雷达液压锁紧油路单边锁紧失效机理研究*

彭国朋，黄海涛

(南京电子技术研究所， 江苏 南京 210039)

雷达液压锁紧油路单边锁紧失效机理研究*

彭国朋，黄海涛

(南京电子技术研究所， 江苏 南京 210039)

文中针对某雷达转台液压锁定销锁紧油路的单边锁紧失效现象，通过对失效原因的分析，建立了失效故障树，并采用测试技术排除了故障树中关键元件——液压锁的故障；重点采用液压仿真的方法对其故障机理进行了综合分析，并结合试验对故障仿真结果进行了验证。结果表明，由周期性变化的环境温度引起的油温改变(油温效应)是导致其单边锁紧失效的主要原因。该研究可为后续类似系统的优化设计提供有价值的参考。

锁紧油路；锁紧失效；机理；液压锁定销

引 言

现代战争对情报雷达的机动性要求越来越高，液压驱动是提高其机动性能的首选，而作为液压经典油路之一的锁紧油路通常应用在雷达天线阵面处于工作或运输状态需要锁紧的场合[1]。

雷达转台运输状态下的锁紧通过液压系统驱动双锁定销实现，在使用过程中出现了单边锁紧失效现象，即液压锁定销在锁紧状态工作一段时间后，其中1只油缸插销缩回，通过检测开关报出故障。为探寻故障原因，本文专门对锁紧失效机理进行了研究，可为后续优化设计提供依据。

1 锁紧油路液压原理

雷达转台方位锁定销的外形如图1所示，主要由插销、油缸、检测开关及油管组成。

图1 转台方位锁定销外形图

由双油缸驱动的液压锁紧油路原理如图2所示。锁紧动作采用2只油缸进行驱动，并由同一片电磁换向阀控制，静态锁紧功能由共用的液压锁实现。系统使用10#航空液压油作为传动介质，系统的相关参数见表1。

图2 转台锁定销锁紧油路原理

参数数值油管长度/m2油管通径/mm10油缸缸筒直径/mm40油缸活塞杆直径/mm20油缸行程/mm300活塞杆质量/kg2

2 锁紧失效的机理分析

根据以上故障现象进行了详尽的原因分析，建立了单边锁紧失效故障树[2]，如图3所示。首先定位到液压锁本身，假设该液压锁已经无法封住压力油，需对其锁紧性能进行测试。

图3 单边锁紧失效故障树

液压锁性能测试原理如图4所示。通过换向阀控制油缸动作，当油缸分别运动到最大行程和最小行程2个极限位置后，电机泵停止工作。通过观察压力表的指针示数变化对液压锁的保压(锁紧)性能进行判断。经过较长一段时间的验证后，发现其性能正常。

图4 液压锁性能测试原理

下面将重点分析油缸故障、油温效应及与管路相关的故障。

2.1 仅考虑油缸内泄漏的影响

活塞杆质量较小(约为2 kg)，经测试，油缸的内摩擦力约为100 N ，大于20 N，所以仅考虑泄漏时油缸不会自动下降的情况。

2.2 仅考虑温度的影响

运用液压动态仿真来模拟温度变化对锁定性能的影响。根据图2所示的液压原理及表1中提供的参数，在SimulationX软件中创建系统的仿真模型，如图5所示[3-4]。

图5 考虑热交换(温度)的液压锁紧油路仿真模型

该仿真要考虑热交换(即热液压)，仿真结果如图6所示。考虑到系统静置期间油温会发生变化，因此通过观察油温的改变来观察系统的动态变化。由观察到的仿真结果可知，仅考虑温度下降时，油缸不会自动下降。

图6 仅考虑温度对锁紧性能的影响

2.3 温度循环变化、内泄漏及摩擦力差异性等综合因素的影响

考虑到昼夜温差及内泄漏的综合作用可能会对油缸的位移产生影响，因此在仿真中尽量模拟环境温度的周期性变化。油缸存在合理的内泄漏，同时，在系统中并联2只油缸，其中1只油缸有下降问题，另1只没有，这可能是其中1只油缸摩擦力较小的缘故。因此考虑昼夜温差、内泄漏和油缸摩擦力较小的综合作用，将油缸的摩擦力调整为50 N。系统仿真结果如图7所示。

