車載升降桅桿倒伏機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

李志有 李波

摘 要：在通信、電子對抗、雷達(dá)系統(tǒng)等無線電領(lǐng)域，常常將天線設(shè)備安裝在車載升降桅桿上。一般情況下，升降桅桿豎直固定在運(yùn)輸方艙的側(cè)壁，而有些情況下由于設(shè)備工作的需要，升降桅桿的閉合高度很高，安裝在方艙側(cè)壁會(huì)超過運(yùn)輸高度界線，這就有必要設(shè)計(jì)出一種使升降桅桿便于在運(yùn)輸狀態(tài)和工作狀態(tài)自如轉(zhuǎn)換的安裝機(jī)構(gòu)來避免超高。本文介紹的車載升降桅桿倒伏機(jī)構(gòu)正是為了解決這一問題而設(shè)計(jì)的一種手動(dòng)式升降桅桿翻轉(zhuǎn)安裝機(jī)構(gòu)，使用它只需1人便可將閉合高度為3m以上的升降桅桿由艙后壁豎直工作狀態(tài)輕松轉(zhuǎn)換為艙頂水平運(yùn)輸狀態(tài)，且省時(shí)省力，安全可靠。

關(guān)鍵詞：車載 絞線器 翻轉(zhuǎn) 倒伏 導(dǎo)向

1.引言

在通信、電子對抗、雷達(dá)系統(tǒng)等無線電領(lǐng)域，常常將天線設(shè)備安裝在車載升降桅桿上。一般情況下，升降桅桿豎直固定在運(yùn)輸方艙的側(cè)壁，而有些情況下由于設(shè)備工作的需要，升降桅桿的閉合高度很高，安裝在方艙側(cè)壁會(huì)超過運(yùn)輸高度界線，這就有必要設(shè)計(jì)出一種使升降桅桿便于在運(yùn)輸狀態(tài)和工作狀態(tài)自如轉(zhuǎn)換的安裝機(jī)構(gòu)來避免超高。本文介紹的車載升降桅桿倒伏機(jī)構(gòu)正是為了解決這一問題而設(shè)計(jì)的一種手動(dòng)式升降桅桿翻轉(zhuǎn)安裝機(jī)構(gòu)，使用它只需1人便可將閉合高度為3m以上的升降桅桿由艙后壁豎直工作狀態(tài)輕松轉(zhuǎn)換為艙頂水平運(yùn)輸狀態(tài)，且省時(shí)省力，安全可靠。

2.設(shè)計(jì)目標(biāo)

在部隊(duì)野戰(zhàn)備戰(zhàn)或應(yīng)急通訊等過程中，對設(shè)備的作業(yè)準(zhǔn)備時(shí)間要求很苛刻，有時(shí)將機(jī)動(dòng)架設(shè)時(shí)間縮小至幾分鐘，在車載升降桅桿倒伏機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中充分考慮了這一指標(biāo)要求，同時(shí)兼顧升降桅桿的安裝及使用條件，按照以下設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。

2.1.由1人全程操作，操作時(shí)間不大于5分鐘；

2.2.可安裝的升降桅桿閉合高度不小于3米，重量不小于200公斤；

2.3.結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便；

2.4.操作便捷、省力、安全；

2.5.通用性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)稍作更改便可適用不同規(guī)格的桅桿安裝。

3.結(jié)構(gòu)組成與功能原理

3.1.總體結(jié)構(gòu)與工作過程

倒伏機(jī)構(gòu)主要由艙頂軌道、翻轉(zhuǎn)架和固定架三大部分組成，如圖1所示，艙頂軌道固定在方艙頂壁，固定架固定在方艙后壁，翻轉(zhuǎn)架是倒伏機(jī)構(gòu)的主要部分，與固定架上端的上固定座鉸接。

利用倒伏機(jī)構(gòu)將升降桅桿從艙頂水平運(yùn)載狀態(tài)轉(zhuǎn)換成豎直工作狀態(tài)是按照下面的過程操作的。首先將升降桅桿向后移動(dòng)一段距離，達(dá)到易于翻轉(zhuǎn)的位置，然后將升降桅桿翻轉(zhuǎn)豎起，實(shí)現(xiàn)角度轉(zhuǎn)換，最后將升降桅桿下降到支座上，使其處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)。而將升降桅桿從豎直工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換成艙頂水平運(yùn)載狀態(tài)時(shí)只需按上述過程反操作即可。

