車載裝置升降系統(tǒng)的開發(fā)
車載裝置升降系統(tǒng)的開發(fā),車載,裝置,升降,系統(tǒng),開發(fā)
湖南科技大學(xué)
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湖南科技大學(xué)畢業(yè)論文
目錄
1選題背景 1
1.1雷達車的特點 2
1.2 國內(nèi)外高機動雷達發(fā)展狀況 3
2 方案論證 4
2.1 主要技術(shù)指標 4
2.2 技術(shù)可行性 4
2.3 升降天線車的液壓系統(tǒng)說明 5
2.4 測試系統(tǒng)的組成及功能 6
2.5 主要技術(shù)難點分析 8
2.6 與國內(nèi)外同類產(chǎn)品技術(shù)對比分析 8
2.7 推廣應(yīng)用價值 8
3 過程論述 8
3.1 雷達舉升機構(gòu)的力學(xué)分析 8
3.2 缸的設(shè)計 12
3.3 缸的連接及材料 16
3.4 塔架的設(shè)計 23
3.5 機動式車載雷達穩(wěn)定性設(shè)計分析 24
4 結(jié)論總結(jié) 31
5 致謝 32
6參考文獻 33
33
1 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。
總的來說,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，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(fēng)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(fēng)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(fēng)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-61
2.9-3.1GHz
140Km
3分鐘
對空搜索
兩坐標雷達
美 國
LAADS
L波段
60 Km
7分鐘
低空警戒
兩坐標雷達
英 國
Gainfanen
S波段
140 Km
1分鐘
低空警戒
兩坐標雷達
德 國
TRMS
S波段
200 Km
3分鐘
防空預(yù)警
三坐標雷達
日 本
NPN-510
S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(fēng)（裝上頂部作業(yè)部件，10級風(fēng)）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(fēng)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(fēng)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)。\
2.3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(fēng)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(fēng)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)，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：0——5v
運行環(huán)境：-40℃）——+80℃
2.4.3 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10－20s
2.4.7.2 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(fēng)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(fēng)速時，雷達天線以工作；當風(fēng)速時，雷達天線停止轉(zhuǎn)動，不產(chǎn)生永久性裂變?？紤]到陣風(fēng)系數(shù)k=1.5，則天線工作時的最大瞬時風(fēng)速為，停止轉(zhuǎn)動不產(chǎn)生永久性裂變時的風(fēng)速為。
天線工作時的最大瞬時風(fēng)力：
其中：C=0.6為風(fēng)阻系數(shù)；
S= 為反射體迎風(fēng)面積
傾覆力矩：
傾覆半徑：
不產(chǎn)生裂變時的最大瞬時風(fēng)力：
令塔架桿寬度b=0.2m，塔架桿厚度h=0.04m
塔架桿重量
塔架桿頂部許用變形：
塔架桿橫截面示意圖（1）
塔架桿受力圖（2）
由圖（1）有：
慣性矩
慣性矩
3.1.1 剛度校核
令鋼絲繩的預(yù)緊力為500kg，鋼絲繩的剛度系數(shù)為K，參考圖2的受力分析圖，考慮Y方向的變形（因為），則有：
