飛行模擬機(jī)運(yùn)動(dòng)液壓系統(tǒng)作動(dòng)筒位置傳感器及伺服比例閥更換與調(diào)試

康峰 胡軍 邱斌 劉紅

摘 要：針對(duì)加拿大Mechtronix公司生產(chǎn)的波音737-800全動(dòng)飛行模擬機(jī)的液壓系統(tǒng)維修與調(diào)試，該模擬機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)采用的是力士樂(lè)（Rexroth）液壓系統(tǒng)，著重分析了該液壓系統(tǒng)中作動(dòng)筒位置傳感器及伺服比例閥的更換與調(diào)試，該研究具有一定的通用性和參考性。

關(guān)鍵詞：作動(dòng)筒;位置傳感器;伺服比例閥;校準(zhǔn)

0 引言

中國(guó)民航飛行學(xué)院模擬機(jī)訓(xùn)練中心的波音737-800全動(dòng)飛行模擬機(jī)于2003年投入使用，現(xiàn)已運(yùn)行近20年，所以在平時(shí)的工作中液壓系統(tǒng)有許多部件需要更換?，F(xiàn)重點(diǎn)對(duì)其作動(dòng)筒位置傳感器及伺服比例閥的更換與調(diào)試進(jìn)行闡述。

1 位置傳感器更換與校準(zhǔn)

全動(dòng)飛行模擬機(jī)借助六支作動(dòng)筒的伸縮運(yùn)動(dòng)，完成平臺(tái)在空間六個(gè)自由度（俯仰、滾轉(zhuǎn)、偏航、升降、縱向平移、側(cè)向平移）的運(yùn)動(dòng)，從而可以模擬出各種空間運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，如圖1所示。由計(jì)算機(jī)通過(guò)控制液壓伺服比例閥控制流入作動(dòng)筒液壓油的流入、流出來(lái)控制作動(dòng)筒的伸縮。在模擬過(guò)程中，由主機(jī)計(jì)算飛機(jī)的加速度和速度，并通過(guò)以太網(wǎng)接口傳輸?shù)娇刂朴?jì)算機(jī)，再由控制計(jì)算機(jī)計(jì)算所需的平臺(tái)運(yùn)動(dòng)。

運(yùn)動(dòng)作動(dòng)筒是一個(gè)活塞桿以及活塞上帶有靜壓軸承的不對(duì)稱(chēng)液缸，該作動(dòng)筒的設(shè)計(jì)比較特別，它與系統(tǒng)壓力油管相連，液壓油由下腔流入與流出由比例伺服閥控制，在兩種偏移極限時(shí)，作動(dòng)筒均有76 mm（3 in）的緩沖行程。在閥的油路塊上，包括帶有故障功能的比例伺服閥、溢流閥、單向閥、節(jié)流閥和測(cè)量點(diǎn)?；钊纳舷滤俣扔捎布拗频?.688 m/s（27 in/s），以防止緩沖過(guò)程中過(guò)載。

作動(dòng)筒內(nèi)部頂端固定著一個(gè)磁位移傳感器，傳感器的電纜從作動(dòng)筒活塞桿的上端連接傳感器電子盒。

運(yùn)動(dòng)伺服作動(dòng)筒上裝有壓力傳感器以測(cè)量作動(dòng)筒底部的壓力，該壓力信號(hào)作為安全信號(hào)以及控制系統(tǒng)的反饋信號(hào)。

作動(dòng)筒還安裝了一個(gè)微型開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)活塞桿的“完全縮進(jìn)”位置。在作動(dòng)筒邊上裝有連接器，用于伺服閥、壓力傳感器和位移傳感器的電纜連接。

由于作動(dòng)筒長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，密封圈老化開(kāi)始漏油或位置和壓力傳感器故障，都需要更換作動(dòng)筒，每次更換作動(dòng)筒或更換位置傳感器后需要做以下調(diào)試：

每個(gè)作動(dòng)筒包含一個(gè)具有模擬輸出的位置傳感器。當(dāng)致動(dòng)器完全縮回時(shí)，傳感器的輸出約為0.3 V，當(dāng)致動(dòng)器完全伸出時(shí)，傳感器的輸出約為9.7 V。軟件將模擬值轉(zhuǎn)換為工程單位：致動(dòng)器完全縮回為-0.762 m，致動(dòng)器完全伸出為+0.762 m。

