某型飞机高压液压泵车控制系统设计.pdf

Hyd r a u l i c s P ne uma t i c s＆ S e a l s ／No ．3 ． 201 0 某型 飞机 高压 液压 泵车控 制 系统设计 卢 超 孙 波 李永泽 吕英军 空军航空大学航空机械工程系 ，吉林长春1 3 0 0 2 2 摘 要 针对某型飞机高压液压泵车 ，采用变 频调速和计算机控制 技术设计 了具有状 态实时 监测 、自我保 护 、自动告警 等功能 的 控制系统 ，丰富了液压泵车的功能，提高了该液压泵车的保障效率和自动化水平。 关键词 液压泵车；控制系统；变频调速；计算机控制 中图分类 号 V 2 4 5 文献标识码 A 文章编 号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 0 0 3 0 0 5 1 0 4 Co nt r o l S y s t e m D e s i g n o f Ai r c r a f t H i g h Pr e s s ur e Hy d r a u l i c P o we r Ca r t s L U C h a o S U N B o L I Y o n g z e L U Y i n g j u n De p t ．o f A v i a t i o n Me c h a n i c a l En g i n e e r i n g ，Av i a t i o n Un i v e r s i t y o f Ai r F o r c e，C h a n g e h u n 1 3 0 0 2 2，C h i n a A b s t r a c t A i m a t a i r c r a f t h j g h p r e s s u r e h y d r a u l i c p o w e r e a r l s ．i n t r o d u c i n g f r e q u e n c y c o n v e r s i o n s p e e d a d j u s t i n g a n d c o mp u t e r c o n t r o l t e c h n i q u e i n t o d e v i s i n g a c o n t r o l s y s t e m wi t h r e a l t i me s t a t u s mo n i t o r i n g，s e l fp r o t e c t i o n ，a n d a u t o wa r n i n g e t c ．f u n c t i o n，e n r i c h e d f u n c t i o n o f t h e h y d r a u l i c p o we r c a r t s ，a n d e n h a n c e d s u p p o rl e ffi c i e n c y a n d a u t o ma t i c l e v e 1 ． Ke y Wo r d s h y d r a u l i c p o w e r c a rl s ； c o n t r o l s y s t e m； f r e q u e n c y c o n v e r s i o n s p e e d a d j u s t i n g ； c o mp u t e r c o n t r o l 0 引言 航空液压液压泵 车是重要 的航空地 面保 障装备 ， 担负着在地面对 飞机液压 系统检查和调试 的任务。控 制系统是液压泵车 的核心 ，其技术水平决定着液压 泵 车完成任务 的质量、效率 ，影响着飞机维修水平。以 往液压泵车多以手动操纵为主，功能单一 ，自动化水 平低。为提高液压泵车保障能力 ，设计 了具有状态实 时监测 、自我保护 、自动告警等功能的控制系统 ，大 大提高了该液压泵车 的保障效率 、维修水平 。 1 系统功能分析 根据 飞机 液压 系 统检 查 与 调试 的需 要 及 液压 泵 车 工作特点 ，控制系统应具有如下功能 1 对液压泵车启动 、停止有控制功能 ，特别要 保证大功率电动机安全可靠起动 ； 2 对 液压 泵 车参数 油温 、压力 、流 量、转 速进行采集 、显示 、存储 、回放 ； 1 9 。 