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Summary:通过研究某型气压减震器的结构特点和工作原理,在对其性能检测参数进行梳理的基础上,介绍了该性能检测装置的设计思路、实现方法等,并进行了验证试验。结果表明,该气压减震器性能检测装置满足使用要求,具有较好的推广应用前景。
Keys:减震器;加载;检测;设计
中文分类号:V226+.2            :A
某型气压减震器是飞机着陆装置中的一个重要构件,安装于机轮的飞机着陆装置中。该气压减震器是利用气体作为减震介质,用于飞机着陆时吸收部分撞击动能,减小撞击力,以免飞机着陆时起落装置承受过大撞击力。其工作性能的好坏直接影响着陆装置寿命,进而影响飞机的安全。为此,其性能参数的有效检测显得尤为重要。目前,该构件的性能检测方法相对落后,且操纵复杂,本
文介绍该气压减震器的新型检测装置,其检测精度高,自动化程度好,操纵方便。
气压减震器的结构如图1所示。它由外筒、内筒、内管、活塞、密封装置和充气嘴等构成。外筒的螺盖上有接耳,用于与起落架轮架的相关件连接。内筒上的接耳,用于与起落架支柱上的相关件连接;内筒上有青铜制的活塞。内管装在外筒内部,可以在外筒中移动,管壁上有许多孔。外筒内部与内筒和内管形成A、B、C、D、E五个腔,其中A、B、C、D腔互相沟通,E腔为低压腔,与其余四腔均不相通。减震器外部装有充气嘴,用于给减震器充氮气,+。气压减震器内灌有少量的液压油,用于改善其润滑和密封条件,同时调控气体初始容积。
图1气压减震器结构
气压减震器工作时,作用在飞机轮架上的地面载荷有一部分要经气压减震器传递至飞机起落架上。由于气压减震器内腔充有气体,其长度可以改变,因此,在飞机着陆接地或滑跑中遇到障碍时,它也可以吸收一部分撞击动能,减小撞击力。气压减震器在不受力或受力较小时(如飞机离地后),内管在C、D腔内气压作用下顶在外筒的螺盖上,内筒在B腔内气压作用下伸出,使青铜活塞与
内管的凸边挂住。此时,气压减震器处于中立位置,内腔气体总容积最大。当减震器受到压缩作用,压缩力超过内部气压对内筒的作用力时,内筒左移,减震器开始压缩。随着压缩行程增大,内腔总容积(A、B、C、D腔容积之和)减小,气压增大,压缩力也随之增大。当减震器受到拉伸作用,拉伸力超过气压作用在内管底部和内筒上的作用力之差时,内筒右移,减震器开始被拉伸。随着拉伸行程增大,内腔气体总容积减小,气体压力增大,拉伸力也随之增大。
从气压减震器结构和工作原理可以看出,气压减震器在飞机着陆接地或滑跑时要进行压缩和拉伸,但其压缩和拉伸在一定温度下必须满足如下要求(见表1)。
气压减震器没有被拉伸或压缩时,+,因此要使气压减震器运动必须克服其初始压力(初始压力的大小等于初始气压与内部相应部位有效截面积乘积)。当内筒压进时,常温状态下,其初始压力约为(~)kN;当压缩到内筒上的活塞顶在内管底部时,压缩行程达到最大,其值为(425±2)mm,这时的压缩力约为(~)kN。当内筒伸张时,常温状态下,其值约为(~)kN;当内筒移动到活塞与外筒内部凸边相碰时拉伸行程达到最大,其值为(135±1)mm,拉伸力的最大值为(~)kN。
表1某型气压减震器的性能参数表(常温状态)
内筒拉出
位移(mm)
0
130±1
135±1
输出力(kN)
~
~
~
内筒压进
位移(mm)
0
420±2
425±2
输出力(kN)
~
~
~
为驱动气压减震器运动,并对其性能参数进行检测,检测装置采用加载机构和工控系统两部分组成,加载机构将电机的旋转运动转换为直线运动,实现对减震器的拉伸与压缩;工控系统由力传感器、位移传感器、工控机、数据采集卡、显示器及打印机等组成,整个加载、测试过程是通过计算机在测控程序的控制下自动完成的,如图2所示。
图2总体设计图
位移传感器采用光栅式传感器,用于测量减震器内筒的行程;根据表1位移测量参数,光栅式传感器量程选为600mm,。力传感器采用拉压式传感器,用于测量减震器内筒的输出力,根据表1输出力测量参数,力传感器量程选为100N,精度为2%;加载机构模拟实际工况加载,使减震器进行拉压运
动;工控机一方面通过数据采集卡采集力和位移信息,实时绘出减震器的位移-力关系曲线,另一方面根据力值和位移值的大小来控制加载机构步进电机的运动速度和方向,并在系统工作异常时进行自动保护。
为了检测减震器的性能参数及其关系曲线,需对减震器实施加载,使内筒相对外筒移动。加载时一要模拟实际工况进行推拉运动,二要防止加载时超过量程,三要考虑加载连接点的同心度(保证力测量的精确度)。基于以上考虑,加载机构采用图3所示的结构,该结构主要由步进电机、丝杠、传动板、导轨、活动端固定板、固定端滑板等组成,活动端固定板连接有位移传感器和力传感器。活动端固定板固定在其上的力传感器铰接减震器的内筒,它在导轨上可左右移动;固定端滑块用来铰接减震器外筒接耳;传动板、导向杆、螺母板连接成一体,通过步进电机的转轴、丝杠驱动其左右运动;传动板和活动端固定板通过万向接头连接,避免步进电机等驱动组件的摩擦和间隙对测量结果的影响。
图3加载台体组成示意图
加载原理如下:将待检测的减震器两端接耳分别与加载机构的力传感器的一端和固定端滑块的接耳连接好(见图3),然后将固定端滑块锁紧在导轨上,锁紧时保证初始状态下力传感器处于不受力的状态。步进电机在计算机的控制
下,驱动丝杠转动,由螺母板将丝杠的转动运动转换为传动板的直线运动,于是活动端固定板带动减震器内筒进行左右运动,这样就实现了对减震器的加载。加载机构中设置了行程保护和力保护,当力和位移超出规定量程时,通过计算机控制断开步进电机的电路。
按照上述方案,我们研制了该检测装置,利用上述装置我们对某飞机的气压减震器进行检测,试验时先控制步进电机运动至减震器受力为零的位置,然后利用加载台体进行加载采样,即可自动检测绘制力与位移绘的曲线,如图4所示。图中,内筒相对外筒拉出位移为正值,内筒相对外筒压入位移为负值,减震器受力为零的点为位移-力曲线原点。
由图中曲线可以看出,拉和压的加载行程与其回行程曲线不重合,系统及被测件的摩擦力和间隙的作用使拉行程的曲线位于其回行程曲线之上;同样的原因压缩行程曲线位于其回行程曲线之下。,是由于加载机构和被测件之间存在间隙,导致由原点起有一小段空行程。在曲线的端点处,由于步进电机的转动方向反向,使摩擦力的方向反向,曲线出现一个突变段,该现象是减震器的固有属性。检测到的力与位移的曲线在直线段没有急剧的弯曲或“锯齿”形,且检测到的特征参数都在规定的要求内,说明该气压减震器性能正常。
图4某气压减震器的力与位移曲线图
某型气压减震器的性能检测装置的研制成功,较好解决了该气压减震器的性能检测问题,目前已推广应用于飞机大修厂,产生了较好的军事效益,具有较好的推广应用前景。
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