車載裝置升降系統(tǒng)的開發(fā)

1、 目錄1選題背景11.1雷達車的特點21.2 國內(nèi)外高機動雷達發(fā)展狀況32 方案論證42.1 主要技術(shù)指標42.2 技術(shù)可行性42.3 升降天線車的液壓系統(tǒng)說明52.4 測試系統(tǒng)的組成及功能62.5 主要技術(shù)難點分析82.6 與國內(nèi)外同類產(chǎn)品技術(shù)對比分析82.7 推廣應(yīng)用價值83 過程論述83.1 雷達舉升機構(gòu)的力學(xué)分析83.2 缸的設(shè)計123.3 缸的連接及材料163.4 塔架的設(shè)計233.5 機動式車載雷達穩(wěn)定性設(shè)計分析244 結(jié)論總結(jié)315 致謝326參考文獻33141 選題背景 1.1雷達車的特點現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭對雷達的越野作戰(zhàn)與戰(zhàn)場生存能力提出了越來越高的要求,以達到戰(zhàn)時快速組網(wǎng)及補充

2、戰(zhàn)損的目的，高度的機動能力已經(jīng)成為現(xiàn)代軍事雷達的必備素質(zhì);因此，對于雷達設(shè)計師來說，在考慮整機電性能指標、可靠性、可維性、可保障性、安全性、可操作性、經(jīng)濟性及加工工藝性等因素的同時，還須從結(jié)構(gòu)上對其機動性作出精心構(gòu)思?？偟膩碚f,雷達的高機動性須保證雷達具有這樣一種能力，即組成雷達的諸多功能環(huán)節(jié)能夠共同形成一種良好的應(yīng)變能力，在保證性能可靠的前提下，使其在遭到敵方打擊之前，能夠方便、迅速地撤收，并且轉(zhuǎn)移到新的陣地上重新進入正常的工作狀態(tài)，以達到保護自己、克敵制勝的目的;因此，在結(jié)構(gòu)總體上須重點考慮下列問題。運輸行駛能力主要包括以下幾點：（1）.越野能力:戰(zhàn)時雷達整機將面臨復(fù)雜惡劣的地理環(huán)境情況，

3、如土路、泥濘路等，此時仍然要求雷達能夠以一定的速度可靠地行駛;雷達載車的性能對整機的運輸行駛能力有直接影響，因此，載車的越野能力是選型時首先要考慮的問題，其基型車必須滿足軍用越野汽車機動性要求的各項規(guī)定:一般來說，機動型雷達載車選型的原則是優(yōu)先選用國產(chǎn)列裝的越野載重基型車輛。整機各運 輸單元機動、越野能力的主要指標包括各運輸單元重量、行駛速度、最大爬坡度、接近角、離去角、涉水深度、越坡溝寬度、最小轉(zhuǎn)彎直等參數(shù)。（2）.通過能力:即雷達整機各運輸單元外形尺寸在公路、鐵路運輸時須符合國家有關(guān)運軸限界的要求。1) 公路運輸:應(yīng)滿足公路運輸限界。2) 鐵路運輸:應(yīng)滿足鐵路裝載荃本限界.3) 雷達總重不

4、超過小型橋梁的承重能力。（3）.雷達天線升降機構(gòu)：按傳動系統(tǒng)的不同,可分為機電式和液壓式。機電式升降機構(gòu)技術(shù)較為成熟,是一種傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式,但是,機電式升降機構(gòu)的控制及傳動結(jié)構(gòu)均較為復(fù)雜,同時單位驅(qū)動負載的重量較大,在要求架設(shè)高度較高、負載較大時尤其如此。液壓式傳動系統(tǒng)與機電式傳動系統(tǒng)相比,在輸出同樣功率的條件下,體積和質(zhì)量可以減小很多,同時承載能力大,可以完成較大重量雷達天線的高架。并且采用液壓傳動還可大大簡化機械結(jié)構(gòu),從而減少機械零部件的數(shù)目,也便于實現(xiàn)自動控制。另外,隨著科技的發(fā)展,液壓元器件的生產(chǎn)工藝逐步實現(xiàn)機械化和自動化, 制造成本在不斷下降, 制造精度越來越高,因此液壓式傳動系統(tǒng)已

