飛機(jī)頂升及稱重智能一體化系統(tǒng)研發(fā)

■ 何建利 陳偉豪 譚智權(quán) 劉敬全 /廣州飛機(jī)維修工程有限公司

為解決飛機(jī)頂升和飛機(jī)稱重過程中人力需求大、工作效率低的問題，本項(xiàng)目對(duì)現(xiàn)有的飛機(jī)頂升千斤頂工具系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化和智能化方向創(chuàng)新升級(jí)和改造，采用可程序化邏輯控制器（PLC）實(shí)現(xiàn)飛機(jī)在頂升過程中自動(dòng)保持在水平狀態(tài)。

0 引言

隨著國內(nèi)民用航空市場的迅猛發(fā)展以及國外客戶數(shù)量的不斷增加，MRO行業(yè)對(duì)于飛機(jī)維修人員的需求越來越大。而在定檢大修中飛機(jī)頂升和飛機(jī)稱重的過程通常就面臨人力需求大、工作效率低的問題。為此，在南航推行的機(jī)務(wù)智慧維修的背景下，結(jié)合GAMECO打造智慧工廠的戰(zhàn)略方向，針對(duì)當(dāng)下飛機(jī)定檢使用千斤頂工具系統(tǒng)中的痛點(diǎn)和難點(diǎn)，以提升工作效率、減低人力成本為出發(fā)點(diǎn)，提出了進(jìn)行自動(dòng)化和智能化方向創(chuàng)新升級(jí)和改造的想法。此研發(fā)項(xiàng)目把整個(gè)系統(tǒng)分為飛機(jī)頂升模塊和飛機(jī)稱重模塊，飛機(jī)稱重模塊結(jié)合實(shí)際工作進(jìn)一步延伸項(xiàng)目的實(shí)用性和拓展性，優(yōu)化工作流程，降低飛機(jī)稱重工作對(duì)機(jī)庫空間的需求。

1 項(xiàng)目概述

1.1 項(xiàng)目背景

飛機(jī)定檢過程中，執(zhí)行飛機(jī)的頂升/放下是一項(xiàng)常見的例行工作。現(xiàn)有的千斤頂工具系統(tǒng)至少需要8 名工作者一起來完成飛機(jī)的頂升或放下工作，工作效率低下，頂升過程中人員交流是通過報(bào)話機(jī)傳輸，交流存在延時(shí)的缺陷，給飛機(jī)頂升/放下工作帶來了安全隱患。

飛機(jī)稱重方式是采用飛機(jī)拖到地秤上的方式完成，需要8 ～10 名工作者去完成地秤的搬運(yùn)，既耗費(fèi)人力又易損傷身體，而且需要拖車配合拖動(dòng)飛機(jī)、需要有足夠的機(jī)庫場地空間，整個(gè)工作過程需要很多的附加配合工作，導(dǎo)致整個(gè)工作效率低下。

1.2 項(xiàng)目應(yīng)用和優(yōu)勢

研發(fā)項(xiàng)目通過對(duì)千斤頂設(shè)備的系統(tǒng)原理、飛機(jī)頂升流程以及升級(jí)利用的新技術(shù)原理進(jìn)行深入理解，采用計(jì)算機(jī)語言進(jìn)行編程處理，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化改造。該項(xiàng)目最終可應(yīng)用在空客A300/A310/A330/A350 和 波 音767/777/787 的飛機(jī)頂升/放下工作以及稱重工作。

2 具體方案

通過中控臺(tái)控制3 個(gè)千斤頂自動(dòng)控制升高或降低，在此過程中自動(dòng)監(jiān)控和保持飛機(jī)的水平。采用可程序化邏輯控制器（programmable logic controller, 簡稱PLC）控制一個(gè)或者多個(gè)氣動(dòng)電磁閥的開關(guān)以控制千斤頂油缸的上升速度、通過一個(gè)電控比例節(jié)流閥控制千斤頂下降速度，根據(jù)傾角傳感器的反饋信號(hào)精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)速度的自動(dòng)控制，保持飛機(jī)的水平姿態(tài)在手冊(cè)要求范圍。在頂升和降低過程中，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)一級(jí)和二級(jí)安全螺帽，通過接近開關(guān)式傳感器控制安全螺帽的自動(dòng)跟隨旋轉(zhuǎn)。

2.1 項(xiàng)目構(gòu)架設(shè)計(jì)

整個(gè)項(xiàng)目分為兩個(gè)設(shè)計(jì)模塊：頂升/放下模塊（如圖1 所示）和稱重模塊（如圖2 所示）。

圖1 頂升/放下控制模塊控制原理

圖2 稱重模塊控制原理

2.1.1 頂升/放下模塊

功能：包括以下幾個(gè)方面。

● 監(jiān)視飛機(jī)水平狀態(tài)

● 監(jiān)視千斤頂?shù)拇怪蔽灰?/p>

● 監(jiān)視千斤頂軸線偏離垂線報(bào)警

● 監(jiān)視千斤頂?shù)呢?fù)載及超載報(bào)警

● 自動(dòng)控制千斤頂同步上升

● 自動(dòng)控制千斤頂同步下降

● 手動(dòng)控制千斤頂上升

● 手動(dòng)控制千斤頂下降

● 緊急停機(jī)按鈕

2.1.2 稱重模塊

功能：在中控臺(tái)接收3 個(gè)千斤頂?shù)呢?fù)載參數(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸參數(shù)到公司trace 系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)手冊(cè)設(shè)定計(jì)算公式，電腦計(jì)算后直接生成稱重工卡和稱重報(bào)告。

2.2 技術(shù)流程

2.2.1 頂升流程設(shè)計(jì)

