系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)方案

1、系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)方案 飛機(jī)液壓系統(tǒng)脈沖試驗(yàn)技術(shù)研究2004年10月目目 錄錄1.設(shè)計(jì)依據(jù)設(shè)計(jì)依據(jù)2.研究內(nèi)容研究內(nèi)容3.技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)4.液壓脈沖波形成的機(jī)理分析液壓脈沖波形成的機(jī)理分析5.5.飛機(jī)液壓脈沖試驗(yàn)系統(tǒng)組成飛機(jī)液壓脈沖試驗(yàn)系統(tǒng)組成 6.飛機(jī)液壓脈沖試驗(yàn)系統(tǒng)靜態(tài)設(shè)計(jì)飛機(jī)液壓脈沖試驗(yàn)系統(tǒng)靜態(tài)設(shè)計(jì) 7.飛機(jī)液壓脈沖系統(tǒng)測控設(shè)計(jì)飛機(jī)液壓脈沖系統(tǒng)測控設(shè)計(jì)8.液壓脈沖主動(dòng)控制技術(shù)研究液壓脈沖主動(dòng)控制技術(shù)研究1.設(shè)計(jì)依據(jù)設(shè)計(jì)依據(jù) 本方案是依據(jù)國防基礎(chǔ)科研項(xiàng)目建議書提出的先進(jìn)工業(yè)技術(shù)研究飛機(jī)液壓系統(tǒng)脈沖試驗(yàn)技術(shù)研究項(xiàng)目而制定的設(shè)計(jì)方案。2.研究內(nèi)容研究內(nèi)容 液壓脈沖波形形成機(jī)理分析、

2、仿真和試驗(yàn)。 脈沖波形主動(dòng)控制技術(shù)研究。 測試和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究。 研制標(biāo)準(zhǔn)液壓脈沖試驗(yàn)系統(tǒng)。3.技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)系統(tǒng)額定壓力范圍 P=2MPa28MPa 連續(xù)可調(diào)最大脈沖峰值 125%P150%P 壓力升率 100MPa/s2100MPa/s試驗(yàn)波形 水錘波、梯形波、正弦波被試件容腔 不小于3升 (P=21MPa-28MPa)試驗(yàn)環(huán)境溫度 T= 60150脈沖頻率 f = 0.1Hz2Hz 測量誤差 小于1%脈沖峰值控制誤差 小于3可靠性指標(biāo) 平均無故障工作時(shí)間 600 h4.4.液壓脈沖波形成的機(jī)理分析液壓脈沖波形成的機(jī)理分析4.1 4.1 標(biāo)準(zhǔn)脈沖波形標(biāo)準(zhǔn)脈沖波形D123864579V0

3、4.2 4.2 簡易發(fā)生裝置簡易發(fā)生裝置4.3 4.3 脈沖發(fā)生過程脈沖發(fā)生過程4.3.1 初始狀態(tài) 容積為 V0 的試件已預(yù)先充滿工作介質(zhì)，試件經(jīng)換向閥與油箱溝通，此時(shí)試件內(nèi)壓力 P00 ，油泵按額定工作壓力 P 運(yùn)行，其排出流量為蓄壓器充壓，多余的油液經(jīng)溢流閥流回油箱。 V0， P0 0通回油管V0+V； P0 Pmax P4.3.2 產(chǎn)生液壓脈沖 油泵按額定壓力 P 運(yùn)行，換向閥快速換向，來自系統(tǒng)的高壓油經(jīng)換向閥快速?zèng)_入試件，形成液壓壓力脈沖波形。 P、Q(V)4.3.3 脈沖波形消失 換向閥反向切換，試件與油箱溝通，脈沖波形消失，V0 、P0 恢復(fù)為脈沖發(fā)生前的狀態(tài)。 4.4 4.4

