飛機(jī)起落架作動(dòng)筒檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)原理

（沈陽(yáng)航空航天大學(xué)航空制造工藝數(shù)字化國(guó)防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室，沈陽(yáng) 110136）

為了保證飛機(jī)起落架收放系統(tǒng)的安全性和可靠性，在飛機(jī)起落架的制造過程中，除了對(duì)起落架主體及關(guān)鍵零部件檢測(cè)外，還需對(duì)起落架作動(dòng)筒以及其他附件進(jìn)行一系列的檢測(cè)試驗(yàn)，其中包括起落架作動(dòng)筒的拉力或壓力試驗(yàn)以及鎖間隙檢測(cè)試驗(yàn)等。上述作動(dòng)筒檢測(cè)需要專門的檢測(cè)試驗(yàn)設(shè)備，目前國(guó)內(nèi)航空企業(yè)作動(dòng)筒檢測(cè)主要采用常規(guī)的氣動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，所采用的檢測(cè)方式主要以人工檢測(cè)為主，加載方式為氣動(dòng)加載，輸出的拉/壓力一般不超過1.5t，而且輸出只有幾個(gè)固定值，無法實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)壓，檢測(cè)精度低、通用性較差；若要獲得更大的輸出拉/壓力值，通常需要采用液壓裝置，但液壓系統(tǒng)體積大、維護(hù)性差。另外，在進(jìn)行作動(dòng)筒鎖間隙檢測(cè)時(shí)，設(shè)備采用手工定位及測(cè)量，誤差較大。目前，國(guó)內(nèi)正在研制的大飛機(jī)起落架作動(dòng)筒試驗(yàn)需要高達(dá)10t的拉/壓力，現(xiàn)有試驗(yàn)設(shè)備無法滿足需求。根據(jù)資料記載，國(guó)外某航空制造公司通過兩級(jí)電動(dòng)加載的試驗(yàn)平臺(tái)為作動(dòng)筒進(jìn)行加載試驗(yàn)，來檢測(cè)作動(dòng)筒的受拉/壓情況，但是該平臺(tái)并沒有把檢測(cè)作動(dòng)筒鎖間隙的傳感器集成在該試驗(yàn)平臺(tái)上，所以無法精確地檢測(cè)出作動(dòng)筒的內(nèi)鎖唯一情況，而且加載過程相對(duì)繁瑣，其功能及使用具有一定的局限性[1]。

鑒于上述原因，本文提出研制一種新型通用高壓高精度的作動(dòng)筒檢測(cè)設(shè)備，其采用電腦觸摸屏、PLC、電動(dòng)缸、壓力傳感器、位移傳感器及伺服控制等技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)作動(dòng)筒檢測(cè)的自動(dòng)化，將大大提高試驗(yàn)效率、精度和操作安全性，改善工人的工作環(huán)境。該自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備與常規(guī)設(shè)備相比在技術(shù)上具有獨(dú)創(chuàng)性和先進(jìn)性，屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。

1 起落架作動(dòng)筒及其試驗(yàn)臺(tái)的主要技術(shù)指標(biāo)

1.1 作動(dòng)筒簡(jiǎn)介

作動(dòng)筒是一種大功率的液壓施力機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)主要由殼體、活塞、活塞桿等幾部分組成[2]。作為大載荷直線運(yùn)動(dòng)與高精度定位的液壓承力執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其工作是通過調(diào)節(jié)活塞兩端壓力差來推動(dòng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，再由活塞桿驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，其在航空、航海行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用[3]。

作動(dòng)筒內(nèi)鎖工作原理：當(dāng)活塞在液壓作用下左移時(shí)，活塞帶著活塞桿一起向左移動(dòng)，當(dāng)鋼珠（9～12個(gè)）碰到鎖圈后，活塞受到阻擋停止移動(dòng)，活塞桿斷面上的油壓力使活塞桿帶著錐形圈左移，鋼珠在鎖圈與活塞合力作用下向里收，當(dāng)鋼珠越過鎖圈后，活塞在彈簧張力作用下推動(dòng)鋼珠沿錐形圈向外散開而上鎖。由于錐形圈和鎖圈錐頂均為90°，所以在外力作用下鋼珠鎖不會(huì)打開，這樣就保證了作動(dòng)筒在放下極限位置鎖定的可靠性。當(dāng)高壓油液反向進(jìn)入（收上）時(shí)，油液力推動(dòng)活塞壓縮彈簧右移，使鋼珠向內(nèi)收縮而開鎖[4]。我們要測(cè)量的是在上鎖后m和n兩表面之間的間隙。

