莊文許,周　泓

(中國船舶重工集團(tuán)公司第七二四研究所,南京 211153)

雷達(dá)車調(diào)平系統(tǒng)在風(fēng)載荷作用下的滑移現(xiàn)象定性分析

莊文許,周泓

(中國船舶重工集團(tuán)公司第七二四研究所,南京 211153)

摘要：針對雷達(dá)車調(diào)平系統(tǒng)支撐腿在設(shè)計風(fēng)載荷作用下支腿發(fā)生滑移的現(xiàn)象,進(jìn)行了支撐穩(wěn)定性分析,基于結(jié)構(gòu)彈性力學(xué)提出了一種蠕動滑移現(xiàn)象,并證明了該現(xiàn)象發(fā)生的機(jī)理。得出的結(jié)論表明,增加地面與支撐腿之間的摩擦力、增加雷達(dá)車底盤剛度、適當(dāng)降低支撐腿剛度有利于提高雷達(dá)車在風(fēng)載荷作用下的支撐穩(wěn)定性。為調(diào)平系統(tǒng)的支撐穩(wěn)定性設(shè)計提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞:雷達(dá)車;調(diào)平系統(tǒng);滑移;蠕動;支撐穩(wěn)定性

0引言

雷達(dá)車調(diào)平系統(tǒng)的穩(wěn)定性是影響雷達(dá)系統(tǒng)工作性能的重要因素。穩(wěn)定性包括兩個方面:(1)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性;(2)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,即在外載荷(如風(fēng)載荷、天線旋轉(zhuǎn)慣性力)作用下,調(diào)平系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有足夠的剛度,但與地面不能發(fā)生相對滑移。

在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析中,文獻(xiàn)[1]進(jìn)行風(fēng)載荷作用下的抗傾覆分析,計算設(shè)備各組成部分所受的力和力矩,利用力、力矩平衡校核調(diào)平系統(tǒng)的抗傾覆和抗滑移性能。文獻(xiàn)[2-3]針對液壓調(diào)平系統(tǒng),對支撐腿支撐力和平臺水平姿態(tài)采用雙閉環(huán)控制,獲得了快速平穩(wěn)的調(diào)平效果,且避免了“虛腿”,有利于提高調(diào)平系統(tǒng)支撐的穩(wěn)定性和抗風(fēng)載荷能力。

在設(shè)計過程中,雷達(dá)車一般按照文獻(xiàn)[1]的方法進(jìn)行穩(wěn)定性校核。但是,一些車載雷達(dá)在工作過程中,當(dāng)風(fēng)載荷較大時其支撐腿發(fā)生在地面小距離滑移的現(xiàn)象,與設(shè)計校核結(jié)果不一致。本文針對該問題提出一種滑移現(xiàn)象并分析了其發(fā)生的機(jī)理,為調(diào)平系統(tǒng)的支撐穩(wěn)定性設(shè)計提供新的理論依據(jù)。

1問題描述

一類雷達(dá)車工作時由4個調(diào)平支腿將整車抬離地面并調(diào)平。在設(shè)計過程中進(jìn)行了一種風(fēng)載荷的穩(wěn)定性校核,即靠自身重力抵抗風(fēng)載作用導(dǎo)致傾覆、平移或轉(zhuǎn)動(本文稱這種滑移現(xiàn)象叫大滑移)的穩(wěn)定性[1],且具有足夠的穩(wěn)定安全系數(shù)。但實際使用中,某些雷達(dá)車在設(shè)計風(fēng)載荷極限條件下連續(xù)工作一段時間后,支腿在地面發(fā)生了一定距離的移動,影響了雷達(dá)系統(tǒng)的工作性能。

針對該問題,本文從結(jié)構(gòu)彈性力學(xué)角度分析了該問題,提出一種滑移現(xiàn)象并分析了該滑移現(xiàn)象過程的機(jī)理,最后給出了解決該類問題的參考結(jié)論。

2計算分析

2.1建模

定義:車載雷達(dá)工作時由調(diào)平系統(tǒng)將整車抬離地面,雷達(dá)車底盤和調(diào)平支腿支撐在地面上后具有一定的彈性變形,再施加一定的外部載荷后變形量將發(fā)生變化,導(dǎo)致支撐腿與地面發(fā)生相對小滑動。這種小滑動在動載荷作用下是隨機(jī)且隨時間累積的,最終將表現(xiàn)為明顯的滑移現(xiàn)象,本文稱為蠕動滑移。