5、逐漸在雷達天線升降機構(gòu)中被采用。中、大型雷達天線的舉升機構(gòu)不同于普通的升降機。普通升降機負載通常較小,中、大型雷達天線的舉升機構(gòu)的負載較大,特別是機構(gòu)常常需要在較大的風載條件下甚至于需要在天線上覆蓋有冰層時工作,在舉升高度較高時,風載荷引起的顛覆力矩直接威脅著設(shè)備的安全和工作的可靠性,此外風向的不同引起的動力特性在機構(gòu)的升降過程中又存在較大的差異, 因此中、大型雷達天線的舉升機構(gòu)存在一定的特殊性。塔架式雷達升降天線研究項目正是本著上述的要求而擬定的。1.2 國內(nèi)外高機動雷達發(fā)展狀況1.2.1 國外機動雷達的發(fā)展方向 冷戰(zhàn)時期，由于兩大軍事集團的長期對峙，西方國家十分重視機動雷達尤其是高激動雷達

6、的發(fā)展與研制；大批各種型號的機動雷達裝備部隊，并且將高機動雷達部署在戰(zhàn)略要地，以提高雷達網(wǎng)的彈性和整個防空系統(tǒng)的穩(wěn)定性。下表是七十年代以來西方各國裝備的集中主要的機動雷達。型 號工作波段測 距架設(shè)時間用 途技術(shù)體制美 國AN/TPS-612.9-3.1GHz140Km3分鐘對空搜索兩坐標雷達美 國LAADSL波段60 Km 7分鐘低空警戒兩坐標雷達英 國GainfanenS波段140 Km 1分鐘低空警戒兩坐標雷達德 國TRMSS波段200 Km 3分鐘防空預(yù)警三坐標雷達日 本NPN-510S波段135 Km 3分鐘防空預(yù)警三坐標雷達不難看出，目前世界各國都把防空雷達網(wǎng)建設(shè)中如何發(fā)展激動作戰(zhàn)力

7、量和研制高機動雷達當做一件大事來抓，這是高技術(shù)局部戰(zhàn)爭的必然趨勢。獨聯(lián)體國家的70000部防空雷達中大部分是車載式機動雷達，且有相當數(shù)量為高機動雷達；英國和法國的雷達站，幾乎不采用固定式，而采用可運輸單元，一旦需要，激動雷達可在較短時間內(nèi)轉(zhuǎn)移到新的陣地展開工作； 日本的機動雷達站與固定雷達站之比，近年來由原來的1：14升到1：2.5，而且其雷達天線可折疊運輸，雷達具有較好的探測性能、抗干擾性能和自動化入網(wǎng)功能。我國周邊的一些國家和地區(qū)也十分重視雷達的機動和隱蔽。臺灣則大力發(fā)展機動雷達，其固定雷達除天線外，其余部分均可進入坑道。軍事力量最強的美國，也是重視雷達機動性的國家，他的艦載、機載和衛(wèi)星偵

8、察雷達可以實現(xiàn)全球范圍內(nèi)的機動，其雷達情報網(wǎng)抗摧毀能力達到了完善的程度。2 方案論證2.1 主要技術(shù)指標2.1.1 升降高度10米，負載1.5噸；2.1.2 .具有自動調(diào)平功能，且應(yīng)保證水平5以內(nèi)；2.1.3 .調(diào)平系統(tǒng)抗風（裝上頂部作業(yè)部件，10級風）擺動小于；2.2 技術(shù)可行性2.2.1 .升降塔架式結(jié)構(gòu)雷達天線車總體及液壓傳動研制的技術(shù)方案天線車的總體結(jié)構(gòu)說明升降天線車的升展高度除車橋高度以外凈空高10米。下降后高度為3米左右。要求車橋長5米，寬2米，占空間體積約為3×5×2=30立方米2.2.2 塔架結(jié)構(gòu) 塔架為三節(jié)組合成形，固定座為3米，其中第一節(jié)為1.3米，第二

