液壓系統(tǒng)在地面雷達中的應(yīng)用

黃偉

（南京電子技術(shù)研究所，江蘇 南京 210039）

現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，地面雷達作為軍隊的“眼睛”，扮演著非常重要的角色。地面雷達需要多種執(zhí)行動作來完成作戰(zhàn)的需要，為了實現(xiàn)各部分機械結(jié)構(gòu)的配合和協(xié)調(diào)運動，需要采取合適的驅(qū)動方式，液壓驅(qū)動作為一種傳統(tǒng)的驅(qū)動方式，其優(yōu)勢非常突出：平穩(wěn)動作、低噪聲、高使用壽命、高功率密度等[1]。

液壓系統(tǒng)在現(xiàn)代雷達中應(yīng)用非常廣泛，主要實現(xiàn)的功能有：自動、快速、精確的將載車調(diào)整至水平位置；天線陣面的舉升、展開、折疊和鎖定，滿足機動性要求；天線轉(zhuǎn)臺的定位和鎖緊；完成液壓傳動結(jié)構(gòu)整機架撤等[2]。本文從液壓系統(tǒng)的工作原理出發(fā)，介紹了在雷達系統(tǒng)中常用的液壓閥、液壓泵以及它們各自的特點；總結(jié)了雷達液壓系統(tǒng)油源泵站的裝配要求和維護方式。

1 液壓系統(tǒng)工作原理

在液壓系統(tǒng)中，傳遞介質(zhì)是液體，它具有形狀不固定但體積不變的特點[4]。圖1 展示了傳動中的基本原理，液壓缸2 和4 由管道3 連接，液壓缸4 的直徑大于液壓缸2，活塞1 和5 能保證在缸體內(nèi)運動且保證無摩擦無泄漏，當(dāng)作用力F 在活塞1 橫截面上垂直向下作用時，活塞5 上的重物W 即受到垂直向上的力；當(dāng)活塞1 運動時，活塞5 隨之運動，這樣就實現(xiàn)了力和位移的傳遞。

圖1 液壓傳動原理圖

假設(shè)缸2 橫截面積為A1，缸4 橫截面積為A2，由于壓力沿著各個方向作用相等，與容器形狀無關(guān)，因此，當(dāng)力F 作用于A1時，產(chǎn)生壓力P，那么重物W 的力學(xué)方程為：

由式（1）可得，作用力之比與面積比相等，如果將A2設(shè)計得足夠大，就可以用一個較小的F 抬起較大的重物W，這就實現(xiàn)了動力的傳遞[5]。

2 液壓閥在雷達中的應(yīng)用

現(xiàn)代設(shè)備對于驅(qū)動技術(shù)的性能要求日益提高，液壓驅(qū)動是當(dāng)下使用范圍最廣的驅(qū)動方式之一，而液壓閥是液壓驅(qū)動中不可缺少的環(huán)節(jié)。根據(jù)地面雷達的工作特點，常應(yīng)用于地面雷達上的液壓閥有三大類，即方向/壓力/流量控制閥，不同的液壓閥或閥組能夠給液壓系統(tǒng)提供不同的運動方向和不同級別的壓力/流量，實現(xiàn)地面雷達的不同動作。

2.1 方向控制閥

方向控制閥，顧名思義它是實現(xiàn)流體不同運動方向自由控制的一類液壓閥，要有單向閥、雙向液壓鎖、換向閥等類型。

2.1.1 單向閥

單向閥主要用于阻斷某個方向的流體運動，而允許反方向的流體運動，因此被稱作“單向”，其原理是通過控制閥芯的開啟和關(guān)閉實現(xiàn)油液的單向流動，將兩個單向閥并聯(lián)，并通過液控口對各自的閥芯進行控制，就組成了雙向液壓鎖。地面雷達中常將雙向液壓鎖應(yīng)用在垂直布置的鎖定銷油路中，保證鎖定銷不能回落。

2.1.2 換向閥

換向閥的基本功能就是完成液壓系統(tǒng)中液壓油的流動方向轉(zhuǎn)換，一般是通過改變閥芯和閥體的相對位置來實現(xiàn)這一功能的，工程中，滑閥類換向閥是最典型的，按其具體功能又稱為“X 位X 通”。

地面雷達最常用到的是三位四通換向閥，三位閥根據(jù)中位的通斷情況定義機能符號，如“O”型，“Y”型、“H”型等，其中以“O”機能和“Y”機能最為常用?！癘”機能換向閥在中位時，液壓油口間互不連通，油液不會經(jīng)過閥，在地面雷達中，如果有需要兩個或以上換向閥并聯(lián)時，可以使用“O”機能換向閥?！癥”機能換向閥在中位時，出油口與回油口相連通，進油口封閉，進油口不能通油，一般情況下，地面雷達的油路里安裝雙向液壓鎖或者平衡閥時，采用“Y”機能的換向閥，見圖2。

