張 寧，鄭 瑤

（中國飛機強度研究所，陜西?西安?710065）

結(jié)構(gòu)強度試驗是飛機設(shè)計制造過程中不可或缺的重要環(huán)節(jié)，而液壓加載控制則是完成強度試驗最重要的部分。強度試驗的液壓加載控制要求高，可靠性高，且對加載過程中的任何特殊環(huán)節(jié)都要有應(yīng)急預(yù)案，在完成試驗的同時也要最大限度地保護試驗件的完整性[1]。

液壓加載控制主要包含控制器、液壓泵、子站、分配器、液壓作動筒等。其中，液壓作動筒的控制主要包含電磁閥與伺服閥。電磁閥的開關(guān)控制液壓油的通斷；伺服閥則用來控制液壓油的方向及進量大小。

在大規(guī)模飛機結(jié)構(gòu)強度試驗中，因為有多個試驗同時進行的情況，所以需要成百個液壓作動筒，并且隨著我國飛機型號任務(wù)量的增加而增加[2]。通過液壓作動筒電磁閥通電使試驗正常進行，斷電則切斷了液壓作動筒的油路，對暫停的試驗不能再進行加載。現(xiàn)階段，由于電磁閥供電設(shè)備交叉使用，常因試驗人員的疏忽而導(dǎo)致未加載試驗件破壞的后果。

文獻[4]設(shè)計了多路液壓作動缸電磁閥供電系統(tǒng)，文獻[3]完成了一種電磁閥與液壓子站控制裝置的設(shè)計。上述的電磁閥供電方式較為刻板，且一套系統(tǒng)僅能用于一個試驗，造成了資源的浪費，并且其可移植性較差。本文設(shè)計可編程的電磁閥供電設(shè)備，使得供電設(shè)備的輸出編程可調(diào)，明確了電磁閥控制區(qū)域的劃分，保證了試驗的安全高效。

1 液壓系統(tǒng)

全機靜力試驗復(fù)雜多樣，一架飛機完整的靜力試驗過程涉及多項技術(shù)的支持，比如C919飛機全機靜力試驗，其綜合加載平臺[5]如圖1所示。

雖然針對特定的加載要求選用特定的加載方式，但每一個加載點都是靠載荷傳感器的反饋來控制液壓作動缸的載荷輸出。整個加載系統(tǒng)保證了飛機中每個加載點載荷正確的施加，加載點載荷的具體施加由液壓作動缸完成。

圖1 ??C919飛機綜合加載平臺

1.1 加載系統(tǒng)

靜力試驗加載系統(tǒng)主要由上位機、控制器、電源、油源、子站、液壓作動缸和力/位移傳感器構(gòu)成[6，7]，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 ??加載系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

其中，油源是加載系統(tǒng)的能源單元，是整個系統(tǒng)的動力源。液壓子站具有過濾、保護等功能，在液壓油經(jīng)過液壓子站分配器后，輸送至各個加載點液壓作動缸。液壓作動缸是載荷施加的執(zhí)行器，完成加載點拉/壓載荷的施加。控制器是加載系統(tǒng)的控制核心單元，通過伺服閥精確控制載荷的施加值。傳感器完成力或位移信號的采集，并反饋至控制器，完成閉環(huán)控制。

1.2 液壓作動缸

液壓作動缸是靜力試驗中載荷施加的直接執(zhí)行單元，其基本結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括以下幾個部分：1連接桿、2墊圈、3模塊、4伺服閥、5缸體、6通油管、7通油塊以及8底座。作動缸正常工作所涉及的控制部分主要由電磁閥以及伺服閥來完成。

圖3 ??液壓作動缸結(jié)構(gòu)圖

液壓作動缸正常工作時，電磁閥通電，液壓油經(jīng)由伺服閥進入作動缸的拉壓油腔，控制器通過調(diào)節(jié)伺服閥，控制各油腔的進油量，使得作動缸的活塞桿伸出或者收回，進而完成載荷的施加[4]。

