某型國產(chǎn)運(yùn)輸機(jī)氣動(dòng)系統(tǒng)便攜式檢測裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

■ 朱貴森/蕪湖雙翼航空裝備科技有限公司

0 引言

滿足快速響應(yīng)的戰(zhàn)備需求，不僅需要高精尖的武器裝備，還需要具備將這些武器裝備進(jìn)行快速轉(zhuǎn)運(yùn)或投送的運(yùn)輸裝備。國產(chǎn)某型軍民兩用運(yùn)輸機(jī)因其特殊性以及執(zhí)行任務(wù)的靈活性，需要到達(dá)相對偏遠(yuǎn)的地區(qū)或戰(zhàn)區(qū)，當(dāng)這些區(qū)域不具備相應(yīng)的保障措施時(shí)，一定程度上會(huì)影響該型運(yùn)輸機(jī)的執(zhí)勤任務(wù)和地勤保障。為了消除這些因素的影響，滿足快速響應(yīng)的戰(zhàn)備需求，本文提出了針對該型運(yùn)輸機(jī)氣動(dòng)系統(tǒng)的便攜式檢測裝置的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。

1 設(shè)計(jì)方案

為了滿足快速響應(yīng)和便于攜帶的需求，該檢測裝置設(shè)計(jì)為“手持式檢測裝置+可變式氣源裝置”相組合的形式，具有使用時(shí)組合、不使用時(shí)拆離的特點(diǎn)，因此命名為“便攜式檢測裝置”。下文敘述中簡稱其為檢測裝置，“手持式檢測裝置”簡稱為手持裝置，“可變式氣源裝置”簡稱為氣源裝置。

1.1 手持裝置的設(shè)計(jì)

該型運(yùn)輸機(jī)的氣動(dòng)系統(tǒng)包括引氣系統(tǒng)、分配系統(tǒng)、壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、增壓系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)又包括高壓引氣活門、引氣關(guān)斷活門、壓力調(diào)節(jié)及關(guān)斷活門、交叉供氣活門、溫度控制活門、載荷控制活門等氣動(dòng)部件。氣動(dòng)部件的構(gòu)造大體相同，基本都包含活門體、調(diào)節(jié)器、作動(dòng)筒、控制閥板、電磁閥、位置電門以及檢測接口等。檢測的方式也大致相同，基本都包含氣壓的供給、氣壓的測量、電磁閥的操控、部件的作動(dòng)、位置電門的顯示、部件打開時(shí)間或關(guān)閉時(shí)間的測量等。因此，該手持裝置的設(shè)計(jì)方案需根據(jù)上述系統(tǒng)中各氣動(dòng)部件的綜合特點(diǎn)而設(shè)計(jì)，并且在功能上也要滿足對應(yīng)的檢測要求，從而完成系統(tǒng)中各氣動(dòng)部件的功能性檢測以及各氣壓管件的泄漏檢查。

1.1.1 內(nèi)部設(shè)計(jì)

手持裝置采用模塊化設(shè)計(jì)，具備功能全、體積小、重量輕、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，還具有擴(kuò)展功能。手持裝置內(nèi)部集成了多個(gè)功能模塊，如氣壓分配模塊、氣壓調(diào)節(jié)模塊、氣壓顯示模塊、電磁操控模塊、位置顯示模塊、數(shù)字計(jì)時(shí)模塊、電源顯示模塊等，還可根據(jù)需求擴(kuò)展其他功能模塊，如角度、位移、電壓、電流的顯示和測量模塊。目前，該手持裝置具備以下檢測功能（見圖1）：

1）可以實(shí)現(xiàn)部件所需氣壓的供給、調(diào)節(jié)和測量（壓力范圍為0～1.0MPa連續(xù)可調(diào)，壓力為數(shù)字顯示，壓力單位可在MPa和psi之間進(jìn)行切換）；