則
令，則有：
鋼絲繩的拉力
此時對于Y方向的最大變形，有
對于X方向，有：
所以
鋼絲繩的拉力
此時對于X方向的最大變形，有：
3.1.2 強度校核
此時，對于Y方向，同理可有：
即 則
鋼絲繩的拉力
此時對于Y方向的最大變形，有：
對于X方向，有：
即
則
鋼絲繩的拉力為N=7688kg
此時對于X方向的最大變形，有
因為天線、箱體的重量主要由油缸承受，故不必對塔架桿進行壓桿穩(wěn)定校核，下面進行應(yīng)力強度校核。
3.1.2.1 正應(yīng)力校核
故合格
3.1.2.2 剪應(yīng)力校核
故合格
在塔架桿處于折疊位置而剛剛升起的瞬間，塔架桿所受的應(yīng)力如下：
故塔架桿的強度校核合格。
3.1.2.3 重量分析
因油缸半徑，經(jīng)過估算，主升油缸的重量為800kg，則主升油缸、天線、箱體、塔架的總重量為：800+1425+1248=3473kg。如果再加上承載支腿、各型油泵及輔助機構(gòu)的重量，則塔架式雷達升降天線的總重量將大于4噸。為此，必須換用更大型號的拖車，以使其能夠滿足高機動雷達的重量要求。此外，可以對本型高機動雷達進行結(jié)構(gòu)與材料的優(yōu)化設(shè)計以降低其重量。在結(jié)構(gòu)上，可以將鋼絲繩的作用點上移，使其水平分力直接承受風(fēng)載荷，這樣不僅雷達的搖擺幅度更小，而且降低了對于塔架桿的尺寸要求。在材料上，可以選用強度更高的材料以代替目前塔架桿所使用的普通鋼材，從而提高其許用應(yīng)力，降低塔架桿的重量。
3.2 缸的設(shè)計
3.2.1 液壓回路：
序號
元件名稱
型號
數(shù)量
備注
1
鎖緊缸
4
[]
2
水平缸
4
[]
3
單向背壓閥
B—25B
4
Φ14
4
液控單向閥
DIF—L20H1
4
Φ20
5
三位四通閥
34D—B8C
5
Φ10 []
6
單向節(jié)流閥
LDF-L10C
1
Φ10
7
二位三通閥
23D0—B8C
1
[]
8
調(diào)速閥
QI—63
1
Q=63L/min
9
壓力表
Y—100
2
10
溢流閥
YF-L10C
2
Φ10[]
11
壓力繼電器
DP1—68
2
[s]〈0.5s
12
二位二通閥
QI—63B
1
13
葉片泵
YB1—63
2
[]
14
吸油過濾器
Y—60T
2
3.2.2 缸的尺寸確定
由于液壓缸需要從離地3m的距離舉升雷達到達離地10米的位置，而液壓缸座距離地面高度為0.5米，而且液壓缸的總體尺寸為2.5米。
塔架桿子的第三節(jié)總長為3.1米，在桿的1.3米處，液壓缸與塔架相連，，所以剩余3.1-1.3=1.8米的距離。
液壓缸需要舉升的距離為10-2.5-0.5-1.8=5.2
設(shè)計液壓缸為四級缸，每級行程為1.5米。
塔架和雷達總重G〉3 tons
有效作用面積
缸徑mm
查GB/T2348-1993，經(jīng)過標準化處理后有
缸套的厚度mm，而與上下級缸套連接部分的厚度
則
則整個液壓缸的直徑為.
3.2.3 缸的強度分析
按總體設(shè)計，當風(fēng)速v1=25m/s時，雷達天線以n=6rpm工作；當風(fēng)速v2=30m/s時，雷達天線停止轉(zhuǎn)動，不產(chǎn)生永久性裂變?？紤]陣風(fēng)系數(shù)K=1.5，則天線工作時的最大瞬時風(fēng)速為v3=37.5m/s，停止轉(zhuǎn)動不產(chǎn)生永久性裂變時的風(fēng)速為v4=45m/s。
天線工作時的最大瞬時風(fēng)力：=
其中：C=0.6為風(fēng)阻系數(shù)；S=24.8為反射體迎風(fēng)面積。
傾覆力矩：M=16740；傾覆半徑：R=4.81m
不產(chǎn)生裂變時的最大瞬時風(fēng)力：
（其中向下）
以下為受力圖和彎矩圖：
計算抗彎強度公式如下：
可見多級缸的頂端為危險截面處
把缸的尺寸代入抗彎強度公式得：<[]。
所以強度滿足。
3.3缸的連接及材料
3.3.1 缸體端部連接形式
半環(huán)連接：結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，質(zhì)量小，使用廣泛且不會出現(xiàn)焊后變形。設(shè)計中缸體底部采用與法蘭螺釘連接，在通過螺栓與底座連接。
3.3.2 缸體的材料
油缸缸體的常用材料為20、25、35、45號鋼的無縫鋼管。20號鋼用的較少，因其性能機械性能低而且不能調(diào)質(zhì)。45號缸具有良好的機械性能，但當有焊接的時候一般不才用。所以我選擇缸體的材料為35號缸，它具有良好的焊接性能和機械性能。
3.3.3 缸體的技術(shù)條件
缸體采用H8、H9配合。表面粗糙并且當活塞采用橡膠密封圈密封時，Ra為0.1～0.4μm，當活塞用活塞環(huán)密封時，Ra為0.2～0.4μm。
缸體內(nèi)徑D的圓度公差值可按9、10或11級精度選取，圓柱度公差值可按8能精度選取?！ ?
