通用装备机械液压系统综合检测试验平台的设计与研制_百度.

2008年 8月第 22卷第 4期
装甲兵工程学院学报
Jou rnal ofA cade m y of Ar m ored Force Eng i neeri ng
Aug . 2008
Vo. l 22No . 4
收稿日期 :2008 04 28基金项目 :军队科研计划项目
作者简介 :冯辅周 (1971-, 男 , 湖北黄冈人 , 教授 , 博士 .
文章编号 :1672 1497(2008 04 0006 05
通用装备机械液压系统综合检测
试验平台的设计与研制
冯辅周 1
曹玉坤 2
王战军 3
安钢 1
安洪伟
2
(1 装甲兵工程学院机械工程系 , 北京 100072; 2. 装甲兵工程学院科研部 , 北京100072;
3. 装甲兵工程学院装甲兵装备技术研究所 , 北京 100072
摘要 :针对目前通用装备保障建设过程中存在的保障设备通用性差、综合功能弱、机动性能差及信息化程度低等问题 , 提出了划类分组、综合集成、一体通用的设计思想 , 研制了可完成军械、装甲、工程、防化、车辆、陆军船艇等装备机械液压系统技术状况检测与评估、故障诊断、部 (元件修后试验与质量评估、信息管理等功能的综合机动平台。

重点阐述了平台各系统的设计思想、硬件组成及软件框架。

实际应用表明 , 该平台具有广谱、广域和全时的能力 , 其推广使用将为通用装备保障由基于型号向基于能力的建设转型提供成功示范。

关键词 :通用装备 ; 机械液压系统 ; 检测试验平台 ; 技术状况评估 ; 修竣试验 ; 信息管理中图分类号 :TP206 文献标志码 :A
Desi gn and Develop m ent of T esting Vehicle for
M echan i cal and Hydraulic Syste m s of G eneral Equi p m ent
FENG Fu zhou 1
CAO Yu kun 2
WANG Zhan jun 3
AN Gang 1
AN H ong w e i
2
(1 Depart m en t ofM echan i cal Engineeri ng , A cade m y ofA r m ored Force Engi n eeri ng , Beiji ng 100072, Ch i na ;
2 Depart m en t of S ci ence Res earch , Acad e my ofAr m ored Force Eng i neeri ng , Beiji ng 100072, C h i na ;
3 Insti tute of Equ i pm en tTechnol ogy , A cade m y of Ar m ored Force Eng i neeri ng , Beijing 100072, Ch i na
Abst ract :There are m any proble m s i n the operati o n process of genera l equ i p m ent supporting , na m ely ,
poo r generality , w eaker i n tegrated perfor m ance , poo rerm obility and lo w er leve l of infor m ati o nization . To solve t h ese prob le m s , the desi g n i d ea of c lassification and group i n g , i n tegration and generalization , an i n tegrated universal veh icle i s put for w ard . An integra ted platfor m is deve l o ped for the first ti m e w ith f u nctions o f veh i c le cond iti o n m onitori n g , evaluati o n and fault diagnosis , experi m ents on m echan ica l parts and hydraulic co m ponents , and infor m ati o n m anage m ent inc l u d i n g ordnance , ar m ored force , eng i n eer i n g , c he m ica l defense , ar m y veh icles and ships . Design i n g concept on each f u ncti o na l syste m, har dw are co m positi o n and so ft w are fra m e w ork of this veh icle are expati a ted in deta i. l App li c ation o f it in the ar m y i n dicates t h at t h is p latf o r m can wo r k w e ll under d ifferent conditi o ns , . i e . for various supporti n g purpo ses , m u ltiple supporti n g areas , i n a llw eather conditi o ns . The popu larizati o n of th is platfor m w ill prov ide successful exa m ples for the transition fro m m odel based to ab ility based equipm ent suppor. t K ey w ords :general equ i p m en; t m echan ica l and hydraulic syste m s ; test and experi m ent syste m; techni
ca l cond iti o n evaluati o n ; experi m ent after m a i n tenance ;
i n fo r m ation m anage m ent
第 4期冯辅周等 :通用装备机械液压系统综合检测试验平台的设计与研制
1 研制背景及意义
为满足信息化条件下一体化联合作战装备保障的需求 , 必须按照机动保障、野战保障、快速保障、精确保障的要求 , 建立平战兼容、专业通用、综合集成、精确高效的装备保障体系。

