基于AMESim的雷达举升系统设计分析*

唐为民，郭亚军，王 磊

(中国电子科技集团公司第38研究所，安徽合肥 230088)

0 引言

高机动米波雷达是探测隐身目标的有效装备，作为车载式高机动性可转移武器设备，在有限的运算车辆下，有几个关键技术需要研究［1-2］:①设备量多，机动架设时间非常短;②天线在大风下的生存能力;③机动运输尺寸指标的苛刻，需要采用多种机构手段协调解决这些问题。目前国内大型阵面的举升都是采用液压缸作为执行机构，传统的液压设计计算都通过理论计算和经验进行选型，这种计算无论在竞标阶段还是实物设计阶段都存在风险大、数据不直观、耗费人力物力等不足。笔者利用AMESim软件建立了三级液压缸的系统模型［3-4］，通过受力分析取得了仿真模型的参数，并对系统在不同工况下的液压缸特性进行了详细探讨。

1 举升系统结构与受力分析

多级缸举升系统的结构如图1、2所示，图2为举升状态，图1为初始状态。液压缸启动时，举升背架处于水平状态，液压缸所受的负载最大，主要是重力。举升到位时，系统所受负载为风力和重力的合力。以下为两种状态的受力分析:

对转轴O取矩，根据力矩平衡可得:

式中:F为液压缸的推力，N;G为天线重及附件，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

根据F=P·A，又A=π·d2/4

式中:F为液压缸的推力，取F=171 708 N;P为系统正常压力，取P=16 MPa。

代入上式，可得:d=129 mm。

图1 主油缸初始状态

(2)主推缸采用多级缸结构，考虑行程较长，第一级D1=200 mm、行程S1=1 650 mm;第二级D2=160 mm，行程S2=1 650 mm，第三级 D2=120 mm，行程S2=1 650 mm，两端结构式为关节轴承和自润滑轴承。当主缸的最后一级推出时，受风载很大，按此工况对最后一级油缸进行校核。当油缸推到位时，天线背架倾角约为70°，考虑到天线背面的风力影响，液压缸受到风力和天线重力的合力作用。由30 m/s风速下风载计算可得此时风力为F2=9.48 t。

同理得:L1=2 974，L2=3 074，L3=8 740 mm。

可得知F1=186 931 N。

图2 主油缸到位状态

经计算液压缸参数取值如表1。

根据F=P·A，又A=π·d2/4

式中:F为液压缸的推力;P为系统正常压力，取P=16 MPa

代入上式，可得:d=122 mm。

表1 主液压缸参数 /mm

2 液压系统设计

液压系统原理如图3所示。

图3 液压系统原理

通过铰接点在初始状态与到位状态的距离计算，可得出液压缸需要三级。三级缸在每一级到位后，都会有活塞与缸体的碰撞，易造成缸体的振动，所以液压系统设计必须缓冲这种冲击，减小对缸体的损坏。一般减小冲击有三种途径:①采用带缓冲的油缸;②在主回路上不断进行速度调节;③在回油路上增加背压。本文采用②③方式的复合结构。

3 AMESim仿真建模

3.1 三级缸建模

用单级缸联合法构建三级液压缸模型，如图4所示。三级缸伸出时，正腔加压，第一级活塞先伸出，由于缸体碰撞，第一级活塞停止，然后第二级活塞伸出，第三级同上。缩回时，反腔加压，其顺序与伸出时相反［5-7］。

图4 三级缸模型

3.2 举升系统液压模型

利用AMESim平面机械库，构建雷达举升受力模型，利用液压库搭建液压系统原理图。系统模型如图5所示。

图5 举升液压系统模型

4 仿真分析

由于雷达举升时油缸与水平的夹角是变化的，所以液压缸受力也是变化。系统的控制信号为40 mA，工作压力为16 MPa，等效刚度为106 N/mm，等效阻尼为105 N/(mm·s-1)，最大阻尼距离为0.001 mm，系统主要参数见表1。

图6为油缸在不同风载下的输出力变化曲线图。从仿真可以看出，无论在风速30 m/s正向反向时，还是在无风状态，液压缸在初始阶段变化最明显，然后下滑处于稍微平缓的状态，最后随着风载的影响又有上升的趋势，与实物理论分析相符合，由于节流阀的作用，系统力输出没有明显抖动，这说明系统举升过程，油液冲击较小。

图6 油缸推力变化

5 结语

从雷达举升的结构设计、受力分析、液压系统设计到仿真等多个方面进行了详细分析与研究，并根据实物搭建了三级缸的AMESim模型，提出了级联建模方法，得出了不同工况下举升机构液压缸的推力变化图，为油缸的选型及节流阀的设置提供了参考。

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