雷达天线边块锁销缸活塞杆缩回问题原因分析及改进措施.pdf

:./.收稿日期:修回日期:雷达天线边块锁销缸活塞杆缩回问题原因分析及改进措施王 涛姜 超朱亮亮钱建国陈国宁(.南京长江电子信息产业集团有限公司南京.空军装备部驻南京地区第二军事代表室南京.南京智真电子科技股份有限公司南京)摘 要:针对某型地面雷达在调试、使用过程中发生的液压系统天线边块锁销缸活塞杆缩回问题分析了双液控单向阀两腔密封性能的差异及油液温度效应对锁销缸锁紧回路静态性能的影响阐述了问题产生的机理提出了采用单液控单向阀的策略并通过试验验证了该策略的有效性对其他锁紧和平衡等液压回路研究有一定的参考价值关键词:液压系统 锁销缸 活塞杆缩回中图分类号:.文献标识码:文章编号:()(.):.:引 言液压系统在现代雷达中的应用非常广泛 某大型地面雷达采用液压系统实现天线座车自动调平和天线系统展开/折叠、起竖/倒伏功能 该雷达完成天线边块展开/折叠后 只锁销缸通过活塞杆插入锁销孔实现天线展开和折叠状态下的锁定 在雷达架设后较长时间不操作液压系统的情况下 只锁销缸中有部分活塞杆多次发生不同程度的缩回 本文通过排查液压系统锁销缸锁紧回路对该问题进行了定位和机理分析给出了针对锁销缸活塞杆缩回的改进措施 锁销缸活塞杆缩回情况液压系统天线边块锁销缸活塞杆缩回问题发现于整机调试期间气温为 检查液压源、液控分箱及管路无渗漏现象将雷达撤收重新架设完成后再观察天线边块锁销缸活塞杆全部插入到位持续观察天线边块锁销缸活塞杆的状态约两周后天线边块第 卷 第 期 年 月雷达与对抗 .锁销缸活塞杆又出现了明显的缩回现象检查同批次产品发现在架设一周至半个月后个别天线边块锁销缸活塞杆有不同程度的缩回 每台整机有两个天线边块每个天线边块上装有 个锁销缸活塞杆发生缩回的锁销缸位置呈随机性未发现特定位置容易发生缩回 从架设完成到活塞杆发生缩回的时间也不相同有的雷达架设后短期就会出现该现象有的雷达则是架设后长期才会出现这种现象 经了解已交付用户使用的该型雷达也存在该问题 问题定位.系统概述液压系统分为座车调平和天线架设两大部分其中座车调平部分采用 只水平液压缸实现天线座车调平撑架的展开/收拢功能 只全程锁紧垂直液压缸实现天线座车的调平/撤收功能天线架设部分 只锁销缸实现天线边块锁销的插/拔功能 只展开液压缸实现天线边块的展开/折叠功能 只钢球锁紧液压缸实现天线系统的起竖/倒伏功能 只插销缸实现转台插销的插/拔功能系统组成如图 所示图 系统组成简图从运输状态到架设状态的工作流程如下:只水平缸展开到位 只垂直缸调平 只插销缸插入到位 只锁销缸拔出到位 只展开缸展开到位 只锁销缸插入到位 只钢球锁紧液压缸起竖到位只插销缸拔出到位从架设状态到运输状态的工作流程如下:只插销缸插入到位 只钢球锁紧液压缸倒伏到位 只锁销缸拔出到位 只展开缸折叠到位 只锁销缸插入到位 只垂直缸收腿到位 只水平缸收拢到位.定位分析天线有两个边块以一侧天线边块为例锁销缸油路液压原理如图 所示系统工作压力为 个锁销缸(.)图 锁销缸油路液压原理图的插/拔由 只电磁换向阀()驱动锁销缸的位置由双液控单向阀()锁定单向阀()防止回油压力影响储能器()起管路热胀释放作用 根据锁销缸油路液压原理导致锁销缸活塞杆缩回的底事件有管路系统故障、锁销缸故障、双液控单向阀故障、油液温度效应 采用排除法对该问题进行定位()管路系统故障排查检查管路系统未发现管接头及管路有外泄漏油迹管路系统密封良好()锁销缸故障排查对发生缩回现象的锁销缸进行内泄漏检测一个油口施加 (.