8 3 一 ， 男 ， 河北人 ， 空军 航空大学在读硕士 ， 从事航 空 时 ， 作者简介 卢超 一， 男 ， 河北人 ， 空军 航空大学在读硕士 ， 从事航 空 ’ ’ 装备技术保障研究。 3 当液压 泵车 运行 出现 油滤 堵塞 、油温过 高 及时进行保护 、报警 ； 4 能 自动控制系统油温的冷却 ，油温超过安全 卜 “ 十 ” 卜 ”卜”卜 ” ”卜 ” ” -卜 ” - 卜 ” _ ” ～一“““”“卜 ”“ 卜 ” 卜 ”” ”””” “”n““十”””””” ””””” 4 选型与计算 。 1 功率计算 根据公式 P p Q N ／ 6 0选 P N1 7 ． 5 MP a ，Q N 1 8 0 L ／ m i n算得 P 5 2 ． 5 k W。 2 管径计算 根据公式 d1 ． 1 3 Q ／ 6 1 0 当开铁 口时 Q 1 6 0 L ／ mi n ，取流速 5 m ／ s ，算 得 d 0 ． 0 2 6 m 2 6 mm，系统 主 压力 油 管选 用 3 2 m m 通 径完全满足要求。 当凿岩冲击 时为分管 路流量最 大 时，此时 q 。 9 0 L ／ ra i n ，仍取 流 速 5 n Ws ，算 得 d0 ． 0 1 9 6 m 2 0 m m，系统支管油管选用 2 0 ra i n通径完全满足要求 。 4 结语 自2 0 0 4年 ，包 钢高炉开 口机气改液技 术改造 工 程完成后 ，该系统一直运 行平稳 ，安全 可靠 ，完 全满 足了炼铁生产工艺 的要求。工作 中得到包钢炼铁厂刘 虎存及 北京企 星冶金 机 电公 司 肖东旺 的协作 ，特此 致谢。 参考文献 [ 1 ] 丁数 模． 液压传动 [ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 9 ． [ 2 ] 张勤， 等． 液压与气压传动技术[ M] ． 北京 高等教育出版 社 ， 2 0 0 9 ． [ 3 ] 龙飚 ， 等． 液压 炮 液压 系统 的改善 [ J ． 液压 气动 与密 封 ， 2 0 0 9 2 ． [ 4 ] 唐英． D D S开铁 口机气动系统的改进 [ J ] ． 液压气动与密 封 ， 2 0 0 7 1 ． [ 5 ] 温新周． D D S开口机消化与吸收[ J ] ． 江苏冶金， 2 0 0 4 5 ． [ 6 ] 钱利康 ， 等． 昆钢 6号高炉开 口机国产化过程[ J ] ． 炼铁， 2 0 0 3 1 ． [ 7 ] 孙海 波． 包 钢 4 高 炉开 口机旋转 部 分液压 系统 设计 改造 [ J ] ． 包钢科技， 2 0 0 2 1 ． 51 液压 气 动 与 密 封 ／ 2 0 1 0年 第 3期 值时，能实现停机保护。 2 控制系统设计 控制系统由电气系统和计算机控制系统两大部分 组成。 2 ． 1 电气系统设计 电气系统的主要作用是对液压泵车电动机等电气设 备的启动、停止进行安全可靠的控制，同时保证电动机 的转速满足液压泵的要求。电气系统的结构如图 1 所示。 1 变频调速系统设计。 主液压泵 采用体积小 、额定转速 为 4 2 0 0 r ／ m i n的 Y Z B一2 3 C型航 空液压 泵。普 通 电动机 转速 一般 在 3 0 0 0 r ／ m i n左右 ，这就需要调速装置来进行调速。调速 的一般方法有齿轮调速 、变频调速和偶合器调速。 齿轮调速 ，由于采用机械结构 ，不能变速；偶合 器成本较高，调速过程复杂 ；变频器可实现平滑的无 级调速 ，调速效率高 ，便于计算机控制。因此调速装 置采用动态转矩矢量控制的 F R N 4 5 G1 l S一 4 C X型变频 器，电动机采用额定电压 3 8 0 V、功率 4 5 k W、额定转 速4 2 0 0 r ／ mi n的高速变频电动机。其优点如下 1 变频器可手动控制频率也可由计算机 自动控制 输出频率 ，进而控制电动机转速 ，控制液压泵流量。 2 电动机的转速信号可 由变频器直接获得 ，不必 安装转速传感器。 3 变频器可实现软启动 ，减小启动电流，保护电 动机 ；同时减少启动对液压元件的冲击 ，提高液压 系 统的工作可靠性。 