CN110775232B - 一种水下导弹发射井筒开关盖装置系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水下导弹发射井筒开关盖装置系统，包括开关盖装置和开关盖液压系统，开关盖液压系统包括液压泵站、位置控制液压回路、调速液压回路和减压回路；液压泵站为所述位置控制液压回路、调速液压回路和减压回路提供液压动力；开盖角度由0°到70°的过程中，液压系统切换至调速液压回路，开盖角度由70°到95°的过程中，液压系统切换至位置控制液压回路；关盖角度由95°到25°的过程中，液压系统切换至调速液压回路，关盖角度由25°到0°的过程中，液压系统切换至位置控制液压回路，同时通过减压回路控制系统压力。本发明可改善开关盖装置的工作状态，增加开关盖过程的安全性与可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及水下导弹技术领域，尤其涉及一种水下导弹发射井筒开关盖装置系统。
背景技术
潜艇水下导弹通常被装载于战略核潜艇上，常年在水下进行战略巡航，具有隐蔽性强、生存能力强等优点。其中，水下导弹发射井筒开关盖装置在临近导弹发射零点时控制发射井筒开关盖打开，导弹发射后控制发射井盖关闭。
目前，我国潜艇水下导弹发射井盖打开装置主要采用液压系统驱动发射井盖动作，且液压系统多为三位四通电磁阀和比例调速阀组成的液压调速回路，这种液压回路能够完成开关盖的速度控制，由于调速回路具有刚度大、出力大的特点，所以在开盖的瞬间，阻力较大的情况下，采用这种回路较为合适，但是这种液压回路的位置跟踪控制精度较差，所以在开关盖末段时会因位置跟踪精度差而造成筒盖与井体发生机械冲击碰撞的现象，长期的冲击碰撞就可能会演化成机械结构的损坏；另外，由于导弹发射后井筒内存在大量的高压蒸汽，所以关盖末段高压蒸汽会对筒盖造成巨大的压力冲击，与正常的关盖轨迹产生一个巨大的反向作用力，就可能会造成开盖装置中铰链、上拉杆、开盖导向装置、下拉杆、填料函之间轴销连接部位破坏。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种水下导弹发射井筒开关盖装置系统，可改善开关盖装置的工作状态，增加开关盖过程的安全性与可靠性。
为达上述目的，本发明提供一种水下导弹发射井筒开关盖装置系统，包括开关盖装置和开关盖液压系统，所述开关盖装置采用液压缸作为动力机构带动筒盖的动作；所述开关盖液压系统包括液压泵站、位置控制液压回路、调速液压回路和减压回路；液压泵站为所述位置控制液压回路、调速液压回路和减压回路提供液压动力；
开盖角度由0°到70°的过程中，液压系统切换至调速液压回路，开盖角度由70°到95°的过程中，液压系统切换至位置控制液压回路；
关盖角度由95°到25°的过程中，液压系统切换至调速液压回路，关盖角度由25°到0°的过程中，液压系统切换至位置控制液压回路，同时通过减压回路控制系统压力。
进一步的，所述位置控制液压回路包括电磁比例换向阀、球阀、油压传感器、平衡阀和开关盖液压缸；调速液压回路包括三位四通电磁换向阀、比例调速阀、手动调速阀、手动球阀、平衡阀和开关盖液压缸；液压泵站的高压分配器的高压出油口具有两个，分别连接电磁比例换向阀的进油口和三位四通电磁换向阀的进油口，液压泵站的回油分配器的回油口具有两个，分别连接电磁比例换向阀的回油口和三位四通电磁换向阀的回油口；电磁比例换向阀两个出油口分别连接球阀一和球阀二、三位四通电磁换向阀的两个出油口分别连接球阀三和球阀四，球阀一和球阀三并联后与平衡阀的其中一个进油口相连的油路上设有油压传感器一，球阀二和球阀四并联后与平衡阀的另一个进油口相连的油路上设有油压传感器二，平衡阀的两个出油口分别与开关盖液压缸的活塞杆端和托杆端相连；比例调速阀和手动调速阀并联在三位四通电磁换向阀的回油路上。
进一步的，所述减压回路并联在平衡阀与开关盖液压缸的活塞杆端相连的油路上，减压回路包括依次串联的溢流阀和两位两通换向阀，当液压系统内油压过大时，两位两通换向阀换向后通过溢流阀溢流至油箱。