4、機(jī)理分析機(jī)理分析電磁閥打開瞬間狀態(tài) V P0 P P、Q(Vt)t1t 這是一個(gè)典型的由液壓動(dòng)能轉(zhuǎn)化為彈性勢能的變化過程，主要為靜壓壓力傳遞。t1Ptt2Pmax 由于油液的可壓縮性，試件壓力繼續(xù)上升至Pmax。其壓力曲線為：油液的動(dòng)能變?yōu)閴毫δ艿倪^程。 當(dāng)試件壓力上升至 Pmax ，由于系統(tǒng)壓力不平衡， Pmax 將回落，試件內(nèi)部出現(xiàn)壓力振蕩，直到 P=P0 。tt3PmaxP0電磁閥反向切換后，試件壓力回零。5.飛機(jī)液壓脈沖試驗(yàn)系統(tǒng)組成飛機(jī)液壓脈沖試驗(yàn)系統(tǒng)組成 整個(gè)系統(tǒng)由下列三個(gè)部分組成：整個(gè)系統(tǒng)由下列三個(gè)部分組成： 液壓脈沖系統(tǒng) PXI總線計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng) 高、低溫環(huán)控箱其它：1、補(bǔ)油管路

5、通到上層，閥統(tǒng)一放在下部 2、補(bǔ)油系統(tǒng)放在下層19標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)柜油箱550300液壓脈沖試驗(yàn)臺(tái)265010001810典型進(jìn)入上層55KW散熱器2.5L2.5L22KW畜壓器組125L下層QQ氣驅(qū)泵氣散熱器QQ加溫油箱氣Q補(bǔ)油泵3環(huán)控箱 2M常溫試驗(yàn)區(qū)上層BA 1632BP(控制)Q25飛機(jī)液壓脈沖系統(tǒng)總體布置圖Q22KW4248氣驅(qū)泵0784434044P44454650L1.5KW41通大氣D5312036T122035123233124P341422接冷卻水塔2.2KWTywz211AD2AD22P600L55KW23D122543A14Q14720202472012Q3A14209488

6、123422Q226Q3P2294810飛機(jī)液壓脈沖試驗(yàn)系統(tǒng)原理圖473.5L484444444437438394V12A12S2011AVVSQP2016484811VSSP15P1614PT17A16A32134825322515P121416PT171L試 件T122M 環(huán)控箱3T試 件13L205.1 5.1 液壓脈沖系統(tǒng)組成及各部分功能液壓脈沖系統(tǒng)組成及各部分功能 主液壓系統(tǒng) 系統(tǒng)輸入功率55KW，選用壓力及流量可調(diào)的PV092排量變量柱塞泵，試驗(yàn)時(shí)通過限壓作定量泵使用。配置4臺(tái)總有效容積為52升的蓄壓器，作為瞬間補(bǔ)充供油。設(shè)有比例壓力閥和比例流量閥，以實(shí)現(xiàn)對波形的主動(dòng)控制?？客饪赝?/p>

7、泄的先導(dǎo)式電液換向閥快速切換，形成脈沖波。 額定壓力28MPa，可調(diào) 脈沖峰值42MPa，可控 瞬間最大流量1500升/min，可調(diào) 該系統(tǒng)主要用于14升高壓大容腔試件脈沖試驗(yàn)。 控制液壓系統(tǒng) 系統(tǒng)輸入功率22KW，選用PV046排量泵，配13升蓄壓器，采用比例壓力調(diào)節(jié)和比例伺服閥配合電液換向閥，可產(chǎn)生脈沖波、正弦波、梯形波等不同壓力波形。 當(dāng)主系統(tǒng)工作時(shí)，用作主系統(tǒng)的外控油源；主系統(tǒng)不工作時(shí)，可單獨(dú)承擔(dān)容腔小于1升試件的高壓脈沖試驗(yàn)。 額定壓力28MPa，可調(diào) 脈沖峰值42MPa，可控 瞬間最大流量350L/min，可調(diào) 低壓補(bǔ)油系統(tǒng) 系統(tǒng)功率1.5KW，P=1.45MPa，Q=35L/mi

