薛利

西安航空動力控制公司研究所，西安 710077

某型航空燃油調(diào)節(jié)器作動筒模擬負(fù)載系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

薛利

西安航空動力控制公司研究所，西安 710077

為滿足調(diào)節(jié)器試驗(yàn)，設(shè)計(jì)作動筒模擬負(fù)載系統(tǒng)。通過方案對比，選擇最優(yōu)設(shè)計(jì)，簡化了設(shè)計(jì)難度，降低了成本費(fèi)用。方案實(shí)施后，完全滿足試驗(yàn)要求。

設(shè)計(jì)作動筒模擬負(fù)載系統(tǒng)；方案對比；簡化難度；降低成本；滿足試驗(yàn)要求

引言

根據(jù)試驗(yàn)大綱要求，某型航空燃油調(diào)節(jié)器試驗(yàn)時(shí)要求給產(chǎn)品VG作動筒末端提供130Kg的負(fù)載，并測量作動筒的伸縮量，VG作動筒行程0～50mm。

1 作動筒模擬負(fù)載系統(tǒng)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

方案一見圖1，采用液壓缸模擬負(fù)載。試驗(yàn)時(shí)，油泵從油箱抽油，經(jīng)過濾器過濾雜質(zhì)，溢流閥、針閥調(diào)壓后供給負(fù)載液壓缸，通過過電磁閥切換到液壓缸的有桿腔和無桿腔，利用燃油使活塞向兩個(gè)方向運(yùn)動來模擬負(fù)載。此方案滿足試驗(yàn)要求，但要設(shè)計(jì)油箱和泵電機(jī)組，還要考慮安全和防爆,再者液壓系統(tǒng)管路占地面積較大,成件費(fèi)用較高，不宜采用。

圖1

采用氣缸模擬負(fù)載。試驗(yàn)時(shí)，氣源開關(guān)打開，空氣經(jīng)分離器分離水氣和油氣，過濾器過濾雜質(zhì)，空氣減壓閥調(diào)壓后供給負(fù)載氣缸，電磁閥切換到氣缸的有桿腔和無桿腔，通過消聲器消減放氣噪音，利用空氣使活塞向兩個(gè)方向運(yùn)動來模擬負(fù)載。氣動加載方式具有保壓能力強(qiáng)、安全可靠、適合間歇運(yùn)動等特點(diǎn)[1]，有效滿足了產(chǎn)品試驗(yàn)要求。此方案設(shè)計(jì)安全可靠，系統(tǒng)簡單，維護(hù)方便，且成件費(fèi)用較低，故可行。

1.開關(guān) 2. 分離器 3.氣濾4. 減壓閥5. 消聲器 6.壓力表 7.電磁閥 8.負(fù)載氣缸固定裝置 9.氣缸 10.連桿裝置 11.VG作動筒桿12.行程測量裝置

2 作動筒模擬負(fù)載氣缸工作原理分析

負(fù)載氣缸選用單活塞雙作用式，行程0～50mm,精度±0.05mm。氣缸固定時(shí)， VG作動筒桿與氣缸活塞桿連成一體，氣缸兩腔依次通入壓縮空氣。因氣缸只在活塞一側(cè)有活塞桿，所以壓縮空氣作用在活塞兩側(cè)的有效面積不相等?；钊麠U伸出時(shí)產(chǎn)生推力F1，縮進(jìn)時(shí)產(chǎn)生拉力F2。公式如下[2]:

式中F1—活塞桿推力（N）; F2—活塞桿拉力（N）;

D—活塞直徑（m）; d—活塞桿直徑（m）;

P1、P2—?dú)飧坠ぷ鲏毫Γ≒a）;

FZ—?dú)飧坠ぷ骺傋枇Γ∟）;

與眾多因素有關(guān)，可以載荷率η的形式計(jì)入公式，則在計(jì)入載荷率后，

計(jì)入載荷率就能保證氣缸工作時(shí)的動態(tài)特性。此處η取0.8。其中F1= F2=130×9. 8=1274N，所選氣缸D=0.063m, d=0.02m,代入公式（3）、（4），算出 =0.51MPa, =0.57MPa，故選氣缸使用壓力為0.05～1MPa。VG作動筒伸出時(shí)，給氣缸無桿腔通0.51MPa壓縮空氣，有桿腔放氣即可；VG作動筒縮進(jìn)時(shí)，給氣缸有桿腔通0.57MPa壓縮空氣，無桿腔放氣即可滿足。