1.2 試驗(yàn)臺(tái)技術(shù)要求及指標(biāo)

（1）設(shè)備與作動(dòng)筒之間的連接采用專用接頭連接，保證試驗(yàn)精度；

（2）設(shè)備可實(shí)現(xiàn)被測(cè)作動(dòng)筒的位置自動(dòng)調(diào)整與夾緊，以增強(qiáng)設(shè)備檢測(cè)精度及自動(dòng)化程度；

（3）適應(yīng)范圍廣：行程范圍為0～1000mm，試驗(yàn)臺(tái)與作動(dòng)筒接頭位置可進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足不同規(guī)格的作動(dòng)筒試驗(yàn)；

（4）總體布局合理、美觀，便于操作和檢修[5]；

（5）間隙測(cè)量精度：該試驗(yàn)臺(tái)采用高精度位移傳感器，保證其檢測(cè)精度為±0.01mm；

（6）最大拉 /壓力：10t。

2 試驗(yàn)臺(tái)組成與內(nèi)鎖位移檢測(cè)原理

2.1 試驗(yàn)臺(tái)組成及概述

該試驗(yàn)臺(tái)主要由以下各部分組成：臺(tái)架、加載缸、導(dǎo)向小車、位移傳感器、被測(cè)缸、尾座、尾座調(diào)整機(jī)構(gòu)、壓力傳感器、活動(dòng)夾緊裝置以及測(cè)試控制系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 試驗(yàn)臺(tái)組成示意圖Fig.1 Test bench consisting schematic

載荷主要由兩端臺(tái)架承受，加載缸采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)缸，最大行程1000mm，最大加載力為10t。根據(jù)由壓力傳感器反饋的壓力數(shù)據(jù)來控制拉/壓力輸出量，以適應(yīng)不同長(zhǎng)度和試驗(yàn)載荷的作動(dòng)筒測(cè)試。加載缸與被測(cè)作動(dòng)筒連接處設(shè)置導(dǎo)向車，使加載時(shí)平穩(wěn)、不發(fā)生側(cè)偏；在被測(cè)作動(dòng)筒完成鎖定后，由位移傳感器a、b檢測(cè)并向計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)反饋數(shù)據(jù)；為了使被測(cè)作動(dòng)筒在進(jìn)行受壓試驗(yàn)時(shí)避免重力或側(cè)向干擾力影響，設(shè)置活動(dòng)夾緊裝置，采用電機(jī)及絲杠驅(qū)動(dòng)；尾座調(diào)整機(jī)構(gòu)是用來調(diào)整尾座的具體位置，為適應(yīng)不同長(zhǎng)度缸體活動(dòng)支撐沿軸向位置可調(diào)，采用電機(jī)及絲杠驅(qū)動(dòng)，活動(dòng)支撐調(diào)到合適位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試件的夾緊定位；為適應(yīng)不同長(zhǎng)度缸體試驗(yàn)，把尾座設(shè)計(jì)成為沿軸線可調(diào)，通過伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠機(jī)構(gòu)，沿軌道進(jìn)行距離調(diào)整。

2.2 作動(dòng)筒內(nèi)鎖位移檢測(cè)原理

本試驗(yàn)臺(tái)嚴(yán)格按照飛機(jī)上起落架作動(dòng)筒的連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其連接處采用模塊化設(shè)計(jì)方式，可根據(jù)不同尺寸的作動(dòng)筒選擇不同尺寸的連接件（包括叉耳、螺栓及螺母）。為了補(bǔ)償作動(dòng)筒與試驗(yàn)臺(tái)在連接處產(chǎn)生的不可避免的誤差，在作動(dòng)筒與試驗(yàn)臺(tái)連接好之后，通過加載缸對(duì)作動(dòng)筒施加壓力，此時(shí)位移傳感器處于關(guān)閉狀態(tài)，使作動(dòng)筒內(nèi)鎖處于位移的最小極限狀態(tài)；然后開啟位移傳感器，再通過加載缸對(duì)作動(dòng)筒施加拉力，直到其處于位移的最大極限狀態(tài)，a、b兩個(gè)傳感器將位移量輸送至電腦系統(tǒng)并記錄（分別用α、β表示上述兩個(gè)位移傳感器反饋的數(shù)據(jù)），則通過以上數(shù)據(jù)便可以準(zhǔn)確地測(cè)出作動(dòng)筒內(nèi)鎖在鎖定后處于拉、壓極限狀態(tài)的位移量，即作動(dòng)筒鎖定后的間隙：Δ=α-β，最后輸出數(shù)據(jù)。整個(gè)測(cè)試過程由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)完成，從而保證了測(cè)量的準(zhǔn)確性。