四腿調(diào)平系統(tǒng)的4個支腿成矩形分布,通常沿矩形邊長一個方向的距離較大于另一個方向的距離。本文對蠕動滑移的機(jī)理進(jìn)行定性的分析,因此可以簡化成平面兩支腿單跨鋼架結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行分析(見圖1)。假設(shè)重心位于鋼架中心B點,且為集中力,用G表示;將兩個支腿依次編號為1和2,h為支腿長度;L為未變形時兩支腿與地面支點距離,等于鋼架跨距;L1為施加集中作用重力及其他外載荷后,兩支腿與地面支點距離;Fwv為集中風(fēng)載荷沿-y軸方向的分力,Fwh為集中風(fēng)載荷沿-x軸方向的分力;Hw為風(fēng)載荷作用點

圖1　兩支腿單跨鋼架結(jié)構(gòu)模型

距離地面的高度;θ1、θ2為橫梁端部與水平面的夾角;材料的彈性模量用E表示,梁截面的軸慣性矩用I表示。忽略橫梁由于變形導(dǎo)致的沿x軸的長度變化。

2.2計算分析

2.2.1柔性梁與剛性支腿模型計算

先分析一種理想情況:梁是柔體,支腿為剛體,支腿與地面的摩擦力極小以致可以忽略。

(1) 當(dāng)風(fēng)載荷Fwv=0、Fwh=0時,用F1和F2表示支腿1和支腿2的支撐力,則有

進(jìn)而有

(1)

式中,k為與橫梁尺寸有關(guān)的常量[4]。圖中尺寸變量滿足

(2)

(2) 當(dāng)Fwv≠0、Fwh≠0時,用△F1h和△F2h表示支腿1和支腿2支撐力由Fwh≠0作用而產(chǎn)生的變化值,則有

(3)

式中,△F1h和△F2h符號相反。用△F1v和△F2v表示支腿1和支腿2支撐力由Fwv≠0作用而產(chǎn)生的變化值,則有

(4)

假設(shè)△F1h為正,則圖中尺寸滿足

當(dāng)支腿抬離地面后,不失一般性假設(shè)在支腿2處有一支撐力將其抬離地面,則有θ2=kG/2+k△F2v。因此有

(5)

式(5)減去式(2)得

(6)

由式(6)得出如下結(jié)論:

(1) 調(diào)平后,在支腿受力均勻的情況下,風(fēng)載荷沿y軸的變化將導(dǎo)致蠕動滑移。

(2) 調(diào)平后,如果受力極不均勻或已經(jīng)產(chǎn)生虛腿,風(fēng)載荷沿y軸的變化將導(dǎo)致蠕動滑移,同時風(fēng)載荷沿x軸的變化也將導(dǎo)致蠕動滑移,增加了蠕動滑移的強(qiáng)度。

然而,實際雷達(dá)車系統(tǒng)中,地面與支腿間存在摩擦力,調(diào)平系統(tǒng)是存在裝配間隙的,支撐腿存在一定的柔性。如果裝配間隙和支撐腿的柔性變形能夠抵消式(6),則不會產(chǎn)生蠕動滑移。這將在下一節(jié)中進(jìn)行分析證明。

2.2.2柔性梁與柔性支腿模型計算

模型同2.1節(jié)。假設(shè)一種中間平衡狀態(tài),當(dāng)風(fēng)載荷Fwv=0、Fwh=0時,如圖2所示。圖2(a)為平衡狀態(tài)示意圖,橫梁處于彎曲狀態(tài),地面支撐力和摩擦力使得支腿處于受壓縮狀態(tài),支腿上無彎矩。圖2(b)為支腿1的受力圖,圖2(c)為支腿2的受力圖。

(a)平衡狀態(tài) (b)支腿1與地面接觸力 (c)支腿2與地面接觸力

各變量含義同2.2.1節(jié)的定義和計算,當(dāng)Fwv≠0、Fwh≠0時,圖2(b)和(c)中,

(7)

先假設(shè)摩擦系數(shù)μ=0,并忽略支腿與橫梁連接處彎矩對梁的變形影響,則有

(8)