圖1 倒伏機(jī)構(gòu)處于翻轉(zhuǎn)狀態(tài)

3.2.詳細(xì)結(jié)構(gòu)及功能原理

3.2.1.翻轉(zhuǎn)架

翻轉(zhuǎn)架結(jié)構(gòu)組成如圖2所示，翻轉(zhuǎn)架可分成翻轉(zhuǎn)部分和移動(dòng)部分。翻轉(zhuǎn)部分主要包括翻轉(zhuǎn)座和絞線器，通過與固定架鉸接可帶動(dòng)移動(dòng)部分一起翻轉(zhuǎn)； 移動(dòng)部分主要由行走輪、桅桿夾箍、導(dǎo)向桿、鋼絲繩張緊輪、滑輪、鋼絲繩和桅桿固定座等部分組成，移動(dòng)部分可通過導(dǎo)向桿利用滑輪機(jī)構(gòu)在翻轉(zhuǎn)部分的翻轉(zhuǎn)座導(dǎo)向套中往復(fù)移動(dòng)。

滑輪機(jī)構(gòu)可以說是整個(gè)倒伏機(jī)構(gòu)的核心部分，它由絞線器、鋼絲繩、滑輪和翻轉(zhuǎn)座等部分組成，其工作原理可借助圖3來說明。首先由桅桿夾箍、導(dǎo)向桿和桅桿固定座形成一個(gè)固定框架，兩個(gè)滑輪A安裝在固定框架的桅桿夾箍一側(cè)，兩個(gè)滑輪B安裝在桅桿固定座一側(cè)，絞線器是固定在翻轉(zhuǎn)座上的，當(dāng)逆時(shí)針搖動(dòng)絞線器使卷筒旋轉(zhuǎn)時(shí)，卷筒便纏繞A段鋼絲繩拉動(dòng)滑輪A帶動(dòng)固定框架向右移動(dòng)，同時(shí)卷筒釋放B斷鋼絲繩配合框架右移；當(dāng)順時(shí)針搖動(dòng)絞線器時(shí)，同理會(huì)使固定框架向左移動(dòng)。這里有兩點(diǎn)需要說明：第一，翻轉(zhuǎn)架的翻轉(zhuǎn)部分翻轉(zhuǎn)到任何角度都不影響滑輪機(jī)構(gòu)工作；第二，絞線器具有自鎖性，當(dāng)翻轉(zhuǎn)架翻轉(zhuǎn)到豎直狀態(tài)時(shí)，安裝在其上的升降桅桿不會(huì)因自重而使固定框架自由下降。這就使操作者對升降桅桿何時(shí)移動(dòng)、何時(shí)翻轉(zhuǎn)提供了操作自由。

圖2 翻轉(zhuǎn)架結(jié)構(gòu)

圖3 滑輪機(jī)構(gòu)

3.2.2.艙頂軌道和固定架

艙頂軌道和固定架可以說是翻轉(zhuǎn)架的輔助結(jié)構(gòu)。艙頂軌道是由前端的固定銷、中間的軌道和后端的擋板組成。固定銷是升降桅桿運(yùn)輸時(shí)的限位銷，軌道是升降桅桿在艙頂前后移動(dòng)時(shí)行走輪的滑道，擋板是升降桅桿平放時(shí)向后移動(dòng)時(shí)的限位擋板。

固定架固定于艙后壁，結(jié)構(gòu)組成如圖4所示。其上固定座和下固定座與艙體固定連接。倒伏機(jī)構(gòu)的翻轉(zhuǎn)架與上固定座鉸接，導(dǎo)向支座用于升降桅桿豎直上下移動(dòng)時(shí)對導(dǎo)向桿提供滑動(dòng)支承，下端的支座在解開鎖銷后可翻轉(zhuǎn)90°，用于支承翻轉(zhuǎn)架及桅桿，其上的限位銷用于限制桅桿底部側(cè)向移動(dòng)。

