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1、通用装备机械液压系统综合检测试验平台的设计与研制XX2008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 ngAug . 2008Vo. 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

2、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

3、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 :ADesi gn and Develop m ent of T esting Vehicle forM echan i cal and Hydraulic Syste m s of G eneral Equi p m entFENG Fu zhou 1CAO Yu kun 2WANG Zhan jun 3AN Gang 1AN

4、H ong w e i2(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

5、 of Ar m ored Force Eng i neeri ng , Beijing 100072, Ch i naAbst 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 so

6、lve 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 , eva

7、luati 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

8、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

9、 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

10、 m; technica 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

11、 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

12、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

13、 , 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

14、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

15、 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

16、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

17、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

18、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

19、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

20、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

21、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

22、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.

23、 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

24、 , 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

25、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9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

26、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 ,

27、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

28、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 MCS 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

29、 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

30、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

31、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

32、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