倍工作压力)另一油口通大气 内没有形成油滴分别在活塞杆插入到位和拔出到位这两个极限位置下测量油缸的内泄漏结果符合/液压缸试验方法 和/液压缸要求()双液控单向阀故障排查液压锁定油路使用的双液控单向阀型号为 开启压力为.双液控单向阀原理如图 所示双液控单向阀密封油液的机理是锥面密封图 双液控单向阀原理图、接电磁换向阀的、油口 接锁销缸的前腔(以下简称 腔)接锁销缸的后腔(以下简称 腔)为自由流动 处的油压克服左侧弹簧力单向阀开启高压油液流至 口推动锁销缸活塞杆缩回同时推动双液控单向阀活塞打开右面的单向阀 回油 当 处有压力时原理相同雷达与对抗 年 第 期首先怀疑系统双液控单向阀、处压力超过了双液控单向阀开启压力与双液控单向阀相连通的电磁换向阀是 型中位机制电磁换向阀中位时、两腔经过单向阀()通回油回油油路上并接了一个初始压力为.(表压)、容积为 的气囊式储能器()在故障现场测量气囊式储能器接入口的压力为.双液控单向阀处于关闭状态其次对双液控单向阀进行内泄漏检测 榆次油研、上海立新、华德液压、等液压元件的生产厂家均未给出泄漏量的上限值指标因此只能参考液压缸泄漏标准考察双液控单向阀的密封性能 对、加压 保压 观察、处没有油滴形成无法判定双液控单向阀失效最后对双液控单向阀两腔密封性能的差异进行测试测试方案如图 所示图 双液控单向阀两腔密封能差异测试方案用手动泵经测压软管对、两腔加压到 然后脱开测压接头测压软管自带的单向阀封住油液观察压力表的读数变化发现两腔压力均有下降总体趋势是下降速度越来越慢 表 为 只双液控单向阀压力从 下降到 的时间表 双液控单向阀两腔压力从 到 的下降时间(单位:)试件编号 腔压力下降时间 腔压力下降时间 可以看出双液控单向阀两腔的密封性能存在差异 由图 可知当锁销缸活塞杆插入到位后电磁换向阀回到中位 腔压力为 腔残余压力 在常温状态下 腔始终产生一个使活塞杆伸出的力直到 腔压力缓慢下降到 实物装置在厂房内放置约 后未见锁销缸活塞杆有明显缩回说明常温下即使双液控单向阀两腔密封性能不一致锁销缸 腔和 腔的压力差不足以克服活塞和缸筒的摩擦力()油液温度效应该雷达液压系统工作于户外白天和夜晚必然存在较大温差当双液控单向阀 腔密封性能低于 腔时随着温度的升高热胀因素可能导致 腔压力高于 腔压力活塞杆缩回将锁销缸、双液控单向阀、电磁换向阀、单向阀、储能器等按图 所示连接并置于高低温试验箱中采用表 中 腔泄漏快的 双液控单向阀在各个节点上安装压力表监控压力变化快换接头、液压源等均采用该液压系统实际产品 当液压系统安装在雷达整机上时与锁销缸相连的最长管路长度为 内径为 采用 个长度为 、内径为 的缸筒模拟管路容积图 油液温度效应试验组成图操作锁销缸反复插拔充分排气后将活塞杆插入到位此时 腔液压约为 腔压力为 在实际工作时 腔压力会缓慢降低接近于 当 腔压力大于 腔时活塞杆不会缩回为加速验证故障现象人为将 腔压力降为 温度以 /从 升到 保温 测量活塞杆端面相对于油缸端面的长度再以 /降温至 保温 测量活塞杆端面相对于油缸端面的长度 