一种多功能航空液压维护车的制作方法

本发明属于飞机地面维护技术领域，具体涉及一种多功能航空液压维护车。

背景技术：

航空液压维护车是保障飞机飞行安全和液压油液供给的首要地面设备，飞机液压系统为其操纵执行机构提供工作能源，直接影响着飞机工作的安全性和可靠性。由于结构复杂的液压系统处于密闭的空间中，一旦发生飞行故障，定位和维修十分困难，因此其工作的可靠性很大程度上都依赖于地面维护。飞机地面维护工作主要包括三方面：(1)在操纵系统性能检测和调试过程中提供动力源；(2)为飞机液压油箱补油；(3)飞机液压系统清洗。

目前，飞机液压系统的地面维护通常是利用油泵车作为动力源，再配以加油车为飞机液压油箱加注油液，虽然克服了油液流量不足，工作时油温过高等问题，但是仍存在以下问题：(1)功能单一、灵活性差，只能实现对液压系统供压、补加油液或清洗中的部分功能，全面维护时需要多部设备依次操作，规模庞大，操作繁琐，转场能力差；(2)被动滤芯净化，利用滤油器去除油液中的污染物，只能被动拦截和吸附油液中的固体污染物，不能去除油液中的水和气体污染物，不能彻底净化油液，同时仅靠油滤被动维持油液污染度不超标，滤芯需频繁清洗和更换，不但增加成本，而且易导致外界污染物混入液压系统，并且滤芯的纳污容量有限，只能通过加大滤芯体积增大纳污量；(3)自动化程度低，大部分地面维护装置缺乏在线污染度检测功能，维护人员不能实时掌握油液污染状况，整车控制灵活性、准确性差。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足,本发明提供一种多功能航空液压维护车，通过对液压工作方案设计和整车模块划分两个方面达到背景技术中所述的预计设计的要求。实现设计要求的关键在于液压工作回路，申请人通过大量的摸索和试验找到了液压工作方案的设计思路：(1)单车多功能化：先分别设计补加油、供压和清洗三种模式的液压管路，再对各回路进行整合，得到多功能维护车液压管路；(2)主动油液净化：采用高速离心分离方法实现液压油液主动净化；(3)整车模块划分：采用机械设计中常用的模块化设计方法，其功能模块组合设计的方式有利于维护车整体设计。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种多功能航空液压维护车，所述的维护车包括控制系统，控制系统分别连接液压系统、动力系统和辅助机构；控制系统内部设置有压力控制模块、流量控制模块、温度控制模块、联机监视模块和净化控制模块；控制系统通过传感器采集信号，经单片机的控制程序发出指令，利用溢流阀、多种换向电磁阀等液压控制元件控制和调节维护参数(例如流量、温度、压力、液位等油液性能参数)，可实现多种维护工作模式间切换，确保整个维护工作准确、可靠。控制系统包括通过PROFIBUS连接的上位机和下位机，下位机通过各个接口分别与对应的电气设备连接；控制工作开始时，上位机通过操纵界面获取用户输入，随后将这些指令发送给下位机控制器，下位机将这些指令解释成相应时序信号直接发送给维护车的电机驱动、故障保护等控制对象，实现上位机对执行元件的逻辑控制。维护过程中，下位机定时读取设备状态数据，转换成数字信号反馈给上位机，实现用户对维护现场的远程实时监控。

