經(jīng)緯儀密封結(jié)構(gòu)設(shè)計研究

趙巨波

（92941 部隊， 遼寧 葫蘆島 125001）

0 引言

光電經(jīng)緯儀的密封結(jié)構(gòu)效果可以影響設(shè)備的防潮、防鹽霧、防霉性能，進而關(guān)系到光電經(jīng)緯儀系統(tǒng)的壽命、穩(wěn)定性與可靠性。當(dāng)光電經(jīng)緯儀工作在沿海、沿河、沿湖泊等環(huán)境時，需要面對高濕度、高鹽霧、霉菌、溫度沖擊等惡劣條件，光電經(jīng)緯儀本身組成的機械構(gòu)造的金屬材料、光學(xué)元件、電子學(xué)器件等都會因此而造成加速老化或者失效。 為了提高設(shè)備的使用壽命和可靠性，對于經(jīng)緯儀的密封結(jié)構(gòu)設(shè)計是經(jīng)緯儀的制造與使用中必不可少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

本文針對經(jīng)緯儀在潮濕條件下的工作條件， 對經(jīng)緯儀的密封結(jié)構(gòu)設(shè)計進行了研究， 探討能夠更好保證經(jīng)緯儀防潮、防鹽霧、防霉的結(jié)構(gòu)形式。

1 經(jīng)緯儀系統(tǒng)的特點

經(jīng)緯儀是光電探測裝置與經(jīng)緯儀跟蹤架的所組成的測量用系統(tǒng)，其系統(tǒng)包括垂直軸、水平軸、視準(zhǔn)軸等三軸，三軸之間相互垂直，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1[1]所示。

圖1 經(jīng)緯儀三軸關(guān)系

其中，垂直軸帶動水平軸和視準(zhǔn)軸圍繞Z 軸旋轉(zhuǎn)，進行方位運動；水平軸安裝在垂直軸上，帶動視準(zhǔn)軸圍繞Y軸旋轉(zhuǎn)，進行俯仰運動；視準(zhǔn)軸即為光學(xué)系統(tǒng)主軸與水平軸垂直。 方位運動和俯仰運動通過垂直軸和水平軸內(nèi)安裝的電機進行驅(qū)動，通過編碼器進行反饋控制， 獲得方位角和俯仰角。

從功能上劃分， 經(jīng)緯儀包含光學(xué)系統(tǒng)、機械結(jié)構(gòu)、電子學(xué)系統(tǒng)三大部分， 通過各分系統(tǒng)之間的相互配合實現(xiàn)捕捉、跟蹤、成像、測量等功能，可以完成實時跟蹤、事后判讀、實況攝錄和輸出、識別目標(biāo)、跟蹤觀測等任務(wù)[2]。

2 經(jīng)緯儀的密封結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)經(jīng)緯儀工作環(huán)境及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特點， 要求光學(xué)系統(tǒng)機電子學(xué)系統(tǒng)所處空間長期保持干燥， 設(shè)計時首先應(yīng)當(dāng)避免雨、霧等天氣條件下水氣的直接侵入，其次應(yīng)當(dāng)減少設(shè)備內(nèi)外部空氣的流通與交換， 金屬材料表面做相應(yīng)的處理[3-7]。

系統(tǒng)內(nèi)外環(huán)境可發(fā)生氣體交換、 流通的主要位置為設(shè)備各部分之間的配合接口與配合面， 為了有效減少外殼的交界面的面積，設(shè)備設(shè)計時采用整體式結(jié)構(gòu)，盡量減少組成系統(tǒng)的外殼數(shù)量。 因此可將多個光學(xué)系統(tǒng)收攏集中于一個光機結(jié)構(gòu)中。結(jié)構(gòu)如圖2 所示。系統(tǒng)整體呈球形外觀， 有利于表面液體的滑落， 球體兩側(cè)部分為俯仰固定部分， 中間為俯仰轉(zhuǎn)動部分， 在俯仰動作時俯仰轉(zhuǎn)動部分進行俯仰動作。 球體部分整體隨著方位轉(zhuǎn)動部分進行轉(zhuǎn)動實現(xiàn)方位動作。系統(tǒng)在裝調(diào)完畢后加入大于1 個大氣壓的氮氣，保證系統(tǒng)內(nèi)部空氣的密閉性。

