液壓擺動(dòng)缸輸出角度驗(yàn)證方法

張 柁，張 園，楊兆林，勾利娜

（1.中國(guó)飛機(jī)強(qiáng)度研究所?全尺寸飛機(jī)結(jié)構(gòu)靜力/疲勞重點(diǎn)試驗(yàn)室，陜西?西安?710065；?2.西安長(zhǎng)慶科技工程有限責(zé)任公司，陜西?西安?710021；3.長(zhǎng)慶油田勘探開發(fā)研究院，?陜西?西安?710021；4.西部機(jī)場(chǎng)集團(tuán)有限公司，陜西?西安?710075）

液壓擺動(dòng)缸是能將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)往復(fù)擺動(dòng)的執(zhí)行元件[1-2]。主要原理是把一般線性活塞運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)輸出，活塞外表面帶有一組螺旋齒，與缸體內(nèi)表面的螺旋齒匹配，加工在活塞內(nèi)表面的螺旋齒與輸出軸上的螺旋齒嚙合。ARP25/180具有結(jié)構(gòu)緊湊、承載能力高和零泄漏等特點(diǎn)[3]。該產(chǎn)品的最大輸出角度為±90°，最大扭矩值200 N·m。

為了驗(yàn)證該型液壓擺動(dòng)缸可以實(shí)現(xiàn)0°～110°旋轉(zhuǎn)，本文設(shè)計(jì)了液壓擺動(dòng)缸輸出角度，以此進(jìn)行研究來驗(yàn)證試驗(yàn)。

1 設(shè)備簡(jiǎn)介

1.1 液壓擺動(dòng)缸簡(jiǎn)介

試驗(yàn)中選用MOVECO生產(chǎn)的ARP25/180型擺動(dòng)缸，如圖1所示。該型設(shè)備的工作油源壓力為21 MPa，與目前國(guó)內(nèi)大部分液壓設(shè)備的使用油源壓力相同。該型擺動(dòng)缸的基本控制原理圖如圖2所示。從圖1可以看出，擺動(dòng)缸下端為A孔，上端未連接油管的為B孔，并非嚴(yán)格確定哪個(gè)是進(jìn)油孔，哪個(gè)是出油孔，這是根據(jù)旋轉(zhuǎn)式作動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)方向確定的。當(dāng)A孔進(jìn)油時(shí)，B孔出油完成B—A方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，反之則為A—B方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

圖1 ??液壓擺動(dòng)缸的實(shí)物照片

圖2 ??液壓擺動(dòng)缸的控制原理圖

由于擺動(dòng)缸A孔與B孔的尺寸與現(xiàn)有的油管接頭不匹配，因此需要設(shè)計(jì)專用的轉(zhuǎn)接接頭及轉(zhuǎn)接油管。液壓擺動(dòng)缸作為執(zhí)行元件，與其相連的控制調(diào)節(jié)元件包括伺服閥、電磁閥。

1.2 角位移傳感器簡(jiǎn)介

試驗(yàn)中采用RVIT15-60型角位移傳感器，如圖3所示，其原理是仿效電位計(jì)，輸入電壓的任何變化都會(huì)導(dǎo)致輸出電壓相應(yīng)的變化。盡管此輸出是比率輸出，RVIT-15-60能夠提供相當(dāng)高的比例系數(shù)，在±60°的擴(kuò)展量程內(nèi)，每度為50 mV。此外，RVIT的非接觸式設(shè)計(jì)具有極高的精度（±0.25%FS），理論上接近無限的使用壽命。

圖3 ??RVIT-15-60型角位移傳感器

角位移傳感器的輸出為電壓信號(hào)（模擬信號(hào)），并需要激勵(lì)電源，測(cè)試時(shí)使用了MTS系統(tǒng)提供的激勵(lì)電源（電壓10 V），通過分壓的方式為角位移傳感器提供5 V激勵(lì)。角位移傳感器控制接入方式示意圖見圖4。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，角位移傳感器的輸出有兩種方式接入到控制系統(tǒng)，一種是從傳感器通道面板接入（需要改造傳感器線路）；另一種是從模擬輸入通道接入（需要專用接頭）。本次測(cè)試角度參量要參與閉環(huán)控制，因此選擇第一種接入方式。