进一步的，液压泵站包括油箱、柱塞泵、电机、过滤器、先导减压阀、蓄能器、高压分配器和回油分配器，电机与柱塞泵相连并将油箱的液压油依次通过过滤器、先导减压阀后分别泵送至蓄能器和高压分配器中，高压分配器连接在液压系统进油路中，回油分配器连接在液压系统回油路中并将液压油回油至油箱。
进一步的，过滤器和先导减压阀相连的油路上同时并联有比例溢流阀、压力表和压力传感器，比例溢流阀的出油口与油箱相连。
进一步的，先导减压阀与高压分配器相连的油路串联有流量计。
进一步的，油箱处设有液位计和流量表。
进一步的，柱塞泵、电机均具有两组，油箱与柱塞泵相连的油路上设有手动球阀；柱塞泵一与电机一相连，柱塞泵二与电机二相连，油箱与柱塞泵一相连的油路上设有手动球阀，油箱与柱塞泵二相连的油路上设有手动球阀。
进一步的，还包括与液压系统信号相连的控制系统，所述控制系统包括操作台、安装在开关盖液压缸铰链位置的编码器、安装在筒体上且位于筒盖打开和关闭极端位置的两个行程开关以及安装在开关盖液压缸内的位移传感器，操作台包括模拟量采集模块、数字量采集模块、脉冲信号采集模块、数字量输出模块、模拟量输出模块、调速阀比例放大板、换向阀比例放大板；
其中模拟量采集模块接收位移传感器、油压传感器一、油压传感器二的反馈信号，并经A/D转换后传输给操作台；数字量采集模块接收行程开关反馈的到位信号，经降压后传输给操作台；脉冲信号采集模块接收编码器的反馈信号，并传输给操作台；操作台将采集到的传感器数据用内部算法处理后传输给模拟量输出模块以及数字量输出模块，模拟量输出模块将接收到的信号处理转化为电压信号后分别传输到调速阀比例放大板和比例换向阀放大板，从而控制比例调速阀和比例换向阀；数字量输出模块将接收到电信号转化后传输并控制三位四通电磁换向阀。
本发明的有益效果如下：
1)、本发明兼顾了位置控制液压回路与调速液压回路的优点，并且具有安全保护的功能，改善了开关盖装置的工作状态，增加了安全性与可靠性，解决了开关盖末段因位置跟踪精度差而造成的机械冲击的难题；
2)、本发明通过在开关盖液压缸进油腔的管路上增设一路高压反馈溢流旁路，解决了筒内高压蒸汽对筒盖造成的巨大压力冲击而使轴销连接部位的强度破坏的难题，对水下导弹发射装备领域具有重要意义。
附图说明
图1为本发明中水下导弹发射井筒及开关盖装置结构示意图；
图2为本发明中水下导弹发射井筒开关盖装置液压系统原理图 ；
图3为本发明中开关盖轨迹及速度曲线 ；
图4为本发明中水下导弹发射井筒开关盖装置系统工作流程图；
图5为本发明中水下导弹发射井筒开关盖装置控制系统原理图；
图中：1-开关盖液压缸、2-开盖填料函、3-开关盖液压缸下拉杆、4-开关盖导向装置、5-开关盖液压缸上拉杆、6-编码器、7-开关盖液压缸铰链、8-U 形构件、9-盖支耳、10-筒盖、11-筒体；
16-油箱、17-液位计、18-压力表、19-电机一、20-柱塞泵一、21-柱塞泵二、22-电机二、23a-球阀一、23b-球阀二、24-过滤器、25-比例溢流阀、26- 先导式减压阀、27-压力表、28-压力传感器、29-流量计、30-蓄能器、31-高压分配器、32-流量计、33-比例换向阀、34a-球阀一、34b-球阀二、34c-球阀三、 34d-球阀四、35a-油压传感器一、35b-油压传感器二、36-平衡阀、37-溢流阀、38-两位两通电磁换向阀、39a-行程开关一、39b-行程开关二、40-位移传感器、 42-三位四通电磁换向阀、43-比例调速阀、44-手动调速阀、45-单向阀、46- 回油分配器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明中的技术方案作详细的阐述。
如图1至图5所示，一种水下导弹发射井筒开关盖装置系统，包括开关盖装置和开关盖液压系统，所述开关盖装置采用液压缸作为动力机构带动筒盖的动作；具体的开关盖装置如图1所示，开关盖装置包括开关盖液压缸1、开盖填料函2、开关盖液压缸下拉杆3、开关盖导向装置4、开关盖液压缸上拉杆5，开关盖液压缸1的伸出端与开关盖液压缸下拉杆3下端相连，开关盖液压缸下拉杆3的上端与固定在筒体11侧面的开关盖导向装置4下端相连，开关盖导向装置4的上端与开关盖液压缸上拉杆5下端相连，开关盖液压缸上拉杆5通过中间构件与固定在筒盖10上的U形构件8相连，并带动筒盖10围绕开关盖液压缸铰链7旋转从而实现筒盖10的打开和关闭，U形构件8通过盖支耳9固定于筒盖10上。
