民機(jī)液壓管路程控清洗技術(shù)驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)

童 彥，劉建建，李徐輝，沈樂剛

(上海飛機(jī)制造有限公司，上海 201324)

液壓管路系統(tǒng)是民機(jī)液壓系統(tǒng)不可或缺的組成部分，它一方面?zhèn)鬟f高壓完成飛機(jī)各種操縱功能，如舵機(jī)的調(diào)整與操縱、襟翼的收放、前輪轉(zhuǎn)彎、起落架收放等[1-2]，另一方面承受內(nèi)壓、變形、發(fā)熱、振動等不利工況[3-4]，是飛機(jī)的血管動脈。液壓管路系統(tǒng)的性能和壽命是決定飛機(jī)安全性能的關(guān)鍵指標(biāo)[1-2]。為了消除由液壓管路不暢所引起的飛機(jī)安全事故[3-5]，需要在全機(jī)系統(tǒng)地面功能測試前對液壓管路系統(tǒng)開展大規(guī)模、大流量清洗工作，以此來排除由污染物、阻力等所導(dǎo)致的管路堵塞[6]。

目前，民機(jī)液壓管路在清洗前需要預(yù)先安裝成品件(例如泵、閥類、作動器等)來協(xié)調(diào)管路定位和安裝，但為了避免成品件被污染油污染，清洗時(shí)需將成品件拆下，利用工藝軟管連接后開展清洗工作，清洗結(jié)束后再重新裝回成品件。反復(fù)拆裝導(dǎo)致清洗步驟復(fù)雜、效率低下，并可能造成連接口螺紋損傷。由于液壓成品件需由國外供應(yīng)商提供，若供貨不及時(shí)，則該成品件相連區(qū)域內(nèi)的管路將無法進(jìn)行清洗耐壓試驗(yàn)工作，從而影響管路系統(tǒng)乃至液壓系統(tǒng)功能試驗(yàn)的進(jìn)行[7]。

為解決上述問題，提出一種基于假件模塊(液壓成品件假件，具備管路安裝界面，含程控油路換向、切斷、通路等功能)的管路清洗新工藝模式，同時(shí)搭建驗(yàn)證系統(tǒng)，對管路程控清洗的有效性、完整性進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證[8]。研究結(jié)果為民機(jī)液壓管路清洗提供了一種先進(jìn)的工作方法，提高了工作效率和質(zhì)量。

1 驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 總體設(shè)計(jì)

民機(jī)液壓管路程控清洗技術(shù)驗(yàn)證系統(tǒng)三維模型如圖1所示，主要由臺架基礎(chǔ)層、液壓系統(tǒng)層、電控層(含管控軟件)組成。其中，臺架基礎(chǔ)層為三層式鋁型材框架，用于安裝電氣元件、液壓系統(tǒng)元器件等；液壓系統(tǒng)層包括管路試驗(yàn)件、壓力油濾假件模塊、PTU選擇閥假件模塊、壓力感測器等，與外部油源(小型液壓泵站)連接；電控層包括開關(guān)電源模塊、繼電器、PLC等[9-10]。在管控軟件方面，基于B/S(Browser/Server，瀏覽器/服務(wù)器)結(jié)構(gòu)開發(fā)，為集清洗油路控制、油路狀態(tài)顯示等功能為一體的可視化上位機(jī)程序，可以在任何地方進(jìn)行操作而不用安裝任何專門的軟件，能夠有效保護(hù)數(shù)據(jù)平臺和管理訪問權(quán)限[11]。通過各層集成，實(shí)現(xiàn)民機(jī)液壓管路程控清洗技術(shù)驗(yàn)證系統(tǒng)開發(fā)[12]。驗(yàn)證系統(tǒng)實(shí)物圖如圖2所示。

圖1 驗(yàn)證系統(tǒng)三維模型

圖2 驗(yàn)證系統(tǒng)實(shí)物圖

1.2 液壓系統(tǒng)

1.2.1 液壓原理圖

驗(yàn)證系統(tǒng)液壓原理的如圖3所示，其中液壓元器件包含油源、壓力油濾假件模塊、PTU選擇閥假件模塊、壓力感測器、管道系統(tǒng)等。壓力油濾假件模塊采用5個兩位兩通電磁閥進(jìn)行油路控制，PTU選擇閥假件模塊采用1個兩位三通電磁閥進(jìn)行油路控制。

圖3 驗(yàn)證系統(tǒng)液壓原理圖

具體來說，電磁閥YVH01控制B泵入口通斷；YVH02控制A泵入口通斷；YVH03控制地面壓力入口通斷；YVH04控制回油油液從出口回到油箱，YVH05控制回油油液從溢流回油口回到油箱。電磁換向閥匯流點(diǎn)設(shè)有壓力感測器FD01，實(shí)時(shí)監(jiān)測顯示油濾閥塊內(nèi)部油壓壓力值。有壓力值則反饋沖洗正常，當(dāng)油液通路堵塞時(shí)可能存在壓力為0的情況，或存在油液流量過大超過管路清洗限定范圍即壓力值過大的情況，此時(shí)說明設(shè)備運(yùn)行異常。

2.2.2 程控模塊

壓力油濾假件模塊、PTU選擇閥假件模塊分別如圖4和圖5所示。在假件模塊設(shè)計(jì)方面，其整體外形、管路接口尺寸等方面應(yīng)與真實(shí)液壓件基本一致，整體外形(包含電磁閥加裝)應(yīng)根據(jù)耐壓強(qiáng)度情況進(jìn)行適當(dāng)簡化。