缸體端面T的垂直度公差值可按7級精度選取。
為了防止腐蝕和提高壽命，缸體內(nèi)應(yīng)鍍以厚度為30～40μm的鉻層，鍍后進行珩磨或拋光。
3.3.4 活塞
3.3.4.1 活塞的材料
液壓缸活塞常用的材料為耐磨鑄鐵、灰鑄鐵(HT300、HT350)、鋼(有的在外徑上套有尼龍66、尼龍1010或夾布酚醛塑料的耐磨環(huán))及鋁合金等。
3.3.4.2 活塞的技術(shù)要求
3.3.4.2.1 活塞外徑D對內(nèi)徑D1的徑向跳動公差值，按7、8級精度選取。
3.3.4.2.2 端面T對內(nèi)孔D1軸線的垂直度公差值，應(yīng)按7級精度選取。
3.3.4.2.3 外徑D的圓柱度公差值，按9、10或11級精度選取。
3.3.4.3 導(dǎo)向套材料：導(dǎo)向套常用材料為鑄造青銅或耐磨鑄鐵。
3.3.4.4 活塞桿結(jié)構(gòu)與材料
對于多級液壓缸來說，除最外一級缸筒外，其它所有缸筒同時又是充當活塞桿的作用。普通活塞桿有實心和空心兩種，毫無疑問，對于多級缸來說，應(yīng)采用空心結(jié)構(gòu)桿。
空心活塞桿材料為35、45無縫鋼管。由于本設(shè)計中，考慮到焊接質(zhì)量，采用45號無縫鋼管。
3.3.4.5 活塞桿技術(shù)要求：
3.3.4.5.1 活塞桿的熱處理：粗加工后調(diào)質(zhì)到硬度為229～285HB,必要時再經(jīng)高頻淬火，硬度達45～55HRC。
3.3.4.5.2 活塞桿d和d1的圓度公差值，按9、10或11級精度選取。
3.3.4.5.3 活塞桿d的圓柱度公差值，應(yīng)按8級精度選取。
3.3.4.5.4 活塞桿d對d1的徑向跳動公差值，應(yīng)為0.01mm。
3.3.4.5.5 端面T的垂直度公差值，則應(yīng)按7級精度選取。
3.3.4.5.6 活塞桿上的螺紋，一般應(yīng)按6級精度加工；如載荷較小，機械振動也較小時，允許按7級或8級精度制造。
3.3.4.5.7 活塞桿上下工作表面的粗糙度為Ra0.63μm，必要時，可以鍍鉻，鍍層厚度約為0.02mm,鍍后拋光。
3.3.4.6 液壓缸的緩沖
緩沖裝置是為了防止或減小液壓缸活塞在運動到兩個端點時因慣性力造成的沖撞。通常是通過節(jié)流作用，使液壓缸運動到端點附近時形成足夠的內(nèi)壓，降低液壓缸的運動速度，以減小沖擊。常用的液壓缸緩沖裝置見下表。
緩沖方式
結(jié)構(gòu)簡圖
緩沖特性
恒
節(jié)
流
面
積
固
定
型
1—? 液壓缸的運動速度；
2—? 緩沖腔的壓力
可
調(diào)
型
錐
形
拋
物
線
形
變
節(jié)
流
面
積
階
梯
形
三
角
形
本設(shè)計中采用的的是恒節(jié)流面積固定型緩沖方式。
3.3.4. 7液壓缸安裝連接部分的型式及尺寸
液壓缸進出油口的的型式
3.3.4.8 密封圈的選用
3.3.4.8.1 對于固定密封，O型圈提供了一種既有效又經(jīng)濟的密封元件。O型圈是在模具里硫化成形的；O形圈的特點是具有圓形截面的圓環(huán)狀。它的尺寸是用它的內(nèi)徑和其截面直徑定義的。
O型圈是一種雙向作用密封元件。由于在安裝時，在徑向或軸向作用的初始壓縮，使O型圈具有了初始密封的能力。由系統(tǒng)壓力而產(chǎn)生的密封力與初始密封力一起合成為總密封力，它隨系統(tǒng)壓力的提高而增大。
O型圈具有以下優(yōu)點：
簡單，整體式溝槽設(shè)計減少了零件和設(shè)計費用
設(shè)計緊湊，零件外形小
安裝簡單，減少差錯
為和大多數(shù)的流體想容，有很多復(fù)合物可供選擇
在全球范圍內(nèi)可供現(xiàn)貨，易于保養(yǎng)和維修
