李毅峰，蔣 科，李寶輝，王 軼，王海霞，楊明浩，王 紅，金 朝，楊景慧

（空軍特色醫(yī)學中心，北京100142）

0 引言

載人離心機是航空航天醫(yī)學專用的大型地面實驗設備，是航空航天醫(yī)學領域唯一能夠在地面仿真模擬各種機動飛行動作的裝備，能夠使受試者真切感受到飛行對人體生理、心理的影響，能夠輔助檢查評估和鑒定飛行人員身體耐力是否適應其所飛機種的要求，飛行人員可以通過離心機訓練提高自身的抗荷耐力。我國于20世紀90年代開展了載人離心機訓練的相關研究并在六三型載人離心機上進行了試驗性訓練，2007年六三型載人離心機退役?，F(xiàn)所使用的高性能載人離心機是我中心從奧地利AMST公司引進的，于2005年交付使用，其具有全平衡、三自由度、高+Gz增長率的特點和動態(tài)飛行模擬功能等[1-2]。該設備對于提高飛行人員的飛行能力、保障飛行安全具有重要作用。

高性能載人離心機總體上主要由機械系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、飛行仿真系統(tǒng)、醫(yī)學監(jiān)護系統(tǒng)、安全防護系統(tǒng)以及輔助系統(tǒng)七大系統(tǒng)組成。其中機械系統(tǒng)包括主臂單元、傳動鏈單元和萬向架單元3個部分。主臂單元用于傳遞驅動系統(tǒng)產生的扭矩，帶動吊籃旋轉；傳動鏈單元是主驅動扭矩傳輸給主臂單元的一系列裝置；萬向架單元是用以支撐吊籃進行滾轉和俯仰運動的裝置。載人離心機的工作原理是：當旋臂繞固定軸旋轉時產生慣性離心力，提供可變重力場，以模擬飛機機動飛行、飛船起飛和返回階段出現(xiàn)的持續(xù)性加速度環(huán)境。通過調整受試者體位，可使其受到不同軸向的加速度作用。調整控制系統(tǒng)可產生不同數(shù)值、增長率和作用時間的加速度[3]。三軸向載人離心機可產生X、Y、Z 3個方向的加速度，這3個方向加速度的正值方向分別是胸到背方向、右臂到左臂方向、頭到腳方向[4-5]。載人離心機是加速度生理研究的必要設備，隨著現(xiàn)有載人離心機使用年限的增加，其故障發(fā)生率也逐漸提高，這要求工程人員能夠及時發(fā)現(xiàn)問題，排除故障并進行維修。

載人離心機系統(tǒng)龐大、結構復雜，且隨著訓練任務的不斷增大，其使用率較高，一旦出現(xiàn)問題，需要較快地找出原因，并維修解決。因此熟悉各系統(tǒng)的結構原理，掌握排除載人離心機各類故障的方法，確保載人離心機始終處于完好的工作狀態(tài)是十分重要的。載人離心機系統(tǒng)繁多，各個系統(tǒng)都可能出現(xiàn)問題，一一列舉比較復雜，本文僅以剎車系統(tǒng)為例，對載人離心機該系統(tǒng)較經常出現(xiàn)的故障及典型故障進行分析并提出排除方法。

1 故障及維修

1.1 剎車系統(tǒng)常見故障

（1）來自主電動機的故障報警。分析故障原因，有以下幾種情況：最常見的是軸承潤滑泵方面的問題，可能是主電動機潤滑泵不工作，或者是軸承潤滑油水平太低或泄漏。排除故障的方法為：如果是軸承潤滑泵方面的問題，需檢查潤滑泵供電電源及前端開關是否正常，及時予以復位；如果是軸承潤滑油水平太低或泄漏，需及時補充專用的潤滑油達到指定水平。

（2）來自主剎車方面的故障報警，常見的是剎車打不開。分析故障原因可能是剎車漏氣，或者限位開關失效。排除故障的方法為：檢查主剎車功能，并檢查限位開關，如果是限位開關失效，則更換限位開關；檢查壓力指示，其低于一定限制即為漏氣，需及時排氣，恢復剎車功能。主剎車系統(tǒng)結構圖如圖1所示。