2）可以實(shí)現(xiàn)部件上電磁閥的操控（操 控 電 壓 為0～30VDC連 續(xù) 可調(diào)）；

3）可以實(shí)現(xiàn)部件上位置電門的顯示（兩組LED指示燈組分別顯示）；

4）可以實(shí)現(xiàn)檢測時(shí)間的測量（兩個(gè)計(jì)時(shí)器可分別計(jì)時(shí)，精確到秒）；

5）可以實(shí)現(xiàn)部件的作動(dòng)或操控（通過操控手持裝置上的電磁閥來完成，但與第2條的操控不同）；

6）可以實(shí)現(xiàn)電壓、電量及溫度的顯示（LED顯示手持裝置的工作電壓、剩余電量及當(dāng)前工作溫度）。

1.1.2 外觀設(shè)計(jì)

1）手持裝置的外觀設(shè)計(jì)

如 圖1所 示，手 持 裝 置 采 用18cm×27cm的鋁合金外殼，表面銀色氧化，外加黑色腐蝕刻字，具有重量輕、散熱好、易刻字、圖文清晰等優(yōu)點(diǎn)；大小適中，適合單臂托持和單手操作。

圖1 檢測裝置的外觀示意圖

2）手持裝置的接口設(shè)計(jì)

a. 手持裝置的左側(cè)設(shè)計(jì)有充電接口，可實(shí)現(xiàn)循環(huán)充電；

b. 手持裝置的右側(cè)設(shè)計(jì)有供氣管快卸接口，可實(shí)現(xiàn)與氣源裝置的快速連接；

c. 手持裝置的正面（操作面）設(shè)計(jì)了3個(gè)氣管快卸接口，可分別實(shí)現(xiàn)與氣動(dòng)部件的快速連接。還設(shè)計(jì)了兩個(gè)電纜快速接口，可分別實(shí)現(xiàn)與部件上的電磁閥的操控連接，以及與部件上的位置電門的顯示連接。另外，還設(shè)計(jì)了一個(gè)冷卻空氣的快卸接口，接通該接口后，即使是在外場高溫作業(yè)條件下也可使手持裝置保持在正常的工作溫度范圍內(nèi)。

d. 手持裝置的前/后兩側(cè)面分別設(shè)計(jì)了固定手帶及跨肩背帶。當(dāng)單臂托持時(shí)，固定手帶起固定作用，使手持裝置不會(huì)滑落；不操作時(shí)可跨肩置于身后，不妨礙其他工作。

1.1.3 其他設(shè)計(jì)

1）設(shè)計(jì)了兩路檢測接口，可同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)被測部件的功能性檢測，尤其適用于兩個(gè)部件相互配合實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)檢測的情況。而傳統(tǒng)的檢測方式中，只能對單個(gè)部件依次進(jìn)行檢測，無法實(shí)現(xiàn)此聯(lián)動(dòng)功能。

2）在壓力和溫度方面，該手持裝置在滿足了該型運(yùn)輸機(jī)維護(hù)手冊及部件資料參數(shù)要求的基礎(chǔ)上，還留了20%的設(shè)計(jì)余量，以確保手持裝置使用時(shí)安全可靠。使用壓力范圍設(shè)計(jì)為0～1.0MPa，使用溫度范圍設(shè)計(jì)為-25～60℃。

1.2 氣源裝置的設(shè)計(jì)

氣源裝置的配置數(shù)量和配備類型可以根據(jù)運(yùn)輸機(jī)的機(jī)隊(duì)規(guī)模以及運(yùn)輸機(jī)的出勤架次進(jìn)行選擇，從而實(shí)現(xiàn)合理的人機(jī)與物料配置比。氣源裝置可以是“防爆氮?dú)馄繗庠囱b置”，也可以是“新型空壓機(jī)氣源裝置”。其中，新型空壓機(jī)氣源裝置的全稱為“新型輕量化空氣動(dòng)力式空氣壓縮機(jī)”，具體設(shè)計(jì)說明如下。

1.2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該空壓機(jī)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為“啟動(dòng)發(fā)電機(jī)+螺桿壓縮機(jī)+氣動(dòng)馬達(dá)”相組合的形式，啟動(dòng)發(fā)電機(jī)和氣動(dòng)馬達(dá)分別在螺桿壓縮機(jī)的兩側(cè)形成水平對置結(jié)構(gòu)，三者通過聯(lián)軸器及渦輪蝸桿等機(jī)構(gòu)形成聯(lián)動(dòng)模式。

1.2.2 能源設(shè)計(jì)

