某雷達(dá)天線縱搖故障分析與排除

俞育新

(海軍舟山地區(qū)裝備修理監(jiān)修室，杭州 舟山 316000)

0 引言

做好裝備技術(shù)保障工作是戰(zhàn)斗力生成的基礎(chǔ)，引進(jìn)裝備的技術(shù)保障是裝備保障的難點(diǎn)之一。要完成引進(jìn)裝備的技術(shù)保障工作，需了解裝備具體工作原理，解決對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、安裝工藝、裝配精度知之甚少等實(shí)際問題。本文給出了雷達(dá)天線縱搖故障排除實(shí)例，為做好引進(jìn)裝備保障工作提供了有效的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。

1 基本結(jié)構(gòu)與故障分析

某雷達(dá)使用中，天線出現(xiàn)故障，在縱搖方向上傾倒且無法復(fù)位，裝備無法正常使用。故障發(fā)生后，研究人員對(duì)裝備故障進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)，基本確認(rèn)了故障現(xiàn)象，初步分析了故障原因，確定需要將天線及穩(wěn)定轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)離艦修理。該雷達(dá)為引進(jìn)裝備，對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、安裝工藝知之甚少，天線及穩(wěn)定轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)如離艦修理，工程量大，且要在短時(shí)間內(nèi)排除故障，恢復(fù)在航狀態(tài)，有相當(dāng)難度且存在一定技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

該雷達(dá)天線裝置由旋轉(zhuǎn)天線、穩(wěn)定平臺(tái)組成。平臺(tái)上裝有雷達(dá)第一和第二通道的天線面陣。利用兩個(gè)電機(jī)傳動(dòng)裝置(橫搖傳動(dòng)裝置和縱搖傳動(dòng)裝置）使平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)部分在水平面內(nèi)保持穩(wěn)定。天線在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)由隨動(dòng)型方位驅(qū)動(dòng)裝置保證。

和機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)有關(guān)的部分主要包括基座、橫搖裝置、縱搖裝置和方位旋轉(zhuǎn)裝置。其中縱搖裝置中，縱搖電動(dòng)機(jī)通過圓盤摩擦安全連軸節(jié)與傳動(dòng)裝置的減速器連接在一起，電動(dòng)機(jī)裝有電磁制動(dòng)器?？v搖傳動(dòng)裝置有兩部分組成。高速部分安裝在穩(wěn)定裝置內(nèi)部，通過中間軸與低速部分(縱搖減速器）相連?？v搖減速器在出口處有兩個(gè)圓柱形的齒輪，該齒輪與位于外殼上的縱搖兩個(gè)扇形齒輪相嚙合。扇形齒輪安裝在縱搖裝置的外殼上?？v搖指示機(jī)械裝置安裝在穩(wěn)定外殼上。手動(dòng)旋轉(zhuǎn)是借助于與橫搖傳動(dòng)裝置中類似的把手完成的。

縱搖傳動(dòng)鏈?zhǔn)疽馊鐖D1，由四級(jí)傳動(dòng)組成，第一級(jí)傳動(dòng)(輸入級(jí)）由為一對(duì)正交軸上傘齒輪嚙合而成，第二級(jí)傳動(dòng)為一對(duì)平行軸上圓柱齒輪嚙合而成，第三級(jí)傳動(dòng)為第二對(duì)平行軸上圓柱齒輪嚙合而成，第四級(jí)傳動(dòng)(輸出級(jí)）由齒輪輸出軸上圓柱齒輪與縱搖旋轉(zhuǎn)軸上的扇形齒輪嚙合而成。

圖1 縱搖齒輪箱傳動(dòng)原理示意

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，在縱搖手動(dòng)狀態(tài)下轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，無法控制天線;在縱搖方向上能比較輕松地推動(dòng)天線;卸下橡膠保護(hù)套觀察縱搖齒輪箱，手動(dòng)狀態(tài)下轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，齒輪箱輸入齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)正常，但輸出齒輪沒有響應(yīng);打開齒輪箱輸入級(jí)觀察窗，從電機(jī)軸至齒輪箱輸入軸之間傳動(dòng)連接正常;人工在縱搖方向推動(dòng)天線，縱搖軸扇齒輪能帶動(dòng)齒輪箱輸出齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，但觀察到齒輪箱輸出軸有明顯徑向擺動(dòng)，屬非正常情況;由于齒輪箱相對(duì)封閉，不便觀察，打開頂部蓋子，通過內(nèi)窺鏡觀察，發(fā)現(xiàn)齒輪箱第一級(jí)齒輪未能正常嚙合。