圖1 主剎車系統(tǒng)結構圖

（3）來自滾轉和俯仰電動機的故障報警。常見的原因可能是滾轉和俯仰電動機供電方面的問題，也可能是剎車系統(tǒng)方面的問題。首先查看滾轉和俯仰電動機的供電是否正常、供電開關是否打開、供電的主接觸器是否正常工作，如果是滾轉和俯仰電動機供電方面的問題，排除故障的方法為：打開相應開關和主接觸器，如果開關和主接觸器等不能正常工作，則更換相應部件。其次查看滾轉剎車是否正常，如果滾轉剎車打不開或在運行中關閉，分析原因可能是剎車是由油壓系統(tǒng)驅動，依據(jù)電路圖檢查油壓系統(tǒng)開關或者閥門是否損壞，即如果檢修中滾轉剎車可以打開，基本確定是油壓開關的問題，排除故障的方法為更換受損的油壓開關；如果滾轉剎車一直是閉合的，則檢查閥門，判斷是否是閥門的問題，若是則更換受損的閥門。俯仰剎車的處理方法與上述滾轉剎車的排除方法類似。圖2為滾轉和俯仰剎車系統(tǒng)結構圖。

圖2 滾轉和俯仰剎車系統(tǒng)結構圖

1.2 剎車系統(tǒng)典型故障1例

1.2.1 排除故障過程

載人離心機系統(tǒng)開機后無法運行，報警提示為：Fault hydraulic power unit oil pressure，提示液壓能量單元有問題。主剎車、滾轉和俯仰剎車都是油壓剎車方式，液壓能量單元由泵提供動力。排除故障時，首先查看液壓能量單元油箱的油標，查看潤滑油水平是否指示正常，排除潤滑油少油或漏油的問題；查看潤滑泵是否正常工作；查看油壓表，檢查是否油壓過高（超過最大工作壓力200 MPa）。根據(jù)實際經驗，故障原因很可能是油壓過高，傳感器將此信息傳送給安全可編程邏輯控制器，其檢測到壓力信號超限后給出故障報警，導致系統(tǒng)無法啟動。因此此故障的排除方法是降低油壓，排出潤滑油中的氣體。

具體操作過程為：首先在油箱中加入足夠的潤滑油，防止油面太低，接著將剎車盤的油嘴接上出油管路，打開控制油路出油的開關和閥門，出油管的另一端連接潤滑油的回收容器，回收的油可以視情況再利用。準備工作完成后，通過載人離心機輔助系統(tǒng)打開剎車，接收到剎車命令后，液壓能量單元的潤滑泵開始工作，給潤滑油加壓，潤滑油在壓力作用下進入各管路，最后經出油口排出。排氣時需用扳手精確控制油嘴旁邊的控制閥，以達到控制管中油路流速的目的。載人離心機主剎車有前后2個，每個主剎車有上下2個剎車盤，分別排出4個剎車盤位置油路中的氣體。排氣過程中會觀察到油路中斷斷續(xù)續(xù)出現(xiàn)大小不一的氣泡，說明排除氣體有效。一直加壓直至油路中看不到氣泡串，即氣體基本排干凈，可以停止操作。根據(jù)經驗，每一個剎車位置需消耗10 L左右的潤滑油才基本可以把該處油路中的氣體排干凈。

1.2.2 排氣時的注意事項

（1）排氣時應密切觀察液壓能量單元油箱的潤滑油水平。從油箱加入的潤滑油經各管路從剎車的油嘴排出，操作過程中油箱里的油量不斷減小，因此需經常觀察油箱中油標。如果油標指示的油水平低于一定值，油箱里充斥大量空氣，很容易導致氣體再次進入，增加排氣的工作量，因此操作中需密切關注油水平指示。油水平一般應該處于油箱油標指示的最下限（紅線）和最上限（藍線）之間，即最低不能低于紅線，最高不能高于藍線。但在實際應用中，為防止?jié)櫥驮谂艢膺^程中再次進入氣體，根據(jù)經驗，本例故障中的油水平不應低于距離紅線約為紅藍線之間總距離的1/8處，低于此水平線時需及時補充油量。

（2）排氣過程中需精確控制閥門的開度。通過調整剎車盤出油嘴旁邊的閥門來控制出油的速度。如果閥門開得過小，管路不出油或油的流速太低會使排氣效果不好；如果閥門開得過大，容易造成出油嘴處噴油甚至整個系統(tǒng)管路噴油，后果也很嚴重。因此需精確控制好閥門的開度，即控制好出油的速度，需由有經驗的專業(yè)維修人員操作。

（3）操作中需注意出油嘴處管路連接的密封性。出油管和出油嘴需連接牢靠，如果松動，出油嘴會漏油，并且出油嘴和出油管兩端可能直接進入大量氣體，使排氣工作量大大增加，因此需注意出油嘴處管路連接的密封性。本例故障中，維修人員在必要時一直用手加固以確保出油管和出油嘴的牢固連接。

（4）根據(jù)載人離心機旋轉的前后方向將剎車分為前剎車和后剎車。在旋轉力的影響下，剎車油路中的氣泡容易向前剎車的一方聚集，并且由于氣泡有上浮的特性，所以前剎車上面一側的油路中氣泡相對較多一些，因此每次操作時可考慮為前剎車上面一側的油路優(yōu)先排氣，預期能取得較高的效率和較好的效果。