9、節(jié)為2.6米，最后一節(jié)為3.1米。舉升鉸安裝在第三節(jié)的1.8米處，這樣可使得塔架上升和下降折置時運行自如。在舉升鉸的上端設(shè)置了鏈輪機構(gòu)，使得天線發(fā)射箱在運動和升位的過程中始終保持與地面垂直。2.2.3 塔架的舉升執(zhí)行機構(gòu)塔架的舉升執(zhí)行機構(gòu)為四級伸縮式油缸。此型油缸的工作原理為活塞直徑大的先運動，依次升高。下降時小活塞先運動，依次下降。直徑小則運動速度高，反之速度低。整個升降時間約為2.5分鐘。為了防止油缸承受側(cè)向力矩，在設(shè)計塔架具體構(gòu)件時還要著重考慮回轉(zhuǎn)和重力矩的平衡。2.2.4 塔架索拉機構(gòu)升降塔架為橫向跨襠結(jié)構(gòu)，由此沿縱向方向由于風動力而產(chǎn)生的彈性側(cè)向偏擺力及顛覆力矩對塔架影響很大。為了確

10、保塔架的相對剛度及穩(wěn)定性，在車橋底座對稱角上設(shè)置了四索拉機構(gòu)，擬產(chǎn)生四均衡的拉力，使得塔架垂直定位。2.2.5 承載支腿 雷達天線要在一個相對與水平垂直的軸上運行，而且在要10級風的環(huán)境下仍能正常工作，整個天線車的綜合承載力都傳遞在支腿上。天線車的支腿既要克服重力和顛覆力矩，又要作為水平校正的執(zhí)行機構(gòu)，所以在支腿的支臂上設(shè)置了展開收合油缸，并在支腿的支點上折紙了比例閥控油缸，使四角支腿在較快時間內(nèi)完成支撐校平工作。校平完畢如需要，可用人工鎖緊機構(gòu)將其鎖緊。2.2.6 輔助支撐機構(gòu)及其它 當塔架折放和轉(zhuǎn)場運行時，必須防止塔架震動而對油缸的重力沖擊，因此在塔架縱向設(shè)置了防震托架及輔助支撐機構(gòu)。2.

11、3升降天線車的液壓系統(tǒng)說明 升降天線車采用變量泵液壓系統(tǒng)，其流量為自適應(yīng)注油。在供油流量大時，壓力相應(yīng)減??；供油流量小時，壓力相應(yīng)增大。這樣既能滿足負載的要求，又可減少系統(tǒng)發(fā)熱。2.3.1 舉升伸縮油缸單元與塔架鎖緊單元：舉升單元由三位四通電液換向閥、單向調(diào)速閥、液控單向閥、壓力繼電器和油缸組成。當油泵打出壓力油后，電液換向閥切換到左位，壓力油經(jīng)調(diào)速閥、液控單向閥進入油缸，使油缸上升；當油缸上升到終點時，缸內(nèi)壓力上升，此時繼電器動作，控制三位四通電磁閥處于右位，四油缸鎖緊塔架。若伸縮油缸下降，只有在三位四通電磁閥切換到左位，鎖緊油缸反向，即回到終點缸內(nèi)，壓力升高時，壓力繼電器2動作，控制三位四