圖2 三位四通換向閥

2.2 壓力控制閥

壓力控制閥是以預(yù)先確定的方式，對液壓系統(tǒng)整體或局部的壓力施加影響。壓力控制閥的啟閉是在彈簧和液壓油液的組合作用中實現(xiàn)的，在未開啟狀態(tài)，彈簧力將閥芯推到液壓閥開口關(guān)閉的位置，當(dāng)液壓油進入回路，液壓油提供的壓力能夠克服彈簧力時，閥開啟，油液通行。

2.2.1 溢流閥

溢流閥用于將系統(tǒng)壓力限制在一個指定的壓力等級，整個回路的其他壓力一般不能超過這個壓力值，當(dāng)回路中壓力達到這個等級時，溢流閥響應(yīng)并開始工作，系統(tǒng)中多余的流量過閥，泵和油箱直接連通。在地面雷達中，溢流閥大多安裝在液壓泵出口油路的旁路中，用于限定整個液壓回路的系統(tǒng)壓力，也就是最大壓力。

2.2.2 減壓閥

與影響進口壓力的溢流閥正好相反，減壓閥設(shè)定的是出口壓力，它可以保證次級壓力達到某個設(shè)定值，這個壓力值同樣小于設(shè)定的系統(tǒng)壓力，也就是主回路的主級壓力，這樣，同一個液壓泵就可以產(chǎn)生多個級別的次級壓力輸出。

2.2.3 順序閥

順序閥一般位于液壓系統(tǒng)的主回路，并在達到設(shè)定壓力后開啟或關(guān)閉某一回路。在地面雷達中，順序閥常用于有先后動作需求的液壓回路中，如天線的倒豎和收展、保護架結(jié)構(gòu)的順次展開和收攏等，常用的順序閥回路形式如圖3。

圖3 順序閥回路

2.2.4 平衡閥

平衡閥在地面雷達中應(yīng)用非常廣泛，如倒豎油缸、調(diào)平腿等油缸在液壓桿伸出并承受負載作用時，必須在回油箱的回路上布置單向平衡閥，以此來提供背壓，保證油缸不會突然下墜并運動平穩(wěn)[3]。在部分地面雷達中，還會設(shè)置雙向平衡閥，用于液壓缸同時承受正負載和負負載的場合。

2.3 流量控制閥

2.3.1 節(jié)流閥

在不需要恒定流量的控制場合，可以采用節(jié)流閥，在地面雷達中，以下場合往往會用到節(jié)流閥：（1）執(zhí)行端的負載恒定。（2）載荷變化時，需要速度跟著變化。

2.3.2 調(diào)速閥

調(diào)速閥可以用來調(diào)節(jié)執(zhí)行元件的運動速度，其回路按照安裝位置不同可分為三類：進口/出口/旁路調(diào)速閥回路。

進口調(diào)速閥回路是將調(diào)速閥安裝在液壓泵和執(zhí)行機構(gòu)之間的管道上，這樣可以保證執(zhí)行機構(gòu)流量受控，油路結(jié)構(gòu)形式如圖4。

圖4 進口調(diào)速回路

出口調(diào)速閥回路是將調(diào)速閥安裝在執(zhí)行機構(gòu)與油箱之間的回油路上，適用于具有負負載的液壓回路，油路結(jié)構(gòu)形式如圖5。

圖5 出口調(diào)速回路

旁路調(diào)速閥回路是將調(diào)速閥與執(zhí)行機構(gòu)并聯(lián)，這種調(diào)節(jié)效率較高，油路結(jié)構(gòu)形式如圖6。

圖6 旁路調(diào)速回路

比較這三種不同結(jié)構(gòu)的調(diào)速回路各自的優(yōu)點和缺點，列表如表1。

表1 三種回路的優(yōu)缺點

2.4 比例閥

比例控制技術(shù)將液壓傳動的大功率特性和電氣傳動的精準快速結(jié)合在一起，已成為了現(xiàn)在液壓系統(tǒng)的常用組件。比例控制流程如下：（1）輸入電壓信號，并由在比例電磁鐵處獲得等比例的輸出（力/位移）。（2）獲得這些變量作為輸入信號后，液壓閥主動調(diào)節(jié)閥的開口，成比例的向系統(tǒng)中輸出流量/壓力。

