雷達天線自動架機構(gòu)的液壓同步方法

郭向東

(中國電子科技集團公司第三十八研究所,安徽 合肥230088)

隨著信息化戰(zhàn)爭的發(fā)展需要,雷達的機動性能對雷達的快速反應(yīng)能力和戰(zhàn)場生存能力有決定性影響[1,2]。大型地面雷達的天線口徑越來越大,為滿足較高的機動性,大口徑天線陣面必然要采用分塊處理和柔性展開/收攏等方式,且日益向多塊、高收納比和高集成重載等方向發(fā)展。因此,天線陣面快速可靠的自動展開/折疊架設(shè)機構(gòu)成為影響大型地面雷達機動性的關(guān)鍵。

液壓系統(tǒng)有力體積比大、集成度高、控制簡單等特點,已廣泛運用于大中型地面雷達的自動調(diào)平和自動架設(shè)機構(gòu)[3,4],撐腿和架設(shè)/折疊機構(gòu)一般成對動作,由此帶來了雙機構(gòu)同步問題,因此,液壓同步性能直接決定著雷達調(diào)平精度、骨架是否發(fā)生扭曲變形和運動平順性。

1 雷達液壓同步方法

雷達液壓同步控制系統(tǒng)為位置液壓同步控制系統(tǒng),無論是油缸還是馬達,實質(zhì)上是如何保證兩個執(zhí)行元件的流量相同,并不受負載影響。目前雷達常用的液壓同步方法大體上可分為三類：機械同步、液壓強制同步和電比例伺服閉環(huán)同步。

機械同步在液壓系統(tǒng)中沒有同步元器件,是靠天線骨架較好的剛度進行同步。液壓強制同步在液壓系統(tǒng)中有同步元器件,同步元器件可以是分集流閥或同步馬達,也可是兩個相同排量的泵給兩路供油實現(xiàn)兩個回路同步。電比例伺服閉環(huán)同步一般由位置傳感器、比例閥和伺服控制器組成,通過采集位置傳感器信號,由伺服系統(tǒng)比例控制器實時控制比例閥輸出流量以實現(xiàn)位置閉環(huán)同步控制。

機械同步和液壓強制同步均為開式控制方法,同步性能一般,但成本低、控制簡單、應(yīng)用較為廣泛；由于加入了監(jiān)測傳感器,電比例伺服閉環(huán)同步的精度較高,但成本較高,控制也較復雜。

2 調(diào)平系統(tǒng)同步

雷達液壓自動調(diào)平一般采用四點調(diào)平的方式,調(diào)平采用多點追高的方法,即所有的調(diào)平腿都遵循只升不降的原則參與調(diào)平。平臺調(diào)平的過程為：首先,四條調(diào)平腿伸出并進行落地檢測,保證四條撐腿都著地,避免出現(xiàn)支撐腿虛地的情況；其次,根據(jù)水平傳感器X 軸和Y 軸的信息尋找最高點,保持最高點不動,按一定的控制算法控制其他最低點向最高點趨近,直到滿足調(diào)平精度。

由此可見,雷達液壓自動調(diào)平過程中,關(guān)鍵在于雙撐腿在承載不均勻的情況下需具有較好的同步性,理論上可采用電比例伺服閉環(huán)同步和液壓強制同步?？紤]撐腿上不易集成布置位置傳感器和成本較高,目前雷達液壓撐腿同步常采用液壓強制同步方式。其中,分流閥的精度和負載敏感性較差,經(jīng)過實踐驗證,無法滿足現(xiàn)在重載雷達的液壓調(diào)平系統(tǒng)要求,作為分流閥升級換代產(chǎn)品,液壓同步馬達同步精度更精確(液壓同步馬達1～2%,分流閥3～4%),效率更高,可實現(xiàn)3′的調(diào)平要求。

圖1 調(diào)平系統(tǒng)液壓同步原理圖

如圖1 所示,整個元件有一個共同的進油通道和各自獨立的出油口,分流馬達對流入其進油通道的液壓油起分配作用,分流馬達每片的尺寸相同,則進油口的一路高壓油將被分流馬達等量分流,實現(xiàn)調(diào)平撐腿的同步運行,由于幾片分流馬達為一根軸聯(lián)動,因此每片馬達的出口流量不受負載影響,同時,每片分流馬達并聯(lián)一個溢流閥對每一路進行安全保護。比如調(diào)平腿1 和調(diào)平腿2 需要同步工作時,其對應(yīng)的換向閥打開即可實現(xiàn)兩腿的同步動作。

