某雷達(dá)天線升降調(diào)平機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1.鐵嶺長天機(jī)電有限責(zé)任公司，遼寧 鐵嶺 112000；2.總參信息化部駐沈陽地區(qū)軍事代表室，遼寧 沈陽 110005）

某雷達(dá)天線升降調(diào)平機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

李 波1李志有1曲 穎2

（1.鐵嶺長天機(jī)電有限責(zé)任公司，遼寧 鐵嶺 112000；2.總參信息化部駐沈陽地區(qū)軍事代表室，遼寧 沈陽 110005）

天線升降調(diào)平機(jī)構(gòu)具有二級升降和調(diào)平功能，不僅承擔(dān)了機(jī)動式雷達(dá)天線的架設(shè)和撤收工作，還能夠?qū)μ炀€安裝面進(jìn)行自動調(diào)平。本文介紹了天線升降調(diào)平機(jī)構(gòu)的適用范圍、基本組成、工作原理和設(shè)計(jì)計(jì)算，并論述了天線升降調(diào)平機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)方面是如何滿足國軍標(biāo)環(huán)境適應(yīng)性要求的。

升降機(jī)構(gòu)；絲杠；自鎖；調(diào)平；環(huán)境適應(yīng)性

1 適用范圍

機(jī)動式雷達(dá)天線多安裝于車載方艙內(nèi)，雷達(dá)工作時(shí)，天線必須全部裸露在方艙外， 周圍不得有任何遮擋物，在運(yùn)輸過程中，天線又必須收回方艙中。因此，在車載方艙內(nèi)必須有一套升降裝置來擔(dān)負(fù)天線的升降任務(wù)。天線升降調(diào)平機(jī)構(gòu)可以安裝于艙內(nèi)，能夠承擔(dān)雷達(dá)天線的架設(shè)、撤收和調(diào)平任務(wù)。雷達(dá)工作時(shí)，天線升降調(diào)平機(jī)構(gòu)可將雷達(dá)天線舉升至艙外的預(yù)定高度，然后自動對雷達(dá)天線的安裝面進(jìn)行調(diào)平；雷達(dá)工作結(jié)束后，可將雷達(dá)天線全部撤收回艙內(nèi)。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 基本組成

天線升降調(diào)平機(jī)構(gòu)主要由一級升降機(jī)構(gòu)、二級升降機(jī)構(gòu)和調(diào)平機(jī)構(gòu)組成。一級升降機(jī)構(gòu)主要任務(wù)是將雷達(dá)天線升出艙外，但因結(jié)構(gòu)因素影響不能把全部雷達(dá)天線升出艙外。二級升降機(jī)構(gòu)是對一級升降機(jī)構(gòu)的補(bǔ)充，它能夠?qū)⒗走_(dá)天線升到艙外預(yù)定的高度。調(diào)平機(jī)構(gòu)是將天線升降調(diào)平機(jī)構(gòu)上的天線安裝面調(diào)整到與水平面平行的位置。天線升降調(diào)平機(jī)構(gòu)的基本組成見圖1。

2.2 工作原理

雷達(dá)天線架設(shè)過程：一級升降電機(jī)先通電旋轉(zhuǎn)，帶動主動鏈輪旋轉(zhuǎn)，再經(jīng)鏈條帶動從動鏈輪和四個(gè)一級升降絲桿同步轉(zhuǎn)動，從而將一級升降板升至艙頂壁。一級升降板達(dá)限位高度時(shí)，一級升降行程開關(guān)動作，電機(jī)斷電，同時(shí)二級升降電機(jī)通電工作，通過圓錐齒輪、鏈輪、鏈條傳動，帶動三根二級升降絲桿同步轉(zhuǎn)動，將二級升降板舉升。當(dāng)二級升降板升至預(yù)定高度時(shí)，二級升降機(jī)構(gòu)行程開關(guān)動作，二級升降電機(jī)斷電。然后，調(diào)平系統(tǒng)開始工作，當(dāng)安裝在天線安裝板上的傾角傳感器感應(yīng)出天線安裝板沒有水平時(shí)，控制系統(tǒng)會自動啟動X軸調(diào)平電機(jī)和Y軸調(diào)平電機(jī)動作，帶動調(diào)平絲桿調(diào)整萬向架和天線安裝板的位置，直至傾角傳感器顯示水平。天線撤收過程的動作順序與架設(shè)相反，首先，控制系統(tǒng)指令天線調(diào)平歸位（即調(diào)平機(jī)構(gòu)使天線安裝板回到架設(shè)前的位置），歸位后，二級升降機(jī)構(gòu)開始下降，其行程到位后，一級升降機(jī)構(gòu)開始下降，到位后停止。

3 主要設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1 螺紋自鎖

升降調(diào)平機(jī)構(gòu)所有螺旋副均采用梯形螺紋，能夠自鎖，不需另加自鎖裝置，這樣天線升降調(diào)平機(jī)構(gòu)在行程范圍內(nèi)升降到任意高度位置都可以停止使用，且長時(shí)間停留無下沉現(xiàn)象。