圖4 壓力油濾假件模塊

圖5 PTU選擇閥假件模塊

以PTU選擇閥假件模塊為例介紹相關(guān)清洗工況。工況1(如圖6所示)：PTU選擇閥假件模塊進(jìn)油、出油路清洗，此時(shí)電磁閥不得電，換向閥未動作，沖洗油從壓力入口進(jìn)入，從PTU假件模塊出油口排出，然后通過液壓回路排回到油箱。工況2(如圖7所示)：PTU選擇閥假件模塊進(jìn)油、回油路清洗，此時(shí)電磁閥得電，換向閥動作，沖洗油從壓力入口進(jìn)，從回油口排出，然后直接排回到油箱。

圖6 出油口清洗流程圖

圖7 回油口清洗流程圖

1.3 電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.3.1 系統(tǒng)組成

電控系統(tǒng)組成包括開關(guān)電源模塊、繼電器、PLC、服務(wù)器、路由器、客戶端等，如圖8所示。管控軟件基于HTML+Python編寫，在服務(wù)器端運(yùn)行?？蛻舳恕⒎?wù)器端通過WebSocket實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無線通信，服務(wù)器與PLC通過網(wǎng)線連接，通過指令控制繼電器開關(guān)，實(shí)現(xiàn)對相應(yīng)電磁閥的通斷控制。

圖8 電控系統(tǒng)組成

1.3.2 控制信號資源

民機(jī)液壓管路程控清洗技術(shù)驗(yàn)證系統(tǒng)控制信號資源分配如表1所示。

表1 控制信號資源分配

1.3.3 管控軟件

民機(jī)液壓管路程控清洗技術(shù)驗(yàn)證系統(tǒng)管控軟件如圖9所示。軟件包含狀態(tài)顯示層、油路狀態(tài)層與清洗執(zhí)行層。① 狀態(tài)顯示層：顯示清洗狀態(tài)(綠色字體閃爍)和停止清洗狀態(tài)(紅色字體)。② 油路狀態(tài)層：根據(jù)液壓原理圖，顯示油源、管路、壓力油濾假件模塊、PTU選擇閥假件模塊、回油箱等信息；不同工況下對應(yīng)的油路變亮，進(jìn)油路變成紅色管路，中間油路變成黃色管路，出油口變成藍(lán)色管路。③ 清洗執(zhí)行層：通過操控按鈕實(shí)現(xiàn)4種清洗油路狀態(tài)間的相互切換，設(shè)置有停止按鈕可實(shí)現(xiàn)停止清洗。

圖9 管控軟件

2 試驗(yàn)驗(yàn)證

圖10～圖12分別為液壓系統(tǒng)EDP、EMP、地面壓力口至壓力油濾的管路清洗試驗(yàn)過程。圖13為模擬地面壓力口經(jīng)壓力油濾至PTU選擇閥的管路清洗過程。

當(dāng)模擬EDP至壓力油濾的管路清洗時(shí)，電磁閥YVH02通電打開，其余電磁閥均關(guān)閉，沖洗油從壓力油濾模塊A泵入口進(jìn)入，經(jīng)電磁閥YVH05后，從壓力油濾溢流回油口回到油源油箱，如圖10所示。

圖10 模擬EDP至壓力油濾管路清洗過程

當(dāng)模擬EMP至壓力油濾的管路清洗時(shí)，電磁閥YVH01通電，其余電磁閥均關(guān)閉。沖洗油從壓力油濾模塊B泵入口進(jìn)入，經(jīng)電磁閥YVH05后，從壓力油濾溢流回油口回到油源油箱，如圖11所示。

圖11 模擬EMP至壓力油濾的管路清洗過程

當(dāng)模擬地面壓力口至壓力油濾的管路清洗時(shí)，路徑一為電磁閥YVH03通電，其余電磁閥均關(guān)閉，沖洗油從地面壓力入口進(jìn)入，經(jīng)電磁閥YVH05后，從壓力油濾溢流回油口回到油源油箱，如圖12所示。路徑二為電磁閥YVH03、YVH04、YVH06通電，其余電磁閥均關(guān)閉，沖洗油從壓力油濾模塊地面壓力入口進(jìn)入，從PTU選擇閥仿真模塊壓力入口進(jìn)入，然后從PTU選擇閥模擬塊回油口排回到油源油箱，如圖13所示。

圖13 模擬地面壓力口經(jīng)壓力油濾至PTU選擇閥的管路清洗過程

在YVH01，YVH02和YVH03的匯流點(diǎn)，設(shè)置FD01壓力感測器，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)壓力狀態(tài)。有壓力值則反饋沖洗正常，壓力為0或超過壓力(3000 psi(1 psi=6.89 kPa))則說明設(shè)備運(yùn)行異常。

3 結(jié)論

提出一種基于程控模塊的民機(jī)管路清洗新工藝模式，同時(shí)搭建驗(yàn)證系統(tǒng)，對管路程控清洗的有效性、完整性進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，得到如下結(jié)論。

① 研制的假件模塊具備管路安裝界面，能替代液壓成品真件實(shí)現(xiàn)管路定位安裝，可根據(jù)清洗路徑需要切換相應(yīng)油路模式。程控模塊的設(shè)計(jì)解決了反復(fù)拆裝液壓元件才能開展清洗工作的不利情況，提升了效率和質(zhì)量。

② 基于民機(jī)液壓管路程控清洗技術(shù)驗(yàn)證系統(tǒng)開展相關(guān)試驗(yàn)，工作穩(wěn)定、情況良好，能滿足清洗過程全程可控，實(shí)現(xiàn)對管路系統(tǒng)清洗路徑情況的可視化。整個過程快速、高效，為將來實(shí)現(xiàn)機(jī)上管路程控清洗奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。