3 作動筒模擬負(fù)載及測量裝置固定

圖2

方案一見圖3，借助產(chǎn)品安裝座螺釘孔固定。其優(yōu)點(diǎn)是定位尺寸準(zhǔn)確，氣缸與VG桿的相對位置準(zhǔn)確,能較好保證VG桿與氣缸中心線在同一直線上，無需調(diào)整氣缸位置。缺點(diǎn)是安裝座本身為懸臂結(jié)構(gòu)，安裝座螺釘既要承受安裝座和產(chǎn)品的傾覆力矩，又要承受負(fù)載氣缸固定裝置的傾覆力矩和氣缸伸縮運(yùn)動的動載荷，這就要求安裝座螺釘要有足夠的強(qiáng)度，以保證在上述載荷的共同作用下, 螺釘不會變形或斷裂，致使安裝座和產(chǎn)品受損。同時(shí)氣缸固定裝置要有足夠的強(qiáng)度，以保證在動載荷作用下不會變形或拉裂。此方案設(shè)計(jì)難度大，風(fēng)險(xiǎn)高，不宜采用。

1.變速箱 2. 聯(lián)軸器 3.轉(zhuǎn)接座4. 安裝座5. 產(chǎn)品 6.固定座7.負(fù)載作動筒固定裝置 8.傳動平臺，借助傳動平臺端面固定。平臺端面與變速箱位置一定， VG桿與變速箱位置一定，故VG桿與平臺端面位置一定。選用高強(qiáng)度螺栓將固定座與平臺端面連接，固定座采用槽鋼焊接成盒形，強(qiáng)度可靠，試驗(yàn)時(shí)只需將氣缸固定裝置與固定座連接即可。氣缸固定裝置亦采用槽鋼焊接成盒形，安全可靠，有足夠的強(qiáng)度承受負(fù)載氣缸伸縮運(yùn)動的動載荷。其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)安全可靠，氣缸固定裝置與產(chǎn)品相互獨(dú)立，不會影響或損壞到產(chǎn)品。缺點(diǎn)是中間尺寸較多，尺寸積累誤差變大，定位精度降低，但可通過適當(dāng)調(diào)整氣缸位置和加薄銅皮的方法保證VG桿與氣缸中心在同一直線上。故方案可行。

4 作動筒行程測量裝置設(shè)計(jì)

1.氣缸安裝座 2.氣缸 3.千分表4.千表頭固定座5. 螺母 6.螺釘 7.連接桿 8.螺母 9.螺釘10.擋板 11.連接套12螺母，行程測量采用高精度指針式千分表，行程0～50mm,精度±0.05mm。借助VG桿上銷孔,用螺釘、雙耳止動墊圈和螺母將VG桿與連接桿連接, 再用連接套和螺母將連接桿與氣缸活塞桿連接，長度方向可調(diào)。千分表指示桿擋板固定在連接桿上，既保證了VG桿關(guān)節(jié)軸向的自由度，防止氣缸活塞桿與VG桿中心不在一條直線上時(shí)，致使VG桿卡死，又保證了千分表指示桿與VG桿運(yùn)動的同步性，提高千分表測量的準(zhǔn)確性。

5 結(jié)論

通過方案對比，從中選擇更優(yōu)設(shè)計(jì)，既簡化了設(shè)計(jì)難度，又降低了成本費(fèi)用。從調(diào)節(jié)器試驗(yàn)結(jié)果看，所選方案簡單易行，能較好滿足試驗(yàn)要求。

[1]張宏友.液壓與氣動技術(shù).大連:大連理工大學(xué)出版社.2009

[2]徐灝，蔡春源，等.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第5卷.北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2000

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.11.075

小發(fā)研發(fā)項(xiàng)目

薛利（1978-）,藍(lán)田, 工程師, 學(xué)士/本科,研究方向:航空發(fā)動機(jī)附件設(shè)計(jì)研究工作。