某舰炮新型失控保护装置的研制

某舰炮新型失控保护装置的研制 某舰炮新型失控保护装置的研制 2007年第6期液压与气动7 某舰炮新型失控保护装置的研制 周家锦,王倚培,周连俭 DevelopmentofNewFailureProtectorforChaser ZHOUJia.jing,WANGYi.pei,ZHOULian.quan2 (1.北京机械工业自动化研究所,北京德胜门外教场口一号100011;2.中国人民解放军4808厂,山东青岛266042) 中图分类号:TH137.5文献标识码:B文章编号:1000.4858(2007)06.0007.02 1概述 某舰炮具备对海,对空,对岸射击能力,是我海军 最有攻击力的中口径舰炮之一.舰炮的方位,高低,稳 定3个随动系统分别由一套液压伺服系统驱动,液压 伺服系统由伺服变量泵及定量液压马达等液压元件组 成容积调速回路,对舰炮实施驱动控制. 为了实现该舰炮随动系统的失控保护,在液压系 统中增设了失控保护装置,当舰炮运动到极限位置时, 失控保护装置工作,实现制动,以避免发生机械碰撞, 造成机械损坏. 目前现役失控保护装置使用近10年,失控保护装 置经常出现故障,当舰炮运动到极限位置时,经常发生 机械碰撞,造成重大机械损坏.所以,必需尽快研制新 型的失控保护装置替代现役失控保护装置,提高产品 的可靠性,保持舰炮的战斗力. 2现役失控保护装置的功能和常见故障 失控保护装置的功能是:当舰炮转动到极限位置 不能停转时,失控保护装置工作,马达出口的溢流阀溢 流对舰炮制动,同时马达进口的溢流阀卸载,液压系统 主回路空载运转.当给伺服阀加反向电流时,舰炮反 向转动自动退出限位,而不需人为解除压下的限位开 关.反向工作亦然.另外,当两限位开关同时按下时, 液压马达不转,可进行油液的清冼. 经调研了解到现役失控保护装置的常见故障是: (1)二位二通阀主阀芯卡滞,主阀芯不动作或不 复位,造成油液不能进人马达,舰炮不能正常转动.或 马达出口不能封闭,溢流阀不工作,起不到制动作用. 也可能引起系统压力高频波动,阀组发生机械振动,噪 声增高;(2)先导溢流阀的调节弹簧失去弹性,系统的 设定压力下降,液压泵供油经溢流阀回到泵的人口,不 经过马达,所以舰炮不能转动;(3)溢流阀主阀的弹簧 弹性变小,主阀不能很好关闭,系统压力没有达到溢流 阀设定压力溢流阀也溢流,使系统效率下降,油温升 高,油液黏度降低,液压泵和马达容积效率下降.若溢 流阀主阀的弹簧失去弹性,系统压力不能建立,舰炮不 能转动;(4)阀芯与阀套长期磨损间隙过大,油液不能 达到设定压力,舰炮运动速度下降,不能快速跟踪目 标,甚至舰炮不能转动,还有可能引起系统高频振动. 3新型失控保护装置的设计 3.1新型失控保护装置的确定 液压阀从连接结构上分为螺纹连接阀,板式连接 阀,叠加阀和插装阀等,其中插装阀是近20年逐渐成 熟的液压技术.与其他类型的阀相比,同一通径的插 装阀的额定流量大.因阀芯和阀套都装在阀体中,所 以完成同种功能和同样额定流量及压力的插装阀比其 他类型的阀体积小,重量轻,集成化程度高,特别适用 于移动和飞行设备.舰炮中的液压系统更应尽量减小 体积和重量.另外,舰炮设计时没有给失控保护装置 预留安装空间,若为了安装失控保护装置,改变舰炮某 些部分的结构是不允许的,也是不现实的.所以必须 使新型失控保护装置的体积尽量小,才能满足其现场 安装要求.经多种方案的比较,最终选用插装技术设 计失控保护装置.根据失控保护装置的功能要求设计 的液压系统如图1所示.现对照图1说明新型失控保 护装置的工作原理. (1)正常工作时,4个电磁阀(S1,s4)均不通电, 工作油从A口进人经过液控单向插装阀1,由A口进 人液压马达,电磁溢流插装阀起限压保护作用;马达回 油由B口经过液控单向插装阀4,B口到泵的人口. (2)若由A腔进油,B腔回油,当舰炮进人限位区 时,限位开关使电磁阀s2,s4通电,电磁溢流插装阀 2卸载,液控单向插装阀4迅速关闭,马达在负载惯性带 收稿日期:2007.04.24 作者简介:周家锦(1965一),男,江西乐平人,高级工程师,学 士,主要从事机械设计和液压技术的研发工作. 