一種艙門安裝氣動(dòng)助力裝置應(yīng)用淺析

張程?李磊

摘 要 飛機(jī)艙門重量較大，安裝位置靠近飛機(jī)桶段偏下側(cè)，靠人力很難安裝，借助天車安裝，容易磕碰飛機(jī)，而且安裝孔位很難找正。為解決上述問題，設(shè)計(jì)一種移動(dòng)式抓取助力裝置，通過助力裝置平衡掉艙門自身重量，艙門可在輕微外力作用下在有限范圍內(nèi)靈活移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)艙門快速安裝。

關(guān)鍵詞 氣動(dòng);助力;艙門安裝

1氣動(dòng)助力裝置在飛機(jī)艙門安裝中的應(yīng)用

1.1 概況

需要設(shè)計(jì)一款輔助裝置用于飛機(jī)應(yīng)急門、貨艙門、服務(wù)門等各種類門在安裝時(shí)的提升、降低、移動(dòng)和擺動(dòng)功能，輔助完成艙門快速安裝。

1.2 總體設(shè)計(jì)及原理分析

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，設(shè)計(jì)一款移動(dòng)式助力臂裝置。助力臂采用氣動(dòng)控制，具體結(jié)構(gòu)如下圖所示：

（1）機(jī)械結(jié)構(gòu)。主要是通過大臂兩根管與立柱之間組成一個(gè)平行四邊形結(jié)構(gòu)，其上下運(yùn)動(dòng)使得大臂連接小臂能夠完成機(jī)械臂抓取貨物后的提升動(dòng)作。

為大臂、小臂和手爪的上下運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力的是大臂中間部位連接的氣缸。通過氣缸連桿的上下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)大臂從而帶動(dòng)小臂和末端執(zhí)行器。

機(jī)械臂的左右回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是兩個(gè)部分完成的：首先通過立柱上的旋轉(zhuǎn)副大臂可以完成旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，這是機(jī)械臂的整體旋轉(zhuǎn);另外，在大小臂的連接處通過一根豎直放置的軸連接，通過豎軸小臂可以繞著豎軸旋轉(zhuǎn)。從而使得機(jī)械臂的抓取動(dòng)作更加方便，也進(jìn)一步增加了機(jī)械臂的抓取范圍。另外，除了整體機(jī)械臂的旋轉(zhuǎn)外，為了抓取不同方向擺放的貨物，在小臂的豎直段設(shè)置一個(gè)旋轉(zhuǎn)副，用于末端執(zhí)行器繞小臂豎直段旋轉(zhuǎn)[1]。

（3）氣動(dòng)控制系統(tǒng)。根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)氣動(dòng)控制系統(tǒng)，為機(jī)械結(jié)構(gòu)提供平衡力，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)式機(jī)械臂在空載、多個(gè)固定載荷情況下的完全平衡。同時(shí)，氣動(dòng)控制系統(tǒng)包含真空抓取系統(tǒng)，可完成穩(wěn)定抓取工作。