其中，所述的液压系统包括油液主动净化管路和三位一体多功能液压管路，油液主动净化管路能实现全方位去除固、水、气三相污染物，且无滤材损耗，纳污容量大，有效延长了维护周期。三位一体多功能液压管路包括通过分别设计并整合精简重复元件的加油补油管路、供压管路和清洗管路，实现了单车多功能化。液压系统与飞机液压系统作用相似，主要是在地面维护时为飞机提供合适的液压动力源，由液压动力元件、控制阀类及液压辅助元件组成。动力元件由主泵、加油泵、补油泵组成，为液压系统提供一定的流量和压力。在维护车液压管路上设置多种形式的节流阀、多种形式的单向阀、多种形式的换向电磁阀等液压控制元件，控制油液流量、压力和流动方向。辅助元件包括油箱、密封装置、压力表、蓄能器等，保证液压系统有效地传递力和运动。油箱分为净油箱和污油箱两部分，为防止空气混入，均采用密封形式；在主泵出口处安装蓄能器，用于存储液压系统多余的压力，保持整个系统工作平稳，延长管路和附件的使用寿命。工作时，维护车与飞机的液压系统形成闭合回路；根据飞机液压系统需要，液压系统处于相应的工作状态，提供不同工作模式的维护。

其中，所述的动力系统由变频电机、弹性联轴器、减震装置和支座等部分组成，用于带动液压泵对油液做功，提供维护所需的高压油液。为降低液压维护车运行噪声，本设计采用静音变频电机为主泵提供动力，通过变频器调节主泵电机转速，使电机的输出功率和油泵所需功率相匹配，以适应主泵在清洗和供压两种工况下输出流量的变化。此外，由于补、加油泵工作转速低，选用了两台小功率电机驱动。维护时，液压泵将动力系统输出的机械能转换为工作液体的压力能，保证维护车油液具有足够的流量和压力。

其中，所述的辅助机构包括油箱增压装置、压力检测装置、温度检测装置、散热装置和在线污染度检测装置，有利于提高维护保障能力。将有强冷却能力的板式散热器串联于维护车回油和供压管路中实现散热；选用高压氮气瓶为地面油箱增压，油压大小通过调压阀调节，保持系统油箱与飞机液压油箱压力相当，防止地面油箱倒吸飞机液压油液。将污染度在线检测装置与地面液压管路及油箱上的采样接头相连，实现油液的污染度的在线监测。维护车车体可采用自行式和拖拽式，从结构简单和经济的角度考虑，本设计采用拖拽式车体，使得结构紧凑，操作灵活便捷。

优选的，所述的上位机为计算机，所述的下位机为西门子公司生产的S7-400PLC，下位机是控制系统的“心脏”，主要用来驱动设备和对维护工作的闭环控制，完成对控制现场的实时控制。下位机的类型和具体型号需要根据使用环境和控制对象的功能需求来确定。

优选的，为了使得该维护车达到较好的使用效果，同时根据维护车工作参数，所述的计算机具体配置参数为CPU模块：Pentium 4/M，硬盘3.67GB(包含驱动程序)，内存：1GB，显示器：1024x 768像素，操作系统：Windows XP SP3(32-bit)。

优选的，所述的油液主动净化管路包括离心净油器，离心净油器设置有进油口、净油出口和气体出口，所述的进油口通过管路连接污油箱；所述的净油出口通过管路连接净油箱；所述的气体出口通过排污管道连接污油箱，排污管道上设置有排污单向阀和排污自吸泵；所述的污油箱和净油箱上均设置有一个管道回路和一个压力表，沿油液流动方向，每个管道回路上依次设置有回路单向阀、回路自吸泵和泄油盒。

优选的，所述的离心净油器内部设置有若干组相互平行的分离盘组，离心净油器左右两端设置有排水口。

优选的，所述的加油补油管路包括补油管路和加油管路；所述的补油管路一端连接净油箱，补油管路另一端连接补油换向电磁阀，补油换向电磁阀的输入端分别连接标准用油油桶和净油出口，沿补油管路的油液流动方向，补油管路上依次设置有补油泵、补油单向阀和补油油滤；所述的加油管路一端连接净油箱，沿油液流动方向，加油管路上依次设置有加油单向阀、加油泵、加油油滤、加油截止阀和加油活门接头；在加油油滤与加油截止阀之间的加油管路上插接加油溢流管并连接至净油箱，加油溢流管上设置有加油溢流阀。

