基于AMESim的雷達(dá)舉升系統(tǒng)設(shè)計分析*

唐為民，郭亞軍，王 磊

(中國電子科技集團(tuán)公司第38研究所，安徽合肥 230088)

0 引言

高機(jī)動米波雷達(dá)是探測隱身目標(biāo)的有效裝備，作為車載式高機(jī)動性可轉(zhuǎn)移武器設(shè)備，在有限的運(yùn)算車輛下，有幾個關(guān)鍵技術(shù)需要研究［1-2］:①設(shè)備量多，機(jī)動架設(shè)時間非常短;②天線在大風(fēng)下的生存能力;③機(jī)動運(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)解決這些問題。目前國內(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)計計算都通過理論計算和經(jīng)驗進(jìn)行選型，這種計算無論在競標(biāo)階段還是實物設(shè)計階段都存在風(fēng)險大、數(shù)據(jù)不直觀、耗費(fèi)人力物力等不足。筆者利用AMESim軟件建立了三級液壓缸的系統(tǒng)模型［3-4］，通過受力分析取得了仿真模型的參數(shù)，并對系統(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)。液壓缸啟動時，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，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)主推缸采用多級缸結(jié)構(gòu)，考慮行程較長，第一級D1=200 mm、行程S1=1 650 mm;第二級D2=160 mm，行程S2=1 650 mm，第三級 D2=120 mm，行程S2=1 650 mm，兩端結(jié)構(gòu)式為關(guān)節(jié)軸承和自潤滑軸承。當(dāng)主缸的最后一級推出時，受風(fēng)載很大，按此工況對最后一級油缸進(jìn)行校核。當(dāng)油缸推到位時，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)載計算可得此時風(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

液壓系統(tǒng)原理如圖3所示。

圖3 液壓系統(tǒng)原理

通過鉸接點在初始狀態(tài)與到位狀態(tài)的距離計算，可得出液壓缸需要三級。三級缸在每一級到位后，都會有活塞與缸體的碰撞，易造成缸體的振動，所以液壓系統(tǒng)設(shè)計必須緩沖這種沖擊，減小對缸體的損壞。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 三級缸建模

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

圖4 三級缸模型

3.2 舉升系統(tǒng)液壓模型

利用AMESim平面機(jī)械庫，構(gòu)建雷達(dá)舉升受力模型，利用液壓庫搭建液壓系統(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，無論在風(fēng)速30 m/s正向反向時，還是在無風(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，與實物理論分析相符合，由于節(jié)流閥的作用，系統(tǒng)力輸出沒有明顯抖動，這說明系統(tǒng)舉升過程，油液沖擊較小。

圖6 油缸推力變化

5 結(jié)語

從雷達(dá)舉升的結(jié)構(gòu)設(shè)計、受力分析、液壓系統(tǒng)設(shè)計到仿真等多個方面進(jìn)行了詳細(xì)分析與研究，并根據(jù)實物搭建了三級缸的AMESim模型，提出了級聯(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)動式米波雷達(dá)機(jī)構(gòu)總體設(shè)計探討［J］.電子機(jī)械工程，2010，26(3):1-8.

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