大型雷達(dá)天線自動定位插銷機(jī)構(gòu)

張臘梅，王 磊

(中國電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所， 安徽 合肥 230088)

大型雷達(dá)天線自動定位插銷機(jī)構(gòu)

張臘梅，王 磊

(中國電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所， 安徽 合肥 230088)

由于大型雷達(dá)天線的定位和鎖定功能獨(dú)立，高精度的定位鎖定很難實現(xiàn)。為簡化機(jī)構(gòu)，提高系統(tǒng)可靠性，設(shè)計了一種自動定位插銷機(jī)構(gòu)。文中闡述了該機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理。由于錐度作用，插銷系統(tǒng)對該天線陣面具有自動調(diào)心修正功能，并通過控制延遲時間使錐銷每次位置保持一致。經(jīng)實際標(biāo)定測試，重復(fù)定位精度達(dá)到0.01°。該機(jī)構(gòu)不僅具有通用插銷機(jī)構(gòu)的所有功能，而且還具有定位鎖定功能，其結(jié)構(gòu)簡單、合理、緊湊，構(gòu)思巧妙，解決了大型雷達(dá)天線高定位精度和重復(fù)定位精度難以實現(xiàn)的問題，具有一定的應(yīng)用推廣價值。

大型雷達(dá)；自動定位；插銷

引 言

目前雷達(dá)天線的定位和鎖定功能基本是分開實現(xiàn)的，定位靠傳動系統(tǒng)和伺服控制軟件的結(jié)合來實現(xiàn)，鎖定靠手動或自動插銷實現(xiàn)，而定位精度完全依賴于傳動系統(tǒng)精度、角度反饋元件精度及伺服控制軟件的精度。因此，要實現(xiàn)到位后的精確鎖定，對定位精度的要求就很高，對于大中型雷達(dá)天線而言，實現(xiàn)起來很難。而且以往大部分產(chǎn)品沒有精確角度鎖定，少數(shù)產(chǎn)品只能實現(xiàn)單角度鎖定。同時，由于雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，目標(biāo)探測精度要求越來越高，對雷達(dá)天線的定位精度要求也越來越高，而且定位要求實現(xiàn)多角度可調(diào)[1]。因此，有必要提供集精確定位及鎖定功能于一體的自動插銷機(jī)構(gòu)。

某大型雷動天線俯仰角度需進(jìn)行多角度調(diào)整，調(diào)整后需精確重復(fù)定位。在傳統(tǒng)的設(shè)計中，為保證高的定位精度和重復(fù)定位精度，對伺服結(jié)構(gòu)和控制的精度要求很高，而對于大型雷達(dá)天線，實現(xiàn)起來非常困難。針對這個問題，本文提出了一種大型雷達(dá)天線自動定位插銷結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。天線在伺服指令控制下停止俯仰轉(zhuǎn)動時，自動插銷動作，在銷錐度的作用下實現(xiàn)天線的自動定心，保證重復(fù)定位精度[2]。

1 插銷結(jié)構(gòu)設(shè)計

自動定位插銷機(jī)構(gòu)主要由動力液壓缸、定位支座、錐銷、鎖緊盤、防轉(zhuǎn)銷、密封圈及接近開關(guān)等部分組成，如圖1所示。

圖1 插銷結(jié)構(gòu)圖

液壓缸包括缸體和活塞桿2部分，活塞桿在液壓油壓力作用下在缸體內(nèi)進(jìn)行伸縮運(yùn)動，缸體外圓端面設(shè)有定位止口，通過止口安裝固定在定位支座上，活塞桿直接安裝在定位銷端頭定位孔內(nèi)。由于錐銷無方向性，因此在活塞桿導(dǎo)向部分和錐銷端頭鏜有銷孔，用銷釘在銷孔處限位以防止錐銷旋轉(zhuǎn)。進(jìn)出油口都設(shè)在液壓缸體外露部分。錐銷孔直接設(shè)計在傳動軸末端的傳動齒輪上，傳動齒輪根據(jù)不同的鎖定角度，設(shè)計多個銷孔位置，如圖2所示。此插銷機(jī)構(gòu)組裝完畢，可以作為一個小部件定位安裝在基座上，然后連接液壓管路，十分方便快捷[3]。

圖2 傳動齒輪

由于雷達(dá)天線尺寸較大，采用雙支臂式俯仰支撐機(jī)構(gòu)，兩支撐點(diǎn)的跨距較大，故在天線兩側(cè)支臂各布置一套該插銷機(jī)構(gòu)即可實現(xiàn)定位。因雷達(dá)天線轉(zhuǎn)動慣量較大，所以伺服很難保證很高的定位精度。當(dāng)伺服定位在某個角度時，插銷油缸工作，帶動錐銷伸出，插入銷孔，每次錐銷行程基本一致，以保證天線俯仰角的重復(fù)定位精度。插銷插入后可實現(xiàn)高速軸和低速軸同時制動，插銷油缸動力關(guān)閉，插銷動作結(jié)束。在插銷插入和拔出到位后均有行程開關(guān)信號輸出[4]。

為保證錐銷的伸出完全到位，活塞桿的實際行程比設(shè)計行程稍大。錐銷伸出到位后，其中1個接近開關(guān)的信號燈亮，插銷繼續(xù)動作，通過延遲時間確保錐銷完全到達(dá)設(shè)計位置。該機(jī)構(gòu)設(shè)計巧妙，操作簡便，能大大降低傳動系統(tǒng)和伺服控制的精度要求。

