大型液压举升系统设计实现

液压系统采用双动力单元 ， 立电动泵站 ＋ 独 应急 泵， 形成双回路并联系统。主臂架采用多级油缸驱动 ，
可 以增 大举 升油缸 作 用力臂 ， 小油缸 推 力 ， 而减 小 减 从
系统压力和油缸直径 ， 并大幅改善臂架及底座受力状 况。为确保主臂架举升至最高位并有负向风载时能顺 利收回， ３级缸设计为双方 向作用油缸 ， １２ 第 第 、 级油
外形如图 １ 所示 。
控制开关 回路 ， 直接驱动油缸动作。传感器是检测单
元， 对机构的位置关系进行检测 ， 回馈给主控单元。
２ 系统设计
天线臂架是系统的主要受力部件 ， 它的刚强度对 于系统的安全性和可靠性 的影响至关重要 ， 由于臂架
同时具有梁和桁架 的受力特点和应力分布规律 ， 设计 中分别用梁结构法、 马克图法、 结构力学解算器软件法 和有限元法对臂架 的受力进行 了分 析 ， 图 ２所示。 如
动轨迹 ， 以实现整个辅助支撑的顺利动作。
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第 ２ 卷第 ３期 ７
吴影生。 ： 等 大型液压举 升系统设计实现
・ 品设 计 ・ 产
１ 总体 方案
液压举升机构的结构形式主要有垂直升降式和平 行 四连杆式 ， 垂直升降式举 升装置 的升降缸和升降套 简要精心设计 ， 并有特殊的加工工艺 ， 设计加工相对困 难。 平行 四连杆 机构属于平 面 四杆 机构 ， 结构简 单 ，
液压系统是由动力元件产 生压力液体 ， 经过控制 元件和管道将压力液体输送 到工作油缸或马达 ， 再通 过工作油缸或马达将液体压力能转变成机械功 ， 驱动
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第 ２ 卷第 ３期 ７
２ １ 年 ６月 ０１
电 子 机 械 工 程
Ｅｌｃ ｒ ｅ ｔ ｏ—Ｍ ｅ ｈ ｎ ｃ ｌ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ｃ ａ ｉａ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ
Ｖｏ ． ７ Ｎｏ ３ １２ ． ．
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大型液压举升 系统设计实现
吴影 生 ， 为 民 唐
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引 言
阵面天线工作时需要举升到一定 的高度 ， 并对其 仰角有一定要求。通 常的做法是设计一种举升机构 ， 结合驱动控制来完成天线的举升俯下 动作 ， 就动力而 言主要有 电机驱动和液压驱 动两种。对 大型天线来 说， 由于设备较重和风载荷较大 ， 运动过程 中需要的动
力很大 ， 而液压系统能实现大吨位的低速传动 ， 且能在 较大范围内实现无级调速 ， 可以利用体积小、 重量轻 的 装置获得很 大的功率， 并且具有高 响应 性 ， Ｊ因而重
载大尺寸 的天线举升动作一般都 由液压系统来完成 。
压举升系统， 在指定时间内将其平稳举升到中心离地 １ ２ｍ的高度 ， 并满足相应 的时间要求。
・ 收稿 日期 ：０ １ Ｏ —１ ２１一 １ ７
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产品设计 ・
电 子 机 械 工 程
２ １ 年６ ０１ 月
精度易于保证 。大多数 的天线举升结构设 计都采 Ｊ
用平行四连杆机构或其衍生结构 ， 但本方案 中的天线
尺寸过于庞大， 系统载荷和骨架应力都随之大幅增加 ， 且在举升到位后要按一定 的速度旋转 工作 ， 需要保证
定， 既有随动动作又有主动动作 ， 其轨迹不是 唯一 的， 在运动到极限位置后 ， 如果 没有相互配合好就会运 动 到死 点 位 置 ， 出现 机 构 卡死 或 者 运 动 不 确 定 的现 象 。
为了消除死点的不利影响 ， 需要利用撑杆 的分时运 动
根据系统特点 ， 设计了符合要求的控制阀组 ， 配合
关键 词 ： 举升 机 构 ；液压 系统 ； 服控 制 伺 中图分 类号 ： ｌ７ ３ ｍ 文献 标识 码 ： Ａ 文章编 号 ：０ ８— ３０ ２ １ ）３— ０７— ３ １０ ５０ （０ １０ ０ ３ ０
