趙新舟，丁玉海，陳世榮

(南京電子技術研究所， 江蘇 南京 210039)

機動性雷達液壓系統(tǒng)可靠性分析*

趙新舟，丁玉海，陳世榮

(南京電子技術研究所， 江蘇 南京 210039)

現代戰(zhàn)爭對機動性雷達液壓系統(tǒng)的無故障工作能力提出了很高的要求，為了評估液壓系統(tǒng)工作可靠性水平，文中以某機動性雷達為例，詳細闡述了液壓系統(tǒng)的工作原理和組成，劃分出7個功能模塊子系統(tǒng)，建立了系統(tǒng)的可靠性框圖和數學模型，并根據該模型，對系統(tǒng)進行了可靠度計算，給出了可靠度仿真曲線和分析結果，最后，提出了提高液壓系統(tǒng)可靠性的幾種有效方法，對機動性雷達液壓系統(tǒng)的可靠性設計具有重要的借鑒意義。

機動性雷達；液壓系統(tǒng)；可靠性模型；可靠度

引 言

在現代戰(zhàn)爭中，機動性雷達面對低空突防、巡航導彈及反輻射導彈等多重快速打擊能力時，具有較強的生存能力和戰(zhàn)斗力，因而受到了各國軍事裝備研制部門的高度重視。天線快速架撤時間是衡量雷達機動性的一項重要量化指標，而液壓系統(tǒng)因其具有承載能力強、功率大、體積小、工作平穩(wěn)、易于自動化等優(yōu)點而在天線快速架撤技術中得到廣泛應用。隨著微電子技術的迅猛發(fā)展，電液伺服和數字式液壓系統(tǒng)的應用越來越廣泛，系統(tǒng)自動化程度和復雜性也不斷提高，對系統(tǒng)的可靠性和無故障率要求也將更高。因此，對機動性雷達架撤液壓系統(tǒng)進行可靠性研究，不斷提高其可靠性水平是擺在我們面前的一項重要任務[1]。

天線架撤液壓系統(tǒng)可靠性研究包括可靠性設計、可靠性預測、可靠性分析、可靠性試驗等多個方面。文中利用系統(tǒng)可靠性分析技術對某雷達天線車液壓系統(tǒng)的可靠性進行了計算與仿真，以提升系統(tǒng)可靠性水平，實現雷達液壓系統(tǒng)全壽命周期設計和良好的經濟效益。

1 液壓系統(tǒng)的組成及工作原理

1.1 系統(tǒng)的組成及工作原理

某機動性雷達天線車液壓系統(tǒng)按功能可分為液壓動力站、天線車調平、天線舉升、天線邊塊折疊及鎖緊、天線旋轉、天線鎖緊及副天線折疊共7個子系統(tǒng)。系統(tǒng)的工作原理如圖1所示。

1.2 子系統(tǒng)的功能及組成

液壓動力站為各執(zhí)行子系統(tǒng)提供動力源，主要包括變量液壓泵、油箱組件、溢流閥、電機、過濾器、單向閥及壓力表；天線車調平系統(tǒng)實現天線裝載平臺的自動調平，主要包括控制閥組、壓力傳感器、液壓馬達、旋轉編碼器、液壓鎖、單向平衡閥、分集流閥及蛙腿油缸；天線舉升系統(tǒng)實現天線工作與運輸狀態(tài)的轉換，主要包括控制閥組、順序閥、單向平衡閥及舉升油缸；天線邊塊折疊及鎖緊系統(tǒng)實現天線邊塊的展開和收藏，主要包括控制閥組、液壓鎖、分集流閥、順序閥、單向平衡閥、折疊油缸及鎖緊油缸；天線旋轉系統(tǒng)實現天線陣面的±90°旋轉，主要包括控制閥組、液壓鎖及旋轉馬達；天線鎖緊系統(tǒng)實現主天線工作狀態(tài)鎖緊和運輸狀態(tài)解鎖，主要包括控制閥組、液壓鎖及鎖緊油缸；副天線折疊實現副天線工作與運輸狀態(tài)的轉換，主要包括控制閥組、液壓鎖及折疊油缸。

