航空流體自封式連接器沖擊流動綜合試驗臺設(shè)計

    [摘 要] 根據(jù)航空流體自封式連接器性能參數(shù)檢測要求，從智能化、集成化、實用化的設(shè)計原則出發(fā)，研制出了工作可靠、響應迅速、操作簡便的新型多功能沖擊流動綜合試驗臺。試驗臺油源采用定量泵加蓄能器組合，該供油方式可實現(xiàn)短時大流量供給。通過電液比例節(jié)流閥調(diào)節(jié)油液供給，控制被試件的沖擊流量及壓力降，采用工業(yè)控制計算機和 PLC 采集和控制試驗系統(tǒng)的壓力、流量、溫度參數(shù)，記錄試驗參數(shù)，輸出試驗結(jié)果。該試驗臺測控精度高、使用方便、擴展性強，能滿足我公司 DN03 ～ DN16 短持續(xù)時間沖擊流動試驗、長持續(xù)時間沖擊流動試驗的測試要求。

    1 引 言
    在軍用飛機和地面維保設(shè)備中，為提高管路檢修效率、減少拆裝過程中的滴漏及對管路內(nèi)部介質(zhì)的污染，在管路系統(tǒng)中設(shè)置有若干的流體自封式連接器。連接器公頭及母頭連接時，流體雙向自由流通；當公頭和母頭斷開后，流體被封閉在連接器及管道中。連接器的耐流量沖擊性能是產(chǎn)品的重要技術(shù)性能指標，相關(guān)試驗是產(chǎn)品可靠性和鑒定試驗的重要組成部分。研制的這臺航空全流體自封式連接器綜合試驗臺，能完成我公司 DN03 ～ DN16 六種通徑連接器短持續(xù)時間沖擊流動試驗、長持續(xù)時間沖擊流動試驗，可以檢測連接器的技術(shù)參數(shù)性能是否滿足設(shè)計要求。

    2 主要試驗要求
    2.1 短持續(xù)時間沖擊流動試驗
    在公母頭連接狀態(tài)下，將 25 個額定流量下的壓力降作為基礎(chǔ)的沖擊試驗壓力，通過調(diào)節(jié)油液供給，使連接器兩端的壓差與時間的關(guān)系滿足圖 1 所示的壓力—時間釋放特性曲線。正方向完成 100 次沖擊后，檢查被試件額定流量下壓力降及密封性，確認性能符合要求后再反方向進行 100 次沖擊，再次檢查被試件的額定流量壓力降及密封性。

    2.2 長持續(xù)時間沖擊流動試驗
    在公母頭連接狀態(tài)下，將試驗臺的流量調(diào)節(jié)為連接器的5 倍額定流量，對產(chǎn)品進行流量沖擊，沖擊時間為 5±0.5s。沖擊結(jié)束后，將流量降為零，進行下一次沖擊。正方向完成

    100 次沖擊后，檢查被試件額定流量壓力降及密封性，確認性能完好后再反方向進行 100 次沖擊，再次檢查被試件的額定流量壓力降及密封性。

    2.3 主要技術(shù)參數(shù)
        液壓介質(zhì)：YH-15
        泵源壓力：0 ～ 28MPa
        泵源流量：12L/min
        沖擊流量：10 ～ 301.5L/min
        沖擊壓力：0 ～ 2.5MPa
        電氣功率：12kW
        測控精度：±0.5％ F.S
        系統(tǒng)清潔度：GJB420B-6 級

    3 試驗方案設(shè)計
    3.1 總體方案設(shè)計
    在調(diào)研和制定方案過程中發(fā)現(xiàn)，為符合短持續(xù)時間沖擊流動試驗壓力—時間釋放特性曲線的要求，對液壓元件及控制系統(tǒng)的動態(tài)響應要求較高，試驗臺需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計、管路布置、試驗數(shù)據(jù)的采集方面根據(jù)響應要求做優(yōu)化。為充分滿足 DN03 ～ DN16 六種規(guī)格的連接器的試驗需求，試驗臺供給流量范圍會很大。

    本試驗臺采用定量泵加蓄能器組合，利用高壓氣體的快速釋放特性，采用蓄能器作為沖擊流動試驗的主要動力源，以較大通徑連接器一次沖擊流動試驗所需的液壓介質(zhì)體積核算蓄能器的容積，通過定量泵對蓄能器進行補壓，實現(xiàn)短時大流量液壓介質(zhì)供給 [5]。

    通過電液比例節(jié)流閥對輸出流量進行調(diào)節(jié)，滿足沖擊流動試驗的壓差及流量需求；通過制作不同通徑的專用轉(zhuǎn)換工裝，按照圖 2 方式進行連接，減少高頻響比例節(jié)流閥到連接器之間的容積，提高系統(tǒng)響應速度；根據(jù)測試流量不同，將被試件分為 DN03 ～ 10 和 DN12 ～ 16 兩組，由兩路液壓回路提供沖擊所需的液壓介質(zhì)；通過系統(tǒng)設(shè)置的壓力、壓差、溫度、液位、流量傳感器采集試驗臺的運行參數(shù)，工業(yè)控制計算機和 PLC 對采集信號進行處理，控制液壓元件動作，輸出試驗結(jié)果 [1]�？刂葡到y(tǒng)中設(shè)置超壓、超流量保護，通過PLC 的邏輯控制與操作互鎖，防止對被試件造成損壞，保證設(shè)備的安全。

