专利名称：飞机货舱动力驱动组件和旋转作动筒综合测试系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及到一种飞机货舱动力驱动组件(PDU)和低速高转矩旋转作动筒 的综合测试系统，尤其是涉及747和777F大型货机安装的货舱动力驱动组件(PDU)性能测
试ο
背景技术：
飞机货舱动力驱动组件(英文全称Power Drive Unit，简称PDU)是飞机货舱内传 输货物的一种机电装置，可以提供升举力将货物举起，然后进行前后方向传动，有些货舱动 力驱动组件(PDU)还带传感器，感应不同方向过来的货物之后，自身旋转，改变货物传送方 向。货舱动力驱动组件(PDU)目前在各种机型的货舱中普遍使用，装机数量较多，故障拆换 量较大，在装机前必须要进行测试。货舱动力驱动组件(PDU)的测试，就是模拟飞机货舱内 货物运输时的情形，对组件施加两个方向的载荷，观察组件的工作状态，这两个载荷分别为 垂直升举力模拟将货物顶起，和滚轮水平牵引力模拟将货物传输。但由于制造厂家众多，各 个厂家提供的测试台不具通用性，而且对于测试软件厂家不单独销售，测试台的整体售价 很昂贵，后期的维护会比较麻烦。另外，低转速、高转矩旋转作动筒是飞机上的一种电动驱动组件，它通过马达经过 齿轮箱减速后输出一定的转矩，从而驱动飞机上的一些部位作动。旋转作动筒安装于飞机 各个位置，如辅助动力装置(APU)进气门、襟翼、方向舵、水平安定面、货舱门等，应用十分 广泛。也是必须要进行测试才能装机的，旋转作动筒的测试，就是在组件运行时施加一定的 扭矩观察组件的工作状态。现有的飞机货舱动力驱动组件(PDU)和旋转作动筒的测试分别是由不同的测试 台来完成的。
实用新型内容本实用新型的目的，就是提供一种能满足多种不同类型的货舱动力驱动组件 (PDU)的测试要求，同时还能测试旋转作动筒组件的综合测试系统。为实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案是—种飞机货舱动力驱动组件(PDU)和低转速、高转矩旋转作动筒的综合测试系 统，包括测试台架、两端输出的磁粉测功机、液压作动缸和工控机，其特征是所述的测试台 架结构为由四立柱支撑，并且连接了上中下三块钢板的力平衡式钢架，所述钢架的中间钢 板为一固定平台，固定平台中间固定有所述的磁粉测功机；在所述钢架的一侧，以该侧的前 后立柱为滑道支承有滑动平台，一垂直设置的液压作动缸两端分别顶在所述的滑动平台底 部和该侧前后立柱的底部的下钢板之间；对应于所述的钢板的上钢板上吊设有一滚轮，其 水平滚动轴对应于所述的磁粉测功机输出轴并以联轴器连接；在所述钢架的另一侧的固定 平台上，安装有可左右滑动的旋转加载安装平台，使用时通过联轴器连接所述的磁粉测功 机的另外一侧。[0008]所述的钢架四立柱支撑有上中下三块钢板，以及两根纵梁构成，两根纵梁连接中 间钢板和上钢板，位于测功机和滚轮之间的联轴器左右各一块。所述的磁 粉测功机为Magtrol磁粉测功机，配置了可编程控制器和测试软件。所述的液压作动缸为MTS直线式液压作动缸，包括以管道连接的液压源、液压油 分配阀门、液压分配阀箱、伺服阀和直线式作动缸，以及力传感器、直线位移传感器(LVDT) 及控制器，力传感器、直线位移传感器与控制器有线缆连接，包括电信号和数据信号。所述的工控机控制系统分为主控制器和辅助控制器，主控制器通过GPIB总线连 接磁粉测功机控制器控制磁粉测功机，主控制器同时通过以太网接口连接MTS直线式液压 作动缸控制器控制液压作动缸，主控器上设有显示装置；辅助控制器通过接口卡同时连接 控制被测组件动作的各种信号�？椋浒痰缙髂？�、工作电压采集�？�、工作电流采 集�？橐约氨徊庾榧母髦制渌ㄑ缎藕拧Ｋ龅目勺笥一男釉匕沧捌教ń峁刮簧栌屑忧拷畎宓拇怪蓖湔郯澹� 其底板下设有滑轨装置，可在所述的固定平台上前后两条左右朝向的导轨上左右滑动，进 行组件测试时，通过一套固定装置将其固定。