郭向東

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所,安徽 合肥230088)

隨著信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的發(fā)展需要,雷達(dá)的機(jī)動(dòng)性能對(duì)雷達(dá)的快速反應(yīng)能力和戰(zhàn)場(chǎng)生存能力有決定性影響[1,2]。大型地面雷達(dá)的天線口徑越來(lái)越大,為滿足較高的機(jī)動(dòng)性,大口徑天線陣面必然要采用分塊處理和柔性展開(kāi)/收攏等方式,且日益向多塊、高收納比和高集成重載等方向發(fā)展。因此,天線陣面快速可靠的自動(dòng)展開(kāi)/折疊架設(shè)機(jī)構(gòu)成為影響大型地面雷達(dá)機(jī)動(dòng)性的關(guān)鍵。

液壓系統(tǒng)有力體積比大、集成度高、控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn),已廣泛運(yùn)用于大中型地面雷達(dá)的自動(dòng)調(diào)平和自動(dòng)架設(shè)機(jī)構(gòu)[3,4],撐腿和架設(shè)/折疊機(jī)構(gòu)一般成對(duì)動(dòng)作,由此帶來(lái)了雙機(jī)構(gòu)同步問(wèn)題,因此,液壓同步性能直接決定著雷達(dá)調(diào)平精度、骨架是否發(fā)生扭曲變形和運(yùn)動(dòng)平順性。

1 雷達(dá)液壓同步方法

雷達(dá)液壓同步控制系統(tǒng)為位置液壓同步控制系統(tǒng),無(wú)論是油缸還是馬達(dá),實(shí)質(zhì)上是如何保證兩個(gè)執(zhí)行元件的流量相同,并不受負(fù)載影響。目前雷達(dá)常用的液壓同步方法大體上可分為三類：機(jī)械同步、液壓強(qiáng)制同步和電比例伺服閉環(huán)同步。

機(jī)械同步在液壓系統(tǒng)中沒(méi)有同步元器件,是靠天線骨架較好的剛度進(jìn)行同步。液壓強(qiáng)制同步在液壓系統(tǒng)中有同步元器件,同步元器件可以是分集流閥或同步馬達(dá),也可是兩個(gè)相同排量的泵給兩路供油實(shí)現(xiàn)兩個(gè)回路同步。電比例伺服閉環(huán)同步一般由位置傳感器、比例閥和伺服控制器組成,通過(guò)采集位置傳感器信號(hào),由伺服系統(tǒng)比例控制器實(shí)時(shí)控制比例閥輸出流量以實(shí)現(xiàn)位置閉環(huán)同步控制。

機(jī)械同步和液壓強(qiáng)制同步均為開(kāi)式控制方法,同步性能一般,但成本低、控制簡(jiǎn)單、應(yīng)用較為廣泛；由于加入了監(jiān)測(cè)傳感器,電比例伺服閉環(huán)同步的精度較高,但成本較高,控制也較復(fù)雜。

2 調(diào)平系統(tǒng)同步

雷達(dá)液壓自動(dòng)調(diào)平一般采用四點(diǎn)調(diào)平的方式,調(diào)平采用多點(diǎn)追高的方法,即所有的調(diào)平腿都遵循只升不降的原則參與調(diào)平。平臺(tái)調(diào)平的過(guò)程為：首先,四條調(diào)平腿伸出并進(jìn)行落地檢測(cè),保證四條撐腿都著地,避免出現(xiàn)支撐腿虛地的情況；其次,根據(jù)水平傳感器X 軸和Y 軸的信息尋找最高點(diǎn),保持最高點(diǎn)不動(dòng),按一定的控制算法控制其他最低點(diǎn)向最高點(diǎn)趨近,直到滿足調(diào)平精度。

由此可見(jiàn),雷達(dá)液壓自動(dòng)調(diào)平過(guò)程中,關(guān)鍵在于雙撐腿在承載不均勻的情況下需具有較好的同步性,理論上可采用電比例伺服閉環(huán)同步和液壓強(qiáng)制同步?？紤]撐腿上不易集成布置位置傳感器和成本較高,目前雷達(dá)液壓撐腿同步常采用液壓強(qiáng)制同步方式。其中,分流閥的精度和負(fù)載敏感性較差,經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證,無(wú)法滿足現(xiàn)在重載雷達(dá)的液壓調(diào)平系統(tǒng)要求,作為分流閥升級(jí)換代產(chǎn)品,液壓同步馬達(dá)同步精度更精確(液壓同步馬達(dá)1～2%,分流閥3～4%),效率更高,可實(shí)現(xiàn)3′的調(diào)平要求。

圖1 調(diào)平系統(tǒng)液壓同步原理圖

如圖1 所示,整個(gè)元件有一個(gè)共同的進(jìn)油通道和各自獨(dú)立的出油口,分流馬達(dá)對(duì)流入其進(jìn)油通道的液壓油起分配作用,分流馬達(dá)每片的尺寸相同,則進(jìn)油口的一路高壓油將被分流馬達(dá)等量分流,實(shí)現(xiàn)調(diào)平撐腿的同步運(yùn)行,由于幾片分流馬達(dá)為一根軸聯(lián)動(dòng),因此每片馬達(dá)的出口流量不受負(fù)載影響,同時(shí),每片分流馬達(dá)并聯(lián)一個(gè)溢流閥對(duì)每一路進(jìn)行安全保護(hù)。比如調(diào)平腿1 和調(diào)平腿2 需要同步工作時(shí),其對(duì)應(yīng)的換向閥打開(kāi)即可實(shí)現(xiàn)兩腿的同步動(dòng)作。