3.3.4.8.2 Yx形密封圈，用于往復(fù)運動密封，工作壓力可達到14MP，具有摩擦系數(shù)小、安裝簡便等優(yōu)點，分為軸用和孔用兩種。這種密封圈的密封效果來自于它本身的預(yù)加負載，以及在安裝時密封唇的壓縮。在運行時，系統(tǒng)的壓力增大了密封徑向機械接觸力。這種密封圈具有協(xié)同工作的主唇和副唇，產(chǎn)生一個加載最恰當?shù)钠胶夤ぷ鼽c。主唇的內(nèi)唇較短，內(nèi)、外的邊都經(jīng)過修整，且由于硬度較低，有良好的回彈能力和柔性，所以達到了較好的密封性能。副唇和表面保持最小的接觸，有助于安裝時防止密封圈的旋轉(zhuǎn)。在主唇和副唇間的油腔形成的潤滑油油腔，減少了摩擦和爬行現(xiàn)象。
由于本設(shè)計導(dǎo)向套和缸筒內(nèi)壁之間是相對靜止的，根據(jù)以上優(yōu)點我選用了O型圈來作為密封元件。
而一級缸套、二級缸套、三級缸套、4級缸套和活塞桿之間，我選用了Yx形密封圈和O形密封圈的結(jié)合使用，以達到最好的密封效果。
3.3.4.9 在液壓缸中，防塵圈被安放在作軸向運動的活塞桿和柱塞上。在活塞桿和柱塞運動期間，灰塵能進入液壓缸內(nèi)，從而引起密封圈、導(dǎo)向套和支承圈的損傷和過早的磨損。使用防塵圈能防止出現(xiàn)這種情況。
在缸蓋和缸體的接觸處我選用了DKI型防塵圈作為密封元件，它具有以下優(yōu)點：
良好的刮塵作用，甚至對牢固粘結(jié)的灰塵也具有良好的刮除作用
設(shè)計緊湊
便于安裝和拆卸方便
價格便宜
溝槽設(shè)計簡單
輕微的旋轉(zhuǎn)和擺動不影響工作性能
3.3.4.10泵的選用
葉片泵是利用插入轉(zhuǎn)子槽內(nèi)的葉片間容積變化，完成泵的作用。在軸對稱位置上布置有兩組吸油口和排油口徑向載荷小，噪聲較低流量脈動小，同時污染敏感度不高，有較好的變量能力。價格合適。
系統(tǒng)需要的流量為100L/min，我選用雙作用葉片泵，且選用的葉片泵流量應(yīng)至少為系統(tǒng)需要流量的2倍，所以我選擇型號為Y2B——C200C——*F的葉片泵。
3.3.4.11 進油口面積計算
設(shè)進油口處流速為V，進油口面積為A
所以
主升油缸活塞直徑，另外整個油缸要在2.5分鐘內(nèi)升高5.2m，所以舉升速度為。
根據(jù)流量連續(xù)性方程
所以得到進油口的直徑為14.7mm，取整后為15mm，考慮到流量的跳動，取進油口面積為20mm?！ ?
3.3.4.12 螺紋處強度計算
3.3.4.12.1 缸體與缸蓋處強度計算
本設(shè)計中，第三級缸的缸頂采用的是螺紋連接一個鉸接部分，螺紋處的強度計算如下：
螺紋處的拉應(yīng)力：
螺紋處的剪應(yīng)力：
合成應(yīng)力：
許用應(yīng)力：
上列各式中：
——油缸最大推力（）
D——油缸內(nèi)徑[cm]（D=4.2）
——螺紋直徑[cm]（=6.8）
——螺紋內(nèi)徑[cm]（=6）
K——螺紋預(yù)緊力系數(shù)，取1.3
K1——螺紋內(nèi)摩擦系數(shù)，取0.12
——缸筒屈服極限，取215Mpa
N——安全系數(shù)，取1.75
由以上公式計算得，=，
所以 ，故螺紋強度滿足要求。
3.3.4.12.2 缸體與缸蓋法蘭螺栓連接的計算螺栓的強度計算如下
螺紋處的拉應(yīng)力：
螺紋處的剪應(yīng)力：
合成應(yīng)力：
以上各式中：Z——螺栓數(shù)量；
——螺紋內(nèi)徑[cm]
——螺紋直徑[cm]
Z=6
K=1.3 計算可得： 可見，當螺栓材料選用45號鋼的時候，強度是滿足的。
另外，法蘭底部與端蓋之間螺栓的連接強度計算如下：
Z=6 計算得到
可見，當螺栓材料同樣選用45號鋼的時候，強度是滿足的。
3.4塔架的設(shè)計
3.4.1 塔架尺寸的確定
塔架分為2個部分，第一部分為連桿，由三根桿子構(gòu)成，考慮到需要把雷達從離地3米舉升到離地10米，連桿的總長應(yīng)為7米，設(shè)計三根桿子的長度分別為：
在前面，我已經(jīng)對塔架進行了受力的計算，取桿子的長、寬為100mm，滿足前面計算過的校核要求。
3.4.2.塔架的結(jié)構(gòu)
除了連桿之外，塔架還有其他幾個部分：
3.4.2.1 支承桿：塔架需要固定在車子上，這時就需要有兩根桿子來起到固定的作用，這兩跟桿子和液壓缸一起承受全部的3 tons的負載，但主要的負載都在液壓缸上，所以支承桿受力并不大，所以我取桿子的長寬均為80mm。
