基于溫度效應(yīng)的雷達(dá)液壓鎖緊油路靜態(tài)性能分析

彭國朋，黃海濤，沈 軍

(南京電子技術(shù)研究所， 江蘇 南京 210039)

基于溫度效應(yīng)的雷達(dá)液壓鎖緊油路靜態(tài)性能分析

彭國朋，黃海濤，沈 軍

(南京電子技術(shù)研究所， 江蘇 南京 210039)

當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生較大變化時(shí)，液壓系統(tǒng)中油液會產(chǎn)生熱脹冷縮，從而使雷達(dá)液壓鎖緊油路的靜態(tài)鎖緊性能不可靠。為深入研究溫度效應(yīng)對液壓鎖緊油路鎖緊性能的影響，應(yīng)用液壓仿真、模擬試驗(yàn)及理論計(jì)算的方法在相同的工況、相同的溫差條件下進(jìn)行了綜合分析，并與產(chǎn)品中出現(xiàn)的實(shí)際故障進(jìn)行對比，進(jìn)一步驗(yàn)證了仿真、試驗(yàn)及理論計(jì)算結(jié)果的正確性，為此類液壓鎖緊油路的鎖緊性能的深層次研究及相關(guān)問題的解決提供了有價(jià)值的參考。

靜態(tài)性能；鎖緊油路；液壓鎖定銷；溫度效應(yīng)

引 言

在地面機(jī)動雷達(dá)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，為了保證轉(zhuǎn)臺、天線以及高頻箱等結(jié)構(gòu)件的自動鎖定，常常使用液壓鎖緊回路，該鎖緊回路可以保證液壓執(zhí)行元件在完成指定的鎖定動作后，保持在鎖緊位置，鎖緊性能上要求可靠、持久，能抵抗外負(fù)載的干擾[1]。

在實(shí)際使用過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)環(huán)境溫度變化不大時(shí)，液壓鎖緊油路沒有問題，但是當(dāng)環(huán)境溫度變化較大時(shí)，液壓系統(tǒng)中的油液會產(chǎn)生熱脹冷縮效應(yīng)，進(jìn)而出現(xiàn)液壓缸的鎖緊位置不能保持的問題。本文應(yīng)用仿真和試驗(yàn)的方法模擬了在環(huán)境溫度變化的情況下液壓鎖緊油路的靜態(tài)性能，并與實(shí)際使用情況進(jìn)行了對比，進(jìn)一步驗(yàn)證了溫度效應(yīng)對雷達(dá)液壓鎖緊油路靜態(tài)性能的影響。

1 鎖緊油路工作原理

某雷達(dá)轉(zhuǎn)臺液壓鎖緊油路由油源、比例換向閥、液壓鎖、管路及油缸組成，如圖1所示。油源提供高壓液壓油，由比例換向閥的方向切換完成鎖定和解鎖動作，液壓鎖完成鎖定、解鎖到位后的靜態(tài)鎖定。

2 基于溫度效應(yīng)的液壓鎖緊回路仿真分析

2.1 仿真模型

基于以上液壓原理，并考慮整體溫度效應(yīng)，在AMESim軟件中采用熱液壓庫，其簡化后的分析模型如圖2所示，油缸鎖定到位后兩腔由液壓鎖封閉，并考慮油缸內(nèi)泄。

圖1 轉(zhuǎn)臺鎖緊油路液壓原理

圖2 分析模型

2.2 參數(shù)設(shè)置

2.2.1 油液參數(shù)設(shè)置

如圖3所示，介質(zhì)為15W30液壓油，密度為850 kg/m3，體積彈性模量為10 000 bar，溫度為20 ℃[2]。

圖3 油液特性參數(shù)設(shè)置

2.2.2 油缸參數(shù)設(shè)置

油缸鎖定到位后由液壓鎖將兩腔壓力封閉，無桿腔壓力為3 MPa，有桿腔壓力為0.3 MPa，活塞直徑為40 mm，桿徑為20 mm，有桿腔死區(qū)容積為50 cm3，無桿腔死區(qū)容積為50 cm3，油缸總行程為0.3 m，油缸位移為0.3 m(油缸鎖定到位)，無桿腔溫度為50 ℃(與油源溫升相同)，有桿腔溫度為45 ℃，活塞與缸體的摩擦力250 N，油缸內(nèi)泄漏為10-6L/(min·bar), 如圖4所示。

圖4 油缸參數(shù)設(shè)置

2.2.3 油管參數(shù)設(shè)置

油缸無桿腔所接油管壓力為3 MPa，油液溫度為50 ℃(與油缸無桿腔相同)，油管直徑為10 mm，管壁為2mm，長度為1.5m，材料的體積彈性模量為17 000 bar，熱交換系數(shù)為500 W/(m2·℃)，環(huán)境溫度為20 ℃, 如圖5所示。

圖5 油缸無桿腔所接油管參數(shù)設(shè)置

油缸有桿腔所接油管壓力為0.3 MPa，油液溫度為45 ℃(與油缸有桿腔相同)，油管直徑為10 mm，管壁為2mm，長度為1.5m，材料的體積彈性模量為17 000 bar，熱交換系數(shù)為500 W/(m2·℃)，環(huán)境溫度為20 ℃, 如圖6所示。

