一種多功能擺振試驗臺的研發(fā)

吳 量，張廣勇，胡覺凡，彭 磊，孫向陽

(中國重型機械研究院股份公司，陜西 西安 710032)

0 前言

擺振試驗臺是起落架及輪胎研發(fā)設(shè)計所需的重要設(shè)備之一，其用途是提供航空輪胎及起落架的加載，完成起落架擺振試驗。航空輪胎在實際負載過程中，不僅承受徑向方向的作用力，而且受到軸向的側(cè)向力。為了更好地分析輪胎在實際工作中復(fù)雜的受力狀況，更好地在實驗室對輪胎和起落架的受力狀況進行模擬和分析，需要開發(fā)一種能在輪胎的徑向和軸向都能方便實現(xiàn)加載，且加載力調(diào)整操作方便的、調(diào)整范圍大的試驗臺。

1 擺振試驗臺組成和工藝參數(shù)

擺陣試驗臺如圖1所示。設(shè)備主要由壓下機構(gòu)、加載吊籃和固定吊籃、側(cè)向加載裝置、機架、抽塵裝置等組成，另外還有機械限位和實現(xiàn)控制所必需的壓力傳感器、位移傳感器、行程開關(guān)等。設(shè)備采用先進的計算機自動化測控技術(shù)、試驗技術(shù)和試驗方法，整個試驗過程可全部自動化完成。在這套設(shè)備中可完成多種試驗，可以進行徑向加載和側(cè)向加載，可以滿足目前國產(chǎn)現(xiàn)有尺寸飛機輪胎及起落架的動力和剎車試驗。飛機起落架擺陣試驗臺的性能參數(shù)如表1所示。

完成加載試驗后，將輪胎和起落架從活動吊籃上卸下。

圖1 擺振試驗臺

項目內(nèi)容輪胎外徑規(guī)格/mm?420～?1200起落架高度(含夾具、輪胎)/m0.9～2.2剎車試驗時徑向加載力(不含起落架)/kN≤380擺振試驗時徑向加載力(含起落架)/kN≤130加載吊籃工作行程/mm1500側(cè)向加載力(雙向)/kN≤40驅(qū)動方式液壓驅(qū)動液壓系統(tǒng)工作壓力/MPa21工作方式斷續(xù)運行潤滑方式手動加油脂控制元件旋轉(zhuǎn)編碼器;行程開關(guān);機械限位;壓力及位移傳感器

根據(jù)起落架和航空輪胎的規(guī)格尺寸，將固定吊籃固定在立柱上合適高度的位置；壓下機構(gòu)升高，將安裝好輪胎的起落架吊至一層平臺，安裝在活動吊籃底部；壓下機構(gòu)下降，將輪胎與鼓輪剛剛接觸且無加載，即液壓缸中的壓力傳感器開始讀數(shù)時，停止下降。固定吊籃上端的螺旋升降機調(diào)整至預(yù)定位置，在加載過程中的機械限位作用，防止爆胎。啟動鼓輪旋轉(zhuǎn)，煙塵收集裝置開始工作；當輪胎的線速度達到預(yù)定值后，提供徑向加載和軸向加載，采取和記錄所需數(shù)據(jù)。

2 關(guān)鍵設(shè)備及工作原理

2.1 壓下機構(gòu)

主要功能是向起落架和機輪提供徑向加載力，主要動作是上下移動，使起落架和機輪產(chǎn)生徑向位移，滿足試驗要求,結(jié)構(gòu)如圖2所示。橫梁主要起承載徑向加載力和驅(qū)動部件重量，橫梁兩端由兩個固定的絲杠支撐，旋轉(zhuǎn)螺母安裝在平臺橫梁上。電機驅(qū)動將動力傳給旋轉(zhuǎn)螺母，使旋轉(zhuǎn)螺母在絲杠上進行上下移動，從而帶動橫梁及液壓缸完成上升下降。

上下移動的機構(gòu)橫梁。通過壓下機構(gòu)橫梁的上下移動實現(xiàn)高度方向上的粗定位，主液壓缸的伸縮實現(xiàn)精確定位，大大增大了起落架和輪胎尺寸的適用范圍，而且提高了精度。由于起落架規(guī)格中高度范圍較大，但實際加載位移較小，為減少液壓缸行程，減小立柱高度，從而減少投資。液壓缸裝在橫梁上，為試驗提供徑向加載力，液壓缸中安裝有壓力及位移傳感器，保證試驗加載過程中檢測和控制的需要。

圖2 壓下機構(gòu)

2.2 加載吊籃和固定吊籃

加載吊籃和固定吊籃主要功能是安裝試驗件適配器，同時使加載吊籃處于良好的受力狀態(tài),結(jié)構(gòu)如圖3所示。固定吊籃內(nèi)裝有滾輪，外側(cè)裝有角板與立柱上的滑板用螺栓聯(lián)結(jié)。同時在機架立柱上的滑板豎直方向上開有一排螺栓孔，可根據(jù)試驗時不同高度的位置需要，將固定吊籃安裝在立柱上，使加載吊籃始終處于受力最佳位置。