在啟動(dòng)階段由啟動(dòng)發(fā)電機(jī)帶動(dòng)螺桿壓縮機(jī)工作，此時(shí)啟動(dòng)發(fā)電機(jī)相當(dāng)于電動(dòng)馬達(dá)的作用。當(dāng)螺桿壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣達(dá)到設(shè)定壓力后，就可利用自身產(chǎn)生的一部分壓縮空氣來驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)馬達(dá)。此時(shí)，氣動(dòng)馬達(dá)行使了啟動(dòng)發(fā)電機(jī)（電動(dòng)馬達(dá)）的功能，使驅(qū)動(dòng)螺桿壓縮機(jī)持續(xù)工作，直到壓縮機(jī)氣壓達(dá)到額定壓力后才自動(dòng)停止。在氣動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)期間，由于三者的聯(lián)動(dòng)關(guān)系，啟動(dòng)發(fā)電機(jī)也同樣在運(yùn)轉(zhuǎn)，但此時(shí)啟動(dòng)發(fā)電機(jī)的工作模式由最初的耗電模式自動(dòng)切換為發(fā)電模式，并將發(fā)出的電能儲(chǔ)存在蓄電池中，以備下次啟動(dòng)時(shí)使用。

此設(shè)計(jì)體現(xiàn)了兩方面的能源使用創(chuàng)新：

1）使用自身產(chǎn)生的一部分壓縮空氣作為動(dòng)力源；

2）使用啟動(dòng)發(fā)電機(jī)，既可作為電動(dòng)馬達(dá)使用，也可作為發(fā)電機(jī)使用，實(shí)現(xiàn)了部分電能的自循環(huán)。

該空壓機(jī)裝置是一種可以利用自身產(chǎn)生的一部分壓縮空氣作為動(dòng)力源的新型空氣壓縮機(jī)。相比于傳統(tǒng)的純電力型或純?nèi)加托涂諌簷C(jī)，擺脫了僅依賴這兩種能源的限制，實(shí)現(xiàn)了能源使用方式的創(chuàng)新，具有重要的應(yīng)用前景。若在電力資源或燃油資源稀缺時(shí)期，空氣資源取之不盡，因此具有重要的戰(zhàn)略意義。

1.2.3 輕量化設(shè)計(jì)

該空壓機(jī)裝置的機(jī)殼可以采用陶鋁新材料制作成鰭片狀，在保障同等強(qiáng)度的情況下，既減輕了重量，實(shí)現(xiàn)了輕量化（便于攜帶），也提升了散熱效果。另外，該空壓機(jī)裝置在設(shè)計(jì)上避開了傳統(tǒng)的燃油型驅(qū)動(dòng)裝置，因此在整體重量上進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了輕量化的設(shè)計(jì)目標(biāo)，同時(shí)也更環(huán)保。

2 應(yīng)用方案

由于氣源裝置可以根據(jù)運(yùn)輸機(jī)的機(jī)隊(duì)規(guī)模以及運(yùn)輸機(jī)的出勤架次而進(jìn)行選擇，結(jié)合上述設(shè)計(jì)方案“手持式檢測裝置+可變式氣源裝置”，可以得出不同的應(yīng)用場景將使用不同的配置方案，具體應(yīng)用方案如下。

1）方案1：手持裝置+氮?dú)馄垦b置（1個(gè)）；

2）方案2：手持裝置+氮?dú)馄垦b置（2個(gè)）；

3）方案3：手持裝置（1個(gè)）+空壓機(jī)裝置；

4）方案4：手持裝置（2個(gè)）+空壓機(jī)裝置。

2.1 單機(jī)短時(shí)出勤

當(dāng)運(yùn)輸機(jī)以單機(jī)形式短時(shí)出勤執(zhí)行任務(wù)時(shí)，可采用方案1來實(shí)現(xiàn)該機(jī)氣動(dòng)系統(tǒng)部件的快速檢測。由于是短時(shí)出勤，僅需為該機(jī)單架次的航前/航后做檢測，因此方案1即可滿足該機(jī)的部件檢測需要。

該方案的特點(diǎn)：裝置簡單、便攜，可由單人攜帶出勤并完成檢測任務(wù)。若檢測發(fā)現(xiàn)部件故障，可利用該機(jī)攜帶的備用航材部件進(jìn)行更換，以保障運(yùn)輸機(jī)的正常出勤。