圖6 油缸有桿腔所接油管參數(shù)設(shè)置

2.3 仿真結(jié)果

在AMESim軟件環(huán)境中按上述設(shè)置參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算[3]，結(jié)果如圖7所示。當(dāng)油液溫度從高到低變化，最終達(dá)到平衡時(shí)，活塞桿縮回約10 mm，并趨于穩(wěn)定。

圖7 油缸位移曲線

3 模擬試驗(yàn)及理論計(jì)算

為進(jìn)一步分析溫度效應(yīng)對液壓鎖緊油路靜態(tài)性能的影響，以解決某雷達(dá)方位轉(zhuǎn)臺鎖定銷縮回的故障[5]，擬采用模擬試驗(yàn)對上述仿真結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

模擬試驗(yàn)液壓原理如圖8所示，所有器件的參數(shù)設(shè)置與以上仿真系統(tǒng)相同，油缸存在正常內(nèi)泄。首先將油缸伸出，然后用熱風(fēng)槍將有桿腔管路和無桿腔管路及油缸加熱至45 ℃，后期觀察油缸是否縮回，并可在試驗(yàn)過程中通過2只壓力表觀察兩腔壓力變化。

圖8 模擬試驗(yàn)液壓原理圖

經(jīng)過一段時(shí)間，無桿腔掉壓一定數(shù)值后基本趨于穩(wěn)定，有桿腔壓力有少許上升，油缸活塞桿縮回約8.5 mm。為驗(yàn)證該試驗(yàn)結(jié)果，擬應(yīng)用經(jīng)典公式進(jìn)行計(jì)算校核。理論計(jì)算時(shí)涉及的相關(guān)參數(shù)見表1，系統(tǒng)中液壓介質(zhì)為耐低溫的10號航空液壓油，膨脹系數(shù)Δα取為8×10-4℃-1，溫差ΔT=25 ℃，假設(shè)液壓油全部集中在油缸無桿腔內(nèi)，則液壓油的總體積約為V=(π·402×300)/4，其中油缸有桿腔面積為S=π(402-202)/4，則油缸活塞桿縮回長度Δl=Δα×ΔT×V/S=8 mm，與試驗(yàn)結(jié)果大致相當(dāng)。

表1 計(jì)算用相關(guān)參數(shù)值

4 實(shí)際使用情況

某雷達(dá)在外場進(jìn)行天線車撤收，在晚上(與中午溫差約為25 ℃)進(jìn)行調(diào)平腿撤收時(shí)無法動作，檢查發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺右方位鎖定裝置顯示“未鎖定”，觀察右方位鎖定裝置，發(fā)現(xiàn)此時(shí)鎖定銷已經(jīng)下縮約8 mm，與上述理論及試驗(yàn)結(jié)果基本一致，方位鎖定銷外形如圖9所示。

圖9 轉(zhuǎn)臺方位鎖定銷外形

5 結(jié)束語

本文應(yīng)用仿真和試驗(yàn)的方法分析了油液溫度效應(yīng)對液壓鎖緊回路靜態(tài)性能的影響，并與實(shí)際使用情況進(jìn)行了對比，進(jìn)一步驗(yàn)證了在溫度變化情況下液壓鎖緊回路的靜態(tài)性能問題，為后期該問題的解決提供了依據(jù)，并對其他鎖緊和平衡等液壓回路的研究具有一定的參考價(jià)值。

[1] 范存德．液壓技術(shù)手冊[M]. 遼寧：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2004.

[2] 劉金香．-40℃～50℃液壓油膨脹系數(shù)的測定[J].遼寧化工，1987(6)：52-57.

[3] 付永領(lǐng)，祁曉野. AMESim 系統(tǒng)建模和仿真:從入門到精通[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006．

[4] 彭國朋，黃海濤.天線塔架液壓升降系統(tǒng)運(yùn)動平穩(wěn)性研究[J]．電子機(jī)械工程，2012，28(6)：17-19．

[5] 導(dǎo)彈發(fā)射筒蓋鎖定銷漂移原因分析及對策[J]．液壓與氣動，2012(12)：119-120．

彭國朋(1981-)，男，工程師，主要從事雷達(dá)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真研究工作。

黃海濤(1976-)，男，高級工程師，主要從事雷達(dá)傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與產(chǎn)品開發(fā)工作。

沈 軍(1970-)，男，技師，主要從事雷達(dá)整機(jī)裝配工作。

Static Characteristic Analysis for Hydraulic Lock Circuit of Radar Based on Temperature Effect

PENG Guo-peng，HUANG Hai-tao，SHEN Jun

(NanjingResarchInstituteofElectronicsTechnology,Nanjing210039,China)

Thermal expansion and contraction of oil in hydraulic system occurs when the environment temperature changes greatly. As a result, the static locking characteristic of the radar hydraulic lock circuit becomes unreliable. In order to study deeply the influence of temperature effect on locking characteristic of the hydraulic lock circuit, integrative analysis is carried out under the same working conditions and the same temperature by means of hydraulic simulation, test and theoretical calculation. And contrast against the actual fault of the product is performed, which has verified correctness of the simulation, test and theoretical calculation results. Valuable reference is provided for in-depth study of the similar hydraulic lock circuit and solution to the related problem.

static characteristic; lock circuit; hydraulic locking pin; temperature effect

2013-09-23

TH137

A

1008-5300(2014)01-0055-03