伞兵车是空降兵实施空降作战的重要支撑装备，是一种轻型装甲车，具有在野外复杂地形的作战能力。伞兵车的陆地行走系统和水上行使驱动系统采用的都是电液控制技术，是利用液压系统驱动履带机构和水上推进装置。作为空降兵地面作战的主要武器装备，战术性能、越野能力与使用价值较高，其全寿命周期费用较高。

1.某型伞兵车水上传动方案

某型伞兵车要求的最大水上速度为6km/h，因剩余的空间位置较为狭小，根据总体布置的要求，水上传动方案采用液压传动（见图6-35）。液压泵的动力取自发动机的动力输出口，其最高输出转速为3115r/min，最大转矩437N·m，最大输出功率104kW。液压马达将动力传给水上推进装置。通过液压系统控制液压马达的旋转方向来实现水上倒车，使两侧液压马达的旋转方向不同来实现水上转向。

图6-35 水上传动示意图

水上推进装置采用导管螺旋桨，分别布置在车尾侧甲板左右两侧，动力由侧面传出，传递给螺旋桨。水上推进器为外悬式二级锥齿轮传动，带轴向输油泵，螺旋桨带导流罩。

2.液压系统实施方案

发动机直接输出的转速较高（3115r/min），而且功率较大（104kW），如果液压系统采用开式系统，则没有合适的液压泵，因此本方案采用闭式系统。

闭式系统与开式系统相比有以下优点：

1）独立调速，速度稳定。闭式系统是容积调速，执行机构的速度与负载无关；开式系统是节流调速，速度随负载变化。

2）系统节能，发热量小。

3）系统简单，管路连接方便。

4）液压泵的使用速度可以很高，可采用双泵串联，节省动力输出口。

液压泵采用力士乐公司的双向变量泵（A4VG），两个液压泵串联在一起，使用一个动力输出口，每个液压泵可以单独控制，变量泵可以正反向供油，液压马达可以正反向旋转。两个液压泵分别向两个液压马达供油。两个回路完全相同，下面以其中一个回路为例简要介绍本液压方案的工作原理（见图6-36）。

图6-36 水上传动系统液压原理图

假定液压泵2正向供油时，上管路3是高压管路，压力油进入液压马达10，推动液压马达正向旋转，下管路11是低压管路。高压溢流阀7是防止在正向旋转时回路过载，这时高压溢流阀6不起作用。补油泵1供给的低压油推开单向阀5向低压管路11供油，而另一单向阀4在高压管路油压的作用下封闭。当高压管路和低压管路的压力差大于一定数值时，液动滑阀在压差作用下，阀芯被推到下端位置，这样就将低压溢流阀9和低压管路11接通，以便将回路中一部分热油从低压溢流阀9排出并和补油泵1供给的冷油相交换。当高、低压管路的压力差很小时，液动滑阀8不动作，处于中间位置，关闭了通向低压溢流阀9的油路，这时补油泵供给的多余油液就从低压溢流阀12流回油箱。溢流阀12的调整压力应略大于溢流阀9的调整压力，以保证当高、低压管路的压力差大于液动阀8动作所需的压力差时，液动滑阀8和溢流阀9能把低压管路的热油放出，新的冷油又能进入低压管路而不至于从溢流阀12流掉。当液压泵2反向供油时，上管路3是低压，下管路11是高压，液压马达10反转，其他元件的工作原理同上，不再赘述。

3.伞兵车液压系统的可靠性模型

液压系统是伞兵车驱动装置的关键部分，液压元件是主要的零部件，因而以液压系统为可靠性工作的主线索与核心。在掌握了系统的详细资料后，根据系统工作时的相互逻辑关系，建立系统工作过程中每一工步和整个液压系统的可靠性框图和可靠性模型。为阐述方便起见，分析中作以下假设：

1）元件和系统只能有两个状态：正常和故障，而没有中间状态。

2）各单元的工作与否是相互独立的，即任一元件的正常工作与否不会影响其他元件的正常工作。

根据液压系统工作原理，由于各元件之间是串联的关系，因此，整个系统的结构是串联结构。根据可靠性理论，对于n个单元串联构成的系统，若每个单元的可靠度为Ri（t），而且各单元的寿命服从指数分布，即，系统的可靠度为

