液壓系統在地面雷達中的應用

黃偉

（南京電子技術研究所，江蘇 南京 210039）

現代戰爭中，地面雷達作為軍隊的“眼睛”，扮演著非常重要的角色。地面雷達需要多種執行動作來完成作戰的需要，為了實現各部分機械結構的配合和協調運動，需要采取合適的驅動方式，液壓驅動作為一種傳統的驅動方式，其優勢非常突出：平穩動作、低噪聲、高使用壽命、高功率密度等[1]。

液壓系統在現代雷達中應用非常廣泛，主要實現的功能有：自動、快速、精確的將載車調整至水平位置；天線陣面的舉升、展開、折疊和鎖定，滿足機動性要求；天線轉臺的定位和鎖緊；完成液壓傳動結構整機架撤等[2]。本文從液壓系統的工作原理出發，介紹了在雷達系統中常用的液壓閥、液壓泵以及它們各自的特點；總結了雷達液壓系統油源泵站的裝配要求和維護方式。

1 液壓系統工作原理

在液壓系統中，傳遞介質是液體，它具有形狀不固定但體積不變的特點[4]。圖1 展示了傳動中的基本原理，液壓缸2 和4 由管道3 連接，液壓缸4 的直徑大于液壓缸2，活塞1 和5 能保證在缸體內運動且保證無摩擦無泄漏，當作用力F 在活塞1 橫截面上垂直向下作用時，活塞5 上的重物W 即受到垂直向上的力；當活塞1 運動時，活塞5 隨之運動，這樣就實現了力和位移的傳遞。

圖1 液壓傳動原理圖

假設缸2 橫截面積為A1，缸4 橫截面積為A2，由于壓力沿著各個方向作用相等，與容器形狀無關，因此，當力F 作用于A1時，產生壓力P，那么重物W 的力學方程為：

由式（1）可得，作用力之比與面積比相等，如果將A2設計得足夠大，就可以用一個較小的F 抬起較大的重物W，這就實現了動力的傳遞[5]。

2 液壓閥在雷達中的應用

現代設備對于驅動技術的性能要求日益提高，液壓驅動是當下使用范圍最廣的驅動方式之一，而液壓閥是液壓驅動中不可缺少的環節。根據地面雷達的工作特點，常應用于地面雷達上的液壓閥有三大類，即方向/壓力/流量控制閥，不同的液壓閥或閥組能夠給液壓系統提供不同的運動方向和不同級別的壓力/流量，實現地面雷達的不同動作。

2.1 方向控制閥

方向控制閥，顧名思義它是實現流體不同運動方向自由控制的一類液壓閥，要有單向閥、雙向液壓鎖、換向閥等類型。

2.1.1 單向閥

單向閥主要用于阻斷某個方向的流體運動，而允許反方向的流體運動，因此被稱作“單向”，其原理是通過控制閥芯的開啟和關閉實現油液的單向流動，將兩個單向閥并聯，并通過液控口對各自的閥芯進行控制，就組成了雙向液壓鎖。地面雷達中常將雙向液壓鎖應用在垂直布置的鎖定銷油路中，保證鎖定銷不能回落。

2.1.2 換向閥

換向閥的基本功能就是完成液壓系統中液壓油的流動方向轉換，一般是通過改變閥芯和閥體的相對位置來實現這一功能的，工程中，滑閥類換向閥是最典型的，按其具體功能又稱為“X 位X 通”。

地面雷達最常用到的是三位四通換向閥，三位閥根據中位的通斷情況定義機能符號，如“O”型，“Y”型、“H”型等，其中以“O”機能和“Y”機能最為常用。“O”機能換向閥在中位時，液壓油口間互不連通，油液不會經過閥，在地面雷達中，如果有需要兩個或以上換向閥并聯時，可以使用“O”機能換向閥。“Y”機能換向閥在中位時，出油口與回油口相連通，進油口封閉，進油口不能通油，一般情況下，地面雷達的油路里安裝雙向液壓鎖或者平衡閥時，采用“Y”機能的換向閥，見圖2。

圖2 三位四通換向閥

2.2 壓力控制閥

壓力控制閥是以預先確定的方式，對液壓系統整體或局部的壓力施加影響。壓力控制閥的啟閉是在彈簧和液壓油液的組合作用中實現的，在未開啟狀態，彈簧力將閥芯推到液壓閥開口關閉的位置，當液壓油進入回路，液壓油提供的壓力能夠克服彈簧力時，閥開啟，油液通行。

2.2.1 溢流閥

溢流閥用于將系統壓力限制在一個指定的壓力等級，整個回路的其他壓力一般不能超過這個壓力值，當回路中壓力達到這個等級時，溢流閥響應并開始工作，系統中多余的流量過閥，泵和油箱直接連通。在地面雷達中，溢流閥大多安裝在液壓泵出口油路的旁路中，用于限定整個液壓回路的系統壓力，也就是最大壓力。

2.2.2 減壓閥

與影響進口壓力的溢流閥正好相反，減壓閥設定的是出口壓力，它可以保證次級壓力達到某個設定值，這個壓力值同樣小于設定的系統壓力，也就是主回路的主級壓力，這樣，同一個液壓泵就可以產生多個級別的次級壓力輸出。

2.2.3 順序閥

順序閥一般位于液壓系統的主回路，并在達到設定壓力后開啟或關閉某一回路。在地面雷達中，順序閥常用于有先后動作需求的液壓回路中，如天線的倒豎和收展、保護架結構的順次展開和收攏等，常用的順序閥回路形式如圖3。

