0 引 言

筒盖系统是潜载导弹的重要组成部分，潜艇在水面和水下航行时，筒盖系统与发射筒组成的贮存导弹的密闭容器，保证发射筒上部分的水密性和导弹承受深水水压能力；同时，潜艇在发射状态时，筒盖系统的迅速开盖功能能够为导弹的发射提供顺利的通道；导弹发射后，井盖迅速关闭，恢复初始状态；潜艇在停靠码头时，筒盖系统的开关盖功能可以用来提供导弹的装填及发射装置的维护和保养^[1]。

筒盖系统的开盖特性主要包括开盖时间和开盖角度，这2个特性参数是水下发射装置的重要战术指标，尤其是筒盖系统的开盖时间，直接影响到导弹武器系统快速反应能力，决定了导弹武器系统的射前准备时间、连射间隔时间等重要战技指标，因此筒盖快速、稳定开启技术成为筒盖系统的一个主要技术发展方向。

本文在AMESim环境下建立筒盖系统仿真模型，研究筒盖液压系统关键因素对开盖特性参数的影响规律，得出影响开盖特性的关键因素及其影响机理，为筒盖系统电磁、机械、液力方面的综合优化提供指导，从而保证筒盖液压系统满足艇上使用指标的前提下，开盖时间、开盖角度特性参数满足设计要求，最终为筒盖系统快速、稳定开盖的优化设计提供理论指导与技术支撑。

1 筒盖系统组成及工作原理 1.1 筒盖系统工作原理

筒盖系统结构如图1所示，主要包括筒盖机械部分、开关盖油缸和液压系统组成，筒盖的开关采用油缸侧向驱动力，筒盖的机械部分安装筒盖基座和油缸基座。油缸活塞杆完全收回状态下筒盖处于关盖状态；油缸活塞杆伸出，筒盖打开，直至筒盖旋转到限位机构，筒盖完成开盖动作。开盖角度是指筒盖在关盖状态到完全开盖状态过程中筒盖旋转的角度，在这个过程中所需要的试验为开盖时间。

1.2 液压系统原理

筒盖系统的开关盖采用油缸驱动的方式，油缸连接液压系统，其液压系统原理简图如图2所示。开盖过程的速度控制通过液压系统的回油节流调速来实现^[2]，在液压回路设计比例调速阀，通过调节回油流量来调节油缸运行速度，从而控制筒盖在开盖过程的稳定性，采取回油节流调速的优势有以下两点：

1）筒盖开盖过程中，当开盖角度超过90°时，由于重力作用，油缸负载方向突然变化，回油节流调速使回路回油腔有一定背压，减小筒盖震动，增加缓冲效果，使筒盖运行速度平稳；

2）回油节流调速回路中，油液经节流阀发热后直接回油箱冷却，对液压系统泄漏量影响较小。

比例调速阀通过电流驱动信号来实现对流量的控制，电流驱动信号控制比例调速阀电磁阀阀芯的运动过程分为3个阶段（见图3）。

1）流量提升阶段A：比例调速阀电信号在3s内从0 V提升到18 V，此过程中井盖加速开盖，最终开盖角度大约为27°。

2）流量平稳阶段B：比例调速阀维持18 V电信号4 s，此过程中井盖平稳开盖，最终开盖角度大约为68°。

3）流量降低阶段C：比例调速阀电信号在3 s内从18 V降低到0 V，此过程中井盖开盖速度降低，通过流量节流增加开盖过程中背压，以减缓开盖到位过程中对机械挡块的撞击。

2 仿真模型

筒盖系统是集电场、磁场、机械运动和流场于一体的复杂系统，各种物理场通过各自的控制方程及相互作用变量耦合在一起，每个场的参数都会直接或间接的影响最终的开盖角度及开盖稳定性。

单纯的实验研究难以实现对开盖特性的深入分析，需采用数值仿真的方法，以揭示影响开盖特性的本质规律。因此，本文在AMESim^[3]环境中建立了数值模型，如图4所示，筒盖系统特性参数如表1所示，通过仿真得出油缸位移曲线、开盖角度、比例调速阀流量曲线分别如图5、图6和图7所示。

