雷达用钢球自锁液压缸故障机理分析与解决措施_王永芝.pdf

o 姜立标，程铖，何华，等 基于 和 机液联合仿真的电动轮矿用车转向机构动力学研究 机床与液压，（）：，白林迎，管小兴 轮式起重机控制驾驶室俯仰液压系统 的仿真与优化 液压气动与密封，（）：，引用本文：刘勇，李晓豁 冲击破岩掘进机工作机构液压系统仿真分析 液压气动与密封，（）：o，oo o o o o o o ，（）：雷达用钢球自锁液压缸故障机理分析与解决措施王永芝，郭克伟，李 浩，鲁小强，刘 伟，刘亚喆（河南航天液压气动技术有限公司，河南 郑州）摘 要：在雷达装备中，钢球自锁液压缸的应用大大提高了雷达装备的工作稳定性、可靠性。该文介绍了某雷达液压系统用钢球自锁液压缸的结构，对其在研制过程中遇到的故障进行了机理分析，并提出了相应的解决措施。关键词：雷达；液压系统；钢球自锁；液压缸中图分类号：文献标志码：文章编号：（）oo o o o Yg，g，Y（o oo o，o，）：，o o o o o o o ，oo o：；o；引言在雷达装备液压系统中，一般要求液压缸在切断动力油源后，活塞杆可长时间稳定锁定在工作位置。实现指定位置自锁的液压缸存在两种形式，一种是在液压系统中采用液压控制元件，如平衡阀、液压锁等，但这种锁紧方式在长时间工况下，因液压油的可压缩性，液压控制元件制造精度和密封的影响，存在一定程度的泄漏，导致锁紧性能不可靠。另一种是采用机械锁紧的方式，通过在液压缸中内置机械自锁结构，实现收稿日期：作者简介：王永芝（），男，河南郑州人，助理工程师，硕士，现从事液压气动系统的设计研究工作。活塞杆的长时间位置锁定。本文介绍了一种钢球摩擦式的自锁液压缸，可利用钢球在活塞杆与缸筒间的作用实现固定位置锁紧。同时描述了其在研制过程中的故障现象，进行了机理分析，并提出了相应的解决措施。产品结构与工作原理钢球自锁液压缸用于驱动雷达天线阵面的折叠与展开，该工作回路的液压原理如图 所示。雷达阵面工作状态：首先运输锁销缸的有杆腔通高压油，活塞杆完全缩回，然后钢球自锁液压缸的有杆腔通高压油，活塞杆缩回的同时带动天线阵面上的连杆机构驱使阵面展开，并由油缸的钢球自锁机构保持阵面的展开位置锁定。液压气动与密封年第期图 液压原理图雷达阵面运输状态：首先钢球自锁液压缸的无杆腔通高压油，活塞杆伸出的同时带动天线阵面上的连杆机构驱使阵面折叠，然后运输锁销缸的无杆腔通高压油，活塞杆伸出，并由固定在锁销缸活塞杆上的锁定销轴保持阵面的运输位置锁定。钢球自锁缸的机械自锁结构如图 所示。图 机械锁紧结构图锁定过程：当有杆腔进油，活塞杆完全缩回时，浮动钢球在锁定外环的推力下，进入锁定内环的凹槽，同时锁定弹簧复位，锁定外环推向原位，将钢球卡在凹槽内，活塞杆相对于缸筒保持锁定。解锁过程：当无杆腔进油，浮动活塞在两腔压差下压缩解锁弹簧，并通过挡圈带动锁定外环向左移动解锁，浮动钢球即可径向移动，之后活塞杆在浮动活塞的推动下，开始伸出。钢球自锁液压缸中的关键件锁定外环的截面如图 所示，对关键件的安全系数进行计算。）锁定外环安全系数已知：最大锁紧载荷：锁定外环外径：锁定外环内径：孔径：，孔个数：许用应力：图 锁定外环截面图锁定外环最小受力面积：（）（）计算 安全系数 计算 根据设计经验，锁定外环安全系数需要大于，满足设计及使用要求。）钢球安全系数已知：钢球剪切面直径：钢球抗拉强度：钢球受力面积：计算 安全系数 计算 根据设计经验，钢球安全系数需要大于，满足设计及使用要求。根据关键零件安全系数的计算结果，表明该液压缸在收回到闭合状态后，满足液压缸末端锁紧载荷不小于 的指标。