所述开关盖液压系统包括液压泵站、位置控制液压回路、调速液压回路和减压回路；液压泵站为所述位置控制液压回路、调速液压回路和减压回路提供液压动力；
所述位置控制液压回路包括电磁比例换向阀33、球阀、油压传感器、平衡阀36和开关盖液压缸1；调速液压回路包括三位四通电磁换向阀42、比例调速阀43、手动调速阀44、球阀、平衡阀36和开关盖液压缸1；减压回路包括溢流阀37和两位两通换向阀38，液压泵站包括油箱16、柱塞泵、电机、过滤器 24、先导减压阀26、蓄能器30、高压分配器31和回油分配器46。
液压泵站的高压分配器31的高压出油口具有两个，分别连接电磁比例换向阀33的进油口和三位四通电磁换向阀42的进油口，液压泵站的回油分配器46 的回油口具有两个，分别连接电磁比例换向阀33的回油口和三位四通电磁换向阀42的回油口；电磁比例换向阀33两个出油口分别连接球阀一34a和球阀二 34b、三位四通电磁换向阀42的两个出油口分别连接球阀三34c和球阀四34d，球阀一34a和球阀三34c并联后与平衡阀36的其中一个进油口相连的油路上设有油压传感器一35a，球阀二34b和球阀四34d并联后与平衡阀36的另一个进油口相连的油路上设有油压传感器二35b，平衡阀36的两个出油口分别与开关盖液压缸1的活塞杆端和托杆端相连；比例调速阀43和手动调速阀44并联在三位四通电磁换向阀42的回油路上；所述减压回路并联在平衡阀36与开关盖液压缸1的活塞杆端相连的油路上，溢流阀37和两位两通换向阀38依次串联，当液压系统内油压过大时，两位两通换向阀38换向后通过溢流阀37溢流至油箱。
本实施例中，液压泵站中的柱塞泵和电机均为两组，柱塞泵一20与电机一 19相连，柱塞泵二21与电机二22相连，油箱16与柱塞泵一20相连的油路上设有手动球阀23a，油箱16与柱塞泵二21相连的油路上设有手动球阀23b。
油箱的液压油依次通过过滤器24、先导减压阀26后分别泵送至蓄能器30 和高压分配器31中，高压分配器31连接在液压系统进油路中，回油分配器46 连接在液压系统回油路中并将液压油回油至油箱16；滤器24和先导减压阀26 相连的油路上同时并联有比例溢流阀25、压力表27和压力传感器28，比例溢流阀25的出油口与油箱16相连；先导减压阀26与高压分配器31相连的油路串联有流量计29；油箱16处设有液位计17和流量表1。
图2中给出了开关盖的轨迹及速度曲线，由图可知完成一个开关盖流程总时长为18秒中，0-6秒是开盖的过程；6-12秒是开盖完成后发射时间；12-18 是关盖的过程。最大开盖角度为95°。通过开关盖速度曲线可知，开盖和关盖的速度是一个变化的曲线，开盖阶段的最大速度达到了32°/s，此时对应的开盖角度为55°；关盖阶段的最大速度达到了-32°/s，此时对应的开盖角度为 55°，两个阶段是个对称的过程。
为了保证本液压系统的自动控制，如图1、图2和5所示，本系统还包括与液压系统信号相连的控制系统，所述控制系统包括操作台、安装在开关盖液压缸铰链7位置的编码器6、安装在筒体11上且位于筒盖10打开和关闭极端位置的两个行程开关以及安装在开关盖液压缸1内的位移传感器40，操作台包括模拟量采集模块、数字量采集模块、脉冲信号采集模块、数字量输出模块、模拟量输出模块、调速阀比例放大板、换向阀比例放大板；
其中模拟量采集模块接收位移传感器40、油压传感器一35a、油压传感器二35b的反馈信号，并经A/D转换后传输给操作台；数字量采集模块接收行程开关反馈的到位信号，经降压后传输给操作台；脉冲信号采集模块接收编码器 6的反馈信号，并传输给操作台；操作台将采集到的传感器数据用内部算法处理后传输给模拟量输出模块以及数字量输出模块，模拟量输出模块将接收到的信号处理转化为电压信号后分别传输到调速阀比例放大板和比例换向阀放大板，从而控制比例调速阀43和比例换向阀33；数字量输出模块将接收到电信号转化后传输并控制三位四通电磁换向阀42。