圖1 某機動性雷達液壓系統(tǒng)工作原理

2 液壓系統(tǒng)可靠性框圖及數學模型

2.1 液壓系統(tǒng)可靠性框圖

液壓系統(tǒng)典型的可靠性模型主要有串聯(lián)系統(tǒng)、并聯(lián)系統(tǒng)、貯備系統(tǒng)、表決系統(tǒng)及組合系統(tǒng)。該雷達液壓系統(tǒng)可靠性模型屬于串聯(lián)與表決的組合系統(tǒng)[2]。根據該雷達液壓系統(tǒng)原理圖，建立各子系統(tǒng)的邏輯關系，可得到系統(tǒng)可靠性框圖，如圖2所示。

2.2 液壓系統(tǒng)可靠性模型

系統(tǒng)中任意一個元件失效都會使整個系統(tǒng)失效稱為串聯(lián)系統(tǒng)。設各元件的失效互相獨立，則由n個元件組成的串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度為[2]

式中：Rs為串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度；Ri(t)為元件i的可靠度；t為工作時間。

圖2 某機動性雷達液壓系統(tǒng)可靠性框圖

系統(tǒng)中至少有k個元件正常工作時，系統(tǒng)就能正常工作稱為n中取k(1≤k≤n)表決系統(tǒng)。由n個相同元件組成且相互獨立的表決系統(tǒng)可靠度為[2]

系統(tǒng)可靠性模型可等效為7個子系統(tǒng)的串聯(lián)系統(tǒng)模型。雷達天線車液壓系統(tǒng)在整個壽命期內，其失效率與時間關系可用“浴盆曲線”表示。在正常工作階段，失效率為一常數λ，壽命分布函數采用指數分布，可靠度函數為[2]

因此，系統(tǒng)可靠度為

Rs(t)=R1(t)R2(t)…R7(t)=

e-λ1t·e-λ2t·e-λ3t·e-λ4t·e-λ5t·(4e-3λ6t-3e-4λ6t)2

3 液壓系統(tǒng)可靠性分析

3.1 液壓元件可靠度的確定

液壓元件的工作失效率為[3]

λ=λ0·K·D

式中：λ0為基本失效率，是元器件在標準試驗條件下測得的數據；K為環(huán)境因子；D為綜合考慮液壓元件應用、測試和驗收情況而得到的降額因子。

有些液壓部件的失效率還需結合其可靠性模型計算結果來確定，如液壓泵可采用應力-強度干涉模型計算其磨損、疲勞失效率。雷達液壓系統(tǒng)元件基本失效率見表1。

表1 液壓元件的基本失效率λ010-6h

名稱上限平均下限油箱組件2.521.50.48液壓泵24.4100.2溢流閥14.15.73.27電機0.580.30.11過濾器0.80.30.045單向閥8.152.2軟管和接頭2.010.030.012換向閥19.7112.27壓力傳感器7.840.135調平液壓馬達7.154.31.45旋轉變壓器4.510.08液壓鎖248.12.3單向平衡閥2513.58.4分集流閥30152快速接頭2.010.10.012蛙腿油缸0.120.0080.005蓄能器19.37.20.4順序閥8.14.62.1舉升油缸0.120.0080.005副天線折疊油缸0.50.020.005天線鎖緊油缸0.120.0080.005旋轉馬達7.154.31.45邊塊鎖緊油缸0.120.0080.005邊塊折疊油缸0.40.010.005

3.2 雷達液壓系統(tǒng)可靠度計算

該雷達天線架撤一次液壓系統(tǒng)工作總時間t為12.5 min，液壓各子系統(tǒng)工作時間t分配為：液壓動力站12.5min，天線車調平6min (0.48t)，天線舉升4 min (0.32t)，天線邊塊折疊及鎖緊1 min(0.08t)，天線旋轉0.7 min(0.08t)，天線鎖緊0.3 min(0.024t)，副天線折疊0.5 min(0.04t)。取K=10，D=0.7，經計算，各子系統(tǒng)可靠度為