2 插銷力學(xué)分析

圖3所示為銷和錐套的力學(xué)模型，圖4為錐的力學(xué)模型。圖中，F(xiàn)為液壓油缸的軸向推力；α為插銷及錐套的錐度；N1為錐套與齒輪或銷與基座的正壓力；f1為正壓力所產(chǎn)生的摩擦力；R1為N1與f1的合力；β為R1與N1的夾角，即摩擦角。

圖3 銷和錐套的力學(xué)模型

圖4 銷的受力簡圖

根據(jù)圖3所示的銷的力學(xué)模型，得到銷的受力簡圖，如圖4所示。由力的三角形關(guān)系可得力的三角模型，如圖5所示。

圖5 三角模型

經(jīng)推導(dǎo)計算得：

F=N1(tg(α+β)+tgβ)

錐銷是靠軸向力壓入銷孔內(nèi)的，一旦發(fā)生自鎖將很難拔出來，因此斜角α應(yīng)取得較大，至少大于錐銷與銷孔的摩擦角。當(dāng)摩擦系數(shù)μ取為0.12時，β為6.843°。設(shè)計中斜角α一般取為10°～14°，國外一些類似產(chǎn)品多取為14°，文中錐銷的斜角α取為14°。

3 插銷調(diào)整

該插銷除結(jié)構(gòu)設(shè)計外，裝配調(diào)整也是考慮的重要環(huán)節(jié)。錐銷和銷孔的對中度不但直接影響天線的定位精度和重復(fù)定位精度，而且對插銷、銷套的受力影響也較大。錐銷的外圓錐面與銷孔的內(nèi)圓錐面在加工時要求配磨，以保證圓錐面的一致性，從根本上保證銷和銷孔的配合和對中程度。在裝配時，由于銷和銷孔屬于獨(dú)立部件，需單獨(dú)裝配，裝配時只需調(diào)整插銷的位置即可。調(diào)整方法也非常簡單，如圖6所示，通過插銷座四周頂絲座上安裝的頂絲可調(diào)整插銷在水平面上2個方向的平動和繞中心軸的旋轉(zhuǎn)；通過插銷座上的頂絲可調(diào)整插銷的高低和多方向的傾斜，在調(diào)整的過程中需實時監(jiān)測銷外錐面與銷孔內(nèi)錐面的接觸情況。

圖6 插銷調(diào)整頂絲示意圖

在插銷調(diào)整前，采用計量方法事先標(biāo)定好天線陣面的某個角度，作為準(zhǔn)確角度記入伺服控制系統(tǒng)，繼而鎖定天線陣面，開始調(diào)整該角度下的插銷系統(tǒng)，以保證錐銷和銷孔的配合接觸良好，并繼續(xù)旋轉(zhuǎn)至下一個天線工作角度。齒輪上各個銷孔對齒輪中心的旋轉(zhuǎn)精度要求很高，高的加工精度可保證天線即齒輪在旋轉(zhuǎn)某個角度后，插銷依然能很準(zhǔn)確地插入對應(yīng)的銷孔內(nèi)。

4 結(jié)束語

該自動插銷可應(yīng)用于大型雷達(dá)天線的方位或俯仰自動定位，解決了大型雷達(dá)天線伺服定位高精度難以保證的問題，錐銷的自動定心功能也解決了傳統(tǒng)柱銷定心難和插拔困難的問題。目前，它已成功應(yīng)用于某大型雷達(dá)天線的多角度自動定位，重復(fù)定位精度優(yōu)于0.01°，而且插拔方便、快捷，是兼自動定位和安全保護(hù)插銷功能于一體的小型機(jī)構(gòu)。但由于是首次應(yīng)用，在后期的推廣應(yīng)用中可能會發(fā)現(xiàn)一些問題，這需要對它進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。

[1] 葉尚輝, 李在貴. 天線結(jié)構(gòu)設(shè)計[M]. 西安: 西北電訊工程學(xué)院出版社, 1986.

[2] 周宛華. 浮動錐銷定位在工裝設(shè)計中的應(yīng)用[J]. 機(jī)械工人·冷加工, 1998(8): 16．

[3] 張學(xué)周. 新型自動插銷機(jī)構(gòu)[J]. 金屬加工, 2013(10): 47．

[4] 吳鳳高. 天線座結(jié)構(gòu)設(shè)計[M]. 西安: 西北電訊工程學(xué)院出版社, 1986.

張臘梅(1980-)，女，高級工程師，主要從事雷達(dá)傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計工作。

Automatic Locating Latch Mechanism for Large Radar Antenna

ZHANG La-mei，WANG Lei

(The38thResearchInstituteofCETC,Hefei230088,China)

It is difficult to realize high-precision positioning and locking for the large radar antenna because the positioning and locking functions are independent. An automatic positioning latch mechanism is designed to simplify the mechanism and improve the reliability of the system. In this paper the characteristics and operation principle are introduced. The latch has automatic correction function for the antenna because of the taper. Besides，the latch can keep at the same position every time through the delay time control. The actual calibration test shows that the positioning precision is up to 0.01°. This mechanism not only has all functions of the common latch mechanism, but also has the automatic positioning & locking function. The structure of this cleverly designed latch mechanism is simple, reasonable and compact. It can solve the problem of high-precision positioning and repetitive positioning of the large radar antenna.

large radar; automatic position; latch

2014-09-22

TN82

A

1008-5300(2015)02-0017-03