位置傳感器的調(diào)整包括改變模擬輸入的增益和偏移，以工程單位提供所需的輸出。以1號(hào)作動(dòng)筒為例，具體步驟如下：

（1）以手動(dòng)模式啟動(dòng)系統(tǒng)。

（2）將平臺(tái)移至中立位。

（3）進(jìn)入運(yùn)動(dòng)計(jì)算機(jī)，打開(kāi)控制循環(huán)窗口（HydrCntrlLoops）并選擇正確的選項(xiàng)?；芈?=作動(dòng)筒1。

（4）按圖2（a）控制循環(huán)中ActPos框，將會(huì)彈出如圖2（b）所示的檢測(cè)窗口，顯示當(dāng)前位置信息，正值為作動(dòng)筒伸出長(zhǎng)度，負(fù)值為作動(dòng)筒縮回長(zhǎng)度，單位為米。如果超差將出現(xiàn)紅色警告。

too high：應(yīng)為0.79 m;

high：應(yīng)為0.77 m;

low：應(yīng)為-0.77 m;

too low：應(yīng)為-0.79 m。

（5）按圖3（a）控制循環(huán)中PosErr框，當(dāng)檢測(cè)窗有超差信息時(shí)出現(xiàn)圖3（b），正值為作動(dòng)筒完全伸出超差長(zhǎng)度，負(fù)值為作動(dòng)筒完全縮回超差長(zhǎng)度，單位為米。直接輸入以下數(shù)值：

too high：設(shè)置為2.0 m;

high：設(shè)置為2.0 m;

low：設(shè)置為-2.0 m;

too low：設(shè)置為-2.0 m。

按“OK”完成設(shè)置，并關(guān)閉窗口。

（6）打開(kāi)模擬輸出窗口（Analog outputs），如圖4所示。

檢查手動(dòng)閥設(shè)定點(diǎn)更改：相應(yīng)作動(dòng)筒模式（mode）選擇為V，然后按下Enable OV，這時(shí)該按鈕將會(huì)顯示為Disable OV。

在OV Volt欄輸入正值時(shí)，作動(dòng)筒將伸出，負(fù)值則收回。注：輸入值不能大于±1.0。

（7）在圖4中OV Volt欄輸入0.2，這時(shí)作動(dòng)筒將伸出。

（8）等作動(dòng)筒伸出完成。

（9）打開(kāi)模擬輸入窗口（Analog inputs），如圖5所示。

（10）從模擬輸入窗口記下位置傳感器的值（單位為米），標(biāo)記為PosA。

（11）回到步驟（7），在OV Volt欄輸入-0.2，這時(shí)作動(dòng)筒將收回。

（12）等作動(dòng)筒收回完成。

（13）從模擬輸入窗口記下位置傳感器的值（單位為米），標(biāo)記為PosB。注意這時(shí)PosB為負(fù)值。

（14）用以下公式計(jì)算新的增益：

當(dāng)作動(dòng)筒完全伸出的長(zhǎng)度=0.762 m，作動(dòng)筒完全縮回的長(zhǎng)度=0.762 m，則作動(dòng)筒整個(gè)位移長(zhǎng)度為0.762+0.762=

1.524 m，則實(shí)際測(cè)出的增益命名為新增益（NewGain），由以下公式算出在作動(dòng)筒整個(gè)1.524 m的增益：

NewGain=

例如，PosA=0.770 m，PosB=-0.780 m，OldGain=0.15，則：

NewGain=0.15×1.524/[0.770-（-0.780）]=0.15×1.524/（0.770+0.780）≈0.147 5

（15）在圖5增益欄里輸入新的增益值。

（16）在圖5中Offset欄輸出頁(yè)面輸入-0.762，作動(dòng)筒將收回。

（17）在圖4中OV Volt欄輸入0.2，這時(shí)作動(dòng)筒將伸出。

（18）等作動(dòng)筒伸出完成。

（19）確認(rèn)位置傳感器的輸出為+0.762 m（±0.001 m）。如果不能達(dá)到該數(shù)值，就回到步驟（10）完成到本步驟。

（20）如果以上步驟完成，則在圖4中OV Volt項(xiàng)輸入0.2。當(dāng)作動(dòng)筒回到中間位置時(shí)，按下Disable OV，在OV Volt輸入一個(gè)值0.0，并在mode列中刪除V。

