基于AMESim 的液压举升系统特性研究

严 诺，郭亚军，王 虎

(中国电子科技集团公司第38 研究所，合肥 230088)

机动式雷达为了避免低矮障碍物对天线的遮蔽，一般都举升到一定高度，在运动过程中，可靠且平稳的机构动作状态是最基本的要求［1-3］。随着液压元件的快速革新，国内液压举升机构已从小天线雷达的架设发展到大阵面雷达的折叠、举升等多种动作时序。本文通过某大吨位雷达液压驱动举升方式的分析，通过计算，确定了油缸的关键参数，经过AMESim 的机液仿真［4-5］表明了该液压系统可使举升运行平稳，具有一定参考价值。

1 举升受力分析

雷达举升的状态分为两种:一种是水平的初始状态，一种是到位的垂直状态。初始状态由于重力的力臂最长，所以力矩较大。垂直状态虽然力臂减小，但是受到风载的影响，所以必须对这两种极端状态进行受力分析，选取液压缸的关键参数。

1)初始状态:初始状态如图1 所示。

图1 初始状态

对转轴O 取矩，根据力矩平衡可得

式(1)中:F1为液压缸的推力(N);M 为天线及附件重，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

根据油缸载荷情况，综合考虑重量、液压元件的性能、可靠性、安全性、外形匹配的美观性及成本等因素，选择液压油的最高工作压力为P=16 MPa。

计算油缸缸径D

式(2)中:F 为液压缸的推力;P 为液压油的工作压力;代入式(2)，计算得油缸直径，查手册［6］取D=100 mm。

计算活塞杆直径d

代入式(3)，计算得相应活塞杆直径，查手册［6］，取d =70 mm。

2)到位状态:到位状态如图2 所示。

图2 到位状态

举升到90°时，考虑到上背面的风力影响，液压缸受到风力和天线重力的合力作用。由25 m/s 风速下上背架的风力为F2=2t。

同理计算，L=94，L1=568，L2=1 820 mm。

计算得，F1=36 907 N，小于初始状态油缸负载101 763 N。因此，油缸参数选择按初始状态负载计算。经计算液压缸基本参数取值如表1 所示。

表1 液压缸主要参数mm

2 液压系统设计

液压缸到位后，都会有活塞与缸体的碰撞，容易造成缸体的振动，所以液压系统设计必须缓冲这种冲击，减小对缸体的损坏。本文采用在主回路和回油路上增加节流阀的方式克服这种振动，由于举升机构有机械锁死机构，所以液压图中不增加锁紧部分，液压原理如图3 所示。

图3 液压系统原理

3 AMESim 仿真建模

3.1 举升机构建模

举升机构简化模型如图4 所示，O1点与雷达车底盘相连，O2点与液压缸活塞杆相连，O 点为重心点，仿真模型［7-8］如图5 所示。

图4 机构简化示意图

图5 机构仿真模型

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6 所示。

图6 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 所示。

图7 为液压缸的压力变化和输出力的变化曲线图。从仿真可以看出，通过三位四通阀的开启和关闭，雷达举升机构从初始角度为水平的状态到垂直状态，液压缸活塞杆做伸出动作，油缸曲线变化无明显突变，符合设计要求。

图7 油缸推力变化

5 结论

本文从雷达举升结构设计、受力分析等方面进行了详细研究，提出了液压驱动方案，通过AMESim 软件建立了举升机构与液压系统的仿真模型，对液压缸主要参数特性进行了分析，仿真结果表明该液压系统达到设计要求，为雷达举升机构的工程实施及应用有一定的参考价值。

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