车载装置升降系统的设计

本科毕业

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指导教师：

20**年5月25 日

河北科技师范学院教务处制

本科毕业设计任务书

车载装置升降系统

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20**年10月15 日

河北科技师范学院教务处制

一、主要研究内容

研究车载装置的升降系统与自动调平机械系统,,通过水平测绘仪的校正，使雷达车自动处于水平位置，并自动举升雷达天线

二、基本要求

要求该系统的机动性能好，对不同的地域条件，不同的环境适应能力强，要求调节水平位置、升降系统工作时实现自动化，而且要求工作位置稳定，在工作的过程中不能发生上下移动和左右摆动，即在一定的风速条件下也能稳定工作。

三、工作进度

20**.10.20 -20**.01.08 根据任务书，调查研究，查阅资料，完成开题报告，撰写文献综述与外文翻译。

20**.01.08-20**.05.25 进行毕业设计

20**.05.26-20**.05.31 提交毕业设计资料，教师进行审核，准备答辩

20**.06.01-20**.06.03 毕业设计答辩

参考文献

[1］吴宗泽. 机械设计手册[M].北京:化学工业出版社,2000,06.

[2] 路甬祥主编.液压气动技术手册，机械工业出版社，2002。

[3] 早稻田大学教授加藤一郎编.机械手图册，上海科学技术出版社，1979

[4] 机械工业部编．1996机械产品目录，第7册．机械工业出版社, 1996

指导教师签名：教研室主任审查签名：

河北科技师范学院

本科毕业开题报告

院（系、部）名称：

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指导教师：

20**年11月25日

河北科技师范学院教务处制

一、课题来源自选

二、主要依据

现代高技术战争对雷达的越野作战与战场生存能力提出了越来越高的要求，高度的机动能力已经成为现代军事雷达的必备素质;因此，对于设计师来说，在考虑整机电性能指标、可靠性、可维性、可保障性、安全性、可操作性、经济性及加工工艺性等因素的同时，还须从结构上对其机动性作出精心构思。

为了减小树木、民房等地高度近距离障碍物对雷达天线的遮蔽，通常应采取措施将雷达举高架设，例如将雷达架设在一定高度的铁架上，但这些办法存在架设速度慢、作业强度大、需要吊装等辅助设备等缺点，尤其对于要求架撤时间短的野外机动型车载雷达来说，这些缺点就显得更加突出。因此必须设计一种自动架高装置，以实现快速便捷的架高雷达天线的目的。

三、研究内容

系统能在一定的外界载荷（如风力）的作用下，把规定的重量载荷在短时间内以一定的姿态快速平稳的举升至一定高度并锁定位置，使雷达能够在一定条件下安全可靠的工作。

系统采用机电液一体化技术，使举升过程实现自动化。这样，一方面降低操作人员的作业强度，另一方面能够可靠的缩短作业时间。由于车身装载空间有限，聚生系统必须与雷达其他部分一体化设计，以达到优化空间尺寸、确保各种运输状态的通过能力。高比刚度、比强度结构形式：由于车辆装载能力与设备外形尺寸、重量等因素的矛盾，举升系统还必须对其自身的结构形式和重量进行优化，以达到用最小的自重承受最大的外载荷的目的。

高安全性、高可靠性及良好的环境适应和可维性。

四、研究计划及预期成果

研究计划：通过具体产品，查阅相关资料结合学过的高机动性雷达车方面的知识，联系已有的产品发挥自我的创新意识进行设计。

预期成果：

在本设计过程中，将参考现有的各种举升系统，设计完成完整的车载举升系统，操作简单，且稳定性强。升降塔架式雷达弥与购同类进口装备相比可节省经费。

五、特色或创新之处

便于运输，适应各种环境。工作过程完全自动化，自动调节水平，自动举升，并且工作工程稳定，没有摇动或者摆动，通用性好，移植性强。

六、已具备的条件和尚需解决的问题

已具备的条件：水平测绘仪调节水平，控制液压系统。

有待解决的问题：工作部件提升的所有高度都由液压缸完成，这时液压缸的尺寸比较大。控制部分需要单片机来辅助。

七、指导教师意见

指导教师签名：

年月日

摘要

本设计是根据国内外雷达车的发展趋势，通用性、适应性以及稳定性不断提高，本着结构简单、操作灵活的原则，而设计的一种能同时完成调节水平、自动举升的雷达车。本文具体阐述了一种车载装置升降系统的设计和开发过程。本课题所研制的车载装置升降系统可以实现预期的雷达的举升和下降。在自动调平系统工作结束以后，通过设计的举升液压缸的伸出和缩回，带动塔架的举升和下降，从而实现雷达的举升和下降。同时设计过程中考虑了整个雷达受到本身重力和风力的影响,着重对稳定性以及适应性进行设计选择。