2 电动机控制系统设计。 为保证系统正常工作 ，该系统设有 3个 电动机 主增压泵变频电动机 、中介泵电动机和散热器风机 电 动机。为保证各电动机安全可靠工作，电动机均装有 热保护器。 主泵电动机的开关由 “ 启动”和 “ 停止”按钮经 变频器控制 ，为调节液压泵供油量 ，可由计算机通过 变频器控制电动机转速，也可 由变频器控制器 的频率 调节键直接控制。 中介泵电动机由控制面板 “ 启动” 和 “ 停止”按 钮直接控制 ，启 动与 主泵 电动机 同步，当停止 工作 时 ，由于中介泵电动机转子惯性小，会早于主液压泵电 动机停止转动，造成主液压泵进口压力不足产生气塞。 图 1 电气系统结构 图 因此我们采用延迟继 电器来使中介泵电动机断电晚于 通过传感器对液压泵车工作参数进行采集 ，并将采集 主液压泵电动机 ，保证主液压泵正常工作。 到的信号进行调理，输入到多功能数据采集卡 ，经计 散热风机受温度 自动控制，也可手动控制 ，电路 算机处理后将液压泵车状态实时显示在显示屏上。当 上设有制冷继电器和冷却开关，冷却继电器由计算机 出现异常情况时，接通报警信号灯，并显示在显示 根据油温度控制 ，手动开关用于炎热季节，当液压泵 屏上。 车工作时，就手动使风机工作。P C ／ 1 0 4计算机系统 由 P C ／ 1 0 4 C P U模块 、多功能 此外，电动机工作电压是 3 8 0 V ，为保证用电安 数据采集模块、电源模块和平板显示器等组成。计算 全 ，手动控制开关采用 2 4 V以下的弱电控制 。 机控制系统结构如图 2所示。 2 ． 2 计算机控制系统设计 2 数据采集 、处理系统设计 1 系统结构组成 根据采集数据的速度和精度的要求，本系统采用 该控制系统以 P C ／ 1 0 4嵌入式计算机为控制核心 ， S E M／ A D T 7 0 0型 P C 1 0 4总线的多功能数据采集模块 ， 5 2 Hy d r a ul i c s Pn e uma t i c s S e a l s ／No ． 3． 2 01 0 图 2 计算机控制 系统 结构图 该模块 为 1 6位 ，采样速 率为 1 0 0 M，与 P C ／ 1 0 4计算 工作 ，对液压系统进行散热 。当液压油超温时，超温 机系统和各种传 感器等 构成一个 高性 能 的数 据采 集 报警信号闪亮。 系统 。 系统采集的参数有 泵进 口温度 、泵出 口温度 、泵进 口压力 P 、泵出口压力 P 、流量和转速 。 温度参数 由 S B WZ型铂 电阻温度传感器采集 ，并 将采集到的热电阻信号转化成 4～2 0 m A的电流信号 ， 经调理 电路 转换 成 电压 信 号 送 入 多 功 能 数据 采 集 模 块 。 压力参数 由 D B Y G型压力传感器测量 ，并将参数 转变为 4～2 0 mA电流信号输出，电流信号经转换 电路 转换成电压信号后送人多功能数据采集模块。 流量参数由 C L一1 5型涡轮流量计测量 ，其输 出信 号为0～ 3 0 0 H z 的方波频率信号 ，再经 WB F 1 2 2 U 0 1型频 率传感器转换成电压信号，送入多功能数据采集模块。 转速由变频器直接获得 ，变频器有电压 形式 的频 率信号 ，将信号采集后送到计算 机进行换算即可得 到 电动机的转速。 多功能数据采集模块 同时采集油滤继 电器 ，冷却 风机交流接触器 ，中介泵交流接触器等开关信号 ，监 控其工作。 多功能数据采集模块将采集 的各种参数送至 P C ／ 1 0 4计算机处理 ，将处理结果实 时显示在平板 显示 器 上 。并可存储 、再现 。 3 保护 、告警系统设计 该系统主要 由手动散热继 电器 、温控继 电器 、超 温保护继 电器和超温告警装置等组成。当计算机采集 的液压油温度高于设 定值 时，计算机发 出控制信号使 温控继电器工作 ，接通冷却风机电源 ，冷却系统开始 3 控制系统软件设计 L a b Wi n d o w s ／ C V I 是美 国 N a t i o n a l I n s t r u m e n t 公司 推出的基于标准 C语言编程 的虚拟仪器开发工具 ，它 的用户界面编辑器能轻松地 建立复杂 的交互式面板 ， 并可 以利用代码生成器 自动生成基于界面组件的程序 框架 ，从而节省 了大量 的程序开发时间。