對比比例方向閥和電磁換向閥，主要區(qū)別在于比例方向閥使用了比例電磁鐵取代了普通電磁鐵，其主要優(yōu)勢有：閥位的切換是由信號控制的，可以實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)，不需要復(fù)雜的組成結(jié)構(gòu)就可以完成特定的控制，從而降低了成本；控制過程更加簡便精確且高效率，不會受到突變的高壓力沖擊，保證了液壓系統(tǒng)的工作時長；由于比例方向閥是電系統(tǒng)提供信號（流量/壓力/方向），液壓系統(tǒng)與之耦合提供動力，最后機械系統(tǒng)執(zhí)行動作，因而整個流程的動態(tài)響應(yīng)很好。

3 液壓泵在雷達中的應(yīng)用

液壓泵是液壓系統(tǒng)的動力單元，其主要任務(wù)是將轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速（機械能）轉(zhuǎn)變?yōu)榱黧w的流量和壓力（液壓能）。

3.1 液壓泵的類型

液壓泵從結(jié)構(gòu)形式上可以分為柱塞泵、齒輪泵和柱塞泵，工程應(yīng)用中選取液壓泵時，常?？紤]以下因素：（1）工作介質(zhì)和壓力范圍。（2）期望的速度范圍。（3）管路的安裝及驅(qū)動類型。（4）最高/最低工作溫度。（5）最大/最小粘度。（6）最大噪音級別和期望使用壽命。（7）可接受的最大成本。

按照液壓泵的結(jié)構(gòu)類型可以分為柱塞泵、齒輪泵和柱塞泵。表2 列出了它們各自的優(yōu)缺點。

表2 三種液壓泵的優(yōu)缺點

3.2 雷達系統(tǒng)泵站組成

雷達系統(tǒng)的泵站一般主要由油泵、電機、油箱、高壓過濾器、回油過濾器、干燥空氣呼吸器、油標、集成閥塊、壓力表、球形閥以及鐘形罩、梅花聯(lián)軸節(jié)、相應(yīng)接頭和管路等部分組成。泵站的裝配應(yīng)注意以下幾點：（1）注意泵的旋轉(zhuǎn)方向。根據(jù)泵標牌的指示方向，一般情況下，面對轉(zhuǎn)軸應(yīng)為順時針旋轉(zhuǎn)。（2）注意高壓過濾器的安裝，指示箭頭為液壓油從泵流出方向。（3）檢查油箱，不允許有任何雜物，油液的清潔度很可能損壞油缸密封圈和閥。（4）注意集成閥塊上P、T 口的連接一一對應(yīng)。（5）泵站工作時需檢查球閥是否處于打開狀態(tài)。（6）注意溢流閥壓力的設(shè)置，應(yīng)從小到大調(diào)節(jié)。

3.3 雷達系統(tǒng)泵站維護

泵站是雷達液壓系統(tǒng)的起點，其維護對液壓系統(tǒng)的功能實現(xiàn)有著重要意義，在日常的使用過程中，應(yīng)注意：（1）油箱中油位過低或已達警戒線時應(yīng)及時補油。首先拆去油源外罩上的蓋板，拆去加油口蓋，然后將油箱頂部的空氣過濾器打開即可加油，油位應(yīng)在液位計上部可視范圍內(nèi)距頂部1/4 處附近。（2）檢查所有液壓接頭是否有滲漏油現(xiàn)象，若有需重新緊固，隨后按使用說明書要求動作該支路，進行功能性加壓測試；檢查各液壓軟管有無磨損，如有磨損應(yīng)立即停止雷達工作，及時安排更換。（3）檢查干燥空氣呼吸器內(nèi)的干燥劑顏色，正常的干燥劑顏色為藍色，若水份含量較高，干燥劑顏色將變?yōu)榧t色，此時需更換干燥空氣呼吸器。（4）檢查液壓油箱上的回油過濾器濾筒是否沉積雜質(zhì)。方法：拆除油源蓋板和油源罩，用扳手旋開回油過濾器頂蓋，取出濾筒檢查濾筒絲網(wǎng)上是否存在雜質(zhì)沉積，有雜質(zhì)沉積則需要用航空油沖洗干凈，然后復(fù)位，擰緊頂蓋，安裝外罩。

4 結(jié)論

地面雷達中，液壓系統(tǒng)是由液壓泵輸出液壓油，提供動力，再經(jīng)由各種液壓閥和管路，實現(xiàn)各級壓力限定，最終油液到達動作元件的液壓缸中，完成載車調(diào)平、天線倒豎和邊塊展收等動作。本文首先系統(tǒng)介紹了液壓的工作原理；進一步的對常見的液壓閥和組成回路進行了介紹和分析比較；最后介紹了雷達系統(tǒng)中選取液壓泵的一些原則、提出了油源泵站的裝配要求和維護的具體方式；本文所述對液壓系統(tǒng)在雷達中的應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義和工程應(yīng)用價值。