當系統(tǒng)出現(xiàn)應(yīng)急狀況時，首先將電磁閥斷電，切斷向作動缸供油，其次作動缸的壓腔與回油連通，使得載荷卸至零，從而達到保護試驗件的目的。

2 系統(tǒng)設(shè)計

電磁閥在液壓作動缸加載過程中有著不可或缺的作用，現(xiàn)階段電磁閥供電系統(tǒng)多較為固定，可移植性較差，無法滿足多試驗、多任務(wù)同時運行等要求。新型電磁閥供電系統(tǒng)在滿足試驗運行要求外，增加了可編程功能，增強了供電系統(tǒng)的適用性，有效提高了設(shè)備使用率。

2.1 硬件設(shè)計

針對所設(shè)計的電磁閥可編程供電系統(tǒng)，最大滿足4個獨立試驗同時進行，液壓子站與指示燈均為4組，其硬件結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

CPLD為可編程系統(tǒng)的微處理器，靜力試驗控制器將電磁閥的開關(guān)控制信號傳輸至CPLD，然后根據(jù)試驗前CPLD中液壓子站與電磁閥的輸出設(shè)置，驅(qū)動繼電器組中對應(yīng)的繼電器打開，進而使得大功率電源輸出24 V至對應(yīng)的液壓子站與液壓作動缸電磁閥，控制電磁閥的打開，使得靜力試驗正

圖 4??硬件結(jié)構(gòu)圖

為滿足4個獨立試驗同時進行的要求，CPLD微處理器唯一，液壓子站信號與指示燈具有4組，滿足基本的要求，繼電器組中有多路繼電器，保證多路的電磁閥輸出，且電磁閥輸出可任意劃分組。該裝置同樣可以滿足大型試驗的要求，當一個大型靜力試驗需要多個液壓子站時，根據(jù)CPLD編程，可以在一個試驗中，實現(xiàn)兩個或以上液壓子站信號的輸出。

2.2 軟件設(shè)計

該系統(tǒng)采用quartus II 9.0軟件Verilog HDL語言編寫，針對特定的試驗，進行輸入輸出的配置，配置需要的液壓子站以及對應(yīng)的電磁閥輸出，使得輸出與對應(yīng)試驗的輸入相匹配。由于需滿足4個獨立試驗，故需要4組對應(yīng)關(guān)系，在特殊的試驗要求情況下，可以僅配置所需單個試驗的通道，其余通道空置。

圖 5??軟件流程圖

試驗過程中，軟件工作流程如圖5所示。當控制器給出信號后，CPLD根據(jù)試驗前配置，驅(qū)動繼電器組中對應(yīng)液壓子站以及電磁閥信號的電源輸出，當控制器信號置零后，繼電器斷開，24 V停止輸出。

3 功能驗證

該電磁閥可編程供電裝置最大可滿足4個獨立試驗同時運行，且能滿足任意組合的要求，其功能驗證如表1所示。每個試驗?zāi)K均能正常工作，且滿足試驗要求，同時對于任意組合的形式，也滿足要求。

表 1??功能驗證

在同一型號試驗的不同工況試驗中，液壓子站的需求往往是一樣的，但是所需液壓作動缸不一樣，如圖6所示，輸出面板中有4組液壓子站信號以及4路指示燈，同時有多個電磁閥電源輸出，其中多組電磁閥電源輸出可根據(jù)具體試驗要求，具體設(shè)置，可任意組合。經(jīng)試驗驗證，均滿足要求。

圖 6??輸出面板

4 結(jié)????語

現(xiàn)階段，飛機結(jié)構(gòu)強度試驗中，液壓子站以及液壓作動缸電磁閥供電多采用固定式的電源箱等，此電源箱一經(jīng)設(shè)計制作，每個接口功能固定，且不可改變，已無法滿足現(xiàn)如今大量試驗同時進行的要求。本文通過CPLD設(shè)計了可編程的供電系統(tǒng)，滿足試驗中供電要求，且接口功能可以改變，使用更加便捷，提高了電源的使用率，且滿足了多型號試驗同時進行的要求，提高了強度試驗?zāi)芰?，為后續(xù)超大型、復(fù)雜的型號試驗提供了參考。