3.4.2.2 拉鎖：塔架被液壓缸舉升到位后，如果液壓缸不再供油，則舉升力消失，此時，拉索將起到拉緊機構(gòu)的作用，將塔架固定在死點位置，即便液壓缸不再提供力，塔架還是一樣的穩(wěn)定。
3.5 機動式車載雷達穩(wěn)定性設(shè)計分析
3.5.1雷達車質(zhì)心位置及軸荷分配
圖1 雷達車在水平面上的受力圖
在設(shè)計階段,通過質(zhì)量分配法求出雷達車的質(zhì)心位置O、整車質(zhì)量G ,如圖1 所示。根據(jù)圖1 ,則由力距平衡求得軸荷分配:
中后橋載荷:N1 = G ×a/ L
前橋載荷:N2 = G ×( L - a) / L
式中:L 為前橋距離中后橋中心的尺寸, mm; a 為質(zhì)心距離前橋的尺寸, mm。
代入該車載雷達有關(guān)數(shù)據(jù),計算得:
N1 = 5435 kg
N2 = 2615 kg
通過比較,其結(jié)果與原底盤車改裝前滿載設(shè)計指標基本一致,滿足要求。
3.5.2 雷達車行駛穩(wěn)定性設(shè)計分析
3.5.2.1 行駛縱向穩(wěn)定性
最大爬坡能力：
最大爬坡能力是指汽車在最低檔作等速行駛時所能克服的最大坡度。由公式(1) 、(2) 和(3) 求得該車載雷達的最大爬坡度:
（1）
（2）
（3）
代入該車載雷達有關(guān)數(shù)據(jù),計算得:
式中: imax為最低檔所能克服的最大坡度; Fmax為最低檔行駛時的最大驅(qū)動( N) ; Fw 為最低檔行駛時的迎風(fēng)阻力; Dmax為最低檔的最大動力因數(shù); f 為滾動阻力系數(shù)0. 015 ;A 為迎風(fēng)面積(m2) ; Cd 為迎風(fēng)阻力系數(shù);V0 為最低車速(m/ s) 。
3.5.2.2 駐車制動性
駐車制動性是衡量車載雷達在爬坡時的駐車制動能力,駐車制動一般靠手剎使驅(qū)動輪制動,路面對驅(qū)動輪產(chǎn)生地面制動力,以實現(xiàn)駐車制動(該車載雷達為后輪制動) 。圖2 為該雷達車上坡時的駐車情況,根據(jù)力和力矩平衡條件,求得最大駐車坡度:
式中:φ1 為縱向附著系數(shù)0. 75 (越野輪胎在干燥水泥路面) ; h 為質(zhì)心高度(mm) ; c 為中后橋中心距離后橋中心的尺寸(mm) 。
3.5.2.3 縱向傾覆
當車載雷達以最低車速等速上坡行駛時,其受力情況同樣可以依據(jù)圖2 所示。當前輪的法向反作用力N2 = 0 時,便發(fā)生繞A 點向后翻傾,通常稱為縱翻。
圖2 雷達車在縱坡上的受力圖
由力距平衡可求得車載雷達不發(fā)生縱翻的極限坡度:
代入該車載雷達有關(guān)數(shù)據(jù),計算得
i2 = 93. 3 %
式中: i2 為縱翻的極限道路縱坡度。
3.5.2.4 縱向滑移
該雷達車采用六輪驅(qū)動,在六輪驅(qū)動時不產(chǎn)生滑移的情況下,可根據(jù)圖2 ,由力平衡得:
i3 = tg 5 = φ1
代入該車載雷達有關(guān)數(shù)據(jù),計算得:
i3 = 75 %
式中: i3 為產(chǎn)生縱向滑移臨界狀態(tài)時的道路縱坡度。
3.5.2.5 結(jié)論
i2 > i3 > imax > i1 = 64 % ,所以該車載雷達的最大縱向爬坡度為64 %。其次,在60 %的縱向坡道上停車制動時,不會下滑,并且可以重新起步繼續(xù)行駛爬
坡。滿足GJB1380 - 92《軍用越野汽車機動性要求》的規(guī)定。
3.5.2.5.2 該車載雷達車最大縱向滑移坡度i3 小于縱向傾覆坡度i2 ,所以在發(fā)生縱向傾覆之前,首先發(fā)生縱向滑移現(xiàn)象,從而保證了其縱向行駛的安全性。
3.5.2.5.1 行駛橫向穩(wěn)定性
3.5.2.5.2 橫向側(cè)翻
當車載雷達在橫向坡道上直線行駛或處于靜止狀態(tài)時,如果橫向坡度角β超過某一值時,將發(fā)生側(cè)翻,如圖3 所示：
