件选择对加载马达的要求是实现0-5 000 N·m的扭矩加载。测试时被测件驱动轴转速维持在 0-392r/rain，根据传动 比得出马达转速应在 0-1.25r/min。故 选 择 低 速 大 转 矩 径 向柱 塞 式 马 达INM5-2000。该马达活塞与摆缸不存在侧向力，活塞底部设计成静压平衡，活塞与曲轴之间通过滚动轴承传递扭力，这些均减少了传力过程中的摩擦损失，具有高的机械效率、启动扭矩 (启动时机械效率0.92以上)等特点；液压泵源选择 CBN.17308型齿轮泵，该型泵结构简单、效率高、使用可靠，额定输出压力为20 MPa，最高可达到25 MPa，满足回路控制压力要求；比例溢流阀选择 ATOS的 RZMO型直动溢流阀。PLC输出的模拟电压信号不能直接控制比例阀，必须经过放大器的转换。选用ATOS的E.MI.AC型电子放大器，将输入 (电压)信号转化成比例阀所需适当的驱动电流以校准阀的调整量，使之与输入(电压)信号相对应。转换过程如图3所示。

第16期 于之靖 等：基于电液比例控制的襟翼驱动器液压加载系统 ·83·- 绝塞- 电压- 电流- 压力- 电压U I JN338.5000AE---] 型扭矩传感器加载扭矩图3 比例阀控制方式示意图为了稳定地控制系统压力，必须确定比例溢流阀的死区。比例阀的输入电压 与压力输出信号P关系如图4所示。图中曲线表明：电压高于0.1 V时，比例阀打开，故为保证比例阀连续可调，PLC程序设计中输入放大器的模拟电压必须大于0.1 V。

302520奋t5呈 o5O0.11 2 3 4 5 6 7 8 9 lO电压，v图4 比例阀 U (V) -P(MPa)特性曲线3.2 PLC控制程序的设计与实现选用314C-2DP型PLC。电源拈提供24 V直流电，自带24 16出数字量单元和5 A/2出模拟量单元。CPU主要负责程序的设计、存储、数据处理等功能；数字量单元主要负责接受现唱关量信号，经过光电隔离与滤波，把信号输送到输入缓冲区等待采样，并通过背部总线把开关信号以二进制方式写入输入过程映像表；模拟量单元通过A/D或 D/A转换器实现模拟信号数据的写入或输出。输入模拟量包括：扭矩 (0～1O V)、系统压力 (0～10 V)、油温(Ptl00)，反馈模拟量经由PLC的模/数转换拈转化为信号的实际值，显示在监控界面上。监控程序设有报警功能，当系统油温或压力超过-定值时，监控界面点亮红灯报警。输出为比例阀进口压力控制信号(0-10 V)。

加载程序根据实验要求设计为两种加载方式：定值加载模式和曲线加载模式。定值加载模式下，通过模拟量输出直接控制输出电压调整系统压力，快速对被测件实现1 000 N·m/2 300 N·11的加载并维持；当设为曲线加载模式时，由0线性加载到 5 000N·m，通过用户给定加载时间t(ms)，通过 0B35的循环扫描实现每次扫描增加 [(5 000 t)/20]N·ITI。模拟量输出对应的电压关系为 1O V，对应马达扭矩上限6 573 N·1TI，加载扭矩输入通过操作数MD50加以控制，故：Vou，(nMDS0/6 573)×100.1最后加0.1是为了防止比例阀关死。加载程序框图如图5所示。

开始N / M1.1、 Y- 选通 /定值加载模式写扭矩值送存储位MD$0HMD50经FC105拈转换成电压输 出0-10V用户给定加载时间t(ms)二二[ 算出循环次数O每循环扭矩增量5 O00/(20/t)N·m二二]二 当前循环加载值送M D50， tfnrso/6 s73)×100.1二 二 lHm5o经FC105 l I模块转换成电 l压输出O-1Ov l 定循环次数---，打印趋势曲线，实验结束图5 PLC扭矩控制流程图3.3 加载试验过程及结果(1)定值加载实验◇翼驱动器输出端扭矩(加载扭矩)保持在 1 000 N·m/2 300 N·in，输入端由伺服电机驱动速度从0直至 120 r/min并保持，此时的输入端力矩若小于6.74/13.04 N·m，表明被测件运转正常。

(2)曲线加载实验：输入端速度维持在 392r/min，在设定时间内输出端扭矩从 0线性加载到5 000 N·m，当加载到3 400-3 900 N·m时，襟翼驱动器上的力矩限制器起作用，扭矩不再增加，此时输入端扭矩应小于7O N·1TI。反向测试方式同上。监控程序中加载扭矩和加载电压随加载时间t的变化趋势如图6所示。