民機液壓管路程控清洗技術驗證系統設計

童 彥，劉建建，李徐輝，沈樂剛

(上海飛機制造有限公司，上海 201324)

液壓管路系統是民機液壓系統不可或缺的組成部分，它一方面傳遞高壓完成飛機各種操縱功能，如舵機的調整與操縱、襟翼的收放、前輪轉彎、起落架收放等[1-2]，另一方面承受內壓、變形、發熱、振動等不利工況[3-4]，是飛機的血管動脈。液壓管路系統的性能和壽命是決定飛機安全性能的關鍵指標[1-2]。為了消除由液壓管路不暢所引起的飛機安全事故[3-5]，需要在全機系統地面功能測試前對液壓管路系統開展大規模、大流量清洗工作，以此來排除由污染物、阻力等所導致的管路堵塞[6]。

目前，民機液壓管路在清洗前需要預先安裝成品件(例如泵、閥類、作動器等)來協調管路定位和安裝，但為了避免成品件被污染油污染，清洗時需將成品件拆下，利用工藝軟管連接后開展清洗工作，清洗結束后再重新裝回成品件。反復拆裝導致清洗步驟復雜、效率低下，并可能造成連接口螺紋損傷。由于液壓成品件需由國外供應商提供，若供貨不及時，則該成品件相連區域內的管路將無法進行清洗耐壓試驗工作，從而影響管路系統乃至液壓系統功能試驗的進行[7]。

為解決上述問題，提出一種基于假件模塊(液壓成品件假件，具備管路安裝界面，含程控油路換向、切斷、通路等功能)的管路清洗新工藝模式，同時搭建驗證系統，對管路程控清洗的有效性、完整性進行試驗驗證[8]。研究結果為民機液壓管路清洗提供了一種先進的工作方法，提高了工作效率和質量。

1 驗證系統設計

1.1 總體設計

民機液壓管路程控清洗技術驗證系統三維模型如圖1所示，主要由臺架基礎層、液壓系統層、電控層(含管控軟件)組成。其中，臺架基礎層為三層式鋁型材框架，用于安裝電氣元件、液壓系統元器件等；液壓系統層包括管路試驗件、壓力油濾假件模塊、PTU選擇閥假件模塊、壓力感測器等，與外部油源(小型液壓泵站)連接；電控層包括開關電源模塊、繼電器、PLC等[9-10]。在管控軟件方面，基于B/S(Browser/Server，瀏覽器/服務器)結構開發，為集清洗油路控制、油路狀態顯示等功能為一體的可視化上位機程序，可以在任何地方進行操作而不用安裝任何專門的軟件，能夠有效保護數據平臺和管理訪問權限[11]。通過各層集成，實現民機液壓管路程控清洗技術驗證系統開發[12]。驗證系統實物圖如圖2所示。

圖1 驗證系統三維模型

圖2 驗證系統實物圖

1.2 液壓系統

1.2.1 液壓原理圖

驗證系統液壓原理的如圖3所示，其中液壓元器件包含油源、壓力油濾假件模塊、PTU選擇閥假件模塊、壓力感測器、管道系統等。壓力油濾假件模塊采用5個兩位兩通電磁閥進行油路控制，PTU選擇閥假件模塊采用1個兩位三通電磁閥進行油路控制。

圖3 驗證系統液壓原理圖

具體來說，電磁閥YVH01控制B泵入口通斷；YVH02控制A泵入口通斷；YVH03控制地面壓力入口通斷；YVH04控制回油油液從出口回到油箱，YVH05控制回油油液從溢流回油口回到油箱。電磁換向閥匯流點設有壓力感測器FD01，實時監測顯示油濾閥塊內部油壓壓力值。有壓力值則反饋沖洗正常，當油液通路堵塞時可能存在壓力為0的情況，或存在油液流量過大超過管路清洗限定范圍即壓力值過大的情況，此時說明設備運行異常。

2.2.2 程控模塊

壓力油濾假件模塊、PTU選擇閥假件模塊分別如圖4和圖5所示。在假件模塊設計方面，其整體外形、管路接口尺寸等方面應與真實液壓件基本一致，整體外形(包含電磁閥加裝)應根據耐壓強度情況進行適當簡化。