式中 λ_i——各单元的基本失效率。

式中 λ_s——系统的故障率。

本系统中，基本可靠性模型与任务可靠性模型是一致的，则评价指标也是一致的。由于伞兵车的水上行进是由液压马达带动舵桨的转动来实现的，伞兵车的水上动作有前进、后退及左右转四种，而实现这四种动作的液压传动系统中的分别驱动左、右推进器的回路结构是相同的，为方便阐述，选取前进、后退、左右转四种工步在回路中不同压力条件下的八种情况进行分析，建立系统可靠型。

1）液压回路中高、低压管路的压力差很小，由补油泵供给的多余液压油经低压溢流阀12流回油箱，见图6-37a～图6-37d；

图6-37 水上传动系统在不同工况下的可靠性逻辑框图

图6-37 水上传动系统在不同工况下的可靠性逻辑框图（续）

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图6-37 水上传动系统在不同工况下的可靠性逻辑框图（续）

2）液压回路中高、低压管路的压力差大于一定值时，液动滑阀8动作，低压溢流阀9与低压管路11接通，使回路中的一部分热油与补油泵供给的冷油相交换，见图6-37e～图6-37h。

在不同的工作环境下，元件的基本失效率需要对其作相应的修正，即实际失效率λ=K_Fλ₀，式中的K_F是失效率修正系数，对于行走设备，一般取K_F=10～30，这里取K_F=10。

占空因数的计算。占空因数指的是分系统工作时间与系统工作时间之比。在前进、后退和左右转四种工况中，由统计数据可知，伞兵车前进占总的行进时间的60%，后退占行进时间的10%，而向左、向右转的比例基本相等，各占15%。按伞兵车每年运行200天，每天运行24h计算，则一年中伞兵车实际运行时间为200×24h=4800h，考虑到水上工作的随机性、间歇性，则一年内伞兵车在水上的实际工作时间为4800×0.25h=1200h。

各工况总的失效率为

式中 K_F——修正系数，取K_F=10；

C——与过滤精度有关的修正系数；

λ_0j——j工况回路的失效率；

r_j——j工况的占空因数。

由式（6-19）可得出总的可靠度为

由式（6-19）和式（6-21）对系统可靠性进行计算，结果见表6-6。

系统的平均无故障时间MTBF为

系统的平均无故障时间MTBF=1565.9h，说明伞兵车水上传动系统有较高的可靠性。当系统运行到1565.9h的时候，就应该对系统进行维护、检修，保证系统的高可靠性。

表6-6 伞兵车水上传动液压系统可靠度计算详表

续表

4.水上传动液压系统的可靠度曲线

根据系统的可靠性模型与数学模型，利用国际流行的科技应用软件MATLAB对伞兵车水上传动液压系统进行可靠性仿真，绘出每个工步及整个液压系统的可靠性曲线，如图6-38所示。

图6-38 伞兵车两种压力下每个工步及整个系统的可靠度曲线

a）管路内压差较小时各工步可靠度曲线 b）管路内压差较大时各工步可靠度曲线 c）水上传动系统可靠度曲线

通过图6-38可以看出，在管路内压差较小的情况下，前进、后退、左转和右转的可靠度曲线一样，这是因为，这些工步的失效率相同；在压差较大的情况下，也是如此。由图6-38b可见，压差较大时系统的可靠度曲线下降最快，因为这四个动作时，启动的液压元件最多，串联的环节越多，其失效率就越高。减少其串联环节对系统的可靠性提高有明显作用。为便于比较和分析，将图6-38中的图合并成图6-39。

通过图6-39可以看出，在实际工况下，各工步的可靠度由高到低依次是：管路内压差较小时四个工步，压差较大时四个工步，因此可以看出，提高整个液压系统的可靠性时，要综合考虑工步失效率和相对工作时间。这就为提高这个系统的可靠性提出了方法。另外通过可靠度估计曲线可以看出每个工步及液压系统在工作过程中的可靠性变化的动态过程，为液压系统的使用和维护提供依据。

另外，从设计角度出发，为提高水上传动液压系统的可靠性，应从以下几方面考虑：

1）尽可能减少串联单元数目。

2）提高单元可靠性，即降低其故障率λ_i。

图6-39 每个工步及整个系统的可靠度曲线对比