（5）由于排出油中氣體需換較多的潤滑油，排出的攜有氣體的潤滑油較多，直接處理掉較為浪費，可以用容器將其回收并放置一段時間，待里面氣體徹底離析出來以后再重復利用。

（6）緊急情況下可通過手動操作液壓能量單元以快速排出油中氣體，即在斷電情況下先操作油壓傳感器端的卸壓閥快速卸壓，在油壓迅速降低的同時，氣體也迅速排出，之后再手動操作增壓泵，使之增壓到正常壓力水平。增壓后可將剎車手動打開并保持打開狀態(tài)，此時在高油壓的作用下，氣體不容易進入，油壓不易降低，從而減少故障報警。但是不能經常手動操作打壓，剎車也不能經常處于打開狀態(tài)，否則機械電子設備經常處在上電的高壓狀態(tài)下容易發(fā)熱導致?lián)p壞乃至燒掉，所以該方法只適用于應急情況下，應盡量減少使用。

1.2.3 故障原因分析

載人離心機剎車系統(tǒng)此類故障發(fā)生的原因可能來自以下幾個方面：

（1）油路各管路密封不嚴所致，但這種情況一般進入氣體不多。

（2）管路各接頭密封不嚴所致，也可能是某個接頭處松動，這種情況發(fā)生的可能性相對較大。

（3）與潤滑油有關，潤滑油在快速流經不同截面的管路時會離析出氣泡，根據(jù)自身的特性，油會隨著時間緩慢釋放出氣體。但是鑒于之前系統(tǒng)也是用的同一種潤滑油，卻未曾出現(xiàn)類似故障，所以該方面的因素不強。

（4）維修中液壓能量單元的打壓泵在壓力表顯示的壓力上升到一定數(shù)值后，有的時候沒有停止，而是仍然打壓了一會兒才停止，而打壓泵是由可編程邏輯控制器通過相應的邏輯控制發(fā)出指令的，此時油中排出的氣體也并不是很多，所以此種情況也懷疑是打壓泵的邏輯控制出了問題，使其不能及時停止打壓，導致傳感器檢測油壓升高而報警，系統(tǒng)不能啟動，而這并不一定是油中氣泡增多的緣故。此種情況可能需對邏輯控制的軟件部分進行修改，才能解決問題。

（5）本故障是載人離心機更換剎車系統(tǒng)后出現(xiàn)的，新剎車系統(tǒng)的剎車盤沒有排油孔，而原系統(tǒng)存在排油孔，所以考慮故障是由于更換剎車這一事件引起的可能性最大。檢查各油路管路和各接頭，緊固以防止漏氣，并排出油中氣體雖然都是解決方法，但每次操作需耗費大量的時間和精力，所以最主要的解決途徑是在新的剎車系統(tǒng)上加上排油孔，這樣當油中進入氣體，壓力升高時，通過控制閥能自動將油排出，降低油壓，保持油壓正常，不出現(xiàn)故障報警，使載人離心機正常運轉。但是載人離心機系統(tǒng)龐大復雜，新的剎車系統(tǒng)添加排油孔，需要配件、技術等各方面的支持，這是后續(xù)需要進一步解決的問題。目前為剎車系統(tǒng)油路排氣仍然是排除故障、保障設備正常運轉使用的有效措施和方法。

2 結語

高性能載人離心機在科學研究和飛行人員選拔訓練中發(fā)揮著越來越重要的作用。載人離心機故障的排除一定是建立在熟知其各個系統(tǒng)的工作原理和結構組成的基礎之上，并且需熟悉相應圖紙及實地安裝情況，根據(jù)故障現(xiàn)象分析確定故障可能出現(xiàn)的分系統(tǒng)，進而確定可能出現(xiàn)的子系統(tǒng)，最后確定故障具體位置，即盡可能把故障可能出現(xiàn)的區(qū)域縮小，最終把故障鎖定在一個具體位置點上。這樣才能快速找到故障原因并且排除故障。另外，平時的維護工作也是十分重要的，不僅能使設備處于較好的工作狀態(tài)，同時也能使維修技術人員熟悉掌握設備的使用情況，并作出是否需要進行預防性工作的決策。但是日常維護要嚴格按照相關規(guī)定執(zhí)行，并且嚴格按照要求進行規(guī)范操作。能夠準確、高效、快速地處理設備出現(xiàn)的故障，是對載人離心機維修人員提出的較高要求。作為大型醫(yī)療設備的維修人員，必須熟知設備的運行原理，并且不斷地學習新技術和新方法，才能完成載人離心機的維修維護工作。