12、通電液閥處于右位使得油缸下降，這時塔架重力迫使油缸快速下行，但液控單向閥產(chǎn)生的背壓力克服油缸的沖力，而使得油缸緩慢下降。2.3.2 角支腿液壓單元支腿的展開和收合驅(qū)動是由三位四通電液閥控制油缸實現(xiàn)，支腿的支撐與水平校正驅(qū)動是由比例閥控油缸實現(xiàn)。當支腿展開之后，四個比例閥在水平測試儀所給出的訊號控制下調(diào)整油缸的行程及高度，使得天線車處于一個相對水平的狀態(tài)下工作。2.3.3 中支腿與索拉液壓單元 中支腿設(shè)置意在風力較大和長時間工作時展開使用，故而只設(shè)置展開及收合驅(qū)動油缸，支點支撐由人工螺旋調(diào)節(jié)固定。 索拉單元采用的是閥控馬達系統(tǒng)，當塔架上升定位后四馬達輸出均衡的拉力，即可增強抗顛覆的能力和克服彈性

13、擾度。如果塔架索拉機構(gòu)允許加強，或者其結(jié)構(gòu)形式能克服10級風力時索拉機構(gòu)可以不用。2.3.4 結(jié)構(gòu)方案和液壓傳動系統(tǒng)的可行性和可靠性2.3.4.1 .結(jié)構(gòu)件的制造可行性和使用可靠性 塔架的結(jié)構(gòu)可采用單種型材和多中型材焊接回火加工成形。鉸接用軸承預(yù)應(yīng)力方法，既可保證塔架相對剛度，又可減少回轉(zhuǎn)的摩擦力。由于采用了錐銷油缸鎖緊塔架，其整體性可以得到保證。依國內(nèi)的制造加工、裝配水平完全能滿足其幾何精度要求。整體結(jié)構(gòu)可以說是簡明可靠。2.3.4.2 液壓傳動系統(tǒng)的可行性及可靠性 液壓泵采用傷害高壓泵廠生產(chǎn)的YCY14-1B型泵，比例閥采用LFDG4V-3.2*系列。比例油缸由設(shè)計者提供圖紙定專業(yè)廠生產(chǎn)，

14、舉升油缸可定點加工。液壓馬達采用浙江鎮(zhèn)海液壓件廠生產(chǎn)的產(chǎn)品，其他閥類引進德國力士樂公司技術(shù)生產(chǎn)的閥件，液壓附件選用國內(nèi)技術(shù)優(yōu)勢廠家的產(chǎn)品。2.4 測試系統(tǒng)的組成及功能 2.4.1 測試系統(tǒng)功能方框圖如下：2.4.2 水平測試儀 功能：同時測量X、Y兩個方向的水平偏差。 型號：SDS10-1 性能：分辨率：0.01mm/m（<0.001º） 顯示范圍：0±1999數(shù)字 輸出電壓：05v 運行環(huán)境：-40）+802.4.3 只能遠端 根據(jù)需要自行開發(fā)的單片機系統(tǒng)。 功能：將水平儀的檢測信號（X、Y）方向分別進行A/D轉(zhuǎn)換，通過串口與主機通信。 性能：12位A/D轉(zhuǎn)換，采用

15、RS485串口。2.4.4工控機 主機選用研華工控機，并選用需要的板卡。 功能：處理測量數(shù)據(jù)，控制液壓比例執(zhí)行系統(tǒng)，控制液壓傳動系統(tǒng)。 主要部件： 2.4.4.1 主機：接受人工指令，按程序工作控制機械和液壓傳動系統(tǒng)，將智能遠端傳來的信號進行運算、處理，分解為四個伺服缸的行程。 2.4.4.2 顯示器：顯示雷達不水平度，顯示水平調(diào)整量，顯示各系統(tǒng)的工作狀態(tài)，顯示故障并報警。 2.4.4.3 用戶板：液壓系統(tǒng)和機械系統(tǒng)的強電控制。2.4.4.4 D/A板：接受主機的12位數(shù)字信號，通過4路模擬輸出分別控制4個伺服缸的行程。2.4.5 比例閥及伺服缸 性能：伺服缸最小調(diào)整行程小于0.1功能：根據(jù)工