3 剛性骨架同步

如圖2 所示,為典型的分塊平面陣列天線折疊/展開機構(gòu),中心框架作為支撐體,左、右邊塊陣面分別鉸接在中心框架上,油缸的一端與中心框架鉸接,另一端與邊塊陣面鉸接,單側(cè)邊塊陣面的折疊/展開通過多個油缸同步動作實現(xiàn)0°到90°翻轉(zhuǎn),而且兩側(cè)邊塊陣面一般要求同時折疊/展開到位,因此這里涉及單側(cè)同步和雙側(cè)同步兩個液壓同步。

圖2 多塊剛性陣面折疊/展開示意圖

對于單側(cè)同步,由于這種陣面骨架多采用高強度鋼焊接成框架結(jié)構(gòu),剛強度較好,通常采用同步馬達同步或機械同步即可滿足要求。同步馬達的控制方法與調(diào)平腿類似,其油缸的同步位置精度能達到2%以內(nèi),可以滿足大部分此類型陣面的同步精度要求；對于機械同步方式,由于液壓系統(tǒng)沒有強制同步措施,需保證雙缸的油腔互通,即油腔壓力相等,這也就要求陣面重心在最兩側(cè)油缸的中間幾何位置附近,通過骨架本身較高的剛強度實現(xiàn)多個油缸的同步動作。

對于雙側(cè)同步,由于兩個陣面相對獨立,無需考慮對陣面剛性和變形的影響,且一般只要求目視效果能夠同時到位即可,因此,同步精度要求不高,根據(jù)實際工程經(jīng)驗,同步精度在4%左右即可?？刹捎梅旨鏖y或同步馬達的液壓強制同步；或采用限定兩個電比例閥開口,實現(xiàn)兩路等流量輸出的開式控制方式；也可使用同排量的雙泵系統(tǒng)分別給兩個邊塊回路供油。

如圖3 所示,同步馬達同步和機械同步的平衡閥布置方式不同。機械同步由于是一路供油給多個油缸,要求每個缸的壓力相同,油缸腔體間必須是管路直接連接,因此采用多缸共用一個平衡閥的方式,即平衡閥進出口連接多個油缸,這種連接方式的平衡閥調(diào)試難度較小。而同步馬達同步,為有效提高系統(tǒng)的平穩(wěn)性,每個執(zhí)行元件需單獨布置平衡閥,這種連接方式的平衡閥調(diào)試難度較大。

圖3 兩種同步的平衡閥布置示意圖

由以上分析可知,由于同步馬達同步有很好的負載不平衡性,對重心位置要求不高,適用范圍較廣,但調(diào)試難度較大。機械同步原理上相對簡單,調(diào)試難度小,成本也相對較低,但對陣面重心位置和骨架的剛強度有一定要求。

4 柔性骨架同步

如圖4 所示,為典型的柔性陣列天線結(jié)構(gòu)形式,主要由展開機構(gòu)/承力桿和驅(qū)動油缸等組成,承力桿安裝在展開機構(gòu)上,由油缸驅(qū)動展開機構(gòu)伸縮,帶動多根承力桿實現(xiàn)大收納比的展開/收攏。柔性陣面結(jié)構(gòu)往往跨距較大,同時承力桿為細長桿,本身的剛性較差,故對同步精度要求較高。根據(jù)不同的展開機構(gòu)結(jié)構(gòu)形式,可采用機械同步或同步馬達同步,但結(jié)構(gòu)上需有同步裝置；如果精度要求高,則可采用電比例伺服閉環(huán)控制實現(xiàn)。

圖4 柔性陣面展開示意圖

圖5 電比例多路閥原理圖

如圖5 所示,電比例伺服閉環(huán)控制的主回路多采用PSL 負載敏感回路電比例多路閥,每片閥輸出流量可獨立控制且不受負載影響,位置傳感器一般與油缸集成或安裝在展開機構(gòu)上,由伺服系統(tǒng)比例控制器實時控制兩片閥輸出流量以實現(xiàn)位置閉環(huán)同步控制,伺服系統(tǒng)只需要通過開關(guān)控制進行油缸運行速度的選擇即可實現(xiàn)需要的動作。

5 結(jié)論

本文首先給出了雷達常用的三種同步方法和優(yōu)缺點,對調(diào)平系統(tǒng)、剛性骨架和柔性骨架適用的液壓同步方法進行了詳細闡述。這些同步方法在實際使用中效果良好,可滿足同步要求,為后續(xù)類似結(jié)構(gòu)的液壓同步設(shè)計提供借鑒,并具有一定的參考意義。