Ｄｅ ｉｎ ａ ａｉａ ｉｎ ｏ ｈ ｒ ｅ Ｈｙ ｒ ｕ ｉ ｉｉ ｇ Ｓ ｓｅ ｓｇ ｎｄ Ｒｅ ｌ ｔｏ ｆｔ ｅ Ｌａ ｇ ｄ ａ ｌ Ｒａｓｎ ｙ ｔｍ ｚ ｃ
控制系统主要 由控制箱 、 液压泵站、 电磁阀组及各 种传感器组成 。控制箱为主控单元 ， 按照操作指令控 制液压泵站和电磁 阀动作 ， 带动各机械执行机构完成 相应 的动 作 。液压 泵 站和 电磁 阀组是 液压 动力 来源 和
其稳定性 。单单依靠平行 四连杆的结构形式不足 以满 足其工作要求 ， 因而在采 用四连杆举升机构的同时考 虑增加辅助背部支撑机构 ， 使其在天线旋转稳定工作 时作为主要的受力结构件 ， 减小主臂架的应力水平， 其
根据计算 的结果 ， ４种方法计算得出的数据基本相 当， 相互印证了其正确性。将计算结果 作为优化依据 ， 根
据应力分布情况 ， 对腹杆布置方案进行调整 ， 并针对应 力较大的区域采用局部加强 、 腹板蒙皮等措施分散局 部应力 ， 以求达到等强度的应力分布 。并据此选定 了 符合其应力要求的高强度钢板。
缸为单方 向作用 ， 主臂架俯下时 ， ｌ２ 第 、 级活塞杆靠臂
架 自重收回。辅助背撑设计了上 、 下 ３个撑杆油缸 中、
和１ 个辅助背撑油缸 ， 相互配合完成辅助背撑的运动。 ３ 个撑杆油缸都为 自锁结构 ， 在伸 出到位后能 自行锁
定， 解锁时施加反方 向的力使其退 出锁定位置。为避 免辅助背撑运动过程 中出现卡死 的现象 ， 设计 了辅助 背撑油缸 ， 调节运动轨迹 ， 使其顺利通过死点。
若干稳定三角形单元组成 的桁架 系统。俯 下动作时 ，
各个撑杆油缸动作 ， 解除 自锁状态 ， 之后辅助背撑折叠 收 回 ， 下撑 杆插 销解 除 锁定后 ， 在 多级油 缸 开始动 作 收 回， 臂架随之俯下， 辅助背撑跟随动作收 回。 由于辅助背撑各个撑杆 在运动过程 中状态不 固
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图 １ 臂 架 外 形 图
整个举升机构分为主臂架 和辅助背撑两个部分 ， 主臂架是一种典型的桁架梁结构 ， 既有足够 的强度 又 减轻 了 自 身重量 ， 辅助背撑由多个连杆机构组成 ， 在天
图 ２ 臂 架 应 力 云 图
线稳定工作时保持其稳定 性。举升动作时， 驱动两根
支撑臂架的多级油缸动作 ， 臂架随之运动举升 ， 辅助背 撑上 各 个撑 杆开 始 时跟 随 臂 架 随 动 ， 下 撑 杆 滑 动 到 在 锁定位置时 ， 插销锁定 ， 之后辅助背撑上各撑杆油缸开 始动作 ， 将辅助背撑展开到位 ， 各撑杆油缸依靠机械 自 锁机构进行锁定 。此时主臂架和辅助背撑形成一个由
完成臂架 的各项动作 ， 如图 ３ 所示。 回路 中设置平衡 阀， 确保在超越载荷下系统工作平稳 。为控制运动速 度， 回路 中设 置 了电磁 比例调速 阀， 均匀控制 动作速 度， 避免多级缸活塞直径变化时引起的速度突变 ， 减小
来使其顺利通过死点， 在运动过程 中控制系统需要对 背撑各个撑杆油缸进行分 时控制 ， 协调各个撑杆的运
和控制各种机械设备 ， 完成 预定工作。各种控制元件
和执行元件用来保证液压传 动与控制过程的平稳 、 精 确、 高效和安全 。液压系统能传递的力和功率的范围
很大 ， 只要管道足够长 ， 液压系统可以实现大功率的远 距离传递 。 Ｊ 本 文 针对一 种 大 口径 雷 达阵 面天线 设计 了一套 液
（ 中国电子科技集团公司第三十八研究所 ， 安徽 合肥 ２０８ ） ３０８ 摘 要： 为实现某大型雷达天线的 自动举升功能， 设计 了一种新型的液压举升 系统。除采用传统双举升 多级油缸结构的主臂 架外， 为提 高天线举升到位后的结构稳定性 ， 增加 了多组连杆 油缸组成的辅助背撑 机构。在介绍 了总体设计方案和 系统组成之后 ， 分析 了该系统的应 力情况 ， 对液压及其控制系统设计进 行 了详细描述。液压控制 中采用比例阀调节流量大小， 用模糊处理智能化控制的方法保证运动过程 使 中不 出现大的冲击波动。该 系统在设计完成后进行 了长期试验验证， 实践证明 ， 该液压举升 系统设计新 颖， 结构合理 ， 可靠性 高， 对类似 的系统设计有很好 的借鉴作用。
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