故障机理分析在研制过程中，钢球自锁液压缸共出现了两项使用故障，分别是锁紧机构异常解锁和解锁时发生异响的故障。2.1 锁紧机构异常解锁故障该机动雷达液压系统，通过一个泵源需要完成的功能有天线高架的举升 倒伏，天线阵面的展开 折叠，调平支腿的展开 收拢，雷达结构件锁定。在天线阵面完全展开后，液压缸通过钢球自锁结构保持位置锁定。然而，实际调试中，在进行天线高架举升和倒伏工作时，发生自锁液压缸解锁的情况，危及系统的使用安全。经过测试，在液压系统上高压 ，天线阵面展开路的三位四通电磁换向阀处于中位时，监测到阀的 口有 压力，阀的 口有 压力。经分析，o该压力由电磁换向阀自身的滑阀结构内泄产生，换向阀采用 型中位机能型式，、口均不通，导致内泄压力在、口分别形成憋压。由于钢球自锁液压缸的开锁压力为 ，导致换向阀后的内泄油压在非正常条件下打开钢球自锁机构，造成液压缸的异常解锁。2.2 解锁异响故障钢球自锁液压缸进行测试时，发现液压缸活塞杆从完全闭合到开始伸出动作的一瞬间发生较大的声响，并伴随液压缸自身振动。该异响只存在于钢球自锁液压缸开锁的一瞬间，其余行程运动正常。经分析，在自锁液压缸的无杆腔通高压油，活塞杆向外伸出时，锁定内环拉动钢球，在锁定外环的倒角处会产生一个轴向分力和径向分力，其中轴向分力可推动锁定外环前移并压缩锁定弹簧，此时钢球径向方向不再受限，钢球在径向分力的作用下脱出解锁。根据解锁原理，异响原因是由于钢球脱出解锁不顺畅，解锁瞬间在锁定外环的倒角处产生振动。同时液压缸经过多次动作后，将液压缸拆卸分解，发现锁定外环的倒角处产生了较为严重的磨损，如图 所示。图 锁定外环倒角处磨损图 解决措施针对上述提到的两项故障，分别提出相应故障的解决措施。3.1 锁紧机构异常解锁的解决措施（）将天线阵面展开回路中的电磁换向阀 型中位机能，更换为 型中位机能。这样在电磁换向阀处于中位时，、口均导通连回油箱，消除滑阀内泄压力的影响。（）电磁换向阀的 口增加一个单向阀，避免回油路背压对系统造成影响。（）液压控制系统中，增加连锁保护功能。天线阵面展开位置配置到位开关，如未触发到位开关，天线不得进行举升 倒伏等相应动作。（）天线进行举升 倒伏动作的同时，增加天线展开动作，直至举升 倒伏动作结束。经过以上措施处理，对液压系统再次进行调试，天线展开回路的电磁换向阀处于中位时，、口无压力，液压缸锁紧机构异常解锁现象消除。3.2 解锁异响的解决措施（）通过加深锁定外环弹簧内槽深度尺寸，减小锁定弹簧 的弹簧力，降低自锁液压缸的开锁压力。（）将锁定外环的 倒角调整为 倒角，增加钢球解锁时的轴向分力，便于液压缸顺利解锁。（）更换锁定外环的材料，提高硬度值，消除锁定外环的磨损。经过以上措施处理，对自锁液压缸再次进行调试，油缸解锁异响现象消除。结论本文主要对某雷达装备用钢球自锁液压缸在研制过程中出现的故障，通过对自锁结构的原理分析，零部件分解检测，反复试验攻关，最终确定了故障原因，提出了相应的解决措施，进行测试验证，测试结果表明措施有效，可确保钢球自锁液压缸长期安全正常运行。参考文献 钢球锁紧液压缸在雷达主塔举升机构中的应用 电子机械工程，（）：钢球自锁液压缸与平衡阀参数匹配问题研究 电子机械工程，（）：机械设计手册编写组 机械设计手册：流体传动与控制 北京：机械工业出版社，液压锁对钢珠自锁液压缸性能的影响及改进方法 液压气动与密封，（）：地面高机动雷达液压系统研究 电子机械工程，（）：挤压机液压缸的振动机制及特性研究 机床与液压，（）：雷达天线液压起竖系统优化设计 电子机械工程，（）：引用本文：王永芝，郭克伟，李浩，等 雷达用钢球自锁液压缸故障机理分析与解决措施 液压气动与密封，（）：o，o，oo o o o ，（）：