圖3 雷達車在橫坡上的受力圖
該車載雷達不發(fā)生側(cè)翻的極限坡度角β,則由力距平衡得:
式中: b 為左右輪中心間距(mm)
橫向側(cè)滑
該車載雷達在橫坡上靜止時整車橫向側(cè)滑的極限角度,根據(jù)圖3 的受力情況,由力平衡方程得:
式中:φ2 為橫向附著系數(shù),取φ2max = 0. 6φ1 。
3.5.2.5.3 在轉(zhuǎn)彎時的側(cè)翻和側(cè)滑
3.5.2.5.3.1 側(cè)翻
如圖4 所示,該車載雷達在水平路面上作等速轉(zhuǎn)彎行駛時,有可能繞A 點向外側(cè)翻,所以必須限制其轉(zhuǎn)彎時的最大行駛速度,由下面公式求得:
式中: g 為重力加速度,9. 8m/ s2 ; r 為轉(zhuǎn)彎半徑(m) 。圖4 中, Fc 為轉(zhuǎn)彎時的離心力; Fφ 為側(cè)向附著力。
3.5.2.5.3.2 側(cè)滑
該車載雷達在水平路面上作等速轉(zhuǎn)彎行駛時,有可能繞向外側(cè)滑,其轉(zhuǎn)彎時的最大側(cè)滑行駛速度,由下面公式求得:
3.5.2.5.4 結(jié) 論
3.5.2.5.4.1 因為iβ2< iβ1,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(fēng)載荷計算
雷達車展開工作時,通過調(diào)平機構(gòu)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(fēng)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(fēng)的能力。在圖5 位置時,在風(fēng)載荷下,整車穩(wěn)定性最差。由風(fēng)載荷產(chǎn)生的傾覆力矩計算如下:
風(fēng)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(fēng)阻力、方艙風(fēng)阻力、運載車底盤風(fēng)阻力分別為F1 、F2 、F3 。
由風(fēng)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(fēng)下雷達車工作穩(wěn)定系數(shù)η
(取穩(wěn)定系數(shù)為2. 5)
由此可見,在10 級風(fēng)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(fēng)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。黃開有老師以其嚴謹求實的治學(xué)態(tài)度、高度的敬業(yè)精神、兢兢業(yè)業(yè)、孜孜以求的工作作風(fēng)和大膽創(chuàng)新的進取精神對我產(chǎn)生重要影響。他淵博的知識、開闊的視野和敏銳的思維給了我深深的啟迪。黃開有老師經(jīng)常到寢室來悉心指導(dǎo)我的學(xué)習(xí)，在我設(shè)計遇到難題時，是他給了我信心，使我能夠順利地完成畢業(yè)設(shè)計。在此謹向黃開有老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。
感謝我的同班同學(xué)們，從遙遠的家來到這個陌生的城市里，是你們和我共同維系著彼此之間兄弟般的感情，維系著寢室那份家的融洽。四年了，仿佛就在昨天。也祝愿離開學(xué)校的兄弟們開開心心，我們在一起的日子，我會記一輩子的。
在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的老師、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意!最后我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們!
六、參考文獻
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