圖4 壓力油濾假件模塊

圖5 PTU選擇閥假件模塊

以PTU選擇閥假件模塊為例介紹相關清洗工況。工況1(如圖6所示)：PTU選擇閥假件模塊進油、出油路清洗，此時電磁閥不得電，換向閥未動作，沖洗油從壓力入口進入，從PTU假件模塊出油口排出，然后通過液壓回路排回到油箱。工況2(如圖7所示)：PTU選擇閥假件模塊進油、回油路清洗，此時電磁閥得電，換向閥動作，沖洗油從壓力入口進，從回油口排出，然后直接排回到油箱。

圖6 出油口清洗流程圖

圖7 回油口清洗流程圖

1.3 電控系統設計

1.3.1 系統組成

電控系統組成包括開關電源模塊、繼電器、PLC、服務器、路由器、客戶端等，如圖8所示。管控軟件基于HTML+Python編寫，在服務器端運行。客戶端、服務器端通過WebSocket實現遠程無線通信，服務器與PLC通過網線連接，通過指令控制繼電器開關，實現對相應電磁閥的通斷控制。

圖8 電控系統組成

1.3.2 控制信號資源

民機液壓管路程控清洗技術驗證系統控制信號資源分配如表1所示。

表1 控制信號資源分配

1.3.3 管控軟件

民機液壓管路程控清洗技術驗證系統管控軟件如圖9所示。軟件包含狀態顯示層、油路狀態層與清洗執行層。① 狀態顯示層：顯示清洗狀態(綠色字體閃爍)和停止清洗狀態(紅色字體)。② 油路狀態層：根據液壓原理圖，顯示油源、管路、壓力油濾假件模塊、PTU選擇閥假件模塊、回油箱等信息；不同工況下對應的油路變亮，進油路變成紅色管路，中間油路變成黃色管路，出油口變成藍色管路。③ 清洗執行層：通過操控按鈕實現4種清洗油路狀態間的相互切換，設置有停止按鈕可實現停止清洗。

圖9 管控軟件

2 試驗驗證

圖10～圖12分別為液壓系統EDP、EMP、地面壓力口至壓力油濾的管路清洗試驗過程。圖13為模擬地面壓力口經壓力油濾至PTU選擇閥的管路清洗過程。

當模擬EDP至壓力油濾的管路清洗時，電磁閥YVH02通電打開，其余電磁閥均關閉，沖洗油從壓力油濾模塊A泵入口進入，經電磁閥YVH05后，從壓力油濾溢流回油口回到油源油箱，如圖10所示。

圖10 模擬EDP至壓力油濾管路清洗過程

當模擬EMP至壓力油濾的管路清洗時，電磁閥YVH01通電，其余電磁閥均關閉。沖洗油從壓力油濾模塊B泵入口進入，經電磁閥YVH05后，從壓力油濾溢流回油口回到油源油箱，如圖11所示。

圖11 模擬EMP至壓力油濾的管路清洗過程

當模擬地面壓力口至壓力油濾的管路清洗時，路徑一為電磁閥YVH03通電，其余電磁閥均關閉，沖洗油從地面壓力入口進入，經電磁閥YVH05后，從壓力油濾溢流回油口回到油源油箱，如圖12所示。路徑二為電磁閥YVH03、YVH04、YVH06通電，其余電磁閥均關閉，沖洗油從壓力油濾模塊地面壓力入口進入，從PTU選擇閥仿真模塊壓力入口進入，然后從PTU選擇閥模擬塊回油口排回到油源油箱，如圖13所示。

圖13 模擬地面壓力口經壓力油濾至PTU選擇閥的管路清洗過程

在YVH01，YVH02和YVH03的匯流點，設置FD01壓力感測器，用于實時監控系統壓力狀態。有壓力值則反饋沖洗正常，壓力為0或超過壓力(3000 psi(1 psi=6.89 kPa))則說明設備運行異常。

3 結論

提出一種基于程控模塊的民機管路清洗新工藝模式，同時搭建驗證系統，對管路程控清洗的有效性、完整性進行試驗驗證，得到如下結論。

① 研制的假件模塊具備管路安裝界面，能替代液壓成品真件實現管路定位安裝，可根據清洗路徑需要切換相應油路模式。程控模塊的設計解決了反復拆裝液壓元件才能開展清洗工作的不利情況，提升了效率和質量。

② 基于民機液壓管路程控清洗技術驗證系統開展相關試驗，工作穩定、情況良好，能滿足清洗過程全程可控，實現對管路系統清洗路徑情況的可視化。整個過程快速、高效，為將來實現機上管路程控清洗奠定了技術基礎。