基于AMESim 的液壓舉升系統(tǒng)特性研究

嚴 諾，郭亞軍，王 虎

(中國電子科技集團公司第38 研究所，合肥 230088)

機動式雷達為了避免低矮障礙物對天線的遮蔽，一般都舉升到一定高度，在運動過程中，可靠且平穩(wěn)的機構動作狀態(tài)是最基本的要求［1-3］。隨著液壓元件的快速革新，國內(nèi)液壓舉升機構已從小天線雷達的架設發(fā)展到大陣面雷達的折疊、舉升等多種動作時序。本文通過某大噸位雷達液壓驅(qū)動舉升方式的分析，通過計算，確定了油缸的關鍵參數(shù)，經(jīng)過AMESim 的機液仿真［4-5］表明了該液壓系統(tǒng)可使舉升運行平穩(wěn)，具有一定參考價值。

1 舉升受力分析

雷達舉升的狀態(tài)分為兩種:一種是水平的初始狀態(tài)，一種是到位的垂直狀態(tài)。初始狀態(tài)由于重力的力臂最長，所以力矩較大。垂直狀態(tài)雖然力臂減小，但是受到風載的影響，所以必須對這兩種極端狀態(tài)進行受力分析，選取液壓缸的關鍵參數(shù)。

1)初始狀態(tài):初始狀態(tài)如圖1 所示。

圖1 初始狀態(tài)

對轉(zhuǎn)軸O 取矩，根據(jù)力矩平衡可得

式(1)中:F1為液壓缸的推力(N);M 為天線及附件重，取6 000 kg;g 取9.8 N/kg;L1取362 mm;L 取1 253 mm。

代入式(1)，可得:F1=101 763 N

根據(jù)油缸載荷情況，綜合考慮重量、液壓元件的性能、可靠性、安全性、外形匹配的美觀性及成本等因素，選擇液壓油的最高工作壓力為P=16 MPa。

計算油缸缸徑D

式(2)中:F 為液壓缸的推力;P 為液壓油的工作壓力;代入式(2)，計算得油缸直徑，查手冊［6］取D=100 mm。

計算活塞桿直徑d

代入式(3)，計算得相應活塞桿直徑，查手冊［6］，取d =70 mm。

2)到位狀態(tài):到位狀態(tài)如圖2 所示。

圖2 到位狀態(tài)

舉升到90°時，考慮到上背面的風力影響，液壓缸受到風力和天線重力的合力作用。由25 m/s 風速下上背架的風力為F2=2t。

同理計算，L=94，L1=568，L2=1 820 mm。

計算得，F(xiàn)1=36 907 N，小于初始狀態(tài)油缸負載101 763 N。因此，油缸參數(shù)選擇按初始狀態(tài)負載計算。經(jīng)計算液壓缸基本參數(shù)取值如表1 所示。

表1 液壓缸主要參數(shù)mm

2 液壓系統(tǒng)設計

液壓缸到位后，都會有活塞與缸體的碰撞，容易造成缸體的振動，所以液壓系統(tǒng)設計必須緩沖這種沖擊，減小對缸體的損壞。本文采用在主回路和回油路上增加節(jié)流閥的方式克服這種振動，由于舉升機構有機械鎖死機構，所以液壓圖中不增加鎖緊部分，液壓原理如圖3 所示。

圖3 液壓系統(tǒng)原理

3 AMESim 仿真建模

3.1 舉升機構建模

舉升機構簡化模型如圖4 所示，O1點與雷達車底盤相連，O2點與液壓缸活塞桿相連，O 點為重心點，仿真模型［7-8］如圖5 所示。

圖4 機構簡化示意圖

圖5 機構仿真模型

3.2 舉升系統(tǒng)液壓模型

利用AMESim 平面機械庫，構建雷達舉升受力模型，利用液壓庫搭建液壓系統(tǒng)原理圖。系統(tǒng)模型如圖6 所示。

圖6 舉升液壓系統(tǒng)模型

4 仿真分析

由于雷達舉升時油缸與水平的夾角是變化的，所以液壓受力也是變化。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 所示。

圖7 為液壓缸的壓力變化和輸出力的變化曲線圖。從仿真可以看出，通過三位四通閥的開啟和關閉，雷達舉升機構從初始角度為水平的狀態(tài)到垂直狀態(tài)，液壓缸活塞桿做伸出動作，油缸曲線變化無明顯突變，符合設計要求。

圖7 油缸推力變化

5 結(jié)論

本文從雷達舉升結(jié)構設計、受力分析等方面進行了詳細研究，提出了液壓驅(qū)動方案，通過AMESim 軟件建立了舉升機構與液壓系統(tǒng)的仿真模型，對液壓缸主要參數(shù)特性進行了分析，仿真結(jié)果表明該液壓系統(tǒng)達到設計要求，為雷達舉升機構的工程實施及應用有一定的參考價值。

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