R1(t)=e-KDλ01t1=e-172.2t×10-6

R2(t)=e-KDλ02t2=e-628.9t×10-6

R3(t)=e-KDλ03t3=e-146.3t×10-6

R4(t)=e-KDλ04t4=e-40t×10-6(4e-0.12t×10-6-3e-0.16t×10-6)2

R5(t)=e-KDλ05t5=e-13.3t×10-6

R6(t)=e-KDλ06t6=e-3.4t×10-6

R7(t)=e-KDλ07t7=e-5.5t×10-6

因此，雷達液壓系統(tǒng)可靠度為

Rs(t)=e-1 009.6t×10-6(4e-0.12t×10-6-3e-0.16t×10-6)2

系統(tǒng)平均無故障工作時間為

采用MATLAB進行可靠性仿真[4]，各子系統(tǒng)可靠度曲線如圖3所示，雷達液壓系統(tǒng)可靠度曲線如圖4所示。

圖3 各子系統(tǒng)可靠度曲線

圖4 雷達液壓系統(tǒng)可靠度曲線

由圖2可知，天線車調平子系統(tǒng)包含的液壓元件多，工作時間長，其可靠度最低，邊塊折疊鎖緊系統(tǒng)采用表決系統(tǒng)后，油缸組可靠度高于串聯(lián)系統(tǒng)，天線鎖緊和副天線折疊可靠度最高。

根據指標要求，液壓系統(tǒng)可靠度最低不小于0.9，因此雷達液壓系統(tǒng)工作100 h需要進行維護保養(yǎng)，系統(tǒng)無故障工作時間990 h能滿足系統(tǒng)20年壽命的可靠性指標要求。

4 結束語

機動性雷達液壓系統(tǒng)可靠性建模和仿真計算結果表明，液壓系統(tǒng)多屬于串聯(lián)系統(tǒng)，各種閥組、軟管和接頭、液壓缸較多，系統(tǒng)可靠度受液壓系統(tǒng)復雜程度影響大。為進一步提高系統(tǒng)可靠度，還需要采取以下措施：

1)提高使用頻數多或關鍵路徑上的重要元件可靠度；

2)在滿足功能要求的前提下，簡化系統(tǒng)設計，減少串聯(lián)環(huán)節(jié)和元件數量；

3)采用冗余或表決系統(tǒng)，提高關鍵子系統(tǒng)可靠性；

4)加強雷達液壓系統(tǒng)裝配和使用過程的污染防護與控制；5)進行環(huán)境應力篩選試驗和可靠性增長試驗，以改正設計和制造中的缺陷，提高液壓系統(tǒng)可靠性；

6)聯(lián)合伺服控制系統(tǒng)進行整機架撤可靠性分析，進一步提高雷達機動系統(tǒng)的可靠性水平。

[1] 程登元，趙德昌. 地面高機動雷達液壓系統(tǒng)研究[J]. 電子機械工程，2007，23(4)：37-40.

[2] 趙靜一，姚成玉. 液壓系統(tǒng)可靠性工程[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2011.

[3] O′CONNOR P D T. Practical reliability engineering[M]. 李莉,譯. 北京：電子工業(yè)出版社，2005.

[4] 尚濤，謝龍漢，杜如虛. MATLAB工程計算及分析[M]. 北京：清華大學出版社，2011.

趙新舟(1974-), 男，碩士，高級工程師，主要從事地面雷達結構總體設計工作。

丁玉海(1975-), 男，碩士，高級工程師，主要從事地面雷達結構總體設計工作。

陳世榮(1979-), 男，博士，工程師，主要從事地面雷達結構總體設計工作。

Reliability Analysis of Hydraulic System for Mobile Radar

ZHAO Xin-zhou，DING Yu-hai，CHEN Shi-rong

(NanjingResearchInstituteofElectronicsTechnology,Nanjing210039,China)

The high reliability of hydraulic system for mobile radar is required in the modern war. To estimate the system reliability, this paper describes the principle and composition of the hydraulic system in detail of a mobile radar which is divided into seven subsystems. The reliability block diagram and mathematic model are established. The reliability is calculated based on this model and the reliability results and simulating curves are analyzed in this paper. Some effective methods of improving the reliability of hydraulic system are put forward, which can be applied to the reliability design of the hydraulic system for mobile radar.

mobile radar； hydraulic system； reliability model； reliability

2012-11-16

TN956

A

1008-5300(2013)02-0031-03