加載吊籃四周有滾道與固定吊籃內(nèi)的滾輪形成滾動聯(lián)結(jié)，由于滾動聯(lián)結(jié)阻力小，可提高試驗件測試精度。加載吊籃上部與橫梁上的液壓缸聯(lián)結(jié)，承受徑向加載力，底部有螺栓孔用于聯(lián)結(jié)試驗件適配器，滿足不同規(guī)格起落架安裝要求。

固定吊籃在立柱上的安裝位置可以上下調(diào)整，可以滿足更多尺寸規(guī)格的起落架和輪胎的試驗需求，同時保證了加載時整個設(shè)備的剛度，提高加載數(shù)值的精確性的和測量數(shù)值的準確性。活動吊籃在固定吊籃里通過滾輪滾道可以實現(xiàn)上下移動，在提供水平支撐的同時，又保證了活動吊籃上下動作的靈活性。

固定吊籃上方裝有螺旋升降機，不同規(guī)格輪胎做試驗時,按輪胎承受的最大力時規(guī)定的壓縮距離調(diào)整螺旋升降機絲杠頂部與加載吊籃橫梁的距離,防止爆胎。為實現(xiàn)自動調(diào)整，螺旋升降機由電機(帶編碼器)驅(qū)動。由于絲杠帶自鎖，可實現(xiàn)精確調(diào)整。

圖3 加載吊籃和固定吊籃

2.3 側(cè)向加載裝置

側(cè)向加載裝置主要功能是提供起落架擺振試驗的側(cè)向力,結(jié)構(gòu)如圖4所示。側(cè)向加載裝置主要由液壓缸、機架、滾珠絲杠、滑塊滑軌、配重塊等組成。側(cè)向加載裝置為滿足與起落架聯(lián)結(jié)需要，液壓缸應(yīng)滿足X軸、Y軸、Z軸移動和自身擺動四個自由度，因此在機架上下方向和前后方向上都開有滑槽，液壓缸支撐座上裝有滑塊，這樣能完成液壓缸上下方向和前后方向的調(diào)整動作。機架底部安裝有滑塊，平臺上安裝有滑軌，裝置總體安裝在滑軌上，通過滑塊滑軌結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)左右方向上的調(diào)整動作。液壓缸采用中間擺動式液壓缸，允許在加載過程中有小角度的擺動。液壓缸裝有壓力及位移傳感器，保證試驗需要。

側(cè)向加載機構(gòu)可以左右移動，滿足了對起落架和輪胎側(cè)向進行加載時實現(xiàn)更大角度范圍內(nèi)的調(diào)整。側(cè)向加載機構(gòu)中液壓缸可以實現(xiàn)上下移動，可以更好地匹配不同尺寸規(guī)格的起落架和輪胎在高度方向上的調(diào)整需求。

圖4 側(cè)向加載裝置

2.4 機架

機架主要功能是提供設(shè)備的骨架，其中平臺、欄桿、梯子主要功能是方便操作人員日常工作和設(shè)備的維護、保養(yǎng),結(jié)構(gòu)如圖5所示。

機架由四個立柱通過橫梁聯(lián)結(jié)而成，立柱底部有地腳螺栓孔，立柱內(nèi)側(cè)面裝有滑板，立柱上的滑板豎直方向上開有一排螺栓孔，根據(jù)不同位置的需要聯(lián)結(jié)固定吊籃。

平臺分為三層，一層平臺為操作平臺，平臺上有小車用于接送貨物，二、三層平臺為檢修平臺。

圖5 機架

2.5 抽塵裝置

抽塵裝置由風(fēng)口、底座、液壓缸組成，將底座焊在一層平臺上，風(fēng)口上的波紋管、抽風(fēng)機安裝好后，液壓缸動作推動風(fēng)口朝向鼓輪，抽走試驗中產(chǎn)生的煙塵,結(jié)構(gòu)如圖6所示。煙塵收集裝置抽走試驗時的煙塵，保證了試驗時試驗車間的試驗環(huán)境，維護實驗室的衛(wèi)生，避免對操作工人有粉塵傷害。

圖6 抽塵裝置

整套設(shè)備現(xiàn)場已成功完成安裝調(diào)試，如圖7所示。

圖7 擺振試驗臺現(xiàn)場圖片

3 結(jié)束語

該新設(shè)備已經(jīng)在用戶現(xiàn)場成功完成安裝調(diào)試，經(jīng)過反復(fù)的調(diào)試試驗，設(shè)備完美地實現(xiàn)了預(yù)定的加載動作，精確地保證了加載數(shù)值，達到甚至超過了試驗所需的設(shè)計參數(shù)，而且加載力調(diào)整操作方便，電氣檢測精準和控制精確，達到甚至超過了試驗所需的設(shè)計參數(shù)。

飛機起落架擺振試驗臺是航空輪胎和飛機起落架試制的重要設(shè)備，中國重型機械研究院將此套設(shè)備研究設(shè)計到安裝調(diào)試成功，對我國打破航空輪胎的國外壟斷，實現(xiàn)國產(chǎn)化、自主化意義重大，助力我國航空產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。