优选的，沿油液流动方向，所述的供压管路上依次设置有第一供压活门接头、第一供压节流阀、第一供压单向阀、第一供压油滤、供压换向电磁阀、主泵、第二供压油滤、第二供压单向阀、第二供压节流阀和第二供压活门接头；所述的第二供压油滤与第二供压单向阀之间的供压管路上插接供压溢流管并连接至净油箱，供压溢流管上设置有供压溢流阀。

优选的，所述的清洗管路包括入油管和出油管；所述的入油管包括入油换向电磁阀，入油换向电磁阀输入端通过油管连接净油箱，入油换向电磁阀输出端连接供压换向电磁阀与主泵之间的供压管路上；所述的出油管包括出油单向阀，出油单向阀输入端连接供压换向电磁阀的输出端，出油单向阀输出端连接密闭的污油箱。

为了使得该维护车达到较好的使用效果，同时根据维护车工作参数，对维护车对维护车进行元件选型，所述的主泵为力士乐45DFR1/31R-PPA12N00斜盘式变量柱塞泵，所述的加油泵为SV10-1P6P-1C叶片泵，所述的补油泵为YBN-60叶片泵，所述的补油油滤、加油油滤、第一供压油滤、第二供压油滤的型号为PLF-H160×3P，所述的供压管路的直径为50mm，所述的加油补油管路的直径为40mm，所述的主泵使用的主泵电机型号为Y280S-2，所述的加油泵使用的加油泵电机型号为Y90L-2，所述的补油泵使用的补油泵电机型号为Y132S1-2，所述的变频器为FRN075P7-4型变频器。

本发明的优点是：本发明实现了四个预期设计要求：(1)单车多功能化。在控制系统作用下，由多功能液压回路中的换向电磁阀改变油液走向，实现了补加油、检测供压和清洗三种模式间切换。(2)油液主动净化。利用高速离心净油技术，实时去除油液中固、水、气三相污染物，避免了被动净化过程中的滤材损耗和油液反复输出产生的污染。(3)机动性强。液压、动力、控制和辅助机构都集中安装在拖拽式车体上，操作灵活便捷。(4)控制可靠。确保控制过程稳定，有效，实现实时、多任务并行控制。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明控制系统结构图；

图3为本发明三位一体多功能液压管路结构示意图；

图4为本发明油液主动净化管路结构示意图；

图5为本发明离心净油器的结构示意图；

图6为本发明人机交互界面。

图中符号说明：1、控制系统；11、压力控制模块；12、流量控制模块；13、温度控制模块；14、联机监视模块；15、净化控制模块；2、液压系统；21、加油补油管路；22、供压管路；23、清洗管路；24、油液主动净化管路；211、离心净油器；212、分离盘组；213、排水口；214、进油口；215、净油出口；216、气体出口；218、排污单向阀；219、排污自吸泵；220、回路单向阀；221、回路自吸泵；222、泄油盒；223、补油换向电磁阀；224、标准用油油桶；226、补油泵；227、补油单向阀；228、补油油滤；229、加油单向阀；230、加油泵；231、加油油滤；232、加油截止阀；233、加油活门接头；234、加油溢流阀；235、第一供压活门接头；236、第一供压节流阀；237、第一供压单向阀；238、第一供压油滤；239、供压换向电磁阀；240、主泵；241、第二供压油滤；242、第二供压单向阀；243、第二供压节流阀；244、第二供压活门接头；245、供压溢流阀；246、入油换向电磁阀；247、出油单向阀；3、动力系统；4、辅助机构；41、油箱增压装置；42、压力检测装置；43、温度检测装置；44、散热装置；45、在线污染度检测装置。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的说明：

如图1所示，为本发明整体结构示意图，包括控制系统，控制系统1分别连接液压系统2、动力系统3和辅助机构4；控制系统1内部设置有压力控制模块11、流量控制模块12、温度控制模块13、联机监视模块14和净化控制模块15；控制系统1包括通过PROFIBUS连接的上位机和下位机，下位机通过各个接口分别与对应的电气设备连接。