    3.2 液壓原理
    被試連接器結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。

    在公頭和母頭連接狀態(tài)時，連接器的閥套、閥體、閥芯等零部件形成同心環(huán)形縫隙流道。其壓差滿足如下環(huán)形縫隙流公式 [2]：

    在試驗過程中，動力粘度、縫隙長度、孔直徑、縫隙量均為特定的數(shù)值，通過調(diào)節(jié)連接器流量，可實現(xiàn)對連接器壓力降的調(diào)節(jié)。

    試驗臺通過內(nèi)置的壓差傳感器，實時監(jiān)測被試連接器兩端的壓力降數(shù)值，傳感器信號傳遞至控制器后，控制器調(diào)節(jié)電液比例節(jié)流閥的開度，完成對被試連接器供給流量的控制。試驗臺液壓原理圖如圖 4 所示。

    定量泵 2 從油箱吸入液壓油進行加壓，經(jīng)過濾器 6、7 過濾后輸送到蓄能器 11。通過壓力傳感器 10 監(jiān)測蓄能器油液壓力，當壓力不足時，切斷試驗回路，由定量泵向蓄能器內(nèi)部補壓。當壓力上升至額定力時，電磁溢流閥 4 電磁鐵斷電，停止補壓，使蓄能器內(nèi)部壓力保持在試驗要求范圍。在蓄能器流量輸出過程中，高壓介質(zhì)體積減小，壓力下降 [4]。通過在系統(tǒng)設(shè)置的減壓閥 12，保持試驗油路壓力穩(wěn)定，便于電液比例節(jié)流閥控制流量，系統(tǒng)中設(shè)置有蓄能器安全閥組，能有效保護蓄能器安全，方便系統(tǒng)檢修。對于 DN03 ～ 10 被試件，通過壓差傳感器 16 和電液比例節(jié)流閥 13 閉環(huán)控制，調(diào)節(jié)被試件油液供給，滿足短持續(xù)時間沖擊流動試驗要求的壓差—時間釋放曲線；通過流量傳感器 19 和電液比例節(jié)流閥 13 閉環(huán)控制，調(diào)節(jié)被試件油液供給，滿足長持續(xù)時間沖擊流動試驗要求的沖擊流量。在進行 DN12 ～ 16 被試件試驗時，切換大流量油路按上述原理進行試驗。系統(tǒng)中設(shè)置獨立的冷卻循環(huán)，將液壓系統(tǒng)溫度控制在試驗要求范圍。連接器的短持續(xù)時間沖擊流動試驗時，通過切換三通手動球閥 18、20 閥位將流量傳感器短接，避免沖擊對流量傳感器造成損壞。系統(tǒng)中設(shè)置有安全閥和各類型傳感器，保證設(shè)備運行的安全。

    3.3 電氣系統(tǒng)設(shè)計
    試驗臺為一個閥控電液系統(tǒng)，控制方框圖如圖 5 所示，由電液比例節(jié)流閥根據(jù)壓差信號或流量信號，調(diào)節(jié)比例閥開度，實現(xiàn)對被試件的流量調(diào)節(jié)，滿足試驗需求。

    電氣系統(tǒng)是整個試驗系統(tǒng)的核心，主要由工業(yè)控制計算機、PLC、繼電器、接觸器、顯示器、打印機、監(jiān)控器等硬件和專門開發(fā)的軟件組成。運用工業(yè)控制計算機和 PLC 對采集的信號進行處理，實現(xiàn)液壓系統(tǒng)參數(shù)調(diào)節(jié)。電氣系統(tǒng)具有友好的人機操作界面，試驗人員可根據(jù)試驗規(guī)格點選對應的試驗程序，電氣系統(tǒng)自動完成對電磁閥、比例閥、電機、冷卻器的調(diào)節(jié)，實時動態(tài)顯示條件參數(shù)值和測量參數(shù)值、繪制測試曲線。計算機控制系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實時監(jiān)控試驗臺運行情況，對現(xiàn)場異常狀況進行報警顯示與輸出 [3]。

    4 結(jié) 論
    試驗臺液壓系統(tǒng)兼容性好、能量損失小、系統(tǒng)響應快。控制系統(tǒng)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集自動化、數(shù)據(jù)處理專業(yè)化、人機界面直觀化、測試數(shù)據(jù)準確化、系統(tǒng)使用便捷化的“五化”標準，自動完成試驗數(shù)據(jù)的填寫和試驗曲線的繪制，通過打印機打印試驗報告。試驗臺結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、性能優(yōu)異，對其他同類型沖擊類試驗臺設(shè)計有一定的參考意義。

    相關(guān)內(nèi)容：磁翻板液位計