民机液压管路程控清洗技术验证系统设计

童 彦，刘建建，李徐辉，沈乐刚

(上海飞机制造有限公司，上海 201324)

液压管路系统是民机液压系统不可或缺的组成部分，它一方面传递高压完成飞机各种操纵功能，如舵机的调整与操纵、襟翼的收放、前轮转弯、起落架收放等[1-2]，另一方面承受内压、变形、发热、振动等不利工况[3-4]，是飞机的血管动脉。液压管路系统的性能和寿命是决定飞机安全性能的关键指标[1-2]。为了消除由液压管路不畅所引起的飞机安全事故[3-5]，需要在全机系统地面功能测试前对液压管路系统开展大规模、大流量清洗工作，以此来排除由污染物、阻力等所导致的管路堵塞[6]。

目前，民机液压管路在清洗前需要预先安装成品件(例如泵、阀类、作动器等)来协调管路定位和安装，但为了避免成品件被污染油污染，清洗时需将成品件拆下，利用工艺软管连接后开展清洗工作，清洗结束后再重新装回成品件。反复拆装导致清洗步骤复杂、效率低下，并可能造成连接口螺纹损伤。由于液压成品件需由国外供应商提供，若供货不及时，则该成品件相连区域内的管路将无法进行清洗耐压试验工作，从而影响管路系统乃至液压系统功能试验的进行[7]。

为解决上述问题，提出一种基于假件模块(液压成品件假件，具备管路安装界面，含程控油路换向、切断、通路等功能)的管路清洗新工艺模式，同时搭建验证系统，对管路程控清洗的有效性、完整性进行试验验证[8]。研究结果为民机液压管路清洗提供了一种先进的工作方法，提高了工作效率和质量。

1 验证系统设计

1.1 总体设计

民机液压管路程控清洗技术验证系统三维模型如图1所示，主要由台架基础层、液压系统层、电控层(含管控软件)组成。其中，台架基础层为三层式铝型材框架，用于安装电气元件、液压系统元器件等；液压系统层包括管路试验件、压力油滤假件模块、PTU选择阀假件模块、压力感测器等，与外部油源(小型液压泵站)连接；电控层包括开关电源模块、继电器、PLC等[9-10]。在管控软件方面，基于B/S(Browser/Server，浏览器/服务器)结构开发，为集清洗油路控制、油路状态显示等功能为一体的可视化上位机程序，可以在任何地方进行操作而不用安装任何专门的软件，能够有效保护数据平台和管理访问权限[11]。通过各层集成，实现民机液压管路程控清洗技术验证系统开发[12]。验证系统实物图如图2所示。

图1 验证系统三维模型

图2 验证系统实物图

1.2 液压系统

1.2.1 液压原理图

验证系统液压原理的如图3所示，其中液压元器件包含油源、压力油滤假件模块、PTU选择阀假件模块、压力感测器、管道系统等。压力油滤假件模块采用5个两位两通电磁阀进行油路控制，PTU选择阀假件模块采用1个两位三通电磁阀进行油路控制。

图3 验证系统液压原理图

具体来说，电磁阀YVH01控制B泵入口通断；YVH02控制A泵入口通断；YVH03控制地面压力入口通断；YVH04控制回油油液从出口回到油箱，YVH05控制回油油液从溢流回油口回到油箱。电磁换向阀汇流点设有压力感测器FD01，实时监测显示油滤阀块内部油压压力值。有压力值则反馈冲洗正常，当油液通路堵塞时可能存在压力为0的情况，或存在油液流量过大超过管路清洗限定范围即压力值过大的情况，此时说明设备运行异常。

2.2.2 程控模块

压力油滤假件模块、PTU选择阀假件模块分别如图4和图5所示。在假件模块设计方面，其整体外形、管路接口尺寸等方面应与真实液压件基本一致，整体外形(包含电磁阀加装)应根据耐压强度情况进行适当简化。

