液压系统在地面雷达中的应用

黄伟

（南京电子技术研究所，江苏 南京 210039）

现代战争中，地面雷达作为军队的“眼睛”，扮演着非常重要的角色。地面雷达需要多种执行动作来完成作战的需要，为了实现各部分机械结构的配合和协调运动，需要采取合适的驱动方式，液压驱动作为一种传统的驱动方式，其优势非常突出：平稳动作、低噪声、高使用寿命、高功率密度等[1]。

液压系统在现代雷达中应用非常广泛，主要实现的功能有：自动、快速、精确的将载车调整至水平位置；天线阵面的举升、展开、折叠和锁定，满足机动性要求；天线转台的定位和锁紧；完成液压传动结构整机架撤等[2]。本文从液压系统的工作原理出发，介绍了在雷达系统中常用的液压阀、液压泵以及它们各自的特点；总结了雷达液压系统油源泵站的装配要求和维护方式。

1 液压系统工作原理

在液压系统中，传递介质是液体，它具有形状不固定但体积不变的特点[4]。图1 展示了传动中的基本原理，液压缸2 和4 由管道3 连接，液压缸4 的直径大于液压缸2，活塞1 和5 能保证在缸体内运动且保证无摩擦无泄漏，当作用力F 在活塞1 横截面上垂直向下作用时，活塞5 上的重物W 即受到垂直向上的力；当活塞1 运动时，活塞5 随之运动，这样就实现了力和位移的传递。

图1 液压传动原理图

假设缸2 横截面积为A1，缸4 横截面积为A2，由于压力沿着各个方向作用相等，与容器形状无关，因此，当力F 作用于A1时，产生压力P，那么重物W 的力学方程为：

由式（1）可得，作用力之比与面积比相等，如果将A2设计得足够大，就可以用一个较小的F 抬起较大的重物W，这就实现了动力的传递[5]。

2 液压阀在雷达中的应用

现代设备对于驱动技术的性能要求日益提高，液压驱动是当下使用范围最广的驱动方式之一，而液压阀是液压驱动中不可缺少的环节。根据地面雷达的工作特点，常应用于地面雷达上的液压阀有三大类，即方向/压力/流量控制阀，不同的液压阀或阀组能够给液压系统提供不同的运动方向和不同级别的压力/流量，实现地面雷达的不同动作。

2.1 方向控制阀

方向控制阀，顾名思义它是实现流体不同运动方向自由控制的一类液压阀，要有单向阀、双向液压锁、换向阀等类型。

2.1.1 单向阀

单向阀主要用于阻断某个方向的流体运动，而允许反方向的流体运动，因此被称作“单向”，其原理是通过控制阀芯的开启和关闭实现油液的单向流动，将两个单向阀并联，并通过液控口对各自的阀芯进行控制，就组成了双向液压锁。地面雷达中常将双向液压锁应用在垂直布置的锁定销油路中，保证锁定销不能回落。

2.1.2 换向阀

换向阀的基本功能就是完成液压系统中液压油的流动方向转换，一般是通过改变阀芯和阀体的相对位置来实现这一功能的，工程中，滑阀类换向阀是最典型的，按其具体功能又称为“X 位X 通”。

地面雷达最常用到的是三位四通换向阀，三位阀根据中位的通断情况定义机能符号，如“O”型，“Y”型、“H”型等，其中以“O”机能和“Y”机能最为常用。“O”机能换向阀在中位时，液压油口间互不连通，油液不会经过阀，在地面雷达中，如果有需要两个或以上换向阀并联时，可以使用“O”机能换向阀。“Y”机能换向阀在中位时，出油口与回油口相连通，进油口封闭，进油口不能通油，一般情况下，地面雷达的油路里安装双向液压锁或者平衡阀时，采用“Y”机能的换向阀，见图2。

图2 三位四通换向阀

2.2 压力控制阀

压力控制阀是以预先确定的方式，对液压系统整体或局部的压力施加影响。压力控制阀的启闭是在弹簧和液压油液的组合作用中实现的，在未开启状态，弹簧力将阀芯推到液压阀开口关闭的位置，当液压油进入回路，液压油提供的压力能够克服弹簧力时，阀开启，油液通行。

2.2.1 溢流阀

溢流阀用于将系统压力限制在一个指定的压力等级，整个回路的其他压力一般不能超过这个压力值，当回路中压力达到这个等级时，溢流阀响应并开始工作，系统中多余的流量过阀，泵和油箱直接连通。在地面雷达中，溢流阀大多安装在液压泵出口油路的旁路中，用于限定整个液压回路的系统压力，也就是最大压力。

2.2.2 减压阀

与影响进口压力的溢流阀正好相反，减压阀设定的是出口压力，它可以保证次级压力达到某个设定值，这个压力值同样小于设定的系统压力，也就是主回路的主级压力，这样，同一个液压泵就可以产生多个级别的次级压力输出。

2.2.3 顺序阀

顺序阀一般位于液压系统的主回路，并在达到设定压力后开启或关闭某一回路。在地面雷达中，顺序阀常用于有先后动作需求的液压回路中，如天线的倒竖和收展、保护架结构的顺次展开和收拢等，常用的顺序阀回路形式如图3。

图3 顺序阀回路

2.2.4 平衡阀

平衡阀在地面雷达中应用非常广泛，如倒竖油缸、调平腿等油缸在液压杆伸出并承受负载作用时，必须在回油箱的回路上布置单向平衡阀，以此来提供背压，保证油缸不会突然下坠并运动平稳[3]。在部分地面雷达中，还会设置双向平衡阀，用于液压缸同时承受正负载和负负载的场合。