圖2 經(jīng)緯儀整體結(jié)構(gòu)

2.1 俯仰轉(zhuǎn)動部分和俯仰固定部分的防水設(shè)計

經(jīng)緯儀的俯仰運動由水平軸轉(zhuǎn)動實現(xiàn)， 俯仰轉(zhuǎn)動部分和俯仰固定部分的防水設(shè)計如圖3 所示， 為具有多層防水設(shè)計的結(jié)構(gòu)。 俯仰運動部分和俯仰固定部分之間有與水平軸同心的環(huán)形槽， 一方面可以在豎直方向?qū)B入配合面縫隙的水導(dǎo)流， 一方面在環(huán)形槽內(nèi)加裝聚樹脂等有機密封填充材料，具有摩擦系數(shù)小，耐磨性好等優(yōu)點可以減少水汽進入殼體。

圖3 水平軸密封結(jié)構(gòu)

2.2 水平軸迷宮結(jié)構(gòu)

在俯仰轉(zhuǎn)動部分殼體與跟蹤架的水平軸連接部分采用迷宮結(jié)構(gòu)與機械密封相結(jié)合模式， 通過殼體在軸套周圍的迷宮與跟蹤架軸套周圍的迷宮配合， 對水平軸產(chǎn)生密閉防水效果，可以防止絕大多數(shù)灰塵和水氣的侵入。機械密封結(jié)構(gòu)可以提供較高的可靠性， 泄漏量約為軟填料的1/100，抗腐蝕性能較好，摩擦消耗較少，軸與軸套基本不受磨損，維修周期較長。 其結(jié)構(gòu)如圖4 所示，第一層密封為迷宮密封， 由立柱與四通結(jié)構(gòu)構(gòu)成迷宮防止灰塵。第二層為機械密封，由壓環(huán)、靜環(huán)、動環(huán)、O 型密封圈、 彈簧、 調(diào)節(jié)螺桿構(gòu)成， 其中壓環(huán)固定在立柱端面， 動環(huán)固定在四通端面， 動環(huán)在工作時處于轉(zhuǎn)動狀態(tài)。 安裝時通過調(diào)節(jié)螺栓調(diào)整初始軸向預(yù)緊力使靜環(huán)壓在動環(huán)上， 以此保證在工作狀態(tài)下連接處的水密。 同時壓緊壓環(huán)與靜環(huán)之間的O 型密封圈來保證壓環(huán)與靜環(huán)之間的水密。

圖4 水平軸迷宮結(jié)構(gòu)

2.3 垂直軸迷宮結(jié)構(gòu)

垂直軸在底座與方位轉(zhuǎn)動部分U 型架之間的防水如圖5 所示。在底座和U 型架之間加裝迷宮，實現(xiàn)轉(zhuǎn)動時的防水功能，同時迷宮在外邊緣具有向下傾角，可以讓滲入的凝聚的液體向下排出，實現(xiàn)長期防水效果。

圖5 垂直軸防水

2.4 保護窗口

系統(tǒng)前端的保護窗口由于直接與外部環(huán)境接觸，隔絕內(nèi)外環(huán)境的同時保證光路的暢通， 因此對防水密封性能要求較高，保護窗口根據(jù)要求鍍?nèi)滥ぃ瑫r由于保護窗口的靜態(tài)特點， 設(shè)計采用密封墊結(jié)合加涂密封膠的模式進行密封，其結(jié)構(gòu)如圖6 所示。 裝配時，在壓圈與鏡片中間點入密封膠，壓圈將密封圈壓緊，起到密封作用。

圖6 鏡片密封

3 結(jié)論

由于經(jīng)緯儀自身的特點以及對環(huán)境防潮濕、防鹽霧、防霉等要求， 經(jīng)緯儀的密封性設(shè)計是經(jīng)緯儀使用壽命及可靠性設(shè)計的關(guān)鍵內(nèi)容之一。 本文針對經(jīng)緯儀的密封性要求對經(jīng)緯儀的結(jié)構(gòu)進行了針對性設(shè)計， 根據(jù)實驗與實踐證明， 上述設(shè)計與方法能夠有效提高經(jīng)緯儀設(shè)備的可靠性與穩(wěn)定性，延長使用壽命。