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                       車(chē)載雷達的液壓系統設計
               Design of Hydraulic system for Vehicular Radar

                            張旭東1 戈進(jìn)飛2
                (1.上海交通大學(xué),上海 201802; 2.上海微波設備研究所,上海 201802)

 摘 要:根據機械傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)各自的特點(diǎn),在本車(chē)載雷達中采用液壓系統,并按車(chē)載雷達的總體方案要求進(jìn)行了液壓系統的設計與計算,經(jīng)實(shí)際使用,表明效果良好。
 關(guān)鍵詞:車(chē)載雷達;液壓系統;設計;計算

 1、引言
    現代戰爭的特點(diǎn)之一是戰爭發(fā)生的地區和時(shí)間的不定性,作為車(chē)載電子對抗裝備,機械化系統的采用對降低操作人員的勞動(dòng)強度,減少設備架撤時(shí)間,提高機動(dòng)性水平,實(shí)現對熱點(diǎn)地區的快速部署和快速轉移,具有十分重要的意義。
 2、系統方案的選定
    本車(chē)載雷達是裝載在軍用越野汽車(chē)底盤(pán)上的一種機動(dòng)式電子對抗設備。作為設備工作展開(kāi)和撤收的機構系統,它主要由支腿收放、升降塔變幅和天線(xiàn)舉升等組成,總展開(kāi)時(shí)間或總撤收時(shí)間要求不大于10min。
    該系統可以采用機械傳動(dòng)或液壓傳動(dòng)來(lái)實(shí)現。機械傳動(dòng)對機械加工精度高,效率低,噪聲大。在完成同樣任務(wù)的情況下,液壓傳動(dòng)元件易于實(shí)現標準化,同樣的功率,液壓傳動(dòng)裝置重量輕,體積緊湊,慣性小,結構簡(jiǎn)單,效率高,還具有運動(dòng)平穩,易于吸收沖擊力和自動(dòng)防止過(guò)載,能自行潤滑,可經(jīng)久耐用,且成本較低。由以上兩種傳動(dòng)的特點(diǎn)分析,并結合車(chē)載雷達總體方案進(jìn)行綜合考慮,決定采用液壓系統。
    根據車(chē)載雷達總體方案的要求,對液壓系統方案進(jìn)行設計方案示意圖,如圖1和圖2所示,對各液壓缸在執行過(guò)程中所需的最大負載進(jìn)行了計算,并給出各液壓缸在執行過(guò)程中所需的最大速度,如表1所示。
                   
                       1--升降塔  2--天線(xiàn)舉升液壓缸  3--升降塔變福液壓缸(升降塔兩側各一)
                               圖1 升降塔方案示意圖

                   
                        1--載車(chē)平臺   2--后部支腿液壓缸   3--支腿

                   表1 各液壓缸執行中圾大負載和圾大速度
              

 3、初步確定液壓缸的參數
 3.1、初選液壓缸工作壓力
    一般小型工程機械液壓系統工作的壓力為(100-160)xPa,選液壓缸工作壓力p1=130×Pa。
 3.2、計算各液壓缸結構尺寸
 3.2.1 計算升降塔液壓缸結構尺寸
    由于升降塔豎起后,液壓缸要有一定的穩定性,因此選用A1=2A2的液壓缸(A1為液壓缸無(wú)桿腔面積,A2為液壓缸有桿腔面積)。設壓力損失P2=10×Pa。取液壓缸的機械效率ηm為0.9。
    由液壓缸受力最大時(shí),計算液壓缸無(wú)桿腔面積Al:

               
   故:
        
  則,液壓缸內徑為:
        
    取標準直徑D1=10(cm)。
   液壓缸活塞桿的直徑d1為:

        
   取標準直徑cfI〓7(cm)。
  則液壓缸有效面積:
     
     
  3.2.2 計算支腿液壓缸結構尺寸
    由(1)、(2)、(3)、(4)、(5)各計算公式,同理可求得:
    支腿液壓缸內徑為:
      D2≈4.93(cm);取標準直徑D2=5(cm)。
    支腿液壓缸活塞桿的直徑為:
      d2≈3.54(cm);取標準直徑d2=3.5(cm)。
    支腿液壓缸有效面積:

       A3≈19.63
      A4≈10

  3.2.3 計算舉升液壓缸結構尺寸
    由(1)、(2)、(3)、(4)、(5)各計算公式,同理可求得:
    舉升液壓缸內徑為:
      D3≈3.36(cm);取標準直徑D3=4(cm)。
    舉升液壓缸活塞桿的直徑為:
     d3≈2.82(cm);取標準直徑d3=2.8(cm)。
    舉升液壓缸有效面積:
      A5≈12.57()
      A6≈6.4()
  3.2.4 計算各液壓缸在最大工作負荷和最大速度時(shí),流量和功率的實(shí)際使用值。
    流量的計算公式為:
      Q=Av
    式中: A--各液壓缸的有效面積,單位為;
          v--液壓缸工作時(shí)最大速度,單位為m/s,取值如表1所示。
    功率的計算公式為:
       N=P1Q              (7)
    計算結果如表2所示。

             表2 各液壓缸工作中所需的最大流量和功率

              