所述的钢架的上部钢板设有左右两块朝向下方的支承座板，这两块支承座板之间 安装了所述的水平轴支承滚轮。水平加载系统，用于对组件进行旋转方向的加载测试。Magtrol磁粉测功机加载 系统实现了两端输出轴分别用于两种飞机部件测试的功能。型号2PB15磁粉测功机可以提 供最大600N. m的扭矩，最高转速2000rpm，额定转速382rpm，额定功率达到24KW，并且该类 测功机可以在零转速时提供最大扭力，适用于低转速、高转矩旋转作动筒的加载测试，包括 额定加载、过载和堵转测试等；所述的磁粉测功机的另一端输出通过连轴器连接了一个半 径10厘米的加载滚轮，通过加载滚轮对被测货舱动力驱动组件(PDU)进行水平牵引力的 加载测试，也包括额定加载、过载和堵转测试。测功机本身配置了可编程控制器和测试软 件，控制器上可以随时显示测试过程中的转矩值和转速，也通过控制台的屏幕测试软件界 面读取测试数据和曲线图。该加载系统操作方便，可以对组件进行手动测试，也可以通过用 LabVIEff编写的程序进行全自动测试。MTS直线式液压作动缸垂直加载系统，用于对货舱动力驱动组件(PDU)进行垂直 方向升举力的测试。MTS直线式液压作动缸垂直加载系统包括液压源、液压油分配阀门、液 压分配阀箱、伺服阀、力传感器、直线位移传感器(LVDT)、直线式作动缸及控制器。力传感器 读取加载力的大�。毕呶灰拼衅�(LVDT)测试组件的运动行程，该作动系统最大可提供 50001bf负载，行程士5寸，可以覆盖各种不同的货舱动力驱动组件(PDU)加载测试。另外， 通过液压油分配阀门的转换，该液压源和控制器还可以控制另外一套液压加载测试系统。工控机控制台，对组件手动单步测试和全自动测试进行控制，并显示测试台的状 态和各类测试参数。工控机控制台分为主控制器和辅助控制器。主控制器是控制测试台架 的加载，通过GPIB连接磁粉测功机加载系统，控制测功机的加载和读取测试数据，同时通 过以太网接口连接MTS直线式液压作动缸的控制器控制作动缸的加载同时读取加载数据， 将测功机加载系统和液压作动缸加载系统在同一个测试界面上显示；辅助控制器主要是通 过研华的接口卡连接控制被测组件动作的�？椋杉徊庾榧墓ぷ鞑问屯ㄑ妒荩豢� 制台采用的是NI (美国国家仪表)的LabVIEW 二次开发软件系统，集成界面显示和数据处理，实时显示测试台的状态和测试参数，协助排故，结构紧凑，性能稳定，可靠性好。测试台架 、通用电气接头和各类安装夹具，安装连接被测组件。测试台架整体结构 设计简洁实用，充分考虑了使用过程中将会遇到的应力受力、安装方便、操作容易等问题， 经过优化最终成型，对于不同形状的部件，在公共的测试平台基础上只需配做相应的夹具 和适配器即可，而电气接头则分成了电源部分(包括115VAC，400Hz和28VDC和信号部分 (各类开关信号和通讯信息)，对于不同种类的部件转换方便，通用性很强。本实用新型的技术优点在于，它是一种集合货舱动力驱动组件(PDU)测试和低转 速、高转矩旋转作动筒测试的综合性测试平台，其以工业控制计算机为核心，通过各类传感 器(力、扭矩、位移、转速)和控制器形成闭环回路控制，通过加载器设备厂家提供的软件驱 动程序，以及LabVIEW编程软件自主设计生成形象直观的操作界面，系统有着高度开放性， 先进的加载设备为今后的能力升级和扩展提供了很好的技术基础。
以下结合附图和实施例对本实用新型测试系统做进一步说明。