关键词:液压缸；雷达；自动调平系统

Abstract

The design is based on the development radar vehicle in and out country, interoperability,adaptability and stability in a constantly improving the structure and operation of flexible simple principles designed to simultaneously accomplish a radar vehicle which is complete adjust level, automatic lifting.The topic of my paper is vehicle-mounted machine automatically transferred Ping mechanical systems design and development.This topic the on-board device developed lifting system can achieve the desired radar lifting and decline.In automatic levelling system through the design work finished, the lifting hydraulic cylinder of reaching out and retract, driving the tower lifting and falling, thus realize the lifting and decline.Meanwhile the design process by considering the whole radar the influence of gravity and wind itself, focuses on the design choices stability and the adaptability.

Keywords:hydraulic cylinder ；Radar；automatically leveling system.

目录

摘要 (Ⅰ)

Abstract (Ⅱ)

1 绪论 (1)

1.1 论文研究背景与意义 (1)

1.2结构设计要求 (1)

2 方案论证 (2)

2.1 主要技术指标 (2)

2.2 技术可行性 (2)

2.2.1 技术方案 (2)

2.2.2 塔架结构 (2)

2.2.3 塔架的举升执行机构 (2)

2.2.4 塔架索拉结构 (2)

2.2.5 承载支腿 (2)

2.2.6 辅助支撑结构及其他 (3)

2.3 升降天线车的液压系统说明 (3)

2.3.1 举升伸缩油缸单元与塔架锁紧单元 (3)

2.3.2 脚支腿液压单元 (3)

2.3.3 中支腿与索拉液压单元 (3)

2.3.4 结构方案和液压传动系统的可行性和可靠性 (3)

2.4 测试系统的组成及功能 (4)

2.4.1 测试系统功能方框图 (4)

2.4.2 水平测试仪 (4)

2.4.3 智能远端 (4)

2.4.4 工控机 (4)

2.4.5 比例阀及伺服阀 (5)

2.4.6 水平调整过程 (5)

2.5 主要技术难点分析 (5)

3设计计算过程 (6)

3.1雷达举升机构的力学分析 (6)

3.1.1刚度校核 (7)

3.1.2强度校核 (8)

3.2缸的设计 (10)

3.2.1液压回路 (10)

3.2.2缸的尺寸设定 (11)

3.2.3缸的强度分析 (12)

3.3缸的连接及材料 (13)

3.3.1缸体端部连接形式 (13)

3.3.2缸体材料 (13)

3.3.3缸体得技术条件 (14)

3.3.4活塞 (14)

3.4 塔架的设计 (21)

3.4.1 塔架尺寸的确定 (21)

3.4.2 塔架的结构 (21)

3.5机动式车载雷达稳定性设计分析 (21)

3.5.1雷达车质心位置及轴荷分配 (21)

3.5.2雷达车行驶稳定性设计分析 (22)

结论 (26)

参考文献 (27)

致谢 (27)

1 绪论

1.1 论文研究背景与意义

现代高技术战争对雷达的越野作战与战场生存能力提出了越来越高的要求，以达到战时快速组网及补充战损的目的，高度的机动能力已经成为现代军事雷达的必备素质;因此，对于雷达设计师来说，在考虑整机电性能指标、可靠性、可维性、可保障性、安全性、可操作性、经济性及加工工艺性等因素的同时，还须从结构上对其机动性作出精心构思。

为了减小树木、民房等地高度近距离障碍物对雷达天线的遮蔽，通常应采取措施将雷达举高架设，例如将雷达架设在一定高度的铁架上，但这些办法存在架设速度慢、作业强度大、需要吊装等辅助设备等缺点，尤其对于要求架撤时间短的野外机动型车载雷达来说，这些缺点就显得更加突出。因此必须设计一种自动架高装置，以实现快速便捷的架高雷达天线的目的。