圖3 順序閥回路

2.2.4 平衡閥

平衡閥在地面雷達中應用非常廣泛，如倒豎油缸、調平腿等油缸在液壓桿伸出并承受負載作用時，必須在回油箱的回路上布置單向平衡閥，以此來提供背壓，保證油缸不會突然下墜并運動平穩[3]。在部分地面雷達中，還會設置雙向平衡閥，用于液壓缸同時承受正負載和負負載的場合。

2.3 流量控制閥

2.3.1 節流閥

在不需要恒定流量的控制場合，可以采用節流閥，在地面雷達中，以下場合往往會用到節流閥：（1）執行端的負載恒定。（2）載荷變化時，需要速度跟著變化。

2.3.2 調速閥

調速閥可以用來調節執行元件的運動速度，其回路按照安裝位置不同可分為三類：進口/出口/旁路調速閥回路。

進口調速閥回路是將調速閥安裝在液壓泵和執行機構之間的管道上，這樣可以保證執行機構流量受控，油路結構形式如圖4。

圖4 進口調速回路

出口調速閥回路是將調速閥安裝在執行機構與油箱之間的回油路上，適用于具有負負載的液壓回路，油路結構形式如圖5。

圖5 出口調速回路

旁路調速閥回路是將調速閥與執行機構并聯，這種調節效率較高，油路結構形式如圖6。

圖6 旁路調速回路

比較這三種不同結構的調速回路各自的優點和缺點，列表如表1。

表1 三種回路的優缺點

2.4 比例閥

比例控制技術將液壓傳動的大功率特性和電氣傳動的精準快速結合在一起，已成為了現在液壓系統的常用組件。比例控制流程如下：（1）輸入電壓信號，并由在比例電磁鐵處獲得等比例的輸出（力/位移）。（2）獲得這些變量作為輸入信號后，液壓閥主動調節閥的開口，成比例的向系統中輸出流量/壓力。

對比比例方向閥和電磁換向閥，主要區別在于比例方向閥使用了比例電磁鐵取代了普通電磁鐵，其主要優勢有：閥位的切換是由信號控制的，可以實現無級調節，不需要復雜的組成結構就可以完成特定的控制，從而降低了成本；控制過程更加簡便精確且高效率，不會受到突變的高壓力沖擊，保證了液壓系統的工作時長；由于比例方向閥是電系統提供信號（流量/壓力/方向），液壓系統與之耦合提供動力，最后機械系統執行動作，因而整個流程的動態響應很好。

3 液壓泵在雷達中的應用

液壓泵是液壓系統的動力單元，其主要任務是將轉矩和轉速（機械能）轉變為流體的流量和壓力（液壓能）。

3.1 液壓泵的類型

液壓泵從結構形式上可以分為柱塞泵、齒輪泵和柱塞泵，工程應用中選取液壓泵時，常常考慮以下因素：（1）工作介質和壓力范圍。（2）期望的速度范圍。（3）管路的安裝及驅動類型。（4）最高/最低工作溫度。（5）最大/最小粘度。（6）最大噪音級別和期望使用壽命。（7）可接受的最大成本。

按照液壓泵的結構類型可以分為柱塞泵、齒輪泵和柱塞泵。表2 列出了它們各自的優缺點。

表2 三種液壓泵的優缺點

3.2 雷達系統泵站組成

雷達系統的泵站一般主要由油泵、電機、油箱、高壓過濾器、回油過濾器、干燥空氣呼吸器、油標、集成閥塊、壓力表、球形閥以及鐘形罩、梅花聯軸節、相應接頭和管路等部分組成。泵站的裝配應注意以下幾點：（1）注意泵的旋轉方向。根據泵標牌的指示方向，一般情況下，面對轉軸應為順時針旋轉。（2）注意高壓過濾器的安裝，指示箭頭為液壓油從泵流出方向。（3）檢查油箱，不允許有任何雜物，油液的清潔度很可能損壞油缸密封圈和閥。（4）注意集成閥塊上P、T 口的連接一一對應。（5）泵站工作時需檢查球閥是否處于打開狀態。（6）注意溢流閥壓力的設置，應從小到大調節。

3.3 雷達系統泵站維護

泵站是雷達液壓系統的起點，其維護對液壓系統的功能實現有著重要意義，在日常的使用過程中，應注意：（1）油箱中油位過低或已達警戒線時應及時補油。首先拆去油源外罩上的蓋板，拆去加油口蓋，然后將油箱頂部的空氣過濾器打開即可加油，油位應在液位計上部可視范圍內距頂部1/4 處附近。（2）檢查所有液壓接頭是否有滲漏油現象，若有需重新緊固，隨后按使用說明書要求動作該支路，進行功能性加壓測試；檢查各液壓軟管有無磨損，如有磨損應立即停止雷達工作，及時安排更換。（3）檢查干燥空氣呼吸器內的干燥劑顏色，正常的干燥劑顏色為藍色，若水份含量較高，干燥劑顏色將變為紅色，此時需更換干燥空氣呼吸器。（4）檢查液壓油箱上的回油過濾器濾筒是否沉積雜質。方法：拆除油源蓋板和油源罩，用扳手旋開回油過濾器頂蓋，取出濾筒檢查濾筒絲網上是否存在雜質沉積，有雜質沉積則需要用航空油沖洗干凈，然后復位，擰緊頂蓋，安裝外罩。

4 結論

地面雷達中，液壓系統是由液壓泵輸出液壓油，提供動力，再經由各種液壓閥和管路，實現各級壓力限定，最終油液到達動作元件的液壓缸中，完成載車調平、天線倒豎和邊塊展收等動作。本文首先系統介紹了液壓的工作原理；進一步的對常見的液壓閥和組成回路進行了介紹和分析比較；最后介紹了雷達系統中選取液壓泵的一些原則、提出了油源泵站的裝配要求和維護的具體方式；本文所述對液壓系統在雷達中的應用具有一定的指導意義和工程應用價值。