壓縮空氣經(jīng)氣源處理及調(diào)壓、增壓后，進(jìn)入氣控箱，為氣控箱內(nèi)的各元器件提供潔凈氣源。氣控箱內(nèi)主回路為一個(gè)帶先導(dǎo)口的精密調(diào)壓閥，精密調(diào)壓閥輸出壓力為P，輸入壓力為P1，先導(dǎo)口輸入壓力為P2。精密調(diào)壓閥排氣口設(shè)單向節(jié)流閥及常閉先導(dǎo)控制閥，該控制閥先導(dǎo)口受氣源控制，在氣源故障時(shí)，該控制閥關(guān)閉，精密調(diào)壓閥不能排氣，同時(shí)在輸入口前增設(shè)單向閥，以保證輸出壓力P在氣源故障情況下可以保持。P=P1+P2。精密調(diào)壓閥先導(dǎo)口前增設(shè)帶優(yōu)先級的雙氣控兩位五通閥，其輸出值即為精密調(diào)壓閥先導(dǎo)口輸入壓力P2。壓力P2由兩位五通閥前端的4個(gè)調(diào)壓閥確定，這4個(gè)調(diào)壓閥的輸入壓力均為P1，輸出壓力分別為P3、P4、P5、P6，輸出壓力值根據(jù)空載及負(fù)載重量在調(diào)試時(shí)確定并固化。空載取決于真空通斷，真空關(guān)閉時(shí)，通過控制回路邏輯關(guān)系，使兩位五通閥切換，空載回路貫通，P3=P2。本套控制系統(tǒng)可通過調(diào)壓實(shí)現(xiàn)三種固定重量產(chǎn)品的抓取平衡，重量范圍可為0-70kg內(nèi)的任意數(shù)值，通過調(diào)試固化。通過負(fù)載選擇開關(guān)，切換三種重量負(fù)載，控制相關(guān)回路切換兩位五通閥，即分別實(shí)現(xiàn)P4=P2、P5=P2、P6=P2三種壓力工況。根據(jù)空載、負(fù)載情況，最終會(huì)輸出一個(gè)壓力值P給主平衡氣缸，用于氣缸平衡。調(diào)壓閥，輸入壓力P1，輸出壓力P7，用于控制彎矩補(bǔ)償氣缸，同時(shí)彎矩補(bǔ)償氣缸受兩位三通閥控制，該閥的通斷取決于真空通斷，真空打開時(shí)，P7提供給氣缸;真空關(guān)閉時(shí)，補(bǔ)償氣缸功能消失。調(diào)壓閥，輸入壓力P1，輸出壓力P8，為兩個(gè)真空發(fā)生單元提供氣源，將正壓轉(zhuǎn)化為真空，用于真空治具吸附產(chǎn)品[2]。

2氣動(dòng)助力裝置在飛機(jī)艙門安裝中的安全可靠性

氣動(dòng)控制除在功能上提供可調(diào)平衡力，同時(shí)在安全可靠性、防誤操作性方面實(shí)現(xiàn)邏輯互鎖。主要有以下幾方面：

（1）氣路控制中將真空系統(tǒng)分為兩個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)，真空管路完全隔開。并且末端裝置上的吸盤分別交叉屬于兩個(gè)真空管路系統(tǒng);防范管路故障，直接使產(chǎn)品掉落。

（2）在真空吸盤后方增設(shè)多功能破真空單向閥，在沒有真空打開指令的情況下，真空只能通過自然泄露逐漸消失，在真空系統(tǒng)故障時(shí)，可保證產(chǎn)品保持一定時(shí)間，不會(huì)立刻掉落。

（3）真空關(guān)閉雙按鈕操作，防止運(yùn)動(dòng)過程中的誤碰導(dǎo)致安全事故發(fā)生。

（4）真空關(guān)閉延時(shí)功能，在對接完成，確認(rèn)關(guān)閉真空時(shí)，長按真空打開按鈕，才可脫離產(chǎn)品，防止誤操作。

（5）正壓系統(tǒng)對真空系統(tǒng)的連鎖控制，在機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)過程中，通過汽缸排氣控制屏蔽掉所有真空按鈕，防止誤操作。

（6）真空系統(tǒng)對正壓系統(tǒng)的連鎖控制，真空打開后，通過正負(fù)壓轉(zhuǎn)換閥，將真空信號轉(zhuǎn)化成正壓信號，控制調(diào)壓閥切換，實(shí)現(xiàn)帶載平衡，否則，很難實(shí)現(xiàn)移動(dòng)。

（7）剎車系統(tǒng)，通過氣動(dòng)控制對所有機(jī)械關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)阻尼剎車功能[3]。

3結(jié)束語

通過機(jī)械結(jié)構(gòu)與氣動(dòng)控制的巧妙結(jié)合，實(shí)現(xiàn)一定重量的艙門的抓取、移動(dòng)、對接。通過多個(gè)調(diào)壓裝置輸出不同助力適應(yīng)多種重量的艙門，基本可以實(shí)現(xiàn)艙門抓取后在任意位置的靜態(tài)平衡。通過邏輯關(guān)系實(shí)現(xiàn)安全冗余控制，確保艙門安全可靠快速安裝。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐從清，王爾湘.液壓與氣動(dòng)技術(shù)[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2009：29.

[2] 達(dá)道安.真空設(shè)計(jì)手冊[M].北京：國防工業(yè)出版社，2004：109.

[3] 徐小東，韓京海，王磊.液壓與氣動(dòng)應(yīng)用技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009：311.