航空流體自封式連接器沖擊流動(dòng)綜合試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)

    [摘 要] 根據(jù)航空流體自封式連接器性能參數(shù)檢測(cè)要求，從智能化、集成化、實(shí)用化的設(shè)計(jì)原則出發(fā)，研制出了工作可靠、響應(yīng)迅速、操作簡(jiǎn)便的新型多功能沖擊流動(dòng)綜合試驗(yàn)臺(tái)。試驗(yàn)臺(tái)油源采用定量泵加蓄能器組合，該供油方式可實(shí)現(xiàn)短時(shí)大流量供給。通過(guò)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(jì)算機(jī)和 PLC 采集和控制試驗(yàn)系統(tǒng)的壓力、流量、溫度參數(shù)，記錄試驗(yàn)參數(shù)，輸出試驗(yàn)結(jié)果。該試驗(yàn)臺(tái)測(cè)控精度高、使用方便、擴(kuò)展性強(qiáng)，能滿足我公司 DN03 ～ DN16 短持續(xù)時(shí)間沖擊流動(dòng)試驗(yàn)、長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間沖擊流動(dòng)試驗(yàn)的測(cè)試要求。

    1 引 言
    在軍用飛機(jī)和地面維保設(shè)備中，為提高管路檢修效率、減少拆裝過(guò)程中的滴漏及對(duì)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(shí)，流體雙向自由流通；當(dāng)公頭和母頭斷開(kāi)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(biāo)，相關(guān)試驗(yàn)是產(chǎn)品可靠性和鑒定試驗(yàn)的重要組成部分。研制的這臺(tái)航空全流體自封式連接器綜合試驗(yàn)臺(tái)，能完成我公司 DN03 ～ DN16 六種通徑連接器短持續(xù)時(shí)間沖擊流動(dòng)試驗(yàn)、長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間沖擊流動(dòng)試驗(yàn)，可以檢測(cè)連接器的技術(shù)參數(shù)性能是否滿足設(shè)計(jì)要求。

    2 主要試驗(yàn)要求
    2.1 短持續(xù)時(shí)間沖擊流動(dòng)試驗(yàn)
    在公母頭連接狀態(tài)下，將 25 個(gè)額定流量下的壓力降作為基礎(chǔ)的沖擊試驗(yàn)壓力，通過(guò)調(diào)節(jié)油液供給，使連接器兩端的壓差與時(shí)間的關(guān)系滿足圖 1 所示的壓力—時(shí)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(rèn)性能符合要求后再反方向進(jìn)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(zhǎng)持續(xù)時(shí)間沖擊流動(dòng)試驗(yàn)
    在公母頭連接狀態(tài)下，將試驗(yàn)臺(tái)的流量調(diào)節(jié)為連接器的5 倍額定流量，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行流量沖擊，沖擊時(shí)間為 5±0.5s。沖擊結(jié)束后，將流量降為零，進(jìn)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(rèn)性能完好后再反方向進(jìn)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(cè)控精度：±0.5％ F.S
        系統(tǒng)清潔度：GJB420B-6 級(jí)

    3 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)
    3.1 總體方案設(shè)計(jì)
    在調(diào)研和制定方案過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，為符合短持續(xù)時(shí)間沖擊流動(dòng)試驗(yàn)壓力—時(shí)間釋放特性曲線的要求，對(duì)液壓元件及控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求較高，試驗(yàn)臺(tái)需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、管路布置、試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集方面根據(jù)響應(yīng)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(yàn)需求，試驗(yàn)臺(tái)供給流量范圍會(huì)很大。

    本試驗(yàn)臺(tái)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(dòng)試驗(yàn)的主要?jiǎng)恿υ�，以較大通徑連接器一次沖擊流動(dòng)試驗(yàn)所需的液壓介質(zhì)體積核算蓄能器的容積，通過(guò)定量泵對(duì)蓄能器進(jìn)行補(bǔ)壓，實(shí)現(xiàn)短時(shí)大流量液壓介質(zhì)供給 [5]。