2.2 編隊(duì)短時(shí)出勤

當(dāng)運(yùn)輸機(jī)以編隊(duì)形式短時(shí)出勤執(zhí)行任務(wù)時(shí)，可采用方案3來實(shí)現(xiàn)編隊(duì)運(yùn)輸機(jī)氣動(dòng)系統(tǒng)部件的快速檢測。此時(shí)，由于需要對多架次運(yùn)輸機(jī)的部件進(jìn)行檢測，也就是需要更多的氣源供給，方案3為首選，方案2為備選。

該方案的特點(diǎn)：需要由兩人攜帶出勤并完成檢測任務(wù)。若檢測發(fā)現(xiàn)部件故障，可利用該機(jī)攜帶的備用航材部件進(jìn)行更換，以保障運(yùn)輸機(jī)編隊(duì)的正常出勤。

2.3 整編長時(shí)出勤

當(dāng)運(yùn)輸機(jī)以整編隊(duì)形式長時(shí)出勤執(zhí)行任務(wù)且需設(shè)置駐地和移動(dòng)式維修站時(shí)，由于機(jī)隊(duì)數(shù)量多、執(zhí)勤時(shí)間長，地勤保障任務(wù)也隨之增加，可采用方案4來實(shí)現(xiàn)整編隊(duì)駐地內(nèi)運(yùn)輸機(jī)氣動(dòng)系統(tǒng)部件的快速檢測。為了保險(xiǎn)起見，還可同時(shí)攜帶方案2中的2個(gè)氮?dú)馄垦b置，以作為突發(fā)狀況的備用方案。

該方案的特點(diǎn)：由于該方案中配置了2個(gè)手持裝置、1個(gè)空壓機(jī)裝置（或者外加2個(gè)氮?dú)馄垦b置），因此可配置多人，組成不同的班組，為多架次運(yùn)輸機(jī)的氣動(dòng)系統(tǒng)部件進(jìn)行快速檢測，從而滿足整個(gè)駐地內(nèi)運(yùn)輸機(jī)的檢測需求。由于機(jī)隊(duì)數(shù)量多，不可能隨機(jī)攜帶所有的備用航材部件，可利用檢測裝置進(jìn)行故障件的準(zhǔn)確判斷，以確定拆下件是否需要送至移動(dòng)式維修站中進(jìn)行快速修復(fù)。此方式可緩解戰(zhàn)時(shí)階段運(yùn)輸機(jī)隊(duì)航材保障緊張問題，可以更好地保障運(yùn)輸機(jī)的出勤效率。

2.4 裝置使用方法

如圖2所示，當(dāng)需要進(jìn)行氣動(dòng)系統(tǒng)部件的功能檢測時(shí)，將手持裝置右側(cè)的快卸接口通過氣壓軟管連接到氣源裝置上，再將手持裝置正面的快卸接口通過氣壓軟管連接到被檢測的部件上。操作人員按照部件檢查要求，在手持裝置上進(jìn)行操作。同時(shí)，實(shí)時(shí)觀察被檢測部件的工作狀況，確定是否符合要求。手持裝置上設(shè)置了兩路檢測接口，可同時(shí)對兩個(gè)部件進(jìn)行功能性檢測，提升檢測效率；該功能在兩個(gè)部件需要聯(lián)動(dòng)檢測時(shí)，效果更加明顯。

圖2 檢測裝置的應(yīng)用場景示意圖

3 結(jié)束語

本文的便攜式檢測裝置在設(shè)計(jì)方面，采用了模塊化設(shè)計(jì)，具有功能全、體積小、重量輕、操作方便、容易擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)；在能源使用方面，可擺脫傳統(tǒng)資源的限制，實(shí)現(xiàn)能源利用及循環(huán)使用的創(chuàng)新；在功能方面，可以實(shí)現(xiàn)該型運(yùn)輸機(jī)氣動(dòng)系統(tǒng)中部件的快速檢測、故障的快速定位以及故障的快速排除。從而更好地保障該型運(yùn)輸機(jī)的出勤效率，滿足快速響應(yīng)的戰(zhàn)備需求，具有很好的應(yīng)用前景和重要的戰(zhàn)略意義。