图1是测试台架结构主视示意图；图2是图1的右视图；图3是主控制器系统连接图；图4是辅助控制器系统连接图；图5是测试系统结构框图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本综合测试系统的实施，包括测试台架6、两端输出的磁粉测功 机1、液压作动缸2和工控机7控制系统(图3显示)，测试台架结构为由四立柱、上中下 三块钢板以及两根纵梁构成的力平衡式钢架，钢架中间为所述钢板的中间钢板作为固定平 台8，固定平台中间固定有前述的磁粉测功机1 ；在钢架的右侧，以该侧的前后立柱为滑道 支承有可上下滑动的滑动平台4，一垂直设置的液压作动缸2两端分别顶在滑动平台9底部 和该侧前后立柱的底部钢板之间；对应于滑动平台的钢架的上部钢板上设有左右两块朝向 下方的支承座板，两支承座板之间通过水平轴支承有一滚轮3，其水平滚动轴对应于磁粉测 功机1输出轴并以联轴器连接；在钢架的左侧的固定平台上，设有可左右滑动的旋转加载 安装平台5，其结构为一设有加强筋板的垂直弯折板，其底板下设有滑轨，可在所述的固 定平台上前后两条左右朝向的导轨上左右滑动，且配置有固定装置，以便在做测试时固定 旋转加载平台。磁粉测功机为Magtrol磁粉测功机，配置了可编程控制器和测试软件；液压作动 缸为MTS直线式液压作动缸，包括以管道连接的液压源、液压油分配阀门、液压分配阀箱、 伺服阀和直线式作动缸，以及力传感器、直线位移传感器(LVDT)及控制器，力传感器、直线 位移传感器与控制器有线缆连接。参见图3和图4，工控机控制系统分为主控制器和辅助控制器，主控制器通过GPIB 总线连接磁粉测功机控制器控制磁粉测功机，主控制器同时通过以太网接口连接MTS直线 式液压作动缸控制器控制液压作动缸，主控器上设有显示装置；辅助控制器通过接口卡同时连接控制被测组件动作的各种信号模块，其包括继电器�？�、工作电压采集�？�、工作电流采集�？榧氨徊庾榧�(PDU)的其他通讯信号。也就是说，本综合测试系统一共有两套加载设备，分别是直线式液压作动缸2和 旋转磁粉测功机1，利用磁粉测功机的两端输出，使它实现了两种测试功能，即货舱动力驱 动组件(PDU)测试和旋转作动筒测试。由直线式液压作动缸2和磁粉测功机1分别完成对 货舱动力驱动组件(PDU)的垂直加载和旋转加载，更换货舱动力驱动组件(PDU)安装平台 4(也即滑动平台)的配件，可以实现对不同型号规格的货舱动力驱动组件(PDU)进行测试； 在测功机的另一端，通过旋转加载安装平台5能配合旋转作动筒完成旋转加载的测试。在充分分析实际测试要求、工作者使用要求和实际安装场地等因素后，对测试台 架6进行了结构和承载受力分析，最终选择力平衡式钢架结构。在直线式液压作动缸2和加 载滚轮3组成的主加载力系中，设计了两根与主加载力共面的主支撑柱(也即右侧的前后 立柱)，使得整个加载力系均衡稳定，在保证了宽敞的工作空间的前提下，有效避免了悬臂、 多立柱等增加结构复杂性、增加成本、妨碍工作者操作等不合理结构，在保证系统受力稳定 可靠、操作方便顺畅的前提下，大幅度降低了系统的结构尺寸和成本。另外，整个测试台采 用了标准化的零配件和系统，�？榛纳杓疲僮鞣奖悖子谑褂煤臀�。工控机控制系统主要包括数据通讯电脑系统，数据采集及控制系统等一些辅助系 统。整体采用19”标准工业机柜安装，封箱式设计。测试软件方面使用的是OT(美国国家 仪表虚拟仪表技术，LabVIEff 二次开发软件系统，集成界面显示和数据处理，可实时显示测 试台的状态和测试参数(加载力、转矩、转速、行程、功率、电压、电流、温度等)协助排故， 结构紧凑，性能稳定，可靠性好。中央控制台由两个独立的控制台组成，分别是“主控制器” 和“辅助控制器”。其中“主控制器”实现对测试台架的控制和数据采集，“辅助控制器”实 现对被测试件的通讯和控制。如图2所示，工控机控制系统主要是控制测试台架的加载，通 过GPIB连接磁粉测功机控制器，控制测功机的加载和读取测试数据；通过以太网接口连接 MTS控制器控制直线式液压作动缸的加载，同时读取加载数据。主控制器电脑系统为工业级 计算机配置，并加入了研华的GPIB卡工作稳定，维护方便。如图4所示，辅助控制器主要是 通过研华的PCI-1602UP通信卡连接控制被测组件动作的各个信号采集模块(继电器�？