控制系统软 件结构如图 3所示。 图 3控制系统软件结构 图 1 数据采集 、处理模块 系统工作 时，主要 完成 对采集 系统 的初 始化设 置 、I ／ O端 口的读写 、数据的换算 、判断等工作。 2 保护 、报警及控制模块 保护 、告警及控制 主要包括油温控 制、保护、报 警和油滤保护 、告警两部分。 当回油温度低 于冷却系统设定温度 4 0 ％ 时， 计算机使温控继 电器断开 ，冷却系统停止工作 ；当回 油温度高于冷却 系统设定温度 5 0 ℃时 ，计算机使 温控继 电器 接通 ，冷却 系 统工 作 ；当油温度 上 升到 8 0 ％时 ，控制系统发出超温报警信号 ，监测界面中的 5 3 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 01 0 年 第 3期 偶合器转速控制 系统在石灰窑尾排烟风机 中的应 用 王春杰 张维竞 杨桂康 上海交通大学动力装置及 自动化研究所 ，上海2 0 0 2 4 0 摘要由上海交通大学和宝钢设备部联合开发了一套液力偶合器转速控制系统，该系统成功取代了电动执行器 ，在炼钢厂焙烧 分厂4 悬浮窑窑尾风机调速系统中进行了应用。该系统接受上位机4～ 2 0 m A指令信号，以伺服液压缸作为偶合器勺管执行机构， 对偶合器输出转速进行闭环控制，从而提高了偶合器转速控制精度，减少了设备故障发生率，在保证生产的同时发挥出了液力偶 合器的调速节能作用 。 关键词 石灰窑 ；液力偶合器 ；电液执行器 ；模糊控制 中图分类号 T G 5 8 0 ． 2 3 2 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 0 0 3 0 0 8 4 0 4 Ap p l i c a t i o n o f F l u i d Co u p l i n g S p e e d Co n t r o l S y s t e m t o t h e Ta i l Ex h a u s t F a n o f L i me Ki l n W A N G C h u n- fi e Z H A N G W e i - ri n g Y A N G G u i k a n g P o w e r P l a n t a n d A u t o m a t i o n R e s e a r c h I n s t i t u t e ， S h a n g h a i J i a o t o n g U n i v e r s i t y ， S h a n g h a i 2 0 0 2 4 0 ，C h i n a Ab s t r a c t S h a n g h a i J i a o t o n g U n i v e r s i t y a n d B a o s t e e l E q u i p m e n t D i v i s i o n j o i n t l y d e v e l o p e d a s e t o f fl u i d c o u p l i n g s p e e d c o n t r o l s y s t e m， w h i c h s u c c e s s f u l l y r e p l a c e d t h e e l e c t r i c a c t u a t o r ，a n d w a s a p p l i e d t o t h e s p e e d c o n t r o l s y s t e m o f t h e t a i l e x h a u s t f a n i n t h e No ．4 l i me k i l n ．