唐為民，郭亞軍，王 磊

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第38研究所，安徽合肥 230088)

0 引言

高機(jī)動(dòng)米波雷達(dá)是探測(cè)隱身目標(biāo)的有效裝備，作為車載式高機(jī)動(dòng)性可轉(zhuǎn)移武器設(shè)備，在有限的運(yùn)算車輛下，有幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)需要研究［1-2］:①設(shè)備量多，機(jī)動(dòng)架設(shè)時(shí)間非常短;②天線在大風(fēng)下的生存能力;③機(jī)動(dòng)運(yùn)輸尺寸指標(biāo)的苛刻，需要采用多種機(jī)構(gòu)手段協(xié)調(diào)解決這些問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)大型陣面的舉升都是采用液壓缸作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，傳統(tǒng)的液壓設(shè)計(jì)計(jì)算都通過(guò)理論計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選型，這種計(jì)算無(wú)論在競(jìng)標(biāo)階段還是實(shí)物設(shè)計(jì)階段都存在風(fēng)險(xiǎn)大、數(shù)據(jù)不直觀、耗費(fèi)人力物力等不足。筆者利用AMESim軟件建立了三級(jí)液壓缸的系統(tǒng)模型［3-4］，通過(guò)受力分析取得了仿真模型的參數(shù)，并對(duì)系統(tǒng)在不同工況下的液壓缸特性進(jìn)行了詳細(xì)探討。

1 舉升系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與受力分析

多級(jí)缸舉升系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1、2所示，圖2為舉升狀態(tài)，圖1為初始狀態(tài)。液壓缸啟動(dòng)時(shí)，舉升背架處于水平狀態(tài)，液壓缸所受的負(fù)載最大，主要是重力。舉升到位時(shí)，系統(tǒng)所受負(fù)載為風(fēng)力和重力的合力。以下為兩種狀態(tài)的受力分析:

對(duì)轉(zhuǎn)軸O取矩，根據(jù)力矩平衡可得:

式中:F為液壓缸的推力，N;G為天線重及附件，取11 000 kg;g 取 9.8 N/kg;L1取9 259 mm;L2取2 378 mm。

代入式(4)，可得:F=209 865 N

根據(jù)F=P·A，又A=π·d2/4

式中:F為液壓缸的推力，取F=171 708 N;P為系統(tǒng)正常壓力，取P=16 MPa。

代入上式，可得:d=129 mm。

圖1 主油缸初始狀態(tài)

(2)主推缸采用多級(jí)缸結(jié)構(gòu)，考慮行程較長(zhǎng)，第一級(jí)D1=200 mm、行程S1=1 650 mm;第二級(jí)D2=160 mm，行程S2=1 650 mm，第三級(jí) D2=120 mm，行程S2=1 650 mm，兩端結(jié)構(gòu)式為關(guān)節(jié)軸承和自潤(rùn)滑軸承。當(dāng)主缸的最后一級(jí)推出時(shí)，受風(fēng)載很大，按此工況對(duì)最后一級(jí)油缸進(jìn)行校核。當(dāng)油缸推到位時(shí)，天線背架傾角約為70°，考慮到天線背面的風(fēng)力影響，液壓缸受到風(fēng)力和天線重力的合力作用。由30 m/s風(fēng)速下風(fēng)載計(jì)算可得此時(shí)風(fēng)力為F2=9.48 t。

同理得:L1=2 974，L2=3 074，L3=8 740 mm。

可得知F1=186 931 N。

圖2 主油缸到位狀態(tài)

經(jīng)計(jì)算液壓缸參數(shù)取值如表1。

根據(jù)F=P·A，又A=π·d2/4

式中:F為液壓缸的推力;P為系統(tǒng)正常壓力，取P=16 MPa

代入上式，可得:d=122 mm。

表1 主液壓缸參數(shù) /mm

2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

液壓系統(tǒng)原理如圖3所示。

圖3 液壓系統(tǒng)原理

通過(guò)鉸接點(diǎn)在初始狀態(tài)與到位狀態(tài)的距離計(jì)算，可得出液壓缸需要三級(jí)。三級(jí)缸在每一級(jí)到位后，都會(huì)有活塞與缸體的碰撞，易造成缸體的振動(dòng)，所以液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須緩沖這種沖擊，減小對(duì)缸體的損壞。一般減小沖擊有三種途徑:①采用帶緩沖的油缸;②在主回路上不斷進(jìn)行速度調(diào)節(jié);③在回油路上增加背壓。本文采用②③方式的復(fù)合結(jié)構(gòu)。