1）千斤頂拖行到飛機(jī)下方就位，連接自動(dòng)頂升控制系統(tǒng)至3 個(gè)主千斤頂，安放飛機(jī)姿態(tài)儀；

2）在壓力供油管路并聯(lián)比例調(diào)節(jié)閥，原供油管留存。人工控制千斤頂?shù)尼寜夯铋T至關(guān)位，中控升起千斤頂直至接觸飛機(jī)（單獨(dú)控制每個(gè)千斤頂，無需提前解鎖安全螺帽），需有人監(jiān)視接觸點(diǎn)；

3）單獨(dú)調(diào)節(jié)升起或降下3 個(gè)主千斤頂（從此開始至整個(gè)頂升過程，安全螺帽需自動(dòng)保持與基座距離1in 左右，但需保留人工轉(zhuǎn)動(dòng)的能力以防系統(tǒng)故障），另一工作者利用飛機(jī)本身設(shè)備（鉛垂、AIDS、氣泡水平儀等）監(jiān)控飛機(jī)姿態(tài)，兩位員工保持溝通直至飛機(jī)水平；

4）飛機(jī)水平后，將自動(dòng)頂升系統(tǒng)的飛機(jī)姿態(tài)儀置于零位，飛機(jī)處姿態(tài)監(jiān)控人可以撤離；

5）利用中控臺(tái)將飛機(jī)水平頂升（可以利用自動(dòng)水平或人工監(jiān)控兩種方式），在此過程中既不需要人員在千斤頂處控制，也不需要手動(dòng)旋轉(zhuǎn)安全螺帽；

6）飛機(jī)高度到位后，利用中控臺(tái)按鍵控制千斤頂?shù)陌踩菝毙D(zhuǎn)下降至鎖定（接觸基座即可），如有兩級(jí)柱塞，則需鎖定兩個(gè)鎖帽。第一級(jí)（外層）安全螺帽與基座之間要留足1 ～2mm 間隙；

7）人工打開3 個(gè)千斤頂釋壓回油活門，然后可利用中控臺(tái)的3 個(gè)旋鈕電位器和預(yù)位電門控制打開比例調(diào)節(jié)活門。采用人工控制方式全下降3 個(gè)千斤頂，確保螺帽完全跟基座接觸；

8）確保飛機(jī)姿態(tài)角度為零，釋放預(yù)位按鈕或搖桿即可停下千斤頂；

9）記錄姿態(tài)儀工具號(hào)及安放位置，撤除中控設(shè)備及姿態(tài)儀。

2.2.2 放下流程設(shè)計(jì)

1）安裝中控設(shè)備，按頂升第9 步記錄的安放位置安裝姿態(tài)儀；

2）姿態(tài)儀置于零位；

3）通過中控臺(tái)控制將千斤頂升至安全螺母輕微離開基座（1 ～2mm 即可），解除安全螺帽鎖定。中控按鍵控制轉(zhuǎn)動(dòng)安全螺帽保持離基座1in 距離（整個(gè)下降過程）。若有兩級(jí)，兩級(jí)都需解鎖并保持距離；

4）人工完全打開3 個(gè)千斤頂?shù)尼寜夯铋T，中控臺(tái)控制千斤頂?shù)谋壤{(diào)節(jié)閥開度以降下飛機(jī)，同樣可以利用自動(dòng)水平或人工監(jiān)控兩種方式，兩種方式均無需人員在千斤頂處控制和手動(dòng)旋轉(zhuǎn)安全螺帽。下降速度為30 ～60mm/min；

5）飛機(jī)輪子觸地后仍需保持飛機(jī)水平下降，直至其中一個(gè)千斤頂?shù)妮d荷為零（或接近零），此時(shí)要停止自動(dòng)/人工中控的控制下降；

6）人工繼續(xù)降下零載荷的千斤頂，并撤離。

7）人工降下剩余兩個(gè)千斤頂，并撤離。

2.3 控制原理

系統(tǒng)控制分為液壓控制系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)兩部分（如圖3 所示）。

圖3 系統(tǒng)原理圖

2.3.1 液壓控制系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)通過獲取PLC 控制臺(tái)輸出控制參數(shù)，對(duì)應(yīng)控制信號(hào)傳輸?shù)诫娍匾簤洪y，控制3 個(gè)千斤頂?shù)捻斏俣然蚍畔滤俣龋员３诛w機(jī)姿態(tài)在水平狀態(tài)。

2.3.2 電氣控制系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)通過PLC 控制臺(tái)獲取飛機(jī)姿態(tài)參數(shù)、位置傳感器參數(shù)，控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)安全螺帽保持在設(shè)定位置。控制臺(tái)總操控千斤頂?shù)捻斏头畔拢刂婆_(tái)可以直接獲取千斤頂3 個(gè)點(diǎn)的負(fù)載參數(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)傳到trace 系統(tǒng)生成稱重工卡和稱重報(bào)告。

3 總結(jié)

本文重點(diǎn)闡述了飛機(jī)通用千斤頂工具系統(tǒng)的創(chuàng)新改造方案，在融合電控、傳感器、PLC 等成熟技術(shù)后，使得原本工作效率低下、人力需求大的設(shè)備系統(tǒng)變得僅需2 ～3 人操作即可完成飛機(jī)頂升和稱重工作，極大地節(jié)約了人力需求，而且通過認(rèn)真分析維修手冊(cè)，采用頂飛機(jī)的方式完成了飛機(jī)稱重工作，優(yōu)化了飛機(jī)對(duì)稱重工作的流程和機(jī)庫空間需求，實(shí)踐證明該項(xiàng)目有很強(qiáng)的實(shí)用性。