图4 压力油滤假件模块

图5 PTU选择阀假件模块

以PTU选择阀假件模块为例介绍相关清洗工况。工况1(如图6所示)：PTU选择阀假件模块进油、出油路清洗，此时电磁阀不得电，换向阀未动作，冲洗油从压力入口进入，从PTU假件模块出油口排出，然后通过液压回路排回到油箱。工况2(如图7所示)：PTU选择阀假件模块进油、回油路清洗，此时电磁阀得电，换向阀动作，冲洗油从压力入口进，从回油口排出，然后直接排回到油箱。

图6 出油口清洗流程图

图7 回油口清洗流程图

1.3 电控系统设计

1.3.1 系统组成

电控系统组成包括开关电源模块、继电器、PLC、服务器、路由器、客户端等，如图8所示。管控软件基于HTML+Python编写，在服务器端运行。客户端、服务器端通过WebSocket实现远程无线通信，服务器与PLC通过网线连接，通过指令控制继电器开关，实现对相应电磁阀的通断控制。

图8 电控系统组成

1.3.2 控制信号资源

民机液压管路程控清洗技术验证系统控制信号资源分配如表1所示。

表1 控制信号资源分配

1.3.3 管控软件

民机液压管路程控清洗技术验证系统管控软件如图9所示。软件包含状态显示层、油路状态层与清洗执行层。① 状态显示层：显示清洗状态(绿色字体闪烁)和停止清洗状态(红色字体)。② 油路状态层：根据液压原理图，显示油源、管路、压力油滤假件模块、PTU选择阀假件模块、回油箱等信息；不同工况下对应的油路变亮，进油路变成红色管路，中间油路变成黄色管路，出油口变成蓝色管路。③ 清洗执行层：通过操控按钮实现4种清洗油路状态间的相互切换，设置有停止按钮可实现停止清洗。

图9 管控软件

2 试验验证

图10～图12分别为液压系统EDP、EMP、地面压力口至压力油滤的管路清洗试验过程。图13为模拟地面压力口经压力油滤至PTU选择阀的管路清洗过程。

当模拟EDP至压力油滤的管路清洗时，电磁阀YVH02通电打开，其余电磁阀均关闭，冲洗油从压力油滤模块A泵入口进入，经电磁阀YVH05后，从压力油滤溢流回油口回到油源油箱，如图10所示。

图10 模拟EDP至压力油滤管路清洗过程

当模拟EMP至压力油滤的管路清洗时，电磁阀YVH01通电，其余电磁阀均关闭。冲洗油从压力油滤模块B泵入口进入，经电磁阀YVH05后，从压力油滤溢流回油口回到油源油箱，如图11所示。

图11 模拟EMP至压力油滤的管路清洗过程

当模拟地面压力口至压力油滤的管路清洗时，路径一为电磁阀YVH03通电，其余电磁阀均关闭，冲洗油从地面压力入口进入，经电磁阀YVH05后，从压力油滤溢流回油口回到油源油箱，如图12所示。路径二为电磁阀YVH03、YVH04、YVH06通电，其余电磁阀均关闭，冲洗油从压力油滤模块地面压力入口进入，从PTU选择阀仿真模块压力入口进入，然后从PTU选择阀模拟块回油口排回到油源油箱，如图13所示。

图13 模拟地面压力口经压力油滤至PTU选择阀的管路清洗过程

在YVH01，YVH02和YVH03的汇流点，设置FD01压力感测器，用于实时监控系统压力状态。有压力值则反馈冲洗正常，压力为0或超过压力(3000 psi(1 psi=6.89 kPa))则说明设备运行异常。

3 结论

提出一种基于程控模块的民机管路清洗新工艺模式，同时搭建验证系统，对管路程控清洗的有效性、完整性进行试验验证，得到如下结论。

① 研制的假件模块具备管路安装界面，能替代液压成品真件实现管路定位安装，可根据清洗路径需要切换相应油路模式。程控模块的设计解决了反复拆装液压元件才能开展清洗工作的不利情况，提升了效率和质量。

② 基于民机液压管路程控清洗技术验证系统开展相关试验，工作稳定、情况良好，能满足清洗过程全程可控，实现对管路系统清洗路径情况的可视化。整个过程快速、高效，为将来实现机上管路程控清洗奠定了技术基础。