3 开关盖特性参数分析

在筒盖系统机械结构固定的情况下，筒盖系统的特性参数开关盖时间和开盖角度主要受以下液压系统的压力和流量影响，液压系统的压力影响着油缸输出力的大小，从而影响开关盖的最终角度，液压系统的流量决定着开关盖的时间。本文研究了影响液压系统压力和流量的几个因素：电机转速、液压泵排量、溢流阀压力、筒盖质量、油缸行程、比例调速阀额定流量。

3.1 电机转速

由图8可知，开盖时间随电机转速增加而减小，当电机转速在2 000 r/min以上时，开盖时间最快可达3.5 s，此时转速继续增加，开盖时间不再缩短。这是因为电机转速越大，液压泵站单位时间内提供的流量越大，油缸运行的速度越快，开盖时间越短。但电机的转速超过一定值，液压泵站提供的流量超过了液压系统中允许最大流量时，开盖时间不再缩短。

3.2 液压泵排量

由图9可知，开盖时间随液压泵排量的增加而减小，当电机转速在200 r/min以上时，开盖时间最快可达3.5 s，此时转速继续增加，开盖时间不再缩短。其原理同3.1电机转速对开盖特性的影响相同，液压泵的排量越大，液压泵站单位时间内提供的流量越大所导致。

3.3 溢流阀压力

由图10可知，在系统压力能够满足负载的前提下，开盖时间与角度在91°以前随溢流阀的压力增加没有任何变化，当开盖角度超过91°以后，在相同的时间内，溢流阀压力越高，开盖角度越大，但角度相差较小。

这是因为在开盖过程中起始阶段筒盖的重力起到主要负载的作用；在开盖角度超过91°后，比例调速阀的背压起到主要负载作用；所以在背压形成的负载增加时，低压的溢流压力，会使部分流量通过溢流阀流回油箱，降低了油缸运行速度，从而开盖速度减小。

3.4 筒盖质量

由图11可知，在溢流阀压力8 MPa的情况下，随筒盖质量对开盖角度和时间影响微小。在相同时间内，筒盖质量越大，筒盖的打开角度略小，是因为筒盖质量越大，在筒盖开启的瞬间筒盖的加速度越小，从而角速度越小导致。

3.5 油缸行程

由图12可知，在油缸与筒盖安装位置和调速阀控制策略一定的情况下，油缸的行程决定了筒盖的最终开盖角度，开盖角度随油缸行程的增加而增大，但油缸行程超过0.35 m后，开盖角度不再增加，如果开盖角度仍需要增加，则需要综合考略油缸行程与比例调速阀的控制策略。

3.6 比例调速阀额定流量

由图13可知，在相同时间内，开盖角度随比例调速阀额定流量的增加而增大，但比例调速阀的额定流量超过70 L/min时，开盖角度不再增加。这是因为在液压系统允许的最大流量和比例调速阀控制策略一定的情况下，调速阀的额定流量决定了整个液压系统运行过程中流量的大小，额定流量越大，相同阀芯开度，系统的流量越大，油缸的行程越大，筒盖开盖角度越大。当额定流量大于70 L/min时，整个工作时间内，调速阀的流通截面大于液压系统最大流量所需要的流通截面，所以额定流量增加系统的流量不再增加，开盖角度也不再增加。

4 结 语

通过AMESim仿真软件的平面机械结构建立筒盖系统的机械结构、液压系统、电气控制的仿真模型。

筒盖系统模型的建立为筒盖系统的液压系统及控制策略的设计提供一定指导性作用。

通过对特性参数研究表明：

1）液压系统的允许的最大流量决定了筒盖系统的开盖时间；在小于系统最大流量的范围内，流量越大，开盖时间越短；

2）开盖角度在91°之前筒盖的重力起到主要负载的作用；在开盖角度超过91°后，比例调速阀的背压起到主要负载作用；

3）油缸与筒盖的相对位置及比例调速阀的控制策略一定的情况下，油缸行程小于0.35 m时，油缸的行程决定了开盖角度；

4）比例调速阀的额定流量与控制策略共同决定液压系统的最大流量，控制策略一定情况下，比例调调速阀额定大于70 L/min后开盖时间和角度变化微小。