8液压与气动2007年第6期 图1新型失控保护装置液压原理图 动下继续转动,马达出油被封闭在组合阀内迅速形成 高压,由电磁溢流插装阀3溢流限压,这样马达在恒定 背压下实现制动,避免制动时的压力冲击.而主泵供 油仍通过液控单向插装阀1和处于卸载状态的电磁溢 流插装阀2流人B口,从而避免了油液堆积,这时泵的 压力很低,仅比补油压力稍高.制动结束,要退出限位 区时,此时电磁阀s2,s4仍通电,这时由B口进油,液 控单向插装阀4呈单向阀正向进油状态,故油液经液 控单向插装阀4和B口进人马达,而处于卸载状态的 电磁溢流插装阀2由于油流反向,主阀在弹簧力和B 口压力的作用下,迅速关闭,这样保证了马达的反向转 动,马达出油经A口和液控单向插装阀1流到A口进 入液压泵,电磁溢流插装阀3起限压保护作用,退出限 位后电磁阀s2,s4恢复正常工作状态,失控保护装置 恢复原工作状态.若从B口进油时反向进入限位区, 则同上类推. (3)当s2,s3同时通电,电磁溢流插装阀均卸载, 则马达处于浮动状态,可以进行空回测量,管道冲洗等 工作. 3.2参数确定和液压元件选型 液压马达的排量为40mL//r,最大转速为2800r/ min,则通过马达的最大流量为112lMmin,所以设计新 型失控保护装置的最大流量为120lMmin.选取主油 路标称通径为16mm和控制油路标称通径为6mln. 无失控保护装置时方位液压系统的最高压力是20 MPa,现设计失控保护装置的额定压力为25MPa,最高 压力31.5MPa. 查阅插装阀产品样本选取方向控制插装阀型号为 LC16A10E6X/V,方向控制插装阀的电磁换向阀为 4WE6D61/CG24NZ4V,溢流插装阀为LC16DIMOE6X/ v,溢流插装阀的电磁换向阀为3wE6B6l/CG24Nz4V, 溢流控制阀盖板为LFA16DBW2—6X/315V. 3.3结构设计 为了使失控保护装置体积小,重量轻,设计一阀 块,将4个插装阀插入其中,4个插装阀盖板和4个电 磁换向阀安装在阀块周围,就实现了无管连接,而且缩 短了阀块中的油路,用2个空心大螺栓与马达2个油 El连接,接线盒安装在失控保护装置上面.在结构确 定以后,绘制了新型失控保护装置的阀块零件图,装配 图.其中为了最大限度减小阀块体积,减少工艺孔的 数量,溢流控制阀盖板的控制口不用X口而用zl口, 这样溢流控制阀盖板需特殊定制. 4产品试验 由于插装阀及阀体组件的性能取决于插件的质 量,阀体的质量及装配的质量,所以在装配完成后需对 液压 该装置上的元件进行基本性能试验.试验在国家元件质量监督检验中心的液压阀台上进行. 见图1,堵上A,B,由A口进油,给s4通电,按 (JB/T10374—2002液压溢流阀》对溢流阀2进行调压 范围及压力稳定性,内泄漏量,压力损失(阀1+阀2), 稳态流量及压力特性,动作可靠性(给s2通断电)试 验,同时从OA口测量阀1内泄漏量.由B口进油,给 Sl通电,可对阀3及阀1进行上述试验. 该试验完成后,再在模拟试验台上对该装置进行 模拟负载试验. 5结论 通过对该装置的基本性能试验,模拟负载试验及 实际装舰使用,可得出以下结论: (1)该装置设计正确合理,技术先进,结构简单, 工作可靠,各项技术指标达到了研制任务要求;(2)该 装置采用了先进的液压集成技术和插装技术,所有阀 选用标准件,提高了随动系统的可靠性,可维性.其总 体技术达到了国内先进水平;(3)该装置体积小,重量 轻,适装性好,经试验,试用,能满足装舰使用要求,具 有很好的推广应用前景和显着的军事,经济效益. 参考文献: [1]雷天觉.液压工程手册[M].北京:机械工业出版社, 1990. [2]JB/T10374-2[X)2,液压溢流阀[s].