但是 , 现有保障手段还不同程度地存在着功能单一、通用性差、检修巡修能力弱、信息化程度低等问题。

为进一步优化保障资
源结构 , 提高通用装备平战时维修保障效能 , 针对通用装备机械液压系统检测和试验现状 , 笔者所在课题组设计并研制了通用装备机械液压系统综合检测试验平台(以下简称机液平台。

开展机液平台的研制具有极其重要的军事和现实意义。

1 在装备保障对象方面 , 适应了联合作战装备保障体制下由单一军兵种各自提供保障装备转变为一种保障装备提供给多军兵种保障的需要 , 而且可与我军现役的保障装备体系配合使用 , 实现对通用装备的机械、液压和电子等系统的综合检测 , 使通用装备保障手段具有广谱、广域和全时的能力 , 满足信息化条件下一体化联合作战通用装备保障要求。

2 在保障装备功能方面 , 实现了由功能单一、分散配置的单一保障功能向综合集成、高效保障功能的转变 , 大幅度提高了保障装备的使用效益。

3 在保障装备任务方面 , 采用模块化综合功能平台 , 适应了平战时机动支援保障的任务要求 , 能够大幅度提高保障装备的平战兼容性。

4 在保障技术方面 , 通过精确采集、管理装备技术状况 , 适应了通用装备由被动保障模式向主动保障模式的转变 , 能够大幅度提高装备保障决策的科学性。

5 在保障装备发展方面 , 通过完善原有装
备体系、扩展体系功能 , 适应了保障装备发展由研制与使用相互独立 , 向相互融合模式的转变 , 能够大幅度加快保障装备的发展进程。

2 总体方案设计
在进行机液平台的总体设计时 , 本着通用化、集成化、标准化、模块化、智能化的原则 [1]
, 保证
系统不仅能满足当前任务的应用需要 , 而且可方便
将来的扩充与升级。

2. 1 功能需求分析
从技术角度看 , 机液平台应能够完成数据采集与存储、试验及控制、分析与处理 ; 从功能角度看 , 机液平台能够完成通用装备机械液压系统的状态检测与评估、故障诊断及修竣试验 ; 从管理角度看 , 机液平台能够完成通用装备机液系统的检测与评估、故障诊断 , 并实现检测与评估结果、诊断信息、维修建议的上传下达。

机液平台通过采集与存储通用装备机液系统的技术状况信息 , 建立通用装备的技术状况信息数据库 , 同时可完成故障部件修后质量的检查试验 , 通过技术状况评估和故障诊断结果的统计分析与上传 , 为通用装备基于状态的维修提供技术基础。

2. 2 总体构成
按照功能要求和结构特点 , 将机液平台划分为底盘与方舱、动力源系统、PXI 总线综合测控系统、机械部件试验系统、液压元件试验系统、综合信息管理系统、通信导航系统、吊装系统及附属装置等 9大部分 , 其结构布局设计如图 1所示。

从图 1可以看出 , 机液平台的主要功能系统均布置在方舱内部 , 其中机械部件试验系统布置于方舱前半部分
,
1 7
装甲兵工程学院学报第 22卷
它主要完成被试机械部件的装卡及修竣试验 ; PXI 总线综合测控系统布置于方舱后部右侧 , 它是综合平台的核心 , 主要用于通用装备机械液压系统的原位技术状况检测与评估、故障诊断以及部 (元件试验时的试验条件控制、试验参数采集和修后质量评估 ; 液压元件试验系统布置于方舱后部左侧 , 主要用于被试液压元件的修后试验。

通信导航系统布置于驾驶室 , 通过数据线与方舱内的 PXI 总线综合测控系统相连 , 主要用于综合平台与战役级保障指挥机构实现互联互通 ; 吊装系统安装于驾驶室与方舱之间的车辆底盘车架上 , 采用手动控制与有线遥控相结合的控制方式 , 用于被试机械部件的吊装及车辆备胎的装卸。