用L1vh表示受風(fēng)載荷后兩個支腿與地面接觸點的距離,有

同2.2.1節(jié),化簡得

(9)

用△L1vh表示受風(fēng)載荷后兩只支腿與地面接觸距離的變化值,用式(9)減去式(2)得

(10)

分析式(10),可得出如下結(jié)論:

(1) 當(dāng)支腿未脫離地面時,支腿與地面接觸的摩擦力將引起支腿的彎曲變形。如果兩個支腿的彎曲變形撓度之和需等于△L1vh就能避免蠕動滑移,因此需要優(yōu)化出較大的地面摩擦系數(shù)和較小的支腿完全剛度。

(2) 當(dāng)支腿脫離地面后,在同樣的風(fēng)載荷下,△L1vh增大,同時只有一條腿著地,需靠一條腿與地面的接觸摩擦力導(dǎo)致的彎曲變形撓度來抵消△L1vh的變化,增加了難度。

綜上所述,風(fēng)載荷可能導(dǎo)致調(diào)平系統(tǒng)在發(fā)生整體傾覆或者滑移前發(fā)生蠕動滑移。如果支腿的變形量能夠抵消風(fēng)載荷導(dǎo)致的變形量,則可以有效避免蠕動滑移。消除支撐“虛腿”,優(yōu)化支撐力分布,可有效提高調(diào)平系統(tǒng)的抗蠕動滑移性能。

3結(jié)束語

本文針對某雷達(dá)車在風(fēng)載荷作用下的滑移現(xiàn)象進(jìn)行了分析,提出一種蠕動滑移現(xiàn)象并分析了其發(fā)生的機(jī)理,根據(jù)理論推導(dǎo)過程得出了提高雷達(dá)車調(diào)平系統(tǒng)支撐穩(wěn)定性的方法;進(jìn)行了簡化的定性分析,復(fù)雜的定量分析及應(yīng)用留待下一步工作研究。本文的主要結(jié)論如下:

(1) 雷達(dá)車調(diào)平系統(tǒng)在風(fēng)載荷作用下除了發(fā)生整體傾覆、滑移外還可能發(fā)生蠕動滑移,在設(shè)計過程中需予以考慮。

(2) 雷達(dá)車調(diào)平系統(tǒng)的蠕動滑移通常發(fā)生在整體傾覆、滑移之前,提高支腿與地面的摩擦力、提高雷達(dá)車底盤剛度、適當(dāng)降低調(diào)平支腿的剛度和優(yōu)化支撐力分布均勻性,都有利于提高雷達(dá)車的抗蠕動滑移性能。

參考文獻(xiàn):

[1]馮大成.某米波雷達(dá)天線車液壓起豎及調(diào)平系統(tǒng)的設(shè)計與研究[D].北京: 北方工業(yè)大學(xué)碩士論文,2010.

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[3]凌軒.雷達(dá)天線車自動調(diào)平系統(tǒng)設(shè)計[J].液壓與氣動,2008(4):1-4.

[4]劉鴻文.材料力學(xué)[M].北京: 高等教育出版社,2011:22-25.

Qualitative analysis of a sliding phenomenon for leveling system of radar vehicle under wind load

ZHUANG Wen-xu, ZHOU Hong

(No.724 Research Institute of CSIC, Nanjing 211153)

Abstract:In view of a phenomenon that the supporting legs of the leveling system of the radar vehicle may slide under the designed wind load, the supporting stability of the leveling system is analyzed. Based on the structural and elastic mechanics, a sliding phenomenon named wriggling is proposed and the mechanism of this phenomenon is also proved. The results indicate that the supporting stability of the radar vehicle can be improved by increasing the friction between the ground and the legs, increasing the stiffness of the chassis of the radar vehicle and reducing the rigidity of the supporting legs properly under the wind load, which can provide a theoretical basis for the supporting stability design of the leveling system.

Keywords:radar vehicle; leveling system; sliding; wriggling; supporting stability

收稿日期：2016-01-20；修回日期：2016-02-29

作者簡介:莊文許(1985-)，男，高級工程師，博士，研究方向：機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計；周泓(1970-)，女，工程師，研究方向：機(jī)電一體化設(shè)計。

中圖分類號:TN957.8

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號:1009-0401(2016)02-0046-04