圖4 固定在艙后壁的固定架

4.使用方法與安裝要點(diǎn)

4.1.使用方法

此升降桅桿倒伏機(jī)構(gòu)的使用方法十分簡單，操作者首先在方艙下將后壁固定架下部的支座翻轉(zhuǎn)90°，為升降桅桿下降做準(zhǔn)備，然后登上艙頂搖動(dòng)絞線器手搖柄，使升降桅桿后退至艙頂軌道后端的擋板，再將升降桅桿連同翻轉(zhuǎn)架向后翻轉(zhuǎn)90°豎立，最后繼續(xù)搖動(dòng)絞線器手搖柄使桅桿下降到支座上，確保支座上的限位銷已插入到桅桿固定座的底孔中，便可使用桅桿了。

相反，欲將升降桅桿恢復(fù)到艙頂平放的運(yùn)輸狀態(tài)，首先在艙頂搖動(dòng)絞線器手搖柄使桅桿上升，當(dāng)桅桿固定座升至接觸到固定架的導(dǎo)向桿支座時(shí)，便可將桅桿翻轉(zhuǎn)到艙頂水平狀態(tài)，繼續(xù)搖動(dòng)搖柄，直至翻轉(zhuǎn)架到達(dá)艙頂軌道前端極限位置停止。

4.2.安裝要點(diǎn)

4.2.1.在翻轉(zhuǎn)架上的鋼絲繩安裝好后，需調(diào)節(jié)其前端的鋼絲繩張緊輪，使鋼絲繩處于相對繃緊狀態(tài)，以避免鋼絲繩纏繞卷筒上時(shí)出現(xiàn)亂繩現(xiàn)象。

4.2.2.在安裝艙頂軌道后端的擋板前，在艙頂先將升降桅桿向后搖至重心剛好在翻轉(zhuǎn)軸上，然后再反方向?qū)⑸滴U向前搖動(dòng)100mm，此位置作為桅桿的翻轉(zhuǎn)位置，此時(shí)將擋板固定在艙頂軌道上，這樣操作者在翻轉(zhuǎn)桅桿時(shí)既省力，又確保桅桿不會(huì)自動(dòng)翻下去。

4.2.3.按照（2）安裝完擋板后，將桅桿翻轉(zhuǎn)成豎立狀態(tài)，然后在固定架上確定導(dǎo)向桿支座的位置，以此位置作為桅桿向艙頂翻轉(zhuǎn)前的上升極限位置。

5.主要設(shè)計(jì)計(jì)算

根據(jù)升降桅桿閉合高度3米、重G1=200kg，可確定翻轉(zhuǎn)架移動(dòng)部分重為G2=50 kg，移動(dòng)全程為L=1800mm。當(dāng)桅桿豎直上下移動(dòng)時(shí)，鋼絲繩所受拉力最大。采用動(dòng)滑輪結(jié)構(gòu)省一半力 ，效率為η1=0.9，

則鋼絲繩拉力

F=0.5×（G1+G2）×g/0.9=1389N，

因此可選直徑為4mm，最小破壞拉力為8kN的鋼絲繩。

絞線器速比為i=1：10，卷筒半徑為R=45mm，效率η2=0.8，

因此手搖力矩

T=F×R×i/η2=7.8N.m，符合輕便省力。

桅桿移動(dòng)全程時(shí)，卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)

N1=2×L/（2πR）=13圈，

因此得手搖圈數(shù)

N= N1×i=130圈，

按照一分鐘能搖40圈計(jì)算，

可得需要手搖時(shí)間

t=130/40=3.25min，

加上其他的操作時(shí)間，可以滿足操作時(shí)間不大于5分鐘的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

6.結(jié)論

經(jīng)過設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和試驗(yàn)驗(yàn)證，此產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)均滿足了既定的設(shè)計(jì)目標(biāo)，又易于改型設(shè)計(jì)，滿足通用性要求，而且無需使用電力，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，成本低廉，操作方便，安全可靠，可廣泛投入到軍用或民用市場中使用。