当活塞杆插入到位时活塞杆端面相对于油缸端面的初始长度为 先后用 个锁销缸进行试验 只锁销缸均缩回 试验结果见表 说明王 涛 等 雷达天线边块锁销缸活塞杆缩回问题原因分析及改进措施锁销缸缩回现象与锁销缸的差异性关系不大采用 腔泄漏快的 双液控单向阀重复单周期温度循环试验 只锁销缸均未缩回 试验结果见表 表 油温效应试验结果(双液控单向阀单周期循环)锁销缸编号 保温 活塞杆长度/压力/压力/保温 活塞杆长度/压力/压力/.表 油温效应试验结果(双液控单向阀单周期温度循环)锁销缸编号 保温 活塞杆长度/压力/压力/保温 活塞杆长度/压力/压力/用 锁销缸和 双液控单向阀进行 个周期()的温度循环测量每个周期活塞杆长度及缩回量试验结果见表 表 油温效应试验结果(锁销缸双液控单向阀 周期温度循环单位:)周期活塞杆长度/缩回量/可以看出在温度循环下锁销缸缩回量逐渐减小从第 个周期温度循环以后趋于稳定不再继续缩回在 个周期温度循环中锁销缸活塞杆总共缩回了 如果忽略油缸的内泄漏和锁销缸 腔侧液控单向阀的泄漏相当于经 温升后锁销缸(活塞直径为 活塞杆直径为 )腔膨胀的体积为 /().()油液的体积膨胀率为 (.)/反推与锁销缸 腔相连的油液总容积为 (.)()实际上与锁销缸 腔相连的容积主要由两部分组成:个内径为 、长度为 的模拟管路容积缸筒容积为.根内径为、长度为 的软管 根软管的容积为.因此锁销缸 腔相连的实际容积为.锁销缸活塞杆的实际缩回量与采用经典油液热膨胀公式计算的结果吻合综上所述当锁销缸 腔侧液控单向阀密封性能优于 腔侧液控单向阀时环境温度变化引起的两腔压力差导致天线边块锁销缸活塞杆缩回 机理分析为进一步分析销缸活塞杆缩回的机理采用仿真软件对锁销缸锁紧液路进行建模仿真仿真模型如图 所示图 锁销缸活塞杆缩回问题仿真模型雷达与对抗 年 第 期参照实际锁销缸参数采用 库构造油缸 活塞直径为 、杆径为 活塞(含活塞杆)重量为.最大静摩擦力为 活塞杆初始位置.用一个直径为.、长度为 的节流孔模拟油缸的内泄漏 两个可热交换的 容积模块构造管路容积容积为.双液控单向阀的泄漏用两个节流孔模拟 储能器初始压力为.(表压)容积为 与实际使用的储能器参数一致 液压油参数选用 温度周期循环经过热交换器与液压油热交换热交换系数采用默认值 /()单周期内温度以 /从 升到 保温 再以 /降温至 保温 对模拟双液控单向阀泄漏的两个节流孔直径进行配置模拟双液控单向阀两腔密封性能差异进行单周期温度循环仿真仿真结果见表 仿真结果显示:在 腔泄漏慢、腔泄漏块的情况下在单周期温度循环后锁销缸活塞杆缩回量达表 双液控单向阀两腔单周期泄漏情况及仿真结果(单位:)模拟泄漏情况 节流口直径 节流口直径活塞杆缩回量两腔泄漏均慢.两腔泄漏均快.腔泄漏慢 腔泄漏块.腔泄漏快 腔泄漏慢.到了约 仿真结果中活塞杆的位置变化情况与表 的单周期温度循环试验结果基本一致把 腔设置为.腔节流孔设置为.模拟 腔泄漏慢、腔泄漏快的情况进行 个周期温度循环仿真结果如图 所示 ()两腔温度 ()两腔压力 ()两腔压差()()活塞杆位移图 双液控单向阀 腔泄漏仿真结果(周期)由图 可知缩回量逐步减小第 周期约 第 周期约.