紀 濤,李小剛,趙長輝,徐 明,周 航

(中國航空工業(yè)空氣動力研究院,沈陽 110034)

0 引言

至今,國內(nèi)各單位的天平校準系統(tǒng)主要采用砝碼對被校天平施加校準載荷[1-2]。雖然從最初的手加砝碼改進成自動加砝碼,但隨著載荷范圍的增大,砝碼的數(shù)量和重量也隨之增加,致使加工、計量、使用和維護的工作量及難度加大、費用增加、加載時間加長;而且對于不同量程天平的校準,更換砝碼串也很繁瑣,同時砝碼與吊環(huán)之間容易刮碰,嚴重地影響了天平校準的自動化程度、效率和精準度;另外由于砝碼的質(zhì)量是固定的,無法復現(xiàn)風洞試驗中天平受力狀態(tài),確保風洞試驗數(shù)據(jù)的精準度。因此,在BACS5000天平校準系統(tǒng)研制之初,急需開展新的加載技術研究。根據(jù)調(diào)研和查閱相關資料[3-4],在國外的天平校準系統(tǒng)中,除采用砝碼加載外,還有采用氣動、液壓和機電等加載方法;其中氣壓和液壓加載需要有高壓氣源或液壓源,控制系統(tǒng)也比較復雜,使用和維護都有難度;近年來,隨著機電式直線傳動部件研制技術的發(fā)展,無論是承載能力還是控制精度等性能都得到了提高,而且都不低于氣壓和液壓傳動系統(tǒng)。在此基礎上,項目組開展了高精度機電式自動加載技術的研究,制定了詳細的技術方案,在已有BACS1500天平校準系統(tǒng)上進行了技術方案可行性驗證試驗,證明了技術的成熟度,最終在BACS5000天平校準系統(tǒng)中得以應用。

1 技術方案

在開展高精度機電式自動加載技術研究的過程中,首先制定了機電式自動加載的技術方案。

1.1 機械的技術方案

機械的技術方案:通過伺服電機、伺服電動缸、加載緩沖器(圓柱形拉伸彈簧結(jié)構)和加載滑輪,實現(xiàn)對天平施加加載;同時通過高精度負載傳感器獲得真正施加在天平上的載荷,反饋給控制系統(tǒng),指導伺服電機運動,如圖1。

1.2 測控的技術方案

測控的技術方案:通過CAN總線對伺服系統(tǒng)發(fā)出數(shù)字控制信號和傳感器返回信號實現(xiàn)閉環(huán),最終實現(xiàn)自動加載的目的,如圖2。

圖1 機電式自動加載的技術方案

圖2 加載控制系統(tǒng)控制流程圖

2 技術方案可行性驗證試驗

在已有BACS1500天平校準系統(tǒng)上采用砝碼和機電式自動加載裝置兩種方式,對11-N6- 45A進行加載對比試驗(圖3)。伺服電機每轉(zhuǎn)一周需要發(fā)10 000個脈沖,電動缸減速機的減速比為25∶1,電動缸的導程為5 mm,則電動缸的控制分辨率為0.000 02 mm。

圖3 機械和控制設備

驗證試驗結(jié)論:在復位和加載同時達到精度要求的情況下,砝碼和機電式自動加載裝置的升力元主系數(shù)相差0.04%,高精度機電式自動加載技術是可行的(圖4)。

3 高精度機電式自動加載技術的應用

BACS5000天平校準系統(tǒng)的研制應用了高精度機電式自動加載技術,共有十七套機電式自動加載裝置。

整套BACS5000天平校準系統(tǒng)實現(xiàn)了全自動化天平校準,對11-N6-45A天平的校準[5-6]用時3 h(高效率,一般現(xiàn)有校準系統(tǒng)用時12 h以上)。11-N6-45A天平的校準精準度均達到了國軍標要求的先進指標。

圖4 砝碼和機電式自動加載兩種加載方式比較

圖5 BACS5000天平校準系統(tǒng)和高精度機電式自動加載裝置

項目單元YMzMxXZMy準度/%0.130.050.150.10.170.13精度/%0.0030.0060.010.0240.010.016

4 結(jié)論

1)高精度機電式自動加載技術在復位和加載相互干擾的作用下滿足施加預定準度要求的體軸系校準載荷。

2)高精度機電式自動加載技術可以在一定載荷范圍內(nèi)對被校天平施加任意需要的校準載荷,復現(xiàn)風洞試驗中天平受力狀態(tài)。

3)只需更換高精度傳感器即可改變加載范圍,以適應不同量程天平校準的需要。

4)將高精度傳感器安裝于加載架和加載滑輪之間,則高精度傳感器的輸出反映了真實加載于天平上的載荷,消除了加載滑輪和鋼帶之間摩擦力的系統(tǒng)誤差和伺服電動缸等的安裝誤差影響,從而提高了天平校準精準度。