  4、擬定液壓系統圖
  4.1、支腿收放回路
    該天線(xiàn)工作車(chē)前后各有兩條支腿,每一條支腿配有一個(gè)液壓缸,兩條前支腿用一個(gè)三位四通電磁閥控制其收放,而后兩條支腿則用另一個(gè)三位四通電磁閥控制。電磁閥都采用M型中位機能,油路上是串聯(lián)的。每一個(gè)油缸上都配有一個(gè)雙向液壓鎖,以保證支腿可靠地鎖住,防止天線(xiàn)車(chē)工作時(shí)發(fā)生"軟腿"現象或行車(chē)過(guò)程中液壓支腿自行伸出。
  4.2、升降塔變幅回路
    升降塔變幅機構是用于改變天線(xiàn)工作時(shí)的高度,要求動(dòng)作要平穩。該液壓回路采用兩個(gè)液壓缸并聯(lián)形式,提高了升降塔變幅機構的穩定性,并降低了液壓系統的工作壓力。升降塔升起與降落是通過(guò)一個(gè)三位四通電磁閥控制。升降塔降落時(shí),因液壓力與負載力方向一致,為防止升降塔在重力作用下自行下落,在液壓缸的下腔回油腔安置了平衡缸,提高了升降塔運動(dòng)的可靠性。
  4.3、天線(xiàn)舉升回路
    天線(xiàn)舉升機構采用單級長(cháng)液壓缸驅動(dòng)。其要求以及油路與升降塔變幅回路相同。
    在以上基本回路的基礎上,再考慮一些其它因素,便可以組成一個(gè)完整的液壓系統。液壓系統圖如圖3所示。該系統執行過(guò)程中各回路分時(shí)工作,在支腿收放回路中有四個(gè)支腿液壓缸同時(shí)工作。在升降塔變幅回路中有兩個(gè)升降塔液壓缸同時(shí)工作。在天線(xiàn)舉升回路中有單個(gè)液壓缸工作。因此在計算液壓泵的流量和電動(dòng)機功率時(shí)選擇各回路中最大值進(jìn)行計算。
           
            1--濾油器  2--液壓泵  3--壓力表   4--溢流閥   5、6、7、8--三位四通電磁換向閥
            9、10、11、12、13、14、15、16--調速閥   17、18、19、20、21--液壓鎖
                    圖3 天線(xiàn)工作車(chē)的液壓系統圖
  5、 液壓泵的計算
  5.1、確定液壓泵的實(shí)際工作壓力
         
       式中: pl--已選定為130× Pa;
            為油路壓力損失總和,一般取10x Pa。
      因此,可確定液壓泵的實(shí)際工作壓力為:
         
  5.2、確定液壓泵的流量
         
    式中: K--泄漏系數,取1.2;
         Qmax--同時(shí)動(dòng)作的液壓執行器的最大總工作流量
    由表2可以確定升降塔變幅回路在架設時(shí)流量最大。即:
         
         
     按照壓力14MPa;流量11.4L/min,選擇T7B-B03型單聯(lián)葉片泵。
  5.3、確定液壓泵的電動(dòng)機功率
    由表2可以確定升降塔變幅回路在架設時(shí)液壓缸輸出功率最大。此時(shí),泵站的輸出壓力應為P=140× Pa。按液壓泵壓力為140bar時(shí),流量為Qv=13L/min=0.22xm3/s進(jìn)行計算。取泵的總效率為ηp=0.7,則電動(dòng)機所需的功率為:
         
     因此選用功率為4.4kW的電動(dòng)機。
  6、控制元件的選擇
    根據系統的最高工作壓力和通過(guò)閥的最大流量便可選取控制元件的規格,其型號和參數如表3所示。
                 表3:所選控制元件的規格
          
  7、 確定管道尺寸
    按照管子的最大流量和管內允許流速選擇管子內徑。管子內徑按下式計算:
                
     式中: Qv--通過(guò)管子的最大流量,單位為L(cháng)/min;
          v--管內允許流速,單位為m/s,取值為3m/s。
      則 d≈9.58(mm)。
    選取壓油管通徑為Φ10;液壓泵吸油管和回油管稍粗些,選Φ12;其余油管選Φ8。
  8、 確定油箱的容量
    按經(jīng)驗公式V=(5~7)Q,選取油箱容量V。在此選取V=6Q=78L
  9、 結束語(yǔ)
    該系統已經(jīng)在某型裝備上得以應用。各液壓控制機構架撤時(shí)間如表4所示。
               表4: 各機構架撤時(shí)間
        
    由此可見(jiàn),架撤的時(shí)間遠小于總體要求的10min。液壓系統通過(guò)所內調試、長(cháng)途運輸和外場(chǎng)試驗,歷經(jīng)冬夏兩季極端溫度的考驗,驗證表明:液壓系統完全能滿(mǎn)足設備功能要求,能適應惡劣環(huán)境的條件,工作可靠。使車(chē)載雷達具有機動(dòng)性好、架撤時(shí)間短、操作方便等特點(diǎn)。
        參 考 文 獻
[1] 機械工程手冊編委會(huì )。機械工程手冊[M]。第六卷。北京:機械工業(yè)出版社,1982。
[2] 沈興全,吳秀玲.液壓傳動(dòng)與控制[M]。北京:國防工業(yè)出版社,2005。
[3] 黃江平.705D全自動(dòng)機動(dòng)式雷達天線(xiàn)升降裝置設計[J].電子機械工程2001(3)。
[4] 胡周釗. 320kN壓鑄機液壓系統設計[J].機床與液壓,1993(06 )。
[5] 朱新才,等。軋機升降臺液壓系統設計與計算[J].機床與液壓,1999(04)。

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