2.3 流量控制阀

2.3.1 节流阀

在不需要恒定流量的控制场合，可以采用节流阀，在地面雷达中，以下场合往往会用到节流阀：（1）执行端的负载恒定。（2）载荷变化时，需要速度跟着变化。

2.3.2 调速阀

调速阀可以用来调节执行元件的运动速度，其回路按照安装位置不同可分为三类：进口/出口/旁路调速阀回路。

进口调速阀回路是将调速阀安装在液压泵和执行机构之间的管道上，这样可以保证执行机构流量受控，油路结构形式如图4。

图4 进口调速回路

出口调速阀回路是将调速阀安装在执行机构与油箱之间的回油路上，适用于具有负负载的液压回路，油路结构形式如图5。

图5 出口调速回路

旁路调速阀回路是将调速阀与执行机构并联，这种调节效率较高，油路结构形式如图6。

图6 旁路调速回路

比较这三种不同结构的调速回路各自的优点和缺点，列表如表1。

表1 三种回路的优缺点

2.4 比例阀

比例控制技术将液压传动的大功率特性和电气传动的精准快速结合在一起，已成为了现在液压系统的常用组件。比例控制流程如下：（1）输入电压信号，并由在比例电磁铁处获得等比例的输出（力/位移）。（2）获得这些变量作为输入信号后，液压阀主动调节阀的开口，成比例的向系统中输出流量/压力。

对比比例方向阀和电磁换向阀，主要区别在于比例方向阀使用了比例电磁铁取代了普通电磁铁，其主要优势有：阀位的切换是由信号控制的，可以实现无级调节，不需要复杂的组成结构就可以完成特定的控制，从而降低了成本；控制过程更加简便精确且高效率，不会受到突变的高压力冲击，保证了液压系统的工作时长；由于比例方向阀是电系统提供信号（流量/压力/方向），液压系统与之耦合提供动力，最后机械系统执行动作，因而整个流程的动态响应很好。

3 液压泵在雷达中的应用

液压泵是液压系统的动力单元，其主要任务是将转矩和转速（机械能）转变为流体的流量和压力（液压能）。

3.1 液压泵的类型

液压泵从结构形式上可以分为柱塞泵、齿轮泵和柱塞泵，工程应用中选取液压泵时，常常考虑以下因素：（1）工作介质和压力范围。（2）期望的速度范围。（3）管路的安装及驱动类型。（4）最高/最低工作温度。（5）最大/最小粘度。（6）最大噪音级别和期望使用寿命。（7）可接受的最大成本。

按照液压泵的结构类型可以分为柱塞泵、齿轮泵和柱塞泵。表2 列出了它们各自的优缺点。

表2 三种液压泵的优缺点

3.2 雷达系统泵站组成

雷达系统的泵站一般主要由油泵、电机、油箱、高压过滤器、回油过滤器、干燥空气呼吸器、油标、集成阀块、压力表、球形阀以及钟形罩、梅花联轴节、相应接头和管路等部分组成。泵站的装配应注意以下几点：（1）注意泵的旋转方向。根据泵标牌的指示方向，一般情况下，面对转轴应为顺时针旋转。（2）注意高压过滤器的安装，指示箭头为液压油从泵流出方向。（3）检查油箱，不允许有任何杂物，油液的清洁度很可能损坏油缸密封圈和阀。（4）注意集成阀块上P、T 口的连接一一对应。（5）泵站工作时需检查球阀是否处于打开状态。（6）注意溢流阀压力的设置，应从小到大调节。

3.3 雷达系统泵站维护

泵站是雷达液压系统的起点，其维护对液压系统的功能实现有着重要意义，在日常的使用过程中，应注意：（1）油箱中油位过低或已达警戒线时应及时补油。首先拆去油源外罩上的盖板，拆去加油口盖，然后将油箱顶部的空气过滤器打开即可加油，油位应在液位计上部可视范围内距顶部1/4 处附近。（2）检查所有液压接头是否有渗漏油现象，若有需重新紧固，随后按使用说明书要求动作该支路，进行功能性加压测试；检查各液压软管有无磨损，如有磨损应立即停止雷达工作，及时安排更换。（3）检查干燥空气呼吸器内的干燥剂颜色，正常的干燥剂颜色为蓝色，若水份含量较高，干燥剂颜色将变为红色，此时需更换干燥空气呼吸器。（4）检查液压油箱上的回油过滤器滤筒是否沉积杂质。方法：拆除油源盖板和油源罩，用扳手旋开回油过滤器顶盖，取出滤筒检查滤筒丝网上是否存在杂质沉积，有杂质沉积则需要用航空油冲洗干净，然后复位，拧紧顶盖，安装外罩。

4 结论

地面雷达中，液压系统是由液压泵输出液压油，提供动力，再经由各种液压阀和管路，实现各级压力限定，最终油液到达动作元件的液压缸中，完成载车调平、天线倒竖和边块展收等动作。本文首先系统介绍了液压的工作原理；进一步的对常见的液压阀和组成回路进行了介绍和分析比较；最后介绍了雷达系统中选取液压泵的一些原则、提出了油源泵站的装配要求和维护的具体方式；本文所述对液压系统在雷达中的应用具有一定的指导意义和工程应用价值。