3 系统硬件设计
3. 1 底盘与方舱 3. 1. 1 底盘选型
在充分考虑机液平台的通用性、保障性、机动性、承载质量、取力等因素的基础上 , 选用东风某型越野车二类底盘作为运载工具。

3. 1. 2 方舱设计
按照 GJB1126-91! CAF40PD 方舱规范∀要求 , 在选用的标准军用方舱的基础上 , 在舱体上进行门窗的设计 , 以满足机液平台展开工作时的散热、观察、检查、部件起吊等需要。

在方舱的顶部开有推拉式天窗 , 位于机械部件试验区的正上方 , 以便机械部件试验系统工作时被试部件的吊装 ; 方舱两侧分别开有 2个翻板 , 以满足液压元件试验系统和综合测控系统散热、观察、检查等要求 ; 方舱后壁中部设有单开门 , 便于人员上下方舱。

3. 2 动力源系统
根据机液平台的功能定位 , 它需要具备野战条件下作业的能力 , 因此必须解决动力源系统的设计问题。

动力源系统一方面要给综合测控系统及方舱内部用电设备供电 ; 另一方面要为机械部件和液压元件试验系统提供被试部 (元的试验条件 , 主要指输入功率、转速、压力、流量等。

目前 , 机械部件试验的动力源可采用发动机、电动机、液压驱动等 3种形式 , 液压元件试验系统和吊装系统必须采用液压动力源。

考虑到机液平台空间的限制 , 同时兼顾 2大试验系统的动力源需求 , 采用智能控制技术和电液比例流量控制方法设计研制了 1个专门的液压
, 调 , 为试验系统提供需要的动力 ; 通过加装发电机 , 并研制智能配电系统 , 实现为舱内用电设备供电。

3. 2. 1 组成与功能
机液平台的动力源系统由液压泵站和 12k W 发电机及其配电系统组成 , 分别通过底盘的分动箱和变速箱取力。

液压泵站主要为机械部件、液压元件试验系统和吊装系统提供动力 , 需要的最大功率为 55k W 。

液压泵站通过底盘分动箱取力 , 最大功率可达到 90k W, 能够满足系统工作的需要 ; 发电机通过底盘变速箱取力 , 为整个平台的电气设备及系统提供交直流电源。

机液平台取力方案如图 2所示。

图 2 取力方案
3. 2. 2 系统设计
1 液压泵站设计
液压泵站主要由液压油箱、电液比例液压泵、各类阀组、传感器组、滤油器、散热器、管路和支路等组成。

液压泵由底盘分动箱驱动 , 采用驻车方式工作。

当车辆发动机转速为 1800r /mi n 时 , 液压泵转速为 2100r/min , 液压泵最大可输出 150L /mi n 的流量。

全车液压泵站通过液压元件试验系统的 PLC 控制装置实现液压系统压力、流量的比例控制 , 对系统压力、流量进行无级调节 , 满足各支路对液压动力的不同需求。

2 发配电系统设计
自发电装置由电子调速器、永磁发电机组成 , 驻车发电。

电子调速器将电信号转换为机械位移来调节发动机的供油量 , 以控制发动机的转速 , 使发电机转速恒定 , 从而保证发电机发电的品质。

配电装置由仪表、开关、过载保护装置及配电柜等组成 , 主要完成市电与柴油发电机组转换 ; 总电路的接通、切断和紧急停电 ; 电压、电流、频率等参数的仪表显示 ; 漏电、过压、过流保护。

电源接插装置位于方舱外部后壁板右下部 , 内有 220V 输入 /输出插座、舱体接地螺栓、急停按钮。

急停按钮用于用电设备出现紧急情况时 , 迅速切断舱内 8
第 4期冯辅周等 :通用装备机械液压系统综合检测试验平台的设计与研制
3. 3 综合测控系统
3. 3. 1 设计思路
综合测控系统是机液平台的核心 , 主要完成通用装备机械液压系统技术状况信息的原位采集、分析处理 , 评估与故障诊断 , 以及机液部 (元件修后试验条件控制 , 并将原始技术状况数据、检测与评估结果、试验结果等信息分类与集中存储 , 为信息管理系统提供统计分析、维修决策与数据传输的数据源。

