終點(diǎn)位置電門機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

陳林，李煒，葉成世

（國營蕪湖機(jī)械廠，安徽 蕪湖 241007）

終點(diǎn)位置電門機(jī)構(gòu)主要用于某型飛機(jī)起落架收放控制系統(tǒng)和指示系統(tǒng)，同時(shí)涉及發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)控制、飛參、屏幕告警、電傳操縱、綜合駕駛導(dǎo)航、機(jī)外照明等各飛機(jī)子系統(tǒng)，電門機(jī)構(gòu)發(fā)生故障后會(huì)造成起落架無法正常收放以及各相關(guān)飛機(jī)系統(tǒng)不能正常工作，并可能引發(fā)飛行事故征候。其中，電門機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩測試是產(chǎn)品重要性能參數(shù)之一，準(zhǔn)確、可靠測量該項(xiàng)性能指標(biāo)至關(guān)重要。本文在對(duì)電門機(jī)構(gòu)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)功能、接口定義、轉(zhuǎn)動(dòng)力矩性能指標(biāo)等測試需求分析研究基礎(chǔ)上，提出一種飛機(jī)起落架終點(diǎn)位置電門機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的自動(dòng)測試方法。通過設(shè)計(jì)研制一套自動(dòng)化測試系統(tǒng)，滿足電門機(jī)構(gòu)產(chǎn)品轉(zhuǎn)動(dòng)力矩檢查時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)方向、力矩值實(shí)時(shí)顯示以及自動(dòng)捕捉最大力矩值的測試要求，提高電門機(jī)構(gòu)產(chǎn)品測試效率和轉(zhuǎn)動(dòng)力矩測試準(zhǔn)確性。

1 系統(tǒng)測試需求分析

產(chǎn)品工作時(shí)，通過連接轉(zhuǎn)動(dòng)軸，帶動(dòng)終點(diǎn)位置電門機(jī)構(gòu)內(nèi)部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)工作，從而實(shí)現(xiàn)電門機(jī)構(gòu)內(nèi)部微動(dòng)開關(guān)觸點(diǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換。電門機(jī)構(gòu)外形如圖1所示。

圖1 終點(diǎn)位置電門機(jī)構(gòu)外形圖

自動(dòng)測試系統(tǒng)需要滿足以下技術(shù)指標(biāo)要求：第一，自動(dòng)測試系統(tǒng)需滿足1 r/min的轉(zhuǎn)速條件；第二，自動(dòng)測試系統(tǒng)需具備正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)測試能力；第三，自動(dòng)測試系統(tǒng)需要滿足0.01N·m測試精度要求；第四，自動(dòng)測試系統(tǒng)需滿足轉(zhuǎn)動(dòng)力矩值實(shí)時(shí)顯示、自動(dòng)捕捉并記錄最大力矩值的要求。

2 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)

測試系統(tǒng)工作原理見圖2。該系統(tǒng)采用PLC為主控中心，由PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行指令控制和信息采集，控制指令送至伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，通過伺服電機(jī)的工作帶動(dòng)終點(diǎn)位置電門機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)。高精度傳感器負(fù)責(zé)采集微扭矩信號(hào)，經(jīng)A/D電路轉(zhuǎn)換后，將該扭矩信號(hào)送至PLC主控中心進(jìn)行顯示和記錄。

圖2 測試系統(tǒng)工作原理設(shè)計(jì)

伺服電機(jī)將旋轉(zhuǎn)動(dòng)作通過傳動(dòng)軸帶動(dòng)扭矩傳感器旋轉(zhuǎn)，扭矩傳感器的另一端通過連接機(jī)構(gòu)帶動(dòng)產(chǎn)品旋轉(zhuǎn)。測試時(shí)，電門機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的扭矩大小就會(huì)通過扭力傳感器獲得，然后以對(duì)應(yīng)的模擬電流（或電壓值）傳輸給A/D轉(zhuǎn)換模塊，A/D轉(zhuǎn)換模塊再將模擬電流（或電壓值）轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)數(shù)字扭矩值，該扭矩值可以提供給PLC的中央處理器CPU進(jìn)行分析處理，實(shí)時(shí)扭矩值也可以通過觸摸屏顯示出來。

轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)（旋轉(zhuǎn)角度）可以由伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)編碼器直接傳輸給PLC，PLC根據(jù)旋轉(zhuǎn)角度和對(duì)應(yīng)的扭矩變化的分析處理，來完成旋轉(zhuǎn)力矩項(xiàng)目的檢測，并將檢測數(shù)據(jù)、判斷結(jié)果等通過觸摸屏顯示出來。

2.2 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

測試系統(tǒng)電路原理設(shè)計(jì)見圖3。

系統(tǒng)電氣原理介紹：驅(qū)動(dòng)器和PLC控制平臺(tái)通過485串口進(jìn)行通訊，中間通過485光隔離，防止外部額外高電壓被引入控制平臺(tái)使設(shè)備損壞，扭矩傳感器輸出扭矩為頻率值，為了方便測量和提高測試的實(shí)時(shí)性，將該頻率值通過頻壓轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成和扭矩對(duì)應(yīng)的電壓值，然后經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)由PLC控制平臺(tái)讀取。人機(jī)界面和PLC控制平臺(tái)之間通過422通訊，通過雙向互動(dòng)，將相關(guān)控制信號(hào)向PLC傳輸，讀取PLC相關(guān)數(shù)據(jù)單元值進(jìn)行顯示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

自動(dòng)測試系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括人機(jī)界面軟件和PLC控制軟件。自動(dòng)測試系統(tǒng)的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過串口和控制平臺(tái)進(jìn)行通訊，人機(jī)界面軟件集成了伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制、轉(zhuǎn)速設(shè)置、運(yùn)轉(zhuǎn)、停止、扭矩測試數(shù)據(jù)顯示等功能，人機(jī)界面軟件可根據(jù)現(xiàn)場測試的實(shí)際需要進(jìn)行更改，盡可能地滿足現(xiàn)場操作人員的使用要求和習(xí)慣。

PLC控制軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、伺服電機(jī)控制、測試數(shù)據(jù)計(jì)算和轉(zhuǎn)換、測試結(jié)果輸出等功能。該設(shè)備的軟件設(shè)計(jì)以自動(dòng)化、智能化為特點(diǎn)，盡可能地簡化測試過程，減少測試工作量，利于測試人員對(duì)被測件快速精準(zhǔn)測試。

測試系統(tǒng)定速測試流程如圖4所示。

圖4 測試系統(tǒng)工作流程

4 系統(tǒng)使用驗(yàn)證

4.1 系統(tǒng)測試環(huán)境

測試系統(tǒng)環(huán)境如圖5所示。系統(tǒng)外接電源為220V、50Hz，測試系統(tǒng)測量的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩范圍為不大于1.5N·m，力矩?cái)?shù)顯精度為0.01N·m，轉(zhuǎn)速設(shè)定范圍為（0～5）r/min，達(dá)到了順時(shí)針和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)、實(shí)時(shí)顯示并自動(dòng)捕捉最大力矩值的測試需求。

圖3 測試系統(tǒng)電路原理設(shè)計(jì)

圖5 自動(dòng)測試系統(tǒng)環(huán)境

4.2 測試驗(yàn)證結(jié)果

為驗(yàn)證自動(dòng)測試系統(tǒng)檢查終點(diǎn)位置電門機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩值的準(zhǔn)確性和可靠性，使用了被測件1和被測件2兩件產(chǎn)品進(jìn)行測試驗(yàn)證。設(shè)定轉(zhuǎn)速1r/min，通過對(duì)常溫、低溫、高溫條件下轉(zhuǎn)動(dòng)力矩值的測試檢查，驗(yàn)證結(jié)果均符合要求，具體測試情況見表1。

5 結(jié)語

通過對(duì)某型飛機(jī)起落架終點(diǎn)位置電門機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩自動(dòng)測試方法的研究，設(shè)計(jì)研制一臺(tái)自動(dòng)化測試系統(tǒng)，滿足了電門機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩檢查時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)方向、力矩值實(shí)時(shí)顯示以及自動(dòng)捕捉最大力矩值的測試要求。最后經(jīng)過使用驗(yàn)證，證明了該系統(tǒng)可完成以上工作。目前，該系統(tǒng)已應(yīng)用于電門機(jī)構(gòu)的測試中。

表1 測試指標(biāo)和實(shí)測結(jié)果