图7 温度循环变化、内泄漏及摩擦力差异性等综合因素对锁紧性能的影响

从仿真结果可以看出，此种工况下油缸会有明显的自由下降，大概在9个温度循环后，油缸下降7 mm，基本与真实系统中观察到的故障现象一致。

把摩擦力重新调整为100 N，再次进行仿真，仿真结果如图8所示。此时不会出现明显的油缸下降问题，这就解释了为什么2只并联油缸中只有1只油缸出现了自由下降的现象。

图8 不考虑油缸摩擦力差异性对锁紧性能的影响

2.4 温度对锁紧液压系统影响的模拟试验

为进一步分析温度效应对液压锁紧油路锁紧性能的影响，以解决某雷达方位转台锁定销缩回的问题，拟采用模拟试验对上述仿真结果进行验证[5]。

模拟试验的液压原理如图9所示，所有器件的参数设置与以上仿真系统相同，油缸存在正常内泄。首先将油缸伸出，然后用热风枪将有杆腔管路、无杆腔管路及油缸加热至上述仿真温度，观察油缸是否缩回，并可在试验过程中通过2只压力表观察两腔压力的变化。

图9 模拟试验液压原理

试验结果显示，经过一段时间后，无杆腔压力下降一定数值后基本趋于稳定，有杆腔压力稍稍上升，油缸活塞杆缩回约14 mm。

3 结束语

综上所述，通过对液压系统在不同工况下的动态特性进行仿真以及相关的理论、试验研究，可以看出，单边油缸的锁紧失效问题是一个综合因素作用的结果。至今为止的研究结果表明，环境温度周期性变化引起的油温周期性变化以及油缸自身存在的内泄漏是明显的影响因素。

由于油缸自身的内泄漏无法避免，因此只要满足国标要求即为合格。后续将重点关注环境温度对液压系统的影响，考虑在系统中布置一定容积的蓄能器进行动态补偿。

[1] 范存德. 液压技术手册[M]. 辽宁: 辽宁科学技术出版社, 2004.

[2] 杜冬菊, 李伟刚, 卢文忠. 导弹发射筒盖锁定销漂移原因分析及对策[J]. 液压与气动, 2012(12): 118-120.

[3] 付永领, 祁晓野. AMESim 系统建模和仿真:从入门到精通[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2006.

[4] 彭国朋, 黄海涛. 天线塔架液压升降系统运动平稳性研究[J]. 电子机械工程, 2012, 28(6): 17-19.

[5] 彭国朋, 黄海涛, 沈军. 基于温度效应的雷达液压锁紧油路静态性能分析[J]. 电子机械工程, 2014, 30(1): 55-57.

彭国朋(1981-)，男，高级工程师,主要从事雷达液压系统设计及机、电、液系统数字仿真工作。

黄海涛(1976-)，男，高级工程师，主要从事雷达传动结构设计与产品开发工作。

Single Locking Ineffectiveness Principle of Hydraulic Locking Oil Loop on Radar

PENG Guo-peng，HUANG Hai-tao

(NanjingResearchInstituteofElectronicsTechnology,Nanjing210039,China)

Aiming at single locking ineffectiveness of the hydraulic locking oil loop on locking pin of the radar rotatory table, the ineffectiveness fault tree is built by analyzing the ineffectiveness cause and the fault of pilot operated check valve (the key component in the fault tree) is eliminated by test technology. The fault principle is analyzed by hydraulic simulation and the simulation result of the fault is validated by test. The result shows that single locking ineffectiveness is mainly caused by the oil temperature change, namely the oil temperature effect, which results from cyclical change of the environment temperature. This can provide valuable reference for optimization design of other similar products.

locking oil loop; locking ineffectiveness; principle; hydraulic locking pin

2015-12-11

TH137

A

1008-5300(2016)02-0042-03