�、 工作电压�？�、工作电流�？橐约癈AN通讯总线�？�)，采集被测组件的工作参数和通讯数据。1.货舱动力驱动组件(PDU)测试系统货舱动力驱动组件(PDU)的安装平台采用�？榛�、快捷更换的方案。在平台上， 留有足够的空间安装各种形状和大小的被测组件的安装夹具和配件。针对各种型号的被 测组件，设计了接口统一、快速更换和安装的电气接头。在结构设计中，在货舱动力驱动组 件(PDU)安装平台的两侧，分别设计了两套长力臂滑套，此滑套直接安装在主支撑住上，作 为货舱动力驱动组件(PDU)安装平台的导向结构，在充分利用主支撑柱大结构强度的基础 上，保证直线式液压作动缸驱动的主测试平台运动稳定、精度持久，并且有效避免了结构的 复杂性。加载滚轮采用倒挂式结构，其与被测组件之间的空间很大，便于操作和观察。加载 滚轮采用钢制轮毂、表面包胶的方式，保证了加载轮可靠的结构强度，可靠的加载力矩，有 效避免了钢质加载滚轮加载时打滑、加载力不足等缺陷，同时表面包可胶皮防止加载轮划 伤被测组件表面，完善地保护了被测组件。由于采用钢制轮毂表面包胶的方案，在保证可靠 的加载力矩的前提下，使加载轮的结构尺寸大幅减小。[0033]系统采用计算机进行控制，可以进行全自动控制和人工控制的相互切换，具有数 据采集，实时显示测试结果，而且能够将测试的数据自动生成测试报告，并保存在计算机 中。通过计算机闭环控制(如图5，可以实现人机对话，指令的解释和执行，数据采集和 处理。计算机的操作系统使用安全性和可靠性很高的windows XP，测试软件使用NI的 LabVIEff可视化编程软件，易实现二次开发，而且可调用C语言和VB语言等等，操作界面形 象明了。采用MTS直线式液压作动缸进行垂直升举力加载一直线式液压作动缸模拟货物 压在PDU上，通过力传感器显示被测货舱动力驱动组件(PDU)的升举力，系统连续可调，并 且可以解决被 测货舱动力驱动组件(PDU)在快速作动时载荷变化的滞后和载荷冲击等问 题。加载过程中，采用力传感器和位移传感器作为反馈元件，组成闭环回路控制液压作动 缸。力传感器读取加载力的大�。毕呶灰拼衅�(LVDT)测试组件的运动行程，液压作动 缸最大可提供50001bf负载，行程士5寸，可以覆盖各种不同的货舱动力驱动组件(PDU)加 载测试。另外，通过液压油分配阀门的转换，该系统的液压源和控制器还可以控制另外一套 液压加载测试系统(飞机电动直线作动筒测试台)。采用Magtrol磁粉测功机进行水平牵引力加载一磁粉测功机适用于中低转速或 者中高扭矩范围的测试，可以在零转速时提供最大扭力，刚好适用于转速较低的货舱动力 驱动组件(PDU)。测功机本身内部自带速度传感器和扭力传感器，会通过控制器显示出被 测货舱动力驱动组件(PDU)轮子的转速和牵引力。同时，控制器和传感器(转矩和转速) 组成闭环控制，根据测试的要求通过计算机设置加载的大小。型号2PB15磁粉测功机可以 提供最大600N. m的扭矩，最高转速2000rpm，额定转速382rpm，额定功率达到24KW，磁粉测 功机的一端输出通过连轴器连接半径10厘米的加载滚轮，通过加载滚轮对被测货舱动力 驱动组件(PDU)进行水平牵引力的加载测试。测功机本身配置了可编程控制器和测试软 件，控制器上可以随时显示测试过程中的转矩值和转速，也通过控制台的屏幕测试软件界 面读取测试数据和曲线图。该加载系统操作方便，可以对组件进行手动测试，也可以通过用 LabVIEff编写的程序进行全自动测试。两套加载系统分别配置了相应的控制器和测试软件，在对组件进行手动单步测试 过程中，可按照部件维修手册(CMM)的测试要求，分别操作这两套加载系统各自的控制器 和测试软件完成；通过中央控制台的计算机，运行自行编写的测试程序完成组件的全自动 测试，并记录测试结果生成测试报告。2.