    通過(guò)電液比例節(jié)流閥對(duì)輸出流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，滿足沖擊流動(dòng)試驗(yàn)的壓差及流量需求；通過(guò)制作不同通徑的專用轉(zhuǎn)換工裝，按照?qǐng)D 2 方式進(jìn)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(yīng)速度；根據(jù)測(cè)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(guò)系統(tǒng)設(shè)置的壓力、壓差、溫度、液位、流量傳感器采集試驗(yàn)臺(tái)的運(yùn)行參數(shù)，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和 PLC 對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行處理，控制液壓元件動(dòng)作，輸出試驗(yàn)結(jié)果 [1]�？刂葡到y(tǒng)中設(shè)置超壓、超流量保護(hù)，通過(guò)PLC 的邏輯控制與操作互鎖，防止對(duì)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(shí)，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(yàn)過(guò)程中，動(dòng)力粘度、縫隙長(zhǎng)度、孔直徑、縫隙量均為特定的數(shù)值，通過(guò)調(diào)節(jié)連接器流量，可實(shí)現(xiàn)對(duì)連接器壓力降的調(diào)節(jié)。

    試驗(yàn)臺(tái)通過(guò)內(nèi)置的壓差傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)被試連接器兩端的壓力降數(shù)值，傳感器信號(hào)傳遞至控制器后，控制器調(diào)節(jié)電液比例節(jié)流閥的開(kāi)度，完成對(duì)被試連接器供給流量的控制。試驗(yàn)臺(tái)液壓原理圖如圖 4 所示。

    定量泵 2 從油箱吸入液壓油進(jìn)行加壓，經(jīng)過(guò)濾器 6、7 過(guò)濾后輸送到蓄能器 11。通過(guò)壓力傳感器 10 監(jiān)測(cè)蓄能器油液壓力，當(dāng)壓力不足時(shí)，切斷試驗(yàn)回路，由定量泵向蓄能器內(nèi)部補(bǔ)壓。當(dāng)壓力上升至額定力時(shí)，電磁溢流閥 4 電磁鐵斷電，停止補(bǔ)壓，使蓄能器內(nèi)部壓力保持在試驗(yàn)要求范圍。在蓄能器流量輸出過(guò)程中，高壓介質(zhì)體積減小，壓力下降 [4]。通過(guò)在系統(tǒng)設(shè)置的減壓閥 12，保持試驗(yàn)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(hù)蓄能器安全，方便系統(tǒng)檢修。對(duì)于 DN03 ～ 10 被試件，通過(guò)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(shí)間沖擊流動(dòng)試驗(yàn)要求的壓差—時(shí)間釋放曲線；通過(guò)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(zhǎng)持續(xù)時(shí)間沖擊流動(dòng)試驗(yàn)要求的沖擊流量。在進(jìn)行 DN12 ～ 16 被試件試驗(yàn)時(shí)，切換大流量油路按上述原理進(jìn)行試驗(yàn)。系統(tǒng)中設(shè)置獨(dú)立的冷卻循環(huán)，將液壓系統(tǒng)溫度控制在試驗(yàn)要求范圍。連接器的短持續(xù)時(shí)間沖擊流動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，通過(guò)切換三通手動(dòng)球閥 18、20 閥位將流量傳感器短接，避免沖擊對(duì)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(yùn)行的安全。

    3.3 電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    試驗(yàn)臺(tái)為一個(gè)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(hào)或流量信號(hào)，調(diào)節(jié)比例閥開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)被試件的流量調(diào)節(jié)，滿足試驗(yàn)需求。

    電氣系統(tǒng)是整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)的核心，主要由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、PLC、繼電器、接觸器、顯示器、打印機(jī)、監(jiān)控器等硬件和專門開(kāi)發(fā)的軟件組成。運(yùn)用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和 PLC 對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行處理，實(shí)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(jī)操作界面，試驗(yàn)人員可根據(jù)試驗(yàn)規(guī)格點(diǎn)選對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)程序，電氣系統(tǒng)自動(dòng)完成對(duì)電磁閥、比例閥、電機(jī)、冷卻器的調(diào)節(jié)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示條件參數(shù)值和測(cè)量參數(shù)值、繪制測(cè)試曲線。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控試驗(yàn)臺(tái)運(yùn)行情況，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)異常狀況進(jìn)行報(bào)警顯示與輸出 [3]。

    4 結(jié) 論
    試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)兼容性好、能量損失小、系統(tǒng)響應(yīng)快�？刂葡到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化、數(shù)據(jù)處理專業(yè)化、人機(jī)界面直觀化、測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確化、系統(tǒng)使用便捷化的“五化”標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)完成試驗(yàn)數(shù)據(jù)的填寫和試驗(yàn)曲線的繪制，通過(guò)打印機(jī)打印試驗(yàn)報(bào)告。試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、性能優(yōu)異，對(duì)其他同類型沖擊類試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)有一定的參考意義。

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