根据开盖开关盖流程，本申请中技术方案设计了不同的控制过程，以使筒盖开关过程更加平稳、安全与可靠。
具体的本系统工作流程如如图4所示：
1)开始由操作台发出开盖指令，由于液压系统刚度较大，且开盖的初始阶段是整个开盖过程中阻力最大的时刻，在开盖从0到70°的过程中采用调速回路可以达到快速开盖的目的，此时，三位四通电磁换向阀42右侧电磁铁得电，电磁比例换向阀33处于中位，比例调速阀43得到模拟量电信号阀芯打开，正常情况下手动调速阀44关闭，此时开关盖液压缸1由调速液压回路控制；
2)开盖角度由70°到95°的这一阶段阻力较小，此时的开盖速率处于一个减速的阶段，因此为了保证开盖过程的精准控制，这个过程利用位置控制液压回路控制开关盖液压缸1，操作台接收到编码器6反馈的信号，显示开盖角度达到70°时，打开比例换向阀33，同时关闭三位四通电磁换向阀42，由位移传感器40作为反馈信号进行闭环控制，调速液压回路切换至位置控制液压回路，从而解决了开盖末段筒盖与井体冲击的问题，使开盖过程更加平稳、精准；操作台接收到行程开关39b所发出的开盖到位信号后，关闭比例换向阀33、关闭三位四通电磁换向阀42、关闭比例调速阀43，此时井盖处于95°开盖角度，平衡阀36发挥作用，防止井盖发生摆动；
3)待导弹发射完成后，由操作台发出关盖指令，电磁换向阀42左侧电磁铁得电，电磁比例换向阀33处于中位，比例调速阀43得到模拟量电信号阀芯打开，正常情况下手动调速阀44关闭，在关盖从95°到25°的过程中，开关盖液压缸1由调速液压回路控制；
4)关盖角度由25°到0°的这一阶段关盖速率处于一个减速的阶段，为减小关盖末段筒盖与井体发生的冲击，同时考虑到导弹发射后井筒内存大量高压蒸汽对筒盖有一个巨大的反向压力冲击，为减小液压回路的刚度所以在这一阶段的控制回路由原来的调速液压回路切换至位置控制液压回路，操作台接收到编码器6反馈信号，显示关盖盖角度达到25°时，打开比例换向阀33，同时关闭三位四通电磁换向阀42，由位移传感器40作为反馈信号进行闭环控制，调速液压回路切换至位置控制液压回路；
导弹发射完成后，井筒内存在大量高压气体，对筒盖造成巨大的压力冲击，从而可能会导致开关盖装置轴销连接部位破坏的问题，因此本实施例在开关盖液压缸1进油腔的管路上设计了一路高压反馈溢流旁路，当监测进油腔压力传感器35b的压力值大于安全值时，则打开两位两通电磁阀38，设定溢流阀37 的开启压力，进行压力释放，从而使得开关盖装置有所缓冲，保证了装置的安全运行。操作台接收到39a发出的到位信号后，关闭比例换向阀43，关盖完成，至此完成了开关盖整个工作流程。
本系统兼顾了位置控制液压回路与调速液压回路的优点，并且具有安全保护的功能，改善了开关盖装置的工作状态，增加了安全性与可靠性，解决了开关盖末段因位置跟踪精度差而造成的机械冲击的难题；通过在开关盖液压缸进油腔的管路上增设一路高压反馈溢流旁路，解决了筒内高压蒸汽对筒盖造成的巨大压力冲击而使轴销连接部位的强度破坏的难题，对水下导弹发射装备领域具有重要意义。
Claims (8)
1.一种水下导弹发射井筒开关盖装置系统，包括开关盖装置和开关盖液压系统，所述开关盖装置采用液压缸作为动力机构带动筒盖的动作；其特征在于，所述开关盖液压系统包括液压泵站、位置控制液压回路、调速液压回路和减压回路；液压泵站为所述位置控制液压回路、调速液压回路和减压回路提供液压动力；
开盖角度由0°到70°的过程中，液压系统切换至调速液压回路，开盖角度由70°到95°的过程中，液压系统切换至位置控制液压回路；
关盖角度由95°到25°的过程中，液压系统切换至调速液压回路，关盖角度由25°到0°的过程中，液压系统切换至位置控制液压回路，同时通过减压回路控制系统压力；