3 試驗(yàn)臺(tái)工作流程

（1）使被測(cè)作動(dòng)筒處于開啟并鎖定的狀態(tài)。

（2）根據(jù)被測(cè)件大小，更換專用接頭，調(diào)整圖1中尾座的位置。

（3）安裝被測(cè)作動(dòng)筒，使其自動(dòng)預(yù)緊，確定無誤后，自動(dòng)調(diào)整活動(dòng)夾緊裝置，夾緊被測(cè)件缸體，自動(dòng)校正圖1中的位移傳感器a、b的位置。

（4）對(duì)作動(dòng)筒進(jìn)行加載，當(dāng)被測(cè)作動(dòng)筒鎖緊后，通過圖1中加載缸，沿拉、壓方向?qū)Ρ粶y(cè)作動(dòng)筒加輕微載荷，使作動(dòng)筒活塞桿產(chǎn)生左右位移，自動(dòng)測(cè)試位移，電腦通過位移傳感器自動(dòng)提取間隙數(shù)據(jù)（圖2）。

圖2 試驗(yàn)臺(tái)工作流程圖Fig.2 Test bench work flow chart

（5）試驗(yàn)完畢，卸載位移傳感器，松開夾緊裝置。

（6）卸掉被測(cè)作動(dòng)筒，準(zhǔn)備下一試驗(yàn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文給出了飛機(jī)起落架作動(dòng)筒實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)方案，結(jié)合先進(jìn)的機(jī)電一體化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了作動(dòng)筒檢測(cè)過程的自動(dòng)化，大大提高了工作效率和檢測(cè)精度。試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)方案采用了電動(dòng)加載、定位及電子檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)特別是大飛機(jī)的起落架作動(dòng)筒自動(dòng)檢測(cè)，屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。試驗(yàn)臺(tái)采用的電動(dòng)絲杠加載技術(shù)，最大可以提供10t的拉/壓力，足以滿足各種國(guó)產(chǎn)飛機(jī)作動(dòng)筒試驗(yàn)的加載要求，大大簡(jiǎn)化了使用維護(hù)；作動(dòng)筒自動(dòng)裝夾定位和補(bǔ)償以及采用位移傳感器與計(jì)算機(jī)相結(jié)合，使作動(dòng)筒鎖的位移檢測(cè)可以精確到±0.01mm，徹底改變了傳統(tǒng)檢測(cè)精度低、重復(fù)性差等問題。

[1]OWENS K E，BLOME R J， BENSON D M，et al.Electromechanical actuator test apparatus: US2010/0071452 A1 [P].2010-03-25.

[2]杜來林,宋曉軍.飛機(jī)附件檢修[M].北京:航空工業(yè)出版社,2006.DU Lailin, SONG Xiaojun. Aircraft accessories maintenance [M].Beijing: Aviation Industry Press , 2006.

[3]李培滋,王占林.飛機(jī)液壓傳動(dòng)與伺服控制[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,1979.LI Peizi,WANG Zhanlin. Aircraft hydraulic drive and servo control [M].Beijing: National Defence Industry Press, 1979.

[4]杜來林,楊超.飛機(jī)液壓作動(dòng)筒機(jī)械鎖定裝置及試驗(yàn)檢查[J].液壓氣動(dòng)與密封, 2013, 33(7):50-51.DU Lailin ,YANG Chao. Aircraft hydraulic actuating cylinder mechanical locking devices and experiment examination [J]. Hydraulics Pneumatics & Seals,2013,33(7):50-51.

[5]暴宏志,劉永光.飛機(jī)起落架收放液壓系統(tǒng)試驗(yàn)車的設(shè)計(jì)研究[J].液壓與氣動(dòng),2002,3(11):18-20.BAO Hongzhi, LIU Yongguang.Design and research of testing machine of plances undercarriage open and withdraw hydraulic system[J].Hydraulics Pneumatics & Seals, 2002,3(11):18-20.