根據(jù)以上現(xiàn)象初步判斷齒輪箱故障，造成雷達(dá)天線縱搖傾倒且無法復(fù)位。

2 主要技術(shù)難點(diǎn)

修理過程的主要技術(shù)難點(diǎn)在于轉(zhuǎn)臺(tái)的分解和回裝。由于不了解原始設(shè)計(jì)思路和安裝方法，拆解具有一定的風(fēng)險(xiǎn)，在分解過程中稍有不慎，極有可能造成原有結(jié)構(gòu)件的破壞和無法回裝的后果。同時(shí)，由于施工過程中考慮不夠周到，可能帶來的人員及轉(zhuǎn)臺(tái)本身的安全事故，最終導(dǎo)致故障無法修復(fù)。主要技術(shù)難點(diǎn)包括:

(1）軸承的拆卸

開始并不了解軸承的具體型號(hào)，如果國(guó)內(nèi)沒有相應(yīng)的替代產(chǎn)品，一旦損壞，后果難以預(yù)料，即使可以加工或則采購(gòu)，也將嚴(yán)重影響修理工期。同時(shí)，軸承又是極易可能在拆卸過程中損壞的部件，有時(shí)甚至直接采用破壞性的拆卸方法。為了避免軸承在拆卸過程中受損，在充分觀察裝備安裝情況的同時(shí)，制作了專用的軸承拆卸工裝，結(jié)合裝備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，利用原有結(jié)構(gòu)，進(jìn)行軸承的拆卸。雖然在分析和討論的過程中花費(fèi)了不少的時(shí)間和精力，但可謂磨刀不誤砍柴工，最終順利將兩個(gè)軸承拆除，確保了后續(xù)工作的順利開展。

(2）方位傳動(dòng)部分的分解

對(duì)于方位傳動(dòng)部分的分解，稍有疏忽，可能造成相關(guān)結(jié)構(gòu)部件的損壞，帶來難以預(yù)料的后果。其實(shí)，分解這樣一個(gè)陌生而又復(fù)雜的穩(wěn)定轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)，工作過程中，每向前走一步，都可能有意料之外的風(fēng)險(xiǎn)。每一項(xiàng)工作的開展，都是在建立在充分討論論證的基礎(chǔ)之上，確認(rèn)沒有風(fēng)險(xiǎn)，確保萬無一失。

(3）確?；匮b后轉(zhuǎn)臺(tái)的水平和方位精度

確保回裝后轉(zhuǎn)臺(tái)的水平和方位精度也是這次修理工作的關(guān)鍵點(diǎn)之一。首先在修理方案中對(duì)回裝后水平和方位精度的檢查進(jìn)行詳細(xì)的論證，得到了有關(guān)專家的認(rèn)可。同時(shí)，在實(shí)施修理的過程中，凡是有可能涉及到可能影響精度的項(xiàng)目，拆解前進(jìn)行反復(fù)討論，一是要避免由于分解拆卸對(duì)精度帶來影響，無法避免的，也必須在找到相應(yīng)校準(zhǔn)方法以后才能實(shí)施。比如在拆卸縱搖軸承的時(shí)候需要首先拆卸方位數(shù)據(jù)傳輸裝置，一旦拆除方位數(shù)據(jù)傳輸裝置，方位數(shù)據(jù)將失去基準(zhǔn)，內(nèi)場(chǎng)無法校準(zhǔn)，船上的校準(zhǔn)通過簡(jiǎn)單的裝備間互相比對(duì)難以說明問題，只有通過專門的標(biāo)校才能實(shí)現(xiàn)，將大大增加裝艦后恢復(fù)工作的時(shí)間，所以只有另想辦法。最終，在沒有拆除方位數(shù)據(jù)傳輸裝置的情況下拆除了軸承，大大縮短了工期。