在整合被检测装备部元件的测试资源需求的基础上 , 基于同类参数合并、通道复用的思想 , 确定了测控板卡的类型及数量、信号调理模块、传感器型号及数量 ; 基于面向检测参数的设计思想 , 设计了集通道分配、信号调理与转换、控制信号的放大等功能于一体的通用适配器 , 构建了 PXI 总线综合测控系统的硬件
[2-4]。

3. 3. 2 主要组成
综合测控系统的硬件主要由嵌入式控制器、测试板卡、功率驱动模块、电源模块、连接器、通用适配器、信号线组、传感器组与卡装具等组成 , 如图 3所示。

其中嵌入式控制器、测试板卡、功率驱动模块、电源模块、连接器集成在19i n 的标准军用加固机箱内。

3. 4 机械部件试验系统
3. 4. 1 设计思路
根据机液平台的功能定位可知 , 机械部件试验系统必须完成 ##种装备近 ###
个机械部件的
图 3 综合测控系统组成
修后试验 , 其研制必须解决好被试机械部件结构尺
寸和安装固定方式不同、试验转速范围宽、操纵方式多样 (机械、液压操纵等问题。

项目组在分析研究装备机械部件试验规范的基础上 , 基于柔性装卡、自动操纵的设计思想 , 设计研制了由电永磁吸盘、步进电机和丝杠组成的柔性支架 , 实现了一套柔性支架完成近 ###个机械部件试验时的支撑与固定 ; 采用气动传动技术和现代控制技术 , 设计了自适应的变速操纵装置、转向操纵装置 , 解决了通用装备离合器、变速箱、转向机试验的自动操纵问题。

3. 4. 2 主要组成
机械部件试验系统由试验台底板、机械部件试验系统动力源支路、专用传动箱、动力连接装置、柔性支架、 PLC 控制装置、操纵装置、传感器组、水泵试验装置和辅助支架等组成 , 如图 4所示。

主要完成通用装备机械部件的安装、固定 , 试验条件及过程控制 , 试验过程中状态参数的采集 , 以及机械部件修后
质量的分析评估。

图 4 机械部件试验系统组成
3. 5 液压元件试验系统 3. 5. 1 设计思路
根据液压元件试验系统的功能定位 , 参照国家规定的液压元件试验规范 , 在统计分析通用装备液压元件种类、接口形式及试验条件 (压力、流量范围的基础上 , 基于功能综合、自动高效的设计思
想 , 采用 PLC 控制技术和高精度的电液比例液压
泵 , 解决了液压元件试验时压力、流量的大范围连续可调的问题 , 完成了 ##种装备中的 ##类 ####余种液压元件的基本性能试验。

3. 5. 2 主要组成
液压元件试验系统主要由试验台架、 PLC 控制
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装甲兵工程学院学报第 22卷
装置、试验台液压支路 (控制阀组、传感器及管路、被试元件连接装置 (板式连接和管式连接、安全防护装置等部分组成 , 如图 5
所示。

图 5 液压元件试验系统组成
3. 6 吊装系统 3. 6. 1 设计思路
根据机械部件试验的基本工作要求 , 起重机工
作时应能满足重量不大于 1500kg 的被试机械部件从方舱天窗吊入、吊出 , 同时考虑起重机的自重、工作幅度、起吊时的稳定性及车辆的通过性等因素 , 确定了吊装系统的型号及其设计。

3. 6. 2 主要组成
吊装系统包括起重机和液压支腿。

起重机由液压支路、吊臂、卷扬机、手动/线控操纵装置等组成 , 采用折臂式结构 ; 支腿由支腿液压缸、横梁、锁紧定位装置及操纵阀等组成。

3. 7 通信与定位导航系统
运用卫星导航定位、高速跳频传输技术 , 实现综合检测试验平台的定位导航 , 并与战役装备保障指挥系统和修理机构实现互联互通。

通信与定位导航系统主要由超短波电台、数字车通、适配器和定位导航仪等组成 , 安装在驾驶室内。

4 系统软件设计
机液平台的系统软件由信息管理系统和综合测控系统 I M CS (Integrated M easure m ent and Con tr o l Syste m 2大子系统构成。