如图2所示，为本发明控制系统1结构图。控制系统1的主要功能是实现各工作模式的启停转换以及维护过程中所需工作参数的调控和系统自我检测。对于控制系统1的设计，主要遵循以下两个原则：(1)确保控制过程稳定，可靠，有效；(2)实现实时、多任务并行控制。基于以上两个设计准则，本发明采用模块化设计思想，分别从硬件、软件来两方面进行设计。硬件系统分为上位机和下位机两个部分；软件由上、下位机同时控制，其设计包括用户操作界面设计和PLC控制程序编写两部分。

如图6所示，为本发明人机交互界面。维护车控制系统1的软件设计包括两部分：(1)控制程序的编写。基于PLC的硬件结构，按照控制要求来编写PLC控制程序，实现控制功能；(2)人机界面(Human Machine Interface以下简称HMI)的建立。

对于PLC控制程序，本设计采用S7-CFC语言，并用STEP 7的BASIS V5.4SP5版本进行编程。主要子程序包括：油液性能参数采集子程序、上位机通讯子程序、变频器通讯子程序、电机转速PID调节子程序、温度调节子程序、压力调节子程序、流量调节子程序和运行时间统计子程序。

而HMI是操作人员和控制系统1之间交换信息、实现对话的窗口，在本系统中，人机界面需要实现以下功能：1)系统初始设置：操作者通过界面输入不同的工作参数以适应不同工作需求；2)工况显示：显示系统当前工作模式，主要工作参数。3)工作记录的存储、调用：用户可通过界面保存工作记录，方便后续调取、查看。4)图形接口控制：操作者通过直观的图形界面即可完成对系统参数的调整。

维护车控制系统1的人机界面分为系统设置菜单、操纵菜单、数据存储菜单、退出菜单，四个菜单实现了维护过程的数据采集、存储、处理、管理及显示等功能。

系统设置菜单如图6中(a)所示，系统设置菜单也是默认菜单，系统待机时显示该界面，开展维护工作前，用户通过该界面进行系统初始设置。

操纵菜单如图6中(b)所示，用户通过操纵界面可以选择、切换维护模式，观测、存储和回看维护过程中流量、温度、压力等工作性能参数。

数据存储菜单如图6中(c)所示，考虑到用户需要分析、提取维护过程中的性能参数，本设计中增设了数据存储菜单，方便用户存储、调用。

退出菜单如图6中(d)所示，各项维护均完成后，用户进入菜单，单击退出按钮结束维护工作。

如图3所示，所述的液压系统包括油液主动净化管路24和三位一体多功能液压管路，三位一体多功能液压管路包括通过分别设计并整合精简重复元件的加油补油管路21、供压管路22和清洗管路23。

其中，所述的动力系统3由变频电机、弹性联轴器、减震装置和支座等部分组成，用于带动液压泵对油液做功，提供维护所需的高压油液。为降低液压维护车运行噪声，本发明采用静音变频电机为主泵提供动力，通过变频器调节主泵电机转速，使电机的输出功率和油泵所需功率相匹配，以适应主泵在清洗和供压两种工况下输出流量的变化。此外，由于补、加油泵工作转速低，选用了两台小功率电机驱动。

其中，所述的辅助机构4包括油箱增压装置41、压力检测装置42、温度检测装置43、散热装置44和在线污染度检测装置45，有利于提高维护保障能力。将有强冷却能力的板式散热器串联于维护车回油和供压管路22中实现散热；选用高压氮气瓶为地面油箱增压，油压大小通过调压阀调节，保持系统油箱与飞机液压油箱压力相当，防止地面油箱倒吸飞机液压油液。将污染度在线检测装置与地面液压管路及油箱上的采样接头相连，实现油液的污染度的在线监测。