3 故障具體勘驗(yàn)與檢查分析

故障現(xiàn)象勘驗(yàn)在基本完成必要分解后展開。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，縱搖失控系縱搖齒輪箱內(nèi)圓錐銷脫落所致。同時(shí)，在分解過程中還發(fā)現(xiàn)縱搖數(shù)據(jù)傳動(dòng)裝置聯(lián)軸器中一端連接銷斷裂，導(dǎo)致重要數(shù)據(jù)無法傳輸。艦上勘驗(yàn)時(shí)，觀察到齒輪箱輸出軸有明顯徑向擺動(dòng)，發(fā)現(xiàn)跳動(dòng)出現(xiàn)在限位保護(hù)動(dòng)作后，在對(duì)齒輪箱相關(guān)部位分解，發(fā)現(xiàn)限位保護(hù)是通過一根兩端有花鍵的連接桿，非限位端與齒輪內(nèi)花鍵連接，在限位塊端懸浮在齒輪內(nèi)部，花鍵與限位塊相連接，由于在限位塊無固定連接，在限位塊到限位時(shí)就會(huì)出現(xiàn)徑向跳動(dòng)的現(xiàn)象。據(jù)此分析，限位過程中實(shí)質(zhì)上是連接桿端面出現(xiàn)徑向跳動(dòng)，屬于正?，F(xiàn)象，輸出軸本身沒有跳動(dòng)。然后，又對(duì)輸出軸徑向跳動(dòng)進(jìn)行了測(cè)量，證實(shí)了以上分析。

根據(jù)勘驗(yàn)的情況，對(duì)故障形成的原因簡(jiǎn)單分析如下:

運(yùn)行過程中，齒輪箱內(nèi)圓錐銷脫落導(dǎo)致天線系統(tǒng)失控，天線縱搖方向直接沖至縱搖機(jī)械限位，由于過大慣性力導(dǎo)致縱搖數(shù)據(jù)傳動(dòng)裝置過限位，從而將縱搖數(shù)據(jù)傳動(dòng)裝置聯(lián)軸器中一端連接銷剪斷。運(yùn)行過程中，縱搖數(shù)據(jù)傳動(dòng)裝置聯(lián)軸器中一端連接銷剪斷，數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)斷開，系統(tǒng)失控，縱搖方向傾倒，系統(tǒng)產(chǎn)生劇烈的機(jī)械振動(dòng)，導(dǎo)致齒輪箱內(nèi)圓錐銷脫落。

由于裝備存在先天不足，尤其是裝配質(zhì)量存在問題，經(jīng)過長(zhǎng)期使用導(dǎo)致定位銷脫落，由于定位銷所處位置特殊，這樣的裝配質(zhì)量在產(chǎn)品檢驗(yàn)過程中難以發(fā)現(xiàn)，只有在出現(xiàn)故障以后才可能為人所知。定位銷脫落導(dǎo)致天線縱搖突然傾倒，巨大的慣性導(dǎo)致縱搖數(shù)據(jù)傳動(dòng)裝置聯(lián)軸器中一端連接銷剪斷。

4 故障排除

拆除天線的橡膠保護(hù)套后，由于橡膠保護(hù)套上部連接罩殼遮擋了縱搖數(shù)據(jù)傳動(dòng)裝置、橫搖鉸鏈和縱搖鉸鏈，天線方位傳動(dòng)裝置擋住了縱搖齒輪箱蓋板。根據(jù)勘驗(yàn)情況和分析測(cè)量，對(duì)縱搖齒輪箱的進(jìn)一步觀察和維修，必須首先對(duì)穩(wěn)定轉(zhuǎn)臺(tái)部分進(jìn)行必要的分解，便于對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的察看與標(biāo)識(shí)，以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)件的拆裝。