3 剛性骨架同步

如圖2 所示,為典型的分塊平面陣列天線折疊/展開(kāi)機(jī)構(gòu),中心框架作為支撐體,左、右邊塊陣面分別鉸接在中心框架上,油缸的一端與中心框架鉸接,另一端與邊塊陣面鉸接,單側(cè)邊塊陣面的折疊/展開(kāi)通過(guò)多個(gè)油缸同步動(dòng)作實(shí)現(xiàn)0°到90°翻轉(zhuǎn),而且兩側(cè)邊塊陣面一般要求同時(shí)折疊/展開(kāi)到位,因此這里涉及單側(cè)同步和雙側(cè)同步兩個(gè)液壓同步。

圖2 多塊剛性陣面折疊/展開(kāi)示意圖

對(duì)于單側(cè)同步,由于這種陣面骨架多采用高強(qiáng)度鋼焊接成框架結(jié)構(gòu),剛強(qiáng)度較好,通常采用同步馬達(dá)同步或機(jī)械同步即可滿足要求。同步馬達(dá)的控制方法與調(diào)平腿類似,其油缸的同步位置精度能達(dá)到2%以內(nèi),可以滿足大部分此類型陣面的同步精度要求；對(duì)于機(jī)械同步方式,由于液壓系統(tǒng)沒(méi)有強(qiáng)制同步措施,需保證雙缸的油腔互通,即油腔壓力相等,這也就要求陣面重心在最兩側(cè)油缸的中間幾何位置附近,通過(guò)骨架本身較高的剛強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)多個(gè)油缸的同步動(dòng)作。

對(duì)于雙側(cè)同步,由于兩個(gè)陣面相對(duì)獨(dú)立,無(wú)需考慮對(duì)陣面剛性和變形的影響,且一般只要求目視效果能夠同時(shí)到位即可,因此,同步精度要求不高,根據(jù)實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn),同步精度在4%左右即可?？刹捎梅旨鏖y或同步馬達(dá)的液壓強(qiáng)制同步；或采用限定兩個(gè)電比例閥開(kāi)口,實(shí)現(xiàn)兩路等流量輸出的開(kāi)式控制方式；也可使用同排量的雙泵系統(tǒng)分別給兩個(gè)邊塊回路供油。

如圖3 所示,同步馬達(dá)同步和機(jī)械同步的平衡閥布置方式不同。機(jī)械同步由于是一路供油給多個(gè)油缸,要求每個(gè)缸的壓力相同,油缸腔體間必須是管路直接連接,因此采用多缸共用一個(gè)平衡閥的方式,即平衡閥進(jìn)出口連接多個(gè)油缸,這種連接方式的平衡閥調(diào)試難度較小。而同步馬達(dá)同步,為有效提高系統(tǒng)的平穩(wěn)性,每個(gè)執(zhí)行元件需單獨(dú)布置平衡閥,這種連接方式的平衡閥調(diào)試難度較大。

圖3 兩種同步的平衡閥布置示意圖

由以上分析可知,由于同步馬達(dá)同步有很好的負(fù)載不平衡性,對(duì)重心位置要求不高,適用范圍較廣,但調(diào)試難度較大。機(jī)械同步原理上相對(duì)簡(jiǎn)單,調(diào)試難度小,成本也相對(duì)較低,但對(duì)陣面重心位置和骨架的剛強(qiáng)度有一定要求。

4 柔性骨架同步

如圖4 所示,為典型的柔性陣列天線結(jié)構(gòu)形式,主要由展開(kāi)機(jī)構(gòu)/承力桿和驅(qū)動(dòng)油缸等組成,承力桿安裝在展開(kāi)機(jī)構(gòu)上,由油缸驅(qū)動(dòng)展開(kāi)機(jī)構(gòu)伸縮,帶動(dòng)多根承力桿實(shí)現(xiàn)大收納比的展開(kāi)/收攏。柔性陣面結(jié)構(gòu)往往跨距較大,同時(shí)承力桿為細(xì)長(zhǎng)桿,本身的剛性較差,故對(duì)同步精度要求較高。根據(jù)不同的展開(kāi)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式,可采用機(jī)械同步或同步馬達(dá)同步,但結(jié)構(gòu)上需有同步裝置；如果精度要求高,則可采用電比例伺服閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)。

圖4 柔性陣面展開(kāi)示意圖

圖5 電比例多路閥原理圖

如圖5 所示,電比例伺服閉環(huán)控制的主回路多采用PSL 負(fù)載敏感回路電比例多路閥,每片閥輸出流量可獨(dú)立控制且不受負(fù)載影響,位置傳感器一般與油缸集成或安裝在展開(kāi)機(jī)構(gòu)上,由伺服系統(tǒng)比例控制器實(shí)時(shí)控制兩片閥輸出流量以實(shí)現(xiàn)位置閉環(huán)同步控制,伺服系統(tǒng)只需要通過(guò)開(kāi)關(guān)控制進(jìn)行油缸運(yùn)行速度的選擇即可實(shí)現(xiàn)需要的動(dòng)作。

5 結(jié)論

本文首先給出了雷達(dá)常用的三種同步方法和優(yōu)缺點(diǎn),對(duì)調(diào)平系統(tǒng)、剛性骨架和柔性骨架適用的液壓同步方法進(jìn)行了詳細(xì)闡述。這些同步方法在實(shí)際使用中效果良好,可滿足同步要求,為后續(xù)類似結(jié)構(gòu)的液壓同步設(shè)計(jì)提供借鑒,并具有一定的參考意義。