4. 1 信息管理系统
按照专业综合集成、数据统一管理、功能模块调用、操作可视控制、辅助智能决策的总体设计理念 , 遵循数据自动采集、分类存储、高效处理、适时传输的原则 , 采用层次模块化结构来设计信息管理系统。

系统软件采用树形层次结构 , 划分为系统管理、基础数据管理、部件检测试验管理、数据管理分析和数据通讯等模块 , 实现整个机液平台的数据管理 , 功能构成见图 6。

4. 2 综合测控系统
I M
CS 软件系统按其功能进行模块化设计 , 引入组态软件的设计思想 [5]
, 增强了系统的功能裁剪灵活性、通用性和开放性 , 易于维护和改进 ;
采用动态
图 6 信息管理系统功能构成
(下转第 29页
10
第 4期邱绵浩等: 基于 PX I总线的通装机液平台综合测控系统标准化设计 29 图 1 PX I总线综合测控系统软件功能框图 [ 2] 冯辅周, 曹玉坤, 王战军, 等, 通用装备机械液压系统综合检测试验平台的设计与研制 [ J] . 装甲兵工程学院学报, 2008 , 22 ( 4 : 6- 10. [ 3] [ 4] 冯安, 冯福来. 虚拟仪器技术的测试系统设计与标准化运用 [ J] . 信息技术与标准化, 2007( 6 : 35- 38 . 黄宝安, 史立新, 姚玉山. 总线技术在武器装备测试系统中的应用及发展 [ J]. 现代防御技术, 2006 34 ( 5 : 60 - 64. , 级组
件可重用等诸多优点, 能满足扩展保障对象的测试需求。

测控系统通过定义统一的软、硬件接口标准, 利用 1套测试资源, 通过资源的动态配置, 可满足 6个专业主要装备机械液压系统的技术状况检测和部件试验的要求。

参考文献: [ 1] 北京航天测控技术开发公司. 测试系统集成及 PX I总线产品选购指南 [ Z] . 北京: 航天测控技
术开发公司, 2003. (责任编辑: 戚琼华 ( 上接第 10页链接库实现信号分析与处理、
技术状况评估和故障诊断, 便于不同专业项目组在不同语言的开发环境中独立开展工作, 解决了不同人员对不同装备完成检测与评估以及故障诊断任务的同步开
发问题。

M I CS软件子系统由数据采集、信号分析处理、技术状况评估、故障诊断、试验条件控制、数据库访问、系统配置与自检、系统帮助等模块构成, 如图 7所示。

用 1套保障设备即可满足多个专业、多种装备综合保障的需要, 实现
了通用装备机械系统检测试验功能集成 [ 6] 。

机液平台的投入应用将扭转目前基于型号配备保障设备的维修保障模式, 使装备保障手段具有广谱、广域和全时的能力, 适应了一体化联合作战装备综合保障体系建设的现实需要。

参考文献: [ 1] 雷廷万. 综合测试技术通用性研究与应用 [ D ] . 成都: 四川大学, 2007. [ 2] [ 3] [ 4]
史彦斌, 段哲民. 航空电子综合测试系统的发展现状及趋势 [ J] . 计测技术, 2005 25 ( 4 : 1 - 3. , 魏巍, 闫清东, 马越. 基于虚拟仪器的车辆综合传动装置测试系统设计[ J] . 现代制造工程, 2007( 8 : 81 - 85 . 陈宏, 金心宇. 测控系统总线技术的现状与分析 [ J] . 机电工程, 2003 20( 2 : 72- 74 , . 葛利蕊, 孔祥芝, 刘鹏. 自动测试系统通用性的实现技术 [ J] . 海军航空工程学院学报, 2007 22 ( 6 : 651 - 654 , . [ 6] 张睿, 张愚, 刘东利. 通用装备机械液压系统综合检测试验平台运用问题研究 [ J] . 装甲兵工程学院学报, 2008 22( 4 : 16 , - 19. 图 7 [ 5] I CS软件功能模块构成 M 5 结论经应用,
证明机液平台功能强大、通用性好、集成度高、机动性好、操作简便、易学易用易维护, 采 (责任编辑: 牛燕平。