1.2 结构设计要求

对于单车野外作业的雷达来说，在结构设计上主要须解决两个问题：一是由于设备质量高度集成，装载空间有限，如何在不超运输界限的前提下实现合理高效的利用空间；二是选用何种举升机构来完成雷达的举升。而我现在要设计的就是解决第二个问题。因此，自动举升系统作为整个雷达天线系统的支撑平台，其设计须满足以下几点要求：

功能性：即系统能在一定的外界载荷（如风力）的作用下，把规定的重量载荷在短时间内以一定的姿态快速平稳的举升至一定高度并锁定位置，使雷达能够在一定条件下安全可靠的工作。

自动化：即系统采用机电液一体化技术，使举升过程实现自动化。这样，一方面降低操作人员的作业强度，另一方面能够可靠的缩短作业时间。

运输通过性：由于车身装载空间有限，聚生系统必须与雷达其他部分一体化设计，以达到优化空间尺寸、确保各种运输状态的通过能力。

高比刚度、比强度结构形式：由于车辆装载能力与设备外形尺寸、重量等因素的矛盾，举升系统还必须对其自身的结构形式和重量进行优化，以达到用最小的自重承受最大的外载荷的目的。

高安全性、高可靠性及良好的环境适应和可维性。

2 方案论证

2.1 主要技术指标

升降高度10米，负载1.5吨；

具有自动调平功能，且应保证水平5’以内；

调平系统抗风（装上顶部作业部件，10级风）摆动小于 1；

2.2 技术可行性

2.2.1 技术方案

天线车的总体结构说明升降天线车的升展高度除车桥高度以外净空高10米。下降后高度为3米左右。要求车桥长5米，宽2米，占空间体积约为3×5×2=30立方米。

2.2.2 塔架结构

塔架为三节组合成形，固定座为3米，其中第一节为1.3米，第二节为2.6米，最后一节为3.1米。举升铰安装在第三节的1.8米处，这样可使得塔架上升和下降折置时运行自如。在举升铰的上端设置了链轮机构，使得天线发射箱在运动和升位的过程中始终保持与地面垂直。

2.2.3 塔架的举升执行机构

塔架的举升执行机构为四级伸缩式油缸。此型油缸的工作原理为活塞直径大的先运动，依次升高。下降时小活塞先运动，依次下降。直径小则运动速度高，反之速度低。整个升降时间约为2.5分钟。为了防止油缸承受侧向力矩，在设计塔架具体构件时还要着重考虑回转和重力矩的平衡。

2.2.4 塔架索拉机构

升降塔架为横向跨裆结构，由此沿纵向方向由于风动力而产生的弹性侧向偏摆力及颠覆力矩对塔架影响很大。为了确保塔架的相对刚度及稳定性，在车桥底座对称角上设置了四索拉机构，拟产生四均衡的拉力，使得塔架垂直定位。

2.2.5 承载支腿

雷达天线要在一个相对与水平垂直的轴上运行，而且在要10级风的环境下仍能正常工作，整个天线车的综合承载力都传递在支腿上。天线车的支腿既要克服重力和颠覆力矩，又要作为水平校正的执行机构，所以在支腿的支臂上设置了展开收合油缸，并在支腿的支点上折纸了比例阀控油缸，使四角支腿在较快时间内完成支撑校平工作。校平完毕如需要，可用人工锁紧机构将其锁紧。

2.2.6 辅助支撑机构及其它

当塔架折放和转场运行时，必须防止塔架震动而对油缸的重力冲击，因此在塔架纵向设置了防震托架及辅助支撑机构。

2.3升降天线车的液压系统说明

升降天线车采用变量泵液压系统，其流量为自适应注油。在供油流量大时，压力相应减小；供油流量小时，压力相应增大。这样既能满足负载的要求，又可减少系统发热。

2.3.1 举升伸缩油缸单元与塔架锁紧单元

举升单元由三位四通电液换向阀、单向调速阀、液控单向阀、压力继电器和油缸组成。当油泵打出压力油后，电液换向阀切换到左位，压力油经调速阀、液控单向阀进入油缸，使油缸上升；当油缸上升到终点时，缸内压力上升，此时继电器动作，控制三位四通电磁阀处于中位，四油缸锁紧塔架。若伸缩油缸下降，只有在三位四通电磁阀切换到右位，锁紧油缸反向，即回到终点缸内，压力升高时，压力继电器2动作，控制三位四通电液阀处于右位使得油缸下降，这时塔架重力迫使油缸快速下行，但液控单向阀产生的背压力克服油缸的冲力，而使得油缸缓慢下降。