本发明车体采用拖拽式车体，主要由底盘、壳体、减震弹簧、轮胎、拖拽车架组成，为保证车体能够自由转向体前部安装一万向轮。结构简单，结构简单、故障率低、灵活性强。其中，底盘部分采用方钢焊制，保证足够的支撑强度。壳体部分用于保护安装在车体上的液压、控制、动力系统等所有维护组件，其内部边缘处安装橡胶减震片来吸收维护组件工作噪音。

其中，所述的上位机为计算机，具体配置参数为CPU模块：Pentium 4/M，硬盘3.67GB(包含驱动程序)，内存：1GB，显示器：1024x 768像素，操作系统：Windows XP SP3(32-bit)。

其中，所述的下位机为西门子公司生产的S7-400PLC。

其中，所述的油液主动净化管路24包括离心净油器211，离心净油器211内部设置有若干组相互平行的分离盘组212，离心净油器211左右两端设置有排水口213，离心净油器211底端设置有进油口214和净油出口215，离心净油器211上端设置有气体出口216；所述的进油口214通过管路连接污油箱；所述的净油出口215通过管路连接净油箱；所述的气体出口216通过排污管道连接污油箱，排污管道上设置有排污单向阀218和排污自吸泵219；所述的污油箱和净油箱上均设置有一个管道回路和一个压力表，沿油液流动方向，每个管道回路上依次设置有回路单向阀220、回路自吸泵221和泄油盒222。

污油箱与离心式净油器211的进油口214连接，油液在排污自吸泵219的加强作用下充满离心筒，此时密度较大的固体污染物和游离水沉降到筒壁上，被排出机外，油液密度较小则向筒体中心运动，实现分离。由于高速旋转，油液中超过饱和溶解度的气体被析出，经排污自吸泵219(自动控制出口的真空度，当负压消失时关闭进油)被负压污油箱吸入，再由回路自吸泵221，被吸到泄油盒222中，最终完成固、水、气全面净化工作。由于增设了主动净化功能，本维护车无需另配专门设备净化飞机液压油，避免油液反复输出带来的污染，提高维护效率。

如图5所示，该离心净油器211能够实现固体颗粒、水分和空气的全面净化。其主要特点有：1)通过一次净化能将低粘度液压油污染度等级降低到NAS1638V级，粘度较高的油液经过几次净化后也可以达到IV级，效率高且避免因反复过滤，破坏油液的抗剪切能力，确保油液工作性能；2)采用自动排气技术，提高离心机的自吸能力，解决了高粘度润滑油水、气去除困难的问题，实现固-水-气全方位净化；3)利用离心原理实现油液净化，无需消耗滤材，使用成本低，利于环保；4)能对运动粘度在1～1000mm²/s的油液进行净化，应用范围广，净化精度高，能够同时满足在线和离线净化的不同需求，有效延长了油液的使用寿命。离心净油器和传统油滤过滤对比结果如表1所示。

表1离心净油器和传统滤网净油机对比

由表1可知，离心净油器211的净化效果、安全性和成本均全面优于传统滤网净油机，其能够有效的控制油液污染，延长油液使用寿命，实现液压系统正常高效工作，保证飞行安全。

其中，所述的加油补油管路21包括补油管路和加油管路；所述的补油管路一端连接净油箱，补油管路另一端连接补油换向电磁阀223，补油换向电磁阀223的输入端分别连接标准用油油桶224和净油出口215，沿补油管路的油液流动方向，补油管路上依次设置有补油泵226、补油单向阀227和补油油滤228；所述的加油管路一端连接净油箱，沿油液流动方向，加油管路上依次设置有加油单向阀229、加油泵230、加油油滤231、加油截止阀232和加油活门接头233；在加油油滤231与加油截止阀232之间的加油管路上插接加油溢流管并连接至净油箱，加油溢流管上设置有加油溢流阀234。

加油时，打开加油截止阀232，启动加油泵230将净油输送至加油管路中，油液沿加油管路经加油单向阀229、加油泵230、加油油滤231、加油截止阀232、加油活门接头233送至飞机液压系统。当飞机油箱油量达到所需时，多余油液经加油溢流阀234流回地面净油箱。

