光电跟踪设备中液压缓冲限位器的设计

　　0　引言

　　光电跟踪瞄准设备广泛应用于靶场、航空、航天测量、激光武器跟踪发射、再入飞行器跟踪测量等[1]。光电跟踪设备大多采用地平式两轴结构跟踪架,水平轴和镜筒安装在垂直轴上,通过水平轴和垂直轴的转动实现目标的跟踪和轨道的测量。通常水平轴中均加装弹簧缓冲器作为机械缓冲限位,以避免镜筒撞击到垂直轴的转台上。但随着技术的进步,光电跟踪设备的望远镜口径越来越大,又往往加装激光、红外、电视以及高速摄影等各种跟踪与测量仪器,导致经纬仪上部体积增大,重量增加,从而使头部的转动惯量也随之增大[2]。新型的液压缓冲限位器以其缓冲容量大、效率高、无反弹等优点受到青睐,但有关光电跟踪设备中液压缓冲限位器的设计计算方法鲜有介绍。笔者在介绍液压缓冲器的基础上,提出了光电跟踪设备中液压缓冲限位器的计算方法,为研制跟踪设备用液压缓冲限位器提供了依据。

　　1　液压缓冲限位器的工作原理[3-4]

　　液压缓冲限位器的基本原理是把冲击能通过缝隙节流或小孔节流的方式,转化为热能耗散于空气中,仅一小部分冲击动能变成弹性势能存储于复位件中。图1所示为液压缓冲限位器的初始状态。当柱塞左面受到冲击后, P1腔产生高压。在P1和P2两腔的压力差作用下,油液从P1腔经调节杆上的节流孔被压入P2腔。这样,柱塞在冲击载荷的作用下向右移动,进入P2腔的油液迫使隔离活塞左移,并压缩复位弹簧。由于油液的节流作用,冲击载荷的动能绝大部分被转变为油液的热能,并通过空气散发掉,而小部分动能转化为复位弹簧的弹性势能。当冲击结束后,复位弹簧的弹性势能开始释放,隔离活塞右移,P2腔容积减小,油液从P2腔经节流孔返回到P1腔,使得缓冲器恢复到冲击前的状态,准备接受下一次冲击。

　　液压缓冲限位器的缓冲力-行程曲线如图2所示。该曲线与横坐标所包围的面积就是缓冲能量。可见曲线越接近于矩形,在相同缓冲能量下所受到的缓冲力越小。故液压缓冲器一般设计成恒力缓冲器,这样既可保证良好的缓冲效果,又可使其结构紧凑。

　　2　光电跟踪架中液压缓冲限位器的设计计算

　　在实际应用中,如图3所示,液压缓冲限位器固定在立柱上,停挡撞头安装在水平轴上。当出现“飞车”情况时,水平轴连同安装在水平轴上的望远镜系统所产生的冲击载荷通过停挡撞头作用在限位器的柱塞上。在设计中为了增加安全系数,除了考虑机械限位之外还要加装电限位装置。从撞击柱塞的时刻起电机不再驱动。因此,液压缓冲限位器要吸收的最大冲击载荷为水平轴及望远镜系统的动能。