2.3.2 角支腿液压单元

支腿的展开和收合驱动是由三位四通电液阀控制油缸实现，支腿的支撑与水平校正驱动是由比例阀控油缸实现。当支腿展开之后，四个比例阀在水平测试仪所给出的讯号控制下调整油缸的行程及高度，使得天线车处于一个相对水平的状态下工作。

2.3.3 中支腿与索拉液压单元

中支腿设置意在风力较大和长时间工作时展开使用，故而只设置展开及收合驱动油缸，支点支撑由人工螺旋调节固定。

索拉单元采用的是阀控马达系统，当塔架上升定位后四马达输出均衡的拉力，即可增强抗颠覆的能力和克服弹性扰度。如果塔架索拉机构允许加强，或者其结构形式能克服10级风力时索拉机构可以不用。

2.3.4 结构方案和液压传动系统的可行性和可靠性

（1）结构件的制造可行性和使用可靠性

塔架的结构可采用单种型材和多中型材焊接回火加工成形。铰接用轴承预应力方法，既可保证塔架相对刚度，又可减少回转的摩擦力。由于采用了锥销油缸锁紧塔架，其整体性可以得到保证。依国内的制造加工、装配水平完全能满足

其几何精度要求。整体结构可以说是简明可靠。

(2)液压传动系统的可行性及可靠性

液压泵与比例阀采用现有的产品。比例油缸由设计者提供图纸定专业厂生产，举升油缸可定点加工。液压马达采用现有技术生产的产品，其他阀类国外先进技术生产的阀件，液压附件选用国内技术优势厂家的产品。

2.4 测试系统的组成及功能

2.4.1 测试系统功能方框图。如下图：

图1 测试系统功能方框图

2.4.2 水平测试仪

功能：同时测量X 、Y 两个方向的水平偏差。

性能：分辨率：0.01mm/m （<0.001o）

显示范围：0——±1999数字

输出电压：0——5v

运行环境：-40℃）——+80℃

2.4.3 智能远端

根据需要自行开发的单片机系统。

功能：将水平仪的检测信号（X 、Y ）方向分别进行A/D 转换，通过串口与主机通信。

性能：12位A/D 转换，采用RS485串口。

2.4.4工控机

主机选用工控机，并选用需要的板卡。

功能：处理测量数据，控制液压比例执行系统，控制液压传动系统。

主要部件：

行程水平

X,Y 数字 偏差 水平量 水平测试仪 智能远端 工控机 比例阀及执行缸 反馈

1)主机：接受人工指令，按程序工作控制机械和液压传动系统，将智能远端传来的信号进行运算、处理，分解为四个伺服缸的行程。

2)显示器：显示雷达不水平度，显示水平调整量，显示各系统的工作状态，显示故障并报警。

3) 用户板：液压系统和机械系统的强电控制。

4) D/A板：接受主机的12位数字信号，通过4路模拟输出分别控制4个伺服缸的行程。

2.4.5 比例阀及伺服缸

性能：伺服缸最小调整行程小于0.1

功能：根据工控机的输出信号，按比例地调整雷达地水平度，按要求设计，由国内厂家加工。

2.4.6 水平调整过程

初始状态要求：雷达车的支撑点跨度大于4米；雷达车停车时的水平偏差小于10度，以保证雷达车的停车状态在调整系统的调整范围内；在水平仪调整前，其他机械系统应暂停工作，以保证水平仪的测量结果不受机械振动的影响。4个伺服缸与地面的接触点之间的水平偏差小于±10mm，稳定工作时，不应有下陷现象。

工作过程：

1)暂停有振动的机械设备，稳定10－20s

2)水平仪检测雷达车在两个方向的水平偏差

3)智能远端将水平仪的检测信号由模拟量转化为数字量，通过串口送至工控机

4)工控机将两个方向的水平偏差分解为4个伺服缸的调整量（数字量）

5)D/A板将4个数字量分别转化为控制比例阀的比例电信号

6)每个比例阀按电信号控制相应的伺服缸比例地调整支撑点的高低

7)重复上述6个步骤，直到水平仪检测到雷达车在两个方向的水平偏差均小于0.01（伺服缸调整0.5mm）

2.5主要技术难点分析

液压自动调平系统的精度；

天线升高架设后的稳定性，抗风能力的保证；

液压系统的防泄漏。