16、控機的輸出信號，按比例地調(diào)整雷達地水平度，按要求設(shè)計，由國內(nèi)廠家加工。2.4.6 反饋 控制液壓執(zhí)行機構(gòu)的機械行程，將雷達車調(diào)節(jié)至新的水平位置。2.4.7 水平調(diào)整過程初始狀態(tài)要求：雷達車的支撐點跨度大于4米；雷達車停車時的水平偏差小于10度，以保證雷達車的停車狀態(tài)在調(diào)整系統(tǒng)的調(diào)整范圍內(nèi)；在水平儀調(diào)整前，其他機械系統(tǒng)應(yīng)暫停工作，以保證水平儀的測量結(jié)果不受機械振動的影響。4個伺服缸與地面的接觸點之間的水平偏差小于±10mm，穩(wěn)定工作時，不應(yīng)有下陷現(xiàn)象。工作過程：2.4.7.1 暫停有振動的機械設(shè)備，穩(wěn)定1020s2.4.7.2 水平儀檢測雷達車在兩個方向的水平偏差2.4.7.3 智能遠

17、端將水平儀的檢測信號由模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，通過串口送至工控機2.4.7.4 工控機將兩個方向的水平偏差分解為4個伺服缸的調(diào)整量（數(shù)字量）2.4.7.5 D/A板將4個數(shù)字量分別轉(zhuǎn)化為控制比例閥的比例電信號2.4.7.6 每個比例閥按電信號控制相應(yīng)的伺服缸比例地調(diào)整支撐點的高低2.4.7.7 重復(fù)上述6個步驟，直到水平儀檢測到雷達車在兩個方向的水平偏差均小于0.01（伺服缸調(diào)整0.5mm）2.5主要技術(shù)難點分析2.5.1 液壓自動調(diào)平系統(tǒng)的精度；2.5.2 天線升高架設(shè)后的穩(wěn)定性，抗風能力的保證；2.5.3 液壓系統(tǒng)的防泄漏。2.6 與國內(nèi)外同類產(chǎn)品技術(shù)對比分析塔架式升降天線雷達的機動性能指標為

18、國內(nèi)先進水平,能達到國外同類產(chǎn)品的性能指標。2.7 推廣應(yīng)用價值升降塔架式雷達是本著適應(yīng)快速，準確，機動的戰(zhàn)爭要求而設(shè)計擬定的，是為了提高我軍雷達機動性的裝備需求。樣機按當前部隊使用較廣泛的572雷達設(shè)計，各種部件及功能充分考慮各種環(huán)境的需求，適用地域廣。同時本裝備易于改裝到其他型號雷達上，可移植性強。升降塔架式雷達彌補了國內(nèi)空白，與購?fù)愡M口裝備相比可節(jié)省經(jīng)費70。具有較高的軍事價值和經(jīng)濟價值。3過程論述3.1 雷達舉升機構(gòu)的力學(xué)分析 按總體設(shè)計，當風速時，雷達天線以工作；當風速時，雷達天線停止轉(zhuǎn)動，不產(chǎn)生永久性裂變。考慮到陣風系數(shù)k=1.5，則天線工作時的最大瞬時風速為，停止轉(zhuǎn)動不產(chǎn)生永久

19、性裂變時的風速為3.5.2.5.4 結(jié)論3.5.2.5.4.1 因為i2< i1,因此,該車載雷達在橫坡上行駛的極限坡度為42 % ,滿足GJB1380 - 92軍用越野汽車機動性要求的規(guī)定。并且,在平直線橫坡上勻速直線行駛或靜止時,在發(fā)生橫向側(cè)翻前,首先發(fā)生橫向側(cè)滑,從而保證了其在橫坡上行駛的安全。3.5.2.5.4.2 因為V2 < V1 ,所以在轉(zhuǎn)彎行駛時,在側(cè)翻前首先發(fā)生側(cè)滑,從而保證了其在彎道行駛時的穩(wěn)定性。并且公路在彎道處筑有適當?shù)某邫M坡度,這樣在干，燥水泥路面以上述最高車速轉(zhuǎn)彎時,是比較安全的。 雷達車整車工作穩(wěn)定性設(shè)計雷達車風載荷計算雷達車展開工作時,通過調(diào)平機構(gòu)