补油时，将补油接头与外置标准用油油桶224或净油出口215连接。补油时通过补油换向电磁阀223选择油源，此时补油管路与地面净油箱连通。启动补油泵226将油液经补油管路中补油单向阀227、补油油滤228注入净油箱，完成补油过程。

其中，所述的供压管路22上依次设置有第一供压活门接头235、第一供压节流阀236、第一供压单向阀237、第一供压油滤238、供压换向电磁阀239、主泵240、第二供压油滤241、第二供压单向阀242、第二供压节流阀243和第二供压活门接头244；所述的第二供压油滤241与第二供压单向阀242之间的供压管路22上插接供压溢流管并连接至净油箱，供压溢流管上设置有供压溢流阀245。

工作前，供压换向电磁阀239处于左位接通，入油换向电磁阀246处于右位截止，此时回油和供压管路22连通。为防止供压时维护车液压管路和飞机液压系统油压过高，将主泵240转速调低。工作时，启动主泵240，飞机上的油液沿供压管路22经加油活门接头233、第一供压节流阀236、第一供压单向阀237、第一供压油滤238、供压换向电磁阀239流入主泵240，主泵240输出高压油液，沿供压管路22经第二供压油滤241、第二供压单向阀242、第二供压节流阀243和第二供压活门接头244进入飞机液压系统。飞机液压系统压力过高时，供压管路22上的供压溢流阀245打开，多余油液经供压溢流阀245排回污油箱。

其中，所述的清洗管路23包括入油管和出油管；所述的入油管包括入油换向电磁阀246，入油换向电磁阀246输入端通过油管连接净油箱，入油换向电磁阀246输出端连接供压换向电磁阀239与主泵240之间的供压管路22上；所述的出油管包括出油单向阀247，出油单向阀247输入端连接供压换向电磁阀239的输出端，出油单向阀247输出端连接密闭的污油箱。

工作前，供压换向电磁阀239置于右位、入油换向电磁阀246处于左位接通，此时供压管路22和地面油箱连通。工作时，启动主泵240，将净油箱液压油经入油换向电磁阀246泵送至供压管路22，油液沿供压管路22经第二供压油滤241、第二供压单向阀242、第二供压节流阀243、第二供压活门接头244进入飞机液压系统；飞机上的回油通过维护车上的加油活门接头233经第一供压节流阀236、第一供压单向阀237、第一供压油滤238、供压换向电磁阀239、出油单向阀247流入污油箱，实现对飞机液压系统中油液的置换以及管路和附件的清洗。维护车供压管路22主泵采取全流量输出，管路中供压溢流阀245处于常开工况，飞机液压系统处于全排量清洗状态。

其中，根据维护车工作条件进行维护车液压系统2、动力系统3和辅助机构4的设计选型，维护车工作条件根据现今主流机型和国家标准来确定，主要包括飞机液压系统工作压力、工作液型号、油液污染度要求、所需油压和流速等。具体工作参数见表2。

表2维护车工作参数

根据维护车工作参数，对维护车对维护车进行元件选型和结构设计。主要包括液压系统2及动力系统3选型设计，所述的主泵240为力士乐45DFR1/31R-PPA12N00斜盘式变量柱塞泵，所述的加油泵230为SV10-1P6P-1C叶片泵，所述的补油泵226为YBN-60叶片泵，所述的补油油滤228、加油油滤231、第一供压油滤238、第二供压油滤241的型号为PLF-H160×3P，所述的供压管路22的直径为50mm，所述的加油补油管路21的直径为40mm，所述的主泵240使用的主泵电机型号为Y280S-2，所述的加油泵230使用的加油泵电机型号为Y90L-2，所述的补油泵226使用的补油泵电机型号为Y132S1-2，所述的变频器为FRN075P7-4型变频器。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。