所述位置控制液压回路包括电磁比例换向阀(33)、球阀、油压传感器、平衡阀(36)和开关盖液压缸(1)；调速液压回路包括三位四通电磁换向阀(42)、比例调速阀(43)、手动调速阀(44)、手动球阀、平衡阀(36)和开关盖液压缸(1)；液压泵站的高压分配器的高压出油口具有两个，分别连接电磁比例换向阀(33)的进油口和三位四通电磁换向阀(42)的进油口，液压泵站的回油分配器的回油口具有两个，分别连接电磁比例换向阀(33)的回油口和三位四通电磁换向阀(42)的回油口；电磁比例换向阀(33)两个出油口分别连接球阀一(34a)和球阀二(34b)、三位四通电磁换向阀(42)的两个出油口分别连接球阀三(34c)和球阀四(34d)，球阀一(34a)和球阀三(34c)并联后与平衡阀(36)的其中一个进油口相连的油路上设有油压传感器一(35a)，球阀二(34b)和球阀四(34d)并联后与平衡阀(36)的另一个进油口相连的油路上设有油压传感器二(35b)，平衡阀(36)的两个出油口分别与开关盖液压缸(1)的活塞杆端和托杆端相连；比例调速阀(43)和手动调速阀(44)并联在三位四通电磁换向阀(42)的回油路上。
2.根据权利要求1所述的水下导弹发射井筒开关盖装置系统，其特征在于，所述减压回路并联在平衡阀(36)与开关盖液压缸(1)的活塞杆端相连的油路上，减压回路包括依次串联的溢流阀(37)和两位两通换向阀(38)，当液压系统内油压过大时，两位两通换向阀(38)换向后通过溢流阀(37)溢流至油箱。
3.根据权利要求1所述的水下导弹发射井筒开关盖装置系统，其特征在于，液压泵站包括油箱(16)、柱塞泵、电机、过滤器(24)、先导减压阀(26)、蓄能器(30)、高压分配器(31)和回油分配器(46)，电机与柱塞泵相连并将油箱的液压油依次通过过滤器(24)、先导减压阀(26)后分别泵送至蓄能器(30)和高压分配器(31)中，高压分配器(31)连接在液压系统进油路中，回油分配器(46)连接在液压系统回油路中并将液压油回油至油箱(16)。
4.根据权利要求3所述的水下导弹发射井筒开关盖装置系统，其特征在于，过滤器(24)和先导减压阀(26)相连的油路上同时并联有比例溢流阀(25)、压力表(27)和压力传感器(28)，比例溢流阀(25)的出油口与油箱(16)相连。
5.根据权利要求4所述的水下导弹发射井筒开关盖装置系统，其特征在于，先导减压阀(26)与高压分配器(31)相连的油路串联有流量计(29)。
6.根据权利要求5所述的水下导弹发射井筒开关盖装置系统，其特征在于，油箱(16)处设有液位计(17)和流量表(18)。
7.根据权利要求6所述的水下导弹发射井筒开关盖装置系统，其特征在于，柱塞泵、电机均具有两组，油箱与柱塞泵相连的油路上设有手动球阀；柱塞泵一(20)与电机一(19)相连，柱塞泵二(21)与电机二(22)相连，油箱(16)与柱塞泵一(20)相连的油路上设有手动球阀(23a)，油箱(16)与柱塞泵二(21)相连的油路上设有手动球阀(23b)。
8.根据权利要求1至7任一权利要求所述的水下导弹发射井筒开关盖装置系统，其特征在于，还包括与液压系统信号相连的控制系统，所述控制系统包括操作台、安装在开关盖液压缸铰链(7)位置的编码器(6)、安装在筒体(11)上且位于筒盖(10)打开和关闭极端位置的两个行程开关以及安装在开关盖液压缸(1)内的位移传感器(40)，操作台包括模拟量采集模块、数字量采集模块、脉冲信号采集模块、数字量输出模块、模拟量输出模块、调速阀比例放大板、换向阀比例放大板；
其中模拟量采集模块接收位移传感器(40)、油压传感器一(35a)、油压传感器二(35b)的反馈信号，并经A/D转换后传输给操作台；数字量采集模块接收行程开关反馈的到位信号，经降压后传输给操作台；脉冲信号采集模块接收编码器(6)的反馈信号，并传输给操作台；操作台将采集到的传感器数据用内部算法处理后传输给模拟量输出模块以及数字量输出模块，模拟量输出模块将接收到的信号处理转化为电压信号后分别传输到调速阀比例放大板和比例换向阀放大板，从而控制比例调速阀(43)和比例换向阀(33)；数字量输出模块将接收到电信号转化后传输并控制三位四通电磁换向阀(42)。
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