20、將雷達調(diào)平。天線升起處于工作狀態(tài),雷達車所受的力主要包括自身重力和風載荷。按照總體戰(zhàn)技指標要求,雷達車在架高10m 時,具有抗810級風的能力。在圖5 位置時,在風載荷下,整車穩(wěn)定性最差。由風載荷產(chǎn)生的傾覆力矩計算如下:風阻力計算如下:式中: Cd 為阻力系數(shù); A 為面積(m2) ; q 為動壓頭; q =PV2/ 2 。經(jīng)計算,天線陣面風阻力、方艙風阻力、運載車底盤風阻力分別為F1 、F2 、F3 。由風阻力產(chǎn)生的最大傾覆力矩計算如下:雷達車自重穩(wěn)定力矩計算 在10 級風下雷達車工作穩(wěn)定系數(shù)(取穩(wěn)定系數(shù)為2. 5)由此可見,在10 級風情況下,雷達車整車工作穩(wěn)定。并且,在設(shè)計過程中通過增加

21、拉繩固定以加大穩(wěn)定余度四、結(jié)論總結(jié)本文具體闡述了一種車載裝置升降系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)過程。本課題所研制的車載裝置升降系統(tǒng)可以實現(xiàn)預(yù)期的雷達的舉升和下降，通過我設(shè)計的四級舉升液壓缸的伸出和縮回，帶動塔架的舉升和下降，從而實現(xiàn)雷達的舉升和下降。機動性使雷達在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中提高生存能力的有效措施之一，因此機動性指標已經(jīng)成為現(xiàn)代雷達的一項重要技戰(zhàn)術(shù)指標。而我現(xiàn)在設(shè)計的車載裝置升降系統(tǒng)，可以應(yīng)用成為雷達的車載裝置，從而起到對車載雷達的舉升，所以本課題有著很廣泛的應(yīng)用范圍。設(shè)計中最主要的工作就是對液壓缸的設(shè)計，在設(shè)計中我首先是根據(jù)設(shè)計要求來確定缸的總行程，由于行程達到了5.2米，所以我選用了四級缸作為我的主升液壓

22、缸。然后，我對液壓缸的受力進行了分析，從而確定了液壓缸的總體尺寸和每級缸的尺寸。對于舉升塔架，我做了塔架的受力分析，確定了塔架連桿的尺寸確定。我還綜合考慮了裝載雷達的車子的尺寸，保證雷達車載正常行駛時可以穿越橋梁和隧道。本論文主要完成了以下幾個方面的工作:（l）.提出了實現(xiàn)舉升的系統(tǒng)方案，設(shè)計了雙作用四級液壓缸的結(jié)構(gòu)，進行了液壓缸利得計算和尺寸確定。（2）.設(shè)計了塔架的結(jié)構(gòu)，詳細的進行了塔架受力分析和風力計算。（3）.簡單的介紹了機動式車載雷達穩(wěn)定性設(shè)計分析。本課題只完成了車載裝置升降系統(tǒng)設(shè)計的一種設(shè)計工作，仍有許多種其他機構(gòu)可以完成相同的工作，如車載剪叉升降系統(tǒng)、立缸式結(jié)構(gòu)等。設(shè)計的系統(tǒng)沒有最好，只有更好，我會繼續(xù)努力使系統(tǒng)更加完善。五、致謝本論文的所有研究工作從論文的選題、實現(xiàn)條件到論文的寫作等階段都是在唐曉群導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)下完成的。唐曉群老師以其嚴謹求