張 柁,張 園,何月洲

(1.中國飛機強度研究所 全尺寸飛機結(jié)構(gòu)靜力/疲勞實驗室，陜西 西安 710065；2.西安長慶科技工程有限責任公司，陜西 西安 710021)

1 引 言

液壓擺動缸是一種全新的加載設(shè)備，能將液壓能轉(zhuǎn)換為機械能，是能實現(xiàn)往復擺動的執(zhí)行元件[1]。該設(shè)備是一種裝配緊密的配件，內(nèi)部采用組合螺旋齒結(jié)構(gòu)，能運用液壓在很小的空間里集合非常高的扭矩。雖然動力很高，但是仍然可以精確容易地控制[2]。

為驗證該型液壓擺動缸可實現(xiàn)扭矩在0～200N·m旋轉(zhuǎn)控制，本文進行了研究，設(shè)計了液壓擺動缸扭矩控制模式驗證試驗。

2 試驗設(shè)備

2.1 液壓擺動缸

試驗中選用MOVECO生產(chǎn)的ARP25/180型擺動缸，該產(chǎn)品的最大輸出角度為±90°，最大扭矩值200N·m，如圖1所示。該型擺動缸的工作油源壓力為21MPa，控制原理如圖2所示。當A孔進油時，B孔出油，完成B-A方向的旋轉(zhuǎn)運動，反之則為A-B方向的旋轉(zhuǎn)運動。液壓擺動缸作為執(zhí)行元件，與其相連的控制調(diào)節(jié)元件包括伺服閥、電磁閥。

圖1 液壓擺動缸的實物照片

圖2 液壓擺動缸的控制原理圖

2.2 扭矩傳感器

試驗中采用JN338型智能數(shù)字式轉(zhuǎn)速扭矩測試儀，如圖3所示，該傳感器能夠輸出轉(zhuǎn)速、軸功率及轉(zhuǎn)矩等參數(shù)，其測量原理如圖4所示。

圖3 JN338型智能數(shù)字式轉(zhuǎn)速扭矩測試儀

圖4 應(yīng)變傳感器測量原理圖

工作時，外部電源向傳感器提供±15V電壓，晶體振蕩器產(chǎn)生激磁電路中的400Hz的方波，TDA2003功率放大產(chǎn)生交流激磁功率電源，能源環(huán)形旋轉(zhuǎn)變壓器將得到的交流電源通過濾波、整流電路處理成±5V的直流電源，作為運算放大器AD822的工作電源，由基準電源AD589與雙運放AD822組成高精度穩(wěn)壓電源，產(chǎn)生±4.5V的精密直流電源。該電源既可作為應(yīng)變電橋電源，又可作為儀表放大器及V/F轉(zhuǎn)換器的工作電源。當彈性軸受扭時，應(yīng)變橋檢測到的毫伏級應(yīng)變信號通過儀表放大器AD620將其放大成1.5±1V的強信號，再通過V/F轉(zhuǎn)換器LM331變換成頻率信號，經(jīng)過環(huán)形旋轉(zhuǎn)變壓器，再通過傳感器外殼上的信號處理電路整形、濾波即得到與扭矩成正比的頻率信號輸出[3]。

該型傳感器使用過程中需要注意如下問題：

(1)可以測量駕駛盤等的轉(zhuǎn)動扭矩，應(yīng)使用兩組聯(lián)軸器將傳感器串聯(lián)安裝在動力源和駕駛盤(負載)之間，以保證同心度小于0.1；

(2)該型傳感器應(yīng)固定牢靠以避免滑動；

(3)該型傳感器的使用安裝精度要求比較高，應(yīng)避免產(chǎn)生附加轉(zhuǎn)矩。

3 驗證試驗

3.1 試驗原理

根據(jù)上述研究，設(shè)計了擺動缸的扭矩控制模式驗證試驗，如圖5所示。當擺動缸施加一扭矩值時，S型力傳感器則會出現(xiàn)一定的反饋。試驗時設(shè)置不同的扭矩值加載并記錄其相應(yīng)的力反饋值進行對比。

扭矩傳感器的輸入電壓為20V，目前中國飛機強度研究所靜力試驗中使用的直流電壓均為24V，需要外接一個輸出電壓為20V的直流穩(wěn)壓電源，選擇的型號為HH1733C2。試驗控制系統(tǒng)為MTS Flex Test 200，伺服閥選用MOOG公司生產(chǎn)的G761-3001B型伺服閥。根據(jù)各加載設(shè)備的使用設(shè)計，其安裝原理如圖5所示。

圖5 擺動缸扭矩加載接線圖

3.2 試驗安裝

通過設(shè)計的專用夾具將扭矩傳感器與液壓擺動缸同軸連接，液壓擺動缸A孔接進油管，B孔接出油管?，F(xiàn)場安裝如圖6所示。

圖6 現(xiàn)場安裝圖

3.3 試驗程序

3.3.1 試驗前準備

現(xiàn)場安裝完成后，需要進行試驗調(diào)試，主要檢查各加載設(shè)備、控制設(shè)備及采集設(shè)備運行是否正常，并排除一切影響試驗正常運行的潛在問題。

3.3.2 正式試驗

準備就緒后，開始正式試驗，正式試驗按以下程序進行：

(1)加壓并檢查油路、控制系統(tǒng)、加載設(shè)備是否正常；

(2)從0開始逐步加載到46N·m；

(3)逐步卸載到0N·m后卸壓；

(4)試驗過程中記錄力傳感器反饋值。

3.4 試驗結(jié)果

試驗中扭矩控制模式的加載和卸載曲線如圖7所示。

圖7 扭矩控制模式加載和卸載曲線

從圖7可以看出，扭矩傳感器的命令-反饋吻合較好，說明擺動缸的跟隨性較好。卸載過程中的兩個曲線突起，是由于卸載過程中為調(diào)節(jié)試驗加載參數(shù)而人為地增加載荷引起的。

力反饋值與扭矩反饋值如表1所示，力傳感器反饋值線性度較好，說明加載的準確性較高。注：力傳感器反饋值是根據(jù)扭矩傳感器的反饋值除以力臂(R=0.318m)得到。

表1 扭矩控制模式的力傳感器反饋值

4 結(jié) 論

針對某工程操縱系統(tǒng)操作試驗駕駛盤偏轉(zhuǎn)角度需求，完成了試驗加載控制系統(tǒng)、液壓擺動缸、扭矩傳感器等在試驗加載控制系統(tǒng)中的組合閉環(huán)控制，研究了液壓擺動缸、扭矩傳感器與目前加載系統(tǒng)的接入方法，形成了一套使用規(guī)范，對于后續(xù)使用該型傳感器積累了一定的經(jīng)驗。