需要分解的部分主要包括方位傳動(dòng)部分、縱橫搖鉸鏈、縱搖數(shù)據(jù)傳輸裝置、縱搖軸承、縱搖軸。

進(jìn)行必要分解后，拆除縱搖齒輪箱上部的蓋板，齒輪箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。大圓錐齒輪在軸向上已完全不在嚙合位置上，齒輪右邊的銷孔已沒有發(fā)現(xiàn)有銷，經(jīng)檢查齒輪箱內(nèi)部發(fā)現(xiàn)銷掉落在齒輪箱底部，將銷從齒輪箱底部夾出。經(jīng)測(cè)量該銷為圓錐銷，表面無劃痕和其他損傷。同時(shí)，為檢測(cè)齒輪箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)無異常，在齒輪箱輸出端檢測(cè)齒輪傳動(dòng)的跳動(dòng)情況，經(jīng)檢測(cè)兩端齒輪跳動(dòng)量完全滿足要求。

圖2 縱搖齒輪箱內(nèi)部

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)分析與討論，認(rèn)為如在齒輪箱中將原來脫落的銷再次打入，則仍然存在再次脫落的風(fēng)險(xiǎn)。為此，采用重新制作圓銷錐并在小頭端用開口銷防松的方式進(jìn)行裝配以規(guī)避脫落的風(fēng)險(xiǎn)。

在完成對(duì)損壞物件的測(cè)繪、設(shè)計(jì)與制造后，對(duì)整個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行回裝。回裝齒輪圓錐銷時(shí)發(fā)現(xiàn)齒輪上孔與軸上孔不重合，經(jīng)分析為圓銷齒輪嚙合部分重合不對(duì)。因此，拆下了齒輪箱第一級(jí)傳動(dòng)齒輪。將制作好的圓錐銷按圓錐齒輪與軸的定位銷孔推入后，銷與孔之間能完成匹配，然后在圓錐銷小頭端配打孔用于安裝開口銷，開口銷配裝完成后回裝到齒輪箱內(nèi)。經(jīng)對(duì)齒輪軸向間隙和齒輪嚙合部分，終于將圓錐齒輪準(zhǔn)確回裝至原來位置。齒輪回裝完成后經(jīng)手搖裝置檢測(cè)，傳動(dòng)平穩(wěn)無遲滯現(xiàn)象，末級(jí)齒輪輸出正常，至此齒輪箱的修復(fù)工作完成。

在分析故障圓錐銷脫落的原因基礎(chǔ)上，認(rèn)為圓錐銷主要用于定位，也可固定零件或傳遞動(dòng)力，在受到橫向力時(shí)可以自鎖，在縱搖齒輪箱內(nèi)作為齒輪定位和傳遞動(dòng)力也是常用方式。但從整個(gè)系統(tǒng)來看，該銷脫落會(huì)導(dǎo)致整個(gè)天線與縱搖限位劇烈的剛性接觸，不如用鍵連接更加穩(wěn)妥。所以，修理過程中對(duì)此進(jìn)行了改進(jìn)。

接下來需要對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行回裝，該步驟與轉(zhuǎn)臺(tái)分解過程相逆。最后對(duì)完成回裝的穩(wěn)定轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行修理結(jié)果檢查。

檢查內(nèi)容包括縱搖傳動(dòng)性能檢查和轉(zhuǎn)臺(tái)水平狀態(tài)檢測(cè)。經(jīng)檢查，兩項(xiàng)內(nèi)容均滿足裝備技術(shù)狀態(tài)的要求。

5 結(jié)束語

通過此次穩(wěn)定轉(zhuǎn)臺(tái)修理，熟悉了裝備，積累了經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了工裝，鍛煉了隊(duì)伍，所有的收獲都為后續(xù)引進(jìn)裝備的技術(shù)保障，尤其是高等級(jí)修理打下了基礎(chǔ)。目前，該雷達(dá)隨著服役時(shí)間的增加，都將陸續(xù)面臨小修甚至中修。在以往的討論論證過程中，普遍感到，類似大型的引進(jìn)裝備離艦修理，由于受到各種因素的限制，困難重重。而這次穩(wěn)定轉(zhuǎn)臺(tái)修理任務(wù)的順利完為完成后續(xù)保障任務(wù)增強(qiáng)了極大的信心。