（21）打開(kāi)控制循環(huán)窗口，如圖3（a）所示。

（22）按下PosErr，在出現(xiàn)的檢測(cè)窗中相應(yīng)輸入以下數(shù)值：

too high：設(shè)置為0.571 5 m;

high：設(shè)置為0.304 8 m;

low：設(shè)置為-0.304 8 m;

too low：設(shè)置為-0.571 5 m。

以上數(shù)值為作動(dòng)筒中間位置傳感器設(shè)計(jì)數(shù)值，單位為米。

按下“OK”鍵，關(guān)閉窗口。

（23）完成系統(tǒng)設(shè)置，選擇Save Calibration Data保存已校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

小結(jié)：以上所校準(zhǔn)傳感器是基于美國(guó)MTS公司生產(chǎn)的磁致伸縮線性位置傳感器，采用雙磁鐵位置測(cè)量，在其傳感元件中使用扭轉(zhuǎn)波的超聲速度來(lái)檢測(cè)位置。積分信號(hào)處理將測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的模擬或數(shù)字輸出，精度最高，具有最高耐久性的非接觸式傳感，適合長(zhǎng)期放置于液壓油中。以上所有數(shù)據(jù)是基于在設(shè)計(jì)作動(dòng)筒行程時(shí)，測(cè)出完全伸出（最大行程點(diǎn)）、中立位置和完全收回（最小行程點(diǎn)）時(shí)分別所測(cè)出傳感器的相對(duì)電壓值積分算出的。

2 伺服比例閥校準(zhǔn)

伺服比例閥是安裝在作動(dòng)筒上的，每個(gè)作動(dòng)筒都安裝一個(gè)，伺服比例閥是控制作動(dòng)筒伸縮的關(guān)鍵部件，通過(guò)計(jì)算機(jī)洗出算法來(lái)控制伺服閥開(kāi)合，從而控制液壓油注入作動(dòng)筒的多少，將使運(yùn)動(dòng)平臺(tái)產(chǎn)生六個(gè)方向的位移、加速度、顛簸等。每次更換或維護(hù)該閥時(shí)都需要校準(zhǔn)。本臺(tái)模擬機(jī)采用的是力士樂(lè)生產(chǎn)的STW-0177伺服比例閥，由于模擬機(jī)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，伺服閥會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，造成伺服閥產(chǎn)生滯后，影響其靈敏度，還會(huì)產(chǎn)生比較大的噪聲（有時(shí)作動(dòng)筒不移動(dòng)也會(huì)有噪聲），其產(chǎn)生的原因是疊加了高頻正弦波信號(hào)在閥門(mén)設(shè)定點(diǎn)上。

以下步驟可以消除抖動(dòng)和噪聲，同時(shí)也適用于更換伺服閥。

（1）拆下包含集成電子設(shè)備的閥箱蓋板，拆下4個(gè)螺釘，伺服比例閥如圖6所示。這樣就可以使用5個(gè)電位計(jì)（圖7），中間電位計(jì)控制抖動(dòng)。

（2）在運(yùn)動(dòng)控制柜上轉(zhuǎn)換為手動(dòng)模式，打開(kāi)系統(tǒng)控制命令使運(yùn)動(dòng)平臺(tái)升至中立位。

（3）順時(shí)針緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)電位計(jì)以減小抖動(dòng)，直到不再聽(tīng)到抖動(dòng)噪聲（注：控制伺服比例閥的信號(hào)是振幅為0.686 m、頻率為0.02 Hz的一正弦波）。

需要注意的是，不要完全順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)電位計(jì)，應(yīng)該留下一些抖動(dòng)。

（4）完成調(diào)整，用密封漆鎖定電位計(jì)位置。

3 結(jié)語(yǔ)

本文總結(jié)了飛行模擬機(jī)運(yùn)動(dòng)液壓系統(tǒng)在實(shí)際的故障處理和日常維護(hù)保養(yǎng)工作中所遇到的一些問(wèn)題，其實(shí)還有許多部件更換都需要校準(zhǔn)，比如壓力傳感器校準(zhǔn)等，有待今后進(jìn)一步的深入分析。

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收稿日期：2021-01-21

作者簡(jiǎn)介：康峰（1963—），男，四川會(huì)理人，工程師，研究方向：全動(dòng)飛行模擬機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)（包括液壓系統(tǒng)和氣電混合系統(tǒng)）。