圖4 ??角位移傳感器控制接入方式示意圖

2 試驗(yàn)簡(jiǎn)介

2.1 試驗(yàn)原理

在試驗(yàn)中，設(shè)計(jì)了專用夾具將角位移傳感器和液壓擺動(dòng)缸連接在一起，使角位移傳感器與液壓擺動(dòng)缸在運(yùn)動(dòng)過程中同軸旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)角位移傳感器對(duì)液壓擺動(dòng)缸旋轉(zhuǎn)角度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。沿液壓擺動(dòng)缸四周粘貼刻度條，用來監(jiān)視試驗(yàn)過程中擺動(dòng)缸運(yùn)動(dòng)的角度?？刂葡到y(tǒng)采用MTS Flex Test 200，控制精度優(yōu)于1%。由于現(xiàn)有角位移傳感器量程為±60°，為了使角位移傳感器量程達(dá)110°，在試驗(yàn)前需調(diào)節(jié)角位移傳感器到-55°，以此為基準(zhǔn)轉(zhuǎn)向55°。在試驗(yàn)中設(shè)置了一個(gè)虛擬通道，將-55°作為0°，從而將角位移傳感器的量程轉(zhuǎn)換為0°到110°。試驗(yàn)原理如圖5所示。

圖 5??試驗(yàn)原理圖

2.2 試驗(yàn)安裝

通過設(shè)計(jì)的專用夾具將角位移傳感器與液壓擺動(dòng)缸同軸連接，沿液壓擺動(dòng)缸四周粘貼刻度條，然后將其固定在作動(dòng)筒底座上，液壓擺動(dòng)缸A孔接進(jìn)油管，B孔接出油管?，F(xiàn)場(chǎng)安裝如圖6所示。

圖6 ??試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)安裝圖

2.3 試驗(yàn)程序

2.3.1 試驗(yàn)前準(zhǔn)備

在現(xiàn)場(chǎng)安裝完成后，需要進(jìn)行試驗(yàn)調(diào)試。主要檢查各加載設(shè)備運(yùn)行是否正常，控制設(shè)備是否可靠，采集設(shè)備運(yùn)行是否正常，并排除預(yù)試中檢查出的一切可能影響試驗(yàn)正常進(jìn)行的問題。

在設(shè)備調(diào)試無誤后，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)液壓擺動(dòng)缸至極限位置，再調(diào)節(jié)角位移傳感器至0°（虛擬通道讀數(shù)）。

2.3.2 正式試驗(yàn)

在調(diào)試后，開始正式試驗(yàn)，正式試驗(yàn)按以下程序進(jìn)行：

（1）加壓并檢查油路、控制系統(tǒng)、加載設(shè)備是否正常；

（2）以5.5°為一級(jí)，沿逆時(shí)針方向按程序逐級(jí)旋轉(zhuǎn)至110°；

（3）以11°為一級(jí)，沿順時(shí)針方向按程序逐級(jí)旋轉(zhuǎn)至初讀數(shù)后卸壓；

（4）用刻度條監(jiān)視液壓擺動(dòng)缸的旋轉(zhuǎn)角度。

2.4 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)中命令和反饋曲線如圖7所示。

圖7 ??命令和反饋曲線

從圖7可知，在試驗(yàn)過程中命令-反饋吻合較好，即反饋值和命令值的誤差較小，最大誤差為0.4°，說明擺動(dòng)缸的跟隨性比較好，從而說明液壓擺動(dòng)缸可以單向旋轉(zhuǎn)到110°。

在試驗(yàn)中，應(yīng)急卸載的曲線如圖8所示。

圖 8??應(yīng)急卸載曲線

從圖8可以看出，在應(yīng)急卸載時(shí)，液壓擺動(dòng)缸反饋值保持不變，液壓擺動(dòng)缸會(huì)鎖定在應(yīng)急卸載位置。

3 結(jié)????論

針對(duì)某工程操縱系統(tǒng)操作試驗(yàn)駕駛盤偏轉(zhuǎn)角度需求，設(shè)計(jì)了液壓擺動(dòng)缸輸出角度驗(yàn)證試驗(yàn)，證明了ARP25/180型液壓擺動(dòng)缸可以實(shí)現(xiàn)0°～110°旋轉(zhuǎn)，為后續(xù)試驗(yàn)使用奠定了基礎(chǔ)。