8、n 在試驗(yàn)準(zhǔn)備階段，用于給試件加液排氣； 在試驗(yàn)階段用于給試件補(bǔ)油； 該系統(tǒng)可以進(jìn)行循環(huán)高溫補(bǔ)油，以滿足試件的高溫試驗(yàn)要求，設(shè)定最高油溫為150。 氣壓增壓補(bǔ)油系統(tǒng) 由氣壓減壓閥和增壓補(bǔ)油箱組成，主要用于00.1MPa之間的精確低壓補(bǔ)油；試驗(yàn)結(jié)束，可利用增壓氣體排出試驗(yàn)件中的油液。 高壓補(bǔ)油系統(tǒng) 由氣壓過濾器、減壓閥和氣驅(qū)液壓泵組成，標(biāo)準(zhǔn)液氣比率為601，最大液壓壓力為42MPa，用于特殊波形試驗(yàn)的高壓補(bǔ)油。 5.2 PXIPXI總線計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)組成總線計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)組成 PXI總線的特性PXI是PCI總線在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展，它繼承了VXI總線規(guī)范的諸多優(yōu)點(diǎn)，是一種開放型、模塊化、易于集成、功

9、能強(qiáng)、可靠性好、價(jià)格低、軟件與個(gè)人計(jì)算機(jī)兼容的測控系統(tǒng)平臺(tái)。PXI支持多擴(kuò)展槽，有很強(qiáng)的I/O能力、用于高速定時(shí)的系統(tǒng)參考時(shí)鐘，以及用于多板精確同步的星形觸發(fā)總線及相鄰儀器模板間高速通信的局部總線。液壓脈沖試驗(yàn)測控系統(tǒng)框圖 MXI-3PXI多功能數(shù)據(jù)采集模塊PXI總線信號調(diào)理驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)壓力、溫度傳感器被控部件被控部件單片機(jī)系統(tǒng)串口AIDOAO流量傳感器工控機(jī) AI AO DO5.3 5.3 高、低溫環(huán)控箱高、低溫環(huán)控箱2M3高低溫環(huán)控箱用于試驗(yàn)時(shí)的高、低溫環(huán)境控制溫控范圍：60150溫變率：4 /min 5/min 6.飛機(jī)液壓脈沖試驗(yàn)系統(tǒng)靜態(tài)設(shè)計(jì)飛機(jī)液壓脈沖試驗(yàn)系統(tǒng)靜態(tài)設(shè)計(jì) 為進(jìn)行液壓脈沖試驗(yàn)

10、技術(shù)研究，必須研制標(biāo)準(zhǔn)液壓脈沖試驗(yàn)系統(tǒng)。這套系統(tǒng)本身就包含了本課題的關(guān)鍵技術(shù)，如系統(tǒng)功率；瞬間補(bǔ)充供油的蓄壓器參數(shù)；增壓缸參數(shù)等，只有這些參數(shù)的合理配置，才能保證脈沖波形各項(xiàng)特征參數(shù)符合規(guī)范要求。 主要技術(shù)依據(jù) 脈沖試驗(yàn)規(guī)范所要求的標(biāo)準(zhǔn)脈沖波形如圖所示， 基本參數(shù)如下： 試件額定工作壓力Ps 28MPa壓力脈沖峰值Psmax 1.5Ps 42MPa脈沖頻率f 2Hz試件容積V1 4L （要求 3L）蛇行管容積V2 1.256L （管徑20mm，管長4000mm）增壓缸高壓端容積V3 0.527L 高壓脈沖段總?cè)莘eV V1V2+V3=5.783L 取V6L計(jì)算根據(jù)下面這個(gè)公式計(jì)算出沖擊到最高壓力

11、時(shí)的油液壓縮量。 V VP 公式中 為液壓油的壓縮參數(shù)； V為液壓油的總體積； P為最高壓力和最低壓力的壓差。 經(jīng)計(jì)算V =0.318L6.16.1高壓脈沖段油液壓縮量高壓脈沖段油液壓縮量VV計(jì)算計(jì)算 6.2 6.2 脈沖過程瞬時(shí)最大功率脈沖過程瞬時(shí)最大功率N N Psmax 42MPaQS 954升/minKWQPNss3342600max 這樣大的試驗(yàn)動(dòng)力，實(shí)際實(shí)現(xiàn)起來是及其困難的，即使可以實(shí)現(xiàn)，對液壓脈沖這樣的特殊要求，在能源配置上也會(huì)造成極大的浪費(fèi)，動(dòng)力配置必須采取切實(shí)可行的對策。 最佳解決辦法：采用小功率液壓動(dòng)力系統(tǒng)加上大容腔蓄壓器以滿足瞬間大流量的要求。V048L蓄壓器有效氣體容積