3 AMESim仿真建模

3.1 三級(jí)缸建模

用單級(jí)缸聯(lián)合法構(gòu)建三級(jí)液壓缸模型，如圖4所示。三級(jí)缸伸出時(shí)，正腔加壓，第一級(jí)活塞先伸出，由于缸體碰撞，第一級(jí)活塞停止，然后第二級(jí)活塞伸出，第三級(jí)同上?？s回時(shí)，反腔加壓，其順序與伸出時(shí)相反［5-7］。

圖4 三級(jí)缸模型

3.2 舉升系統(tǒng)液壓模型

利用AMESim平面機(jī)械庫(kù)，構(gòu)建雷達(dá)舉升受力模型，利用液壓庫(kù)搭建液壓系統(tǒng)原理圖。系統(tǒng)模型如圖5所示。

圖5 舉升液壓系統(tǒng)模型

4 仿真分析

由于雷達(dá)舉升時(shí)油缸與水平的夾角是變化的，所以液壓缸受力也是變化。系統(tǒng)的控制信號(hào)為40 mA，工作壓力為16 MPa，等效剛度為106 N/mm，等效阻尼為105 N/(mm·s-1)，最大阻尼距離為0.001 mm，系統(tǒng)主要參數(shù)見(jiàn)表1。

圖6為油缸在不同風(fēng)載下的輸出力變化曲線圖。從仿真可以看出，無(wú)論在風(fēng)速30 m/s正向反向時(shí)，還是在無(wú)風(fēng)狀態(tài)，液壓缸在初始階段變化最明顯，然后下滑處于稍微平緩的狀態(tài)，最后隨著風(fēng)載的影響又有上升的趨勢(shì)，與實(shí)物理論分析相符合，由于節(jié)流閥的作用，系統(tǒng)力輸出沒(méi)有明顯抖動(dòng)，這說(shuō)明系統(tǒng)舉升過(guò)程，油液沖擊較小。

圖6 油缸推力變化

5 結(jié)語(yǔ)

從雷達(dá)舉升的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、受力分析、液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)到仿真等多個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)分析與研究，并根據(jù)實(shí)物搭建了三級(jí)缸的AMESim模型，提出了級(jí)聯(lián)建模方法，得出了不同工況下舉升機(jī)構(gòu)液壓缸的推力變化圖，為油缸的選型及節(jié)流閥的設(shè)置提供了參考。

［1］ 譚貴紅.大型機(jī)動(dòng)式米波雷達(dá)機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì)探討［J］.電子機(jī)械工程，2010，26(3):1-8.

［2］ 周 勤.機(jī)動(dòng)式雷達(dá)天線座系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討［J］.電子機(jī)械工程，2002，(6):56-58.

［3］ 謝 建，羅治軍，田 桂，等.基于AMESim的導(dǎo)彈起豎系統(tǒng)建模與仿真［J］.流體傳動(dòng)與控制，2009，5(6):13-15.

［4］ 余佑官，龔國(guó)芳，胡國(guó)良.AMESim仿真技術(shù)及其在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.液壓氣動(dòng)與密封，2005，(3):28-30.

［5］ 謝 建，羅治軍，田 桂，等.基于AMESim的多級(jí)缸建模與仿真［J］.機(jī)床與液壓，2010，38(7):126-129.

［6］ 高欽和，黃先祥.多級(jí)缸起豎系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的建模與仿真［J］.系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2005，17(7):1563-1568.

［7］ 于貴文，臧克江.雙作用多級(jí)缸液壓缸的設(shè)計(jì)［J］.中國(guó)機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2007，5(4):430-433.