第 周期后不再缩回 在升温期间活塞杆无反弹 仿真结果显示的锁销缸活塞杆位置变化趋势与表 所示实物试验结果吻合仿真结果充分说明了锁销缸活塞杆缩回的机理随着温度的升高油液膨胀锁销缸两腔压力升高在两腔形成压力差 如果 腔密封性能好则 腔压力大于 腔压力当压力差超过克服活塞摩擦力(实际使用中存在活塞杆与锁销孔的摩擦力)的临界值时活塞杆缩回 问题复现将表 中的 双液控单向阀装入实际产品经充王 涛 等 雷达天线边块锁销缸活塞杆缩回问题原因分析及改进措施分排气后使锁销缸活塞杆插入到位将实际产品置于户外阳光直射之处经过连续 的自然温度循环后活塞杆累计缩回了 改进措施锁销缸活塞杆缩回的内因是双液控单向阀两腔的密封性能存在差异外因是环境温度的变化 改进措施只能从内因入手首先想到的是对双液控单向阀进行筛选但是双液控单向阀的锥面密封效果良好不太容易通过泄漏量来检测其密封性能且各液压元件厂商也没有提供泄漏量标准因此进行双液控单向阀筛选比较困难针对锁销缸活塞杆缩回的原因采取的改进措施为:将双液控单向阀改为单液控单向阀锁销缸 腔直接与电磁换向阀的 口相通杜绝了 腔由于温升引起压力升高的可能性 改进原理如图 所示图 锁销缸活塞杆缩回问题改进原理图可以看出当活塞杆拔出时如果外界环境温度发生了变化不可避免会出现活塞杆伸出现象 系统无论是运输状态还是架设状态锁销缸活塞杆都处于插入到位状态仅在对天线进行展开或折叠操作时才要将锁销缸活塞杆拔出到位 因此活塞杆处于拔出状态的时间就是边块展开或折叠动作持续的时间展开时间、折叠时间均为 在如此短的时间里环境温度的变化可以忽略期间锁销缸活塞杆不会伸出 系统设有锁销缸拔出到位传感器并设有动作联保一旦锁销缸活塞杆伸出无拔出到位信号系统会停止动作并报错该改进措施不会引起关联问题利用这种改进措施整改产品放入高低温试验箱按同样温度循环曲线进行高低温试验未发生活塞杆缩回现象 采取改进措施后 多部雷达整机经充分的户外验证试验活塞杆均未发生缩回改进措施有效 结束语本文通过试验和仿真分析了双液控单向阀两腔密封性能的差异及油液温度效应对锁销缸锁紧回路静态性能的影响阐述了天线边块锁销缸活塞杆缩回问题的机理提出了采用单液控单向阀的策略并通过试验验证了该措施可消除天线边块锁销缸活塞杆缩回的现象对其他锁紧和平衡等液压回路的研究有一定的参考价值参 考 文 献 黄伟.液压系统在地面雷达中的应用.科学技术创新():.杨洋钱建国卢浩等.雷达液压系统起竖/倒伏液压缸滑动套失效分析.雷达与对抗():.彭国朋黄海涛.雷达液压锁紧油路单边锁紧失效机理研究.电子机械工程():.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.液压与气动():.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.电子机械工程():.刘金香.液压油膨胀系数的测定.辽宁化工():.刘昕晖陈晋市.仿真技术在液压系统设计分析中的应用.液压与气动():.龚文.双向液压锁安全功能的仿真分析研究.起重运输机械():.作者简介:王 涛 男 年生高级工程师研究方向:雷达综合保障工程姜 超 男 年生助理工程师研究方向:雷达与通信工程朱亮亮 男 年生工程师研究方向:液压工程钱建国 男 年生正高级工程师研究方向:雷达质量工程陈国宁 男 年生助理工程师研究方向:雷达综合保障工程雷达与对抗 年 第 期