T h e s y s ‘ t e m a c c e p t s 4 ～ 2 0 mA c o mma n d s i g n a l s f r o m t h e h o s t c o mp u t e r ，a n d c l o s e d l o o p c o n t r o l o f o u t p u t s p e e d i s i mp l e me n t e d w i t h t h e u s e o f t h e s e r v oc y l i nd e r a s t he s c o o p p i pe a c t ua t o r ，t h us e n ha n c i n g t h e o u t pu t s p e e d c o nt r o l p r e c i s i o n，r e du c i n g t he i n c i de nc e o f e q ui p me nt f a i l u r e，a l l o wi n g f u l l p l a y t o t h e e n e r g y s a v i n g e f f e c t o f flu i d c o u pl i n g wh i l e e ns u r i ng p r o d u c t i o n． Ke y W or dsl i me k i l n；flu i d c o u p l i n g；e l e c t r oh y d r a u l i c a c t ua t o r；f uz z y c o n t r o l 0 引言 宝钢股份有限公司炼钢厂焙烧分厂有 4条悬浮窑 石灰生产线 ，窑尾的排烟风机是石灰窑系统的关键设 收稿 日期 2 0 0 9 -0 9 - 0 2 作者简介 王春杰 1 9 8 6一 ， 男 ， 现为上海交通大学动力装 置及 自动化研 究所轮机工程研究生 。 -卜一卜 ” - 卜 ” - - ” - ” r一 - 十 “” - ” ”- ““ 油温过热警告号灯闪亮 ，同时计算机向超温保护继 电 器发出信号 ，切断增压泵 电动机和主液压泵电动机 电 源，液压液压泵车停止工作。 当计算机采集到油滤堵塞信号 时，发出信号使油 滤告警信号灯闪亮。 3 存储 、显示模块 用于采集的数据存储 、显示和再现。数据是 以曲 线形式显示，包括实时数据 曲线和历史数据曲线。实 时数据曲线反映 的是监控参 数的当前值及变化趋势 ， 是当前工作状态的直观描述。历史数据曲线是对数据 库中的历史数据进行图形显示 以反映系统在过去一段 时间内监测数据的变化趋势，对研究系统过去工作状 态和进行系统故障诊断具有重要的作用 。 4 在线帮助 为系统的操作使用和人员培训提供帮助。 4 结束语 我们 已把该控制系统应用到某型飞机高压液压泵 5 4 备 ，主要用于将热风从石灰窑尾排出和促进系统的热 循环。在不同的工况下，需要风机在对应 的转速下运 行 ，因此风机调速性能的好坏直接关 系到系统的稳定 运行 和调速节 能 的效 果 。 4 挣 窑采用 液力偶合器作为排烟风机的调速设备。 最初的液力偶合器是从英 国进 口，后来由大连液力机 械厂进行 了设备的国产化 ，国产化的液力偶合器采用 ．．“ ． ． ． t ． ” “”” 一一 - - ． 一 - 车上 ，该系统 工作 良好。降低 了液 压泵车 的操 作难 度 ，提高并丰 富 了液 压泵 车性能 、功能和 自动化程 度 ，提高了保障效率。 参考文献 [ 1 ] 陈浩， 于焕义． 飞机多功能通用地面液压液压泵车的设计 [ J ] ． 液压与气动 ， 2 0 0 7 8 1 7～ 2 0 ． [ 2 ] 许景， 姚进， 等． 液压控制器辅助控制系统设计 [ J ] ． 微计 算机信息 测控自动化 ， 2 0 0 8 4 ． [ 3 ] 张 国芳． 水下 泥 泵液 压控 制 系统 的设计 [ J ] ． 江苏 船舶 ， 2 0 0 7 2 ． [ 4 ] 曹志锦， 侯霞， 等． 基于 P C ／ 1 0 4的主从式数据采集系统及 应用[ J ] ． 电测与仪表 ， 2 0 0 7 4 ． [ 5 ] 张梦麟 ， 李 念强 ． 基于 L a b Wi n d o w s ／ C V I 的温室环境控 制系 统设计[ J ] ． 工业控制计算机， 2 0 0 7 6 ． [ 6 ] 张利平． 液压控制系统及设计[ M] ． 北京 化学工业出版 社 ， 2 0 0 6 ． [ 7 ] 李平， 周原， 等． 运料车液压电气自动控制系统的设计与实 现[ J ] ． 天中学刊 ， 2 0 0 8 4 ．