某型航空燃油調節器作動筒模擬負載系統及結構設計

薛利

西安航空動力控制公司研究所，西安 710077

某型航空燃油調節器作動筒模擬負載系統及結構設計

薛利

西安航空動力控制公司研究所，西安 710077

為滿足調節器試驗，設計作動筒模擬負載系統。通過方案對比，選擇最優設計，簡化了設計難度，降低了成本費用。方案實施后，完全滿足試驗要求。

設計作動筒模擬負載系統；方案對比；簡化難度；降低成本；滿足試驗要求

引言

根據試驗大綱要求，某型航空燃油調節器試驗時要求給產品VG作動筒末端提供130Kg的負載，并測量作動筒的伸縮量，VG作動筒行程0～50mm。

1 作動筒模擬負載系統方案優化設計

方案一見圖1，采用液壓缸模擬負載。試驗時，油泵從油箱抽油，經過濾器過濾雜質，溢流閥、針閥調壓后供給負載液壓缸，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方向運動來模擬負載。此方案滿足試驗要求，但要設計油箱和泵電機組，還要考慮安全和防爆,再者液壓系統管路占地面積較大,成件費用較高，不宜采用。

圖1

采用氣缸模擬負載。試驗時，氣源開關打開，空氣經分離器分離水氣和油氣，過濾器過濾雜質，空氣減壓閥調壓后供給負載氣缸，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方向運動來模擬負載。氣動加載方式具有保壓能力強、安全可靠、適合間歇運動等特點[1]，有效滿足了產品試驗要求。此方案設計安全可靠，系統簡單，維護方便，且成件費用較低，故可行。

1.開關 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 作動筒模擬負載氣缸工作原理分析

負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， 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有活塞桿，所以壓縮空氣作用在活塞兩側的有效面積不相等。活塞桿伸出時產生推力F1，縮進時產生拉力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—氣缸工作壓力（Pa）;

FZ—氣缸工作總阻力（N）;

與眾多因素有關，可以載荷率η的形式計入公式，則在計入載荷率后，

計入載荷率就能保證氣缸工作時的動態特性。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，給氣缸無桿腔通0.51MPa壓縮空氣，有桿腔放氣即可；VG作動筒縮進時，給氣缸有桿腔通0.57MPa壓縮空氣，無桿腔放氣即可滿足。

3 作動筒模擬負載及測量裝置固定

圖2

方案一見圖3，借助產品安裝座螺釘孔固定。其優點是定位尺寸準確，氣缸與VG桿的相對位置準確,能較好保證VG桿與氣缸中心線在同一直線上，無需調整氣缸位置。缺點是安裝座本身為懸臂結構，安裝座螺釘既要承受安裝座和產品的傾覆力矩，又要承受負載氣缸固定裝置的傾覆力矩和氣缸伸縮運動的動載荷，這就要求安裝座螺釘要有足夠的強度，以保證在上述載荷的共同作用下, 螺釘不會變形或斷裂，致使安裝座和產品受損。同時氣缸固定裝置要有足夠的強度，以保證在動載荷作用下不會變形或拉裂。此方案設計難度大，風險高，不宜采用。

1.變速箱 2. 聯軸器 3.轉接座4. 安裝座5. 產品 6.固定座7.負載作動筒固定裝置 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，強度可靠，試驗時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，有足夠的強度承受負載氣缸伸縮運動的動載荷。其優點是設計安全可靠，氣缸固定裝置與產品相互獨立，不會影響或損壞到產品。缺點是中間尺寸較多，尺寸積累誤差變大，定位精度降低，但可通過適當調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計

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。千分表指示桿擋板固定在連接桿上，既保證了VG桿關節軸向的自由度，防止氣缸活塞桿與VG桿中心不在一條直線上時，致使VG桿卡死，又保證了千分表指示桿與VG桿運動的同步性，提高千分表測量的準確性。

5 結論

通過方案對比，從中選擇更優設計，既簡化了設計難度，又降低了成本費用。從調節器試驗結果看，所選方案簡單易行，能較好滿足試驗要求。

[1]張宏友.液壓與氣動技術.大連:大連理工大學出版社.2009

[2]徐灝，蔡春源，等.機械設計手冊第5卷.北京:機械工業出版社.2000

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.11.075

小發研發項目

薛利（1978-）,藍田, 工程師, 學士/本科,研究方向:航空發動機附件設計研究工作。