低速高转矩旋转作动筒测试系统旋转作动筒的测试，是通过给作动筒施加一定的旋转扭矩模拟负载，测量它在空 载和带不同负载条件时的工作参数，如转矩、转速、电压、电流、运行时间等。利用磁粉测功机的另一端输出，配合安装法兰盘和联轴器即可作为旋转作动筒的 加载测试，对该旋转加载器实现一机两用，充分利用现有资源。旋转作动筒测试时，将关闭 货舱动力驱动组件(PDU)测试系统的液压升举力加载系统。通过磁粉测功机所产生的旋转 制动力矩，模拟被测试件的机载工作情况，通过计算机软件与控制器通信，发出指令并从传 感器获取信号实现闭环控制进行测试。通过测功机的扭力传感器和转速传感器，不但可以 直接从控制器上手动控制和获取测试数据，且可以通过控制器上的GPIB/RS232接口与控 制计算机连接，运行测试程序实现闭环全自动测试。
权利要求1.一种飞机货舱动力驱动组件和旋转作动筒综合测试系统，包括测试台架、两端输出 的磁粉测功机、液压作动缸和工控机，其特征是所述的测试台架结构为由四立柱支撑， 并且连接了上中下三块钢板的力平衡式钢架，所述钢架中间的钢板为一固定平台，固定平 台中间固定有所述的磁粉测功机；在所述钢架的一侧，以该侧的前后立柱为滑道支承有滑 动平台，一垂直设置的液压作动缸两端分别顶在所述的滑动平台底部和该侧前后立柱的底 部的下钢板之间；对应于所述的钢板的上钢板上吊设有一滚轮，其水平滚动轴对应于所述 的磁粉测功机输出轴并以联轴器连接；在所述钢架的另一侧的固定平台上，安装有可左右 滑动并且有固定装置的旋转作动筒加载安装平台，使用时通过联轴器连接所述的磁粉测功 机的另外一侧。
2.根据权利要求1所述的飞机货舱动力驱动组件和旋转作动筒综合测试系统，其特征 是所述的液压作动缸为MTS直线式液压作动缸，包括以管道连接的液压源、液压油分配阀 门、液压分配阀箱、伺服阀和直线式作动缸，以及力传感器、直线位移传感器及控制器，力传 感器、直线位移传感器与控制器有线缆连接。
3.根据权利要求1所述的飞机货舱动力驱动组件和旋转作动筒综合测试系统，其特征 是所述的磁粉测功机为配置了可编程控制器和测试软件的Magtrol磁粉测功机。
4.根据权利要求3所述的飞机货舱动力驱动组件和旋转作动筒综合测试系统，其特征 是所述的工控机控制系统分为主控制器和辅助控制器，主控制器通过GPI B总线连接磁 粉测功机控制器控制磁粉测功机，主控制器同时通过以太网接口连接MTS直线式液压作动 缸控制器控制液压作动缸，主控制器上设有显示装置；辅助控制器通过接口卡同时连接控 制被测组件动作的各种信号�？榧痰缙髂？�、工作电压采集�？�、工作电流采集�？橐约� 被测组件的各种其他通讯信号。
5.根据权利要求4所述的飞机货舱动力驱动组件和低转速、高转矩旋转作动筒的综合 测试系统，其特征是所述的钢架四立柱支撑有上中下三块钢板，以及两根纵梁构成。
专利摘要一种用于测试飞机货舱动力驱动组件(PDU)和低转速、高转矩旋转作动筒的综合测试系统，包括测试台架、Magtrol磁粉测功机旋转加载器、MTS液压作动缸垂直加载器、控制柜以及其他工装夹具。系统利用磁粉测功机前后两端的输出轴，实现了对两种不同飞机部件的测试。对于动力驱动组件(PDU)，测功机对其进行水平牵引力的加载测试，同时液压作动缸对其进行垂直升举力的测试；对于旋转作动筒，则用测功机另外一端输出对其进行加载测试。控制部分采用美国NI虚拟仪器的LabVIEW二次开发软件，可实时显示测试台的状态和测试参数，结构紧凑，性能稳定，可靠性好。对于不同款式的被测组件，只需配做相应的安装夹具即可，操作方便。
文档编号G01M99/00GK201876368SQ20102021778
公开日2011年6月22日 申请日期2010年6月2日 优先权日2010年6月2日
发明者刘明德, 张海平, 方斌, 曹东, 李辉宪, 郑建成, 郑桂芳 申请人:广州飞机维修工程有限公司
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