某型航空燃油调节器作动筒模拟负载系统及结构设计

薛利

西安航空动力控制公司研究所，西安 710077

某型航空燃油调节器作动筒模拟负载系统及结构设计

薛利

西安航空动力控制公司研究所，西安 710077

为满足调节器试验，设计作动筒模拟负载系统。通过方案对比，选择最优设计，简化了设计难度，降低了成本费用。方案实施后，完全满足试验要求。

设计作动筒模拟负载系统；方案对比；简化难度；降低成本；满足试验要求

引言

根据试验大纲要求，某型航空燃油调节器试验时要求给产品VG作动筒末端提供130Kg的负载，并测量作动筒的伸缩量，VG作动筒行程0～50mm。

1 作动筒模拟负载系统方案优化设计

方案一见图1，采用液压缸模拟负载。试验时，油泵从油箱抽油，经过滤器过滤杂质，溢流阀、针阀调压后供给负载液压缸，通过过电磁阀切换到液压缸的有杆腔和无杆腔，利用燃油使活塞向两个方向运动来模拟负载。此方案满足试验要求，但要设计油箱和泵电机组，还要考虑安全和防爆,再者液压系统管路占地面积较大,成件费用较高，不宜采用。

图1

采用气缸模拟负载。试验时，气源开关打开，空气经分离器分离水气和油气，过滤器过滤杂质，空气减压阀调压后供给负载气缸，电磁阀切换到气缸的有杆腔和无杆腔，通过消声器消减放气噪音，利用空气使活塞向两个方向运动来模拟负载。气动加载方式具有保压能力强、安全可靠、适合间歇运动等特点[1]，有效满足了产品试验要求。此方案设计安全可靠，系统简单，维护方便，且成件费用较低，故可行。

1.开关 2. 分离器 3.气滤4. 减压阀5. 消声器 6.压力表 7.电磁阀 8.负载气缸固定装置 9.气缸 10.连杆装置 11.VG作动筒杆12.行程测量装置

2 作动筒模拟负载气缸工作原理分析

负载气缸选用单活塞双作用式，行程0～50mm,精度±0.05mm。气缸固定时， VG作动筒杆与气缸活塞杆连成一体，气缸两腔依次通入压缩空气。因气缸只在活塞一侧有活塞杆，所以压缩空气作用在活塞两侧的有效面积不相等。活塞杆伸出时产生推力F1，缩进时产生拉力F2。公式如下[2]:

式中F1—活塞杆推力（N）; F2—活塞杆拉力（N）;

D—活塞直径（m）; d—活塞杆直径（m）;

P1、P2—气缸工作压力（Pa）;

FZ—气缸工作总阻力（N）;

与众多因素有关，可以载荷率η的形式计入公式，则在计入载荷率后，

计入载荷率就能保证气缸工作时的动态特性。此处η取0.8。其中F1= F2=130×9. 8=1274N，所选气缸D=0.063m, d=0.02m,代入公式（3）、（4），算出 =0.51MPa, =0.57MPa，故选气缸使用压力为0.05～1MPa。VG作动筒伸出时，给气缸无杆腔通0.51MPa压缩空气，有杆腔放气即可；VG作动筒缩进时，给气缸有杆腔通0.57MPa压缩空气，无杆腔放气即可满足。

3 作动筒模拟负载及测量装置固定

图2

方案一见图3，借助产品安装座螺钉孔固定。其优点是定位尺寸准确，气缸与VG杆的相对位置准确,能较好保证VG杆与气缸中心线在同一直线上，无需调整气缸位置。缺点是安装座本身为悬臂结构，安装座螺钉既要承受安装座和产品的倾覆力矩，又要承受负载气缸固定装置的倾覆力矩和气缸伸缩运动的动载荷，这就要求安装座螺钉要有足够的强度，以保证在上述载荷的共同作用下, 螺钉不会变形或断裂，致使安装座和产品受损。同时气缸固定装置要有足够的强度，以保证在动载荷作用下不会变形或拉裂。此方案设计难度大，风险高，不宜采用。

1.变速箱 2. 联轴器 3.转接座4. 安装座5. 产品 6.固定座7.负载作动筒固定装置 8.传动平台，借助传动平台端面固定。平台端面与变速箱位置一定， VG杆与变速箱位置一定，故VG杆与平台端面位置一定。选用高强度螺栓将固定座与平台端面连接，固定座采用槽钢焊接成盒形，强度可靠，试验时只需将气缸固定装置与固定座连接即可。气缸固定装置亦采用槽钢焊接成盒形，安全可靠，有足够的强度承受负载气缸伸缩运动的动载荷。其优点是设计安全可靠，气缸固定装置与产品相互独立，不会影响或损坏到产品。缺点是中间尺寸较多，尺寸积累误差变大，定位精度降低，但可通过适当调整气缸位置和加薄铜皮的方法保证VG杆与气缸中心在同一直线上。故方案可行。

4 作动筒行程测量装置设计

1.气缸安装座 2.气缸 3.千分表4.千表头固定座5. 螺母 6.螺钉 7.连接杆 8.螺母 9.螺钉10.挡板 11.连接套12螺母，行程测量采用高精度指针式千分表，行程0～50mm,精度±0.05mm。借助VG杆上销孔,用螺钉、双耳止动垫圈和螺母将VG杆与连接杆连接, 再用连接套和螺母将连接杆与气缸活塞杆连接，长度方向可调。千分表指示杆挡板固定在连接杆上，既保证了VG杆关节轴向的自由度，防止气缸活塞杆与VG杆中心不在一条直线上时，致使VG杆卡死，又保证了千分表指示杆与VG杆运动的同步性，提高千分表测量的准确性。

5 结论

通过方案对比，从中选择更优设计，既简化了设计难度，又降低了成本费用。从调节器试验结果看，所选方案简单易行，能较好满足试验要求。

[1]张宏友.液压与气动技术.大连:大连理工大学出版社.2009

[2]徐灏，蔡春源，等.机械设计手册第5卷.北京:机械工业出版社.2000

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.11.075

小发研发项目

薛利（1978-）,蓝田, 工程师, 学士/本科,研究方向:航空发动机附件设计研究工作。