12、；P012MPa預(yù)充氣壓力；P1=18.2MPa 最低工作壓力；P=18.7MPa最高工作壓力（即系統(tǒng)額定工作壓力）；V0=0.477L 蓄壓器從P到P1時(shí)的有效輸出油液量。6.3 蓄壓器技術(shù)參數(shù)蓄壓器技術(shù)參數(shù)6.4 主系統(tǒng)油泵輸出功率主系統(tǒng)油泵輸出功率 經(jīng)計(jì)算，主系統(tǒng)功率為55KW。D100mm低壓腔直徑d82mm高壓腔直徑L100mm增壓缸行程i1.4872增壓比6.5 增壓缸參數(shù)增壓缸參數(shù) 6.6 6.6 結(jié)論結(jié)論V4L被試件容積Ps28MPa 被試件額定工作壓力Psmax42MPa 壓力脈沖峰值f=2Hz脈沖頻率V=318cm3試驗(yàn)段容積變化量D100mm增壓缸輸入端直徑d82mm增壓

13、缸輸出端直徑i=1.5增壓比L100mm增壓缸最大行程蓄壓器有效容積12L448LP0120bar蓄壓器預(yù)充壓壓力P118.7MPa系統(tǒng)額定工作壓力P218.2MPa蓄壓器最低工作壓力Q120L/min油泵流量N55KW電機(jī)功率7.飛機(jī)液壓脈沖系統(tǒng)測控設(shè)計(jì)飛機(jī)液壓脈沖系統(tǒng)測控設(shè)計(jì)7.1 信號統(tǒng)計(jì)信號統(tǒng)計(jì) 壓力測量信號 11點(diǎn) 流量測量信號 6點(diǎn) 溫度測量信號 6點(diǎn) 模擬量輸出控制信號 4點(diǎn) 開關(guān)量輸出控制信號 9點(diǎn) 詳細(xì)統(tǒng)計(jì)見附表壓力測量信號壓力測量信號流量測量信號流量測量信號溫度測量信號溫度測量信號模擬量輸出控制信號模擬量輸出控制信號開關(guān)量輸出控制信號開關(guān)量輸出控制信號7.2測控系統(tǒng)信號調(diào)理

14、輸入及輸出測控系統(tǒng)信號調(diào)理輸入及輸出 壓力和溫度傳感器的輸出信號均為420mA，統(tǒng)一信號調(diào)理為15V電壓信號，接入采集卡。 流量信號輸出為頻率信號，經(jīng)單片機(jī)處理后，通過串口傳遞。 模擬量輸出控制信號可以通過手動(dòng)調(diào)節(jié)也可以計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，通過面板雙刀雙擲開關(guān)選擇。 開關(guān)量輸出控制信號由操作臺(tái)的繼電器控制，該繼電器可以由面板手動(dòng)控制，也可以計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，通過面板開關(guān)選擇。7.3測控系統(tǒng)構(gòu)成測控系統(tǒng)構(gòu)成 測控系統(tǒng)由兩部份構(gòu)成：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和波形控制系統(tǒng)。硬件組成： 工控機(jī) MXI-3連接器 NI PXI-PC8335 PXI機(jī)箱 NI PXI-1042，通用8槽機(jī)箱，300W電源 多功能數(shù)據(jù)采集模塊，2塊 NI PXI-6025E數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖 工控機(jī)MXI-3PXI多功能數(shù)據(jù)采集模塊PXI總線信號調(diào)理壓力、溫度傳感器單片機(jī)系統(tǒng)串口AI流量傳感器波形控制系統(tǒng)框圖波形控制系統(tǒng)框圖 工控機(jī)MXI-3PXI多功能數(shù)據(jù)采集模塊PXI總線信號調(diào)理驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)壓力傳感器伺服閥/比例閥換向閥AIDOAO執(zhí)行機(jī)構(gòu) AI AO DO7.4 適配電路適配電路 適配電路的功能是：完成傳感器信號的轉(zhuǎn)換；隔離及功率放大。適配電路包括： 壓力與溫度傳感器信號調(diào)理； 流量傳感器信號調(diào)理； 模擬信號輸出； 開關(guān)量信號控制。 該適配電路自行研制。7.5 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)