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                                 車載雷達的液壓系統設計
                         Design of Hydraulic system for Vehicular Radar

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

           摘 要:根據機械傳動和液壓傳動各自的特點,在本車載雷達中采用液壓系統,并按車載雷達的總體方案要求進行了液壓系統的設計與計算,經實際使用,表明效果良好。
           關鍵詞:車載雷達;液壓系統;設計;計算

           1、引言
              現代戰爭的特點之一是戰爭發生的地區和時間的不定性,作為車載電子對抗裝備,機械化系統的采用對降低操作人員的勞動強度,減少設備架撤時間,提高機動性水平,實現對熱點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
              本車載雷達是裝載在軍用越野汽車底盤上的一種機動式電子對抗設備。作為設備工作展開和撤收的機構系統,它主要由支腿收放、升降塔變幅和天線舉升等組成,總展開時間或總撤收時間要求不大于10min。
              該系統可以采用機械傳動或液壓傳動來實現。機械傳動對機械加工精度高,效率低,噪聲大。在完成同樣任務的情況下,液壓傳動元件易于實現標準化,同樣的功率,液壓傳動裝置重量輕,體積緊湊,慣性小,結構簡單,效率高,還具有運動平穩,易于吸收沖擊力和自動防止過載,能自行潤滑,可經久耐用,且成本較低。由以上兩種傳動的特點分析,并結合車載雷達總體方案進行綜合考慮,決定采用液壓系統。
              根據車載雷達總體方案的要求,對液壓系統方案進行設計方案示意圖,如圖1和圖2所示,對各液壓缸在執行過程中所需的最大負載進行了計算,并給出各液壓缸在執行過程中所需的最大速度,如表1所示。
                             
                                 1--升降塔  2--天線舉升液壓缸  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,計算液壓缸無桿腔面積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,流量和功率的實際使用值。
              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
              該天線工作車前后各有兩條支腿,每一條支腿配有一個液壓缸,兩條前支腿用一個三位四通電磁閥控制其收放,而后兩條支腿則用另一個三位四通電磁閥控制。電磁閥都采用M型中位機能,油路上是串聯的。每一個油缸上都配有一個雙向液壓鎖,以保證支腿可靠地鎖住,防止天線車工作時發生"軟腿"現象或行車過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工作時的高度,要求動作要平穩。該液壓回路采用兩個液壓缸并聯形式,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一個三位四通電磁閥控制。升降塔降落時,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,提高了升降塔運動的可靠性。
            4.3、天線舉升回路
              天線舉升機構采用單級長液壓缸驅動。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,便可以組成一個完整的液壓系統。液壓系統圖如圖3所示。該系統執行過程中各回路分時工作,在支腿收放回路中有四個支腿液壓缸同時工作。在升降塔變幅回路中有兩個升降塔液壓缸同時工作。在天線舉升回路中有單個液壓缸工作。因此在計算液壓泵的流量和電動機功率時選擇各回路中最大值進行計算。
                     
                      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 天線工作車的液壓系統圖
            5、 液壓泵的計算
            5.1、確定液壓泵的實際工作壓力
                   
                 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--同時動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流量最大。即:
                   
                   
               按照壓力14MPa;流量11.4L/min,選擇T7B-B03型單聯葉片泵。
            5.3、確定液壓泵的電動機功率
              由表2可以確定升降塔變幅回路在架設時液壓缸輸出功率最大。此時,泵站的輸出壓力應為P=140× Pa。按液壓泵壓力為140bar時,流量為Qv=13L/min=0.22xm3/s進行計算。取泵的總效率為ηp=0.7,則電動機所需的功率為:
                   
               因此選用功率為4.4kW的電動機。
            6、控制元件的選擇
              根據系統的最高工作壓力和通過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--通過管子的最大流量,單位為L/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
              該系統已經在某型裝備上得以應用。各液壓控制機構架撤時間如表4所示。
                         表4: 各機構架撤時間
                  
              由此可見,架撤的時間遠小于總體要求的10min。液壓系統通過所內調試、長途運輸和外場試驗,歷經冬夏兩季極端溫度的考驗,驗證表明:液壓系統完全能滿足設備功能要求,能適應惡劣環境的條件,工作可靠。使車載雷達具有機動性好、架撤時間短、操作方便等特點。
                  參 考 文 獻
          [1] 機械工程手冊編委會。機械工程手冊[M]。第六卷。北京:機械工業出版社,1982。
          [2] 沈興全,吳秀玲.液壓傳動與控制[M]。北京:國防工業出版社,2005。
          [3] 黃江平.705D全自動機動式雷達天線升降裝置設計[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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