螺紋自鎖條件：λ≤ρ1，其中λ—螺紋升角，ρ1—當(dāng)量摩擦角

其中S—螺紋導(dǎo)程，d2—螺紋中徑。

其中f—材料摩擦因數(shù)，α—螺紋牙形角。

3.2 電動機(jī)功率確定

升降調(diào)平機(jī)構(gòu)共有4臺電機(jī)驅(qū)動，分別是一級升降電機(jī)、二級升降電機(jī)和調(diào)平電機(jī)（調(diào)平電機(jī)2臺）。每個(gè)電機(jī)最終均是帶動絲杠旋轉(zhuǎn)使絲母上升，所以電機(jī)動率確定方式相同。

電機(jī)功率公式是：

其中，η總—傳動鏈總效率；F—螺紋軸向載荷；n—絲杠轉(zhuǎn)速

3.3 架設(shè)、調(diào)平和撤收時(shí)間

升降調(diào)平機(jī)構(gòu)的架設(shè)、調(diào)平和撤收是通過絲杠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為絲母的直線運(yùn)動實(shí)現(xiàn)的。因此，升降調(diào)平機(jī)構(gòu)的架設(shè)、調(diào)平和撤收時(shí)間就是絲母完成直線行程的時(shí)間。

時(shí)間計(jì)算公式：

其中L—絲母行程

圖1

圖2

3.4 螺紋的耐磨性設(shè)計(jì)計(jì)算：

其中[p]—許用壓強(qiáng)，φ—對于整體式螺母，取1.2～2.5。

3.5 螺紋牙根的剪切強(qiáng)度校核計(jì)算：

其中d1—螺母螺紋大徑；b—螺紋牙根部厚；z—螺母的旋合圈數(shù)；[τ]—螺母許用剪切應(yīng)力

3.6 螺紋牙根部彎曲強(qiáng)度校核計(jì)算：

其中，h—螺紋牙工作高度；[σ]b—螺母許用彎曲應(yīng)力。

4 國軍標(biāo)環(huán)境適應(yīng)性要求的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

GJB42395《裝備環(huán)境工程通用要求》對環(huán)境適應(yīng)性的定義是: 裝備在其壽命期預(yù)計(jì)可能遇到的各種環(huán)境的作用下能實(shí)現(xiàn)其所有預(yù)定功能和性能和（或）不被破壞的能力。環(huán)境因素包括：溫度，濕度，雨，雪，鹽霧，日光及風(fēng)沙等。以下內(nèi)容闡述了升降調(diào)平機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)方面是如何滿足國軍標(biāo)環(huán)境適應(yīng)性要求的。

4.1 防淋雨、防沙塵設(shè)計(jì)

在架設(shè)狀態(tài)下，升降調(diào)平機(jī)構(gòu)大部分結(jié)構(gòu)伸出到艙外。此時(shí)，需要采取防淋雨、防沙塵措施的位置有兩處。一級升降板與艙頂板之間使用密封膠圈密封，一級升降板上升到最高點(diǎn)時(shí)膠圈與艙頂板接觸實(shí)現(xiàn)密封，可以防止雨水和塵土通過此處縫隙進(jìn)入艙內(nèi)。二級升降機(jī)構(gòu)架體與天線之間采用防雨膠布扎制的碟狀件密封，一端固定在二級升降機(jī)構(gòu)的架體上面，一端固定在雷達(dá)天線的外圓上，這樣，二級升降機(jī)構(gòu)和調(diào)平機(jī)構(gòu)與外部環(huán)境隔離（見圖2）。通過以上措施，天線升降調(diào)平機(jī)構(gòu)只有一級升降板和二級升降機(jī)構(gòu)架體與外部環(huán)境接觸，滿足標(biāo)準(zhǔn)GJB150中關(guān)于淋雨和沙塵的環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)要求。

4.2 高、低溫設(shè)計(jì)

標(biāo)準(zhǔn)GJB150對溫度試驗(yàn)指標(biāo)作了定量要求，工作溫度為-40℃～+55℃，貯存溫度為-50℃～+70℃。升降調(diào)平機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)中充分考慮了高、低溫環(huán)境要求，選擇的電動機(jī)和減速機(jī)自身在高、低溫環(huán)境中能夠正常穩(wěn)定工作；選擇電器元件和潤滑油脂滿足高、低溫環(huán)境指標(biāo)；另外，非金屬零件盡量采用膨脹系數(shù)小的材料，避免在溫度變化時(shí)熱脹冷縮、增加摩擦損耗、降低效率甚至出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象。

4.3 振動、沖擊設(shè)計(jì)

為了使天線升降調(diào)平機(jī)構(gòu)在經(jīng)受振動、沖擊環(huán)境作用時(shí)和作用后能正常工作，且結(jié)構(gòu)不發(fā)生累積疲勞損傷，再設(shè)計(jì)中作了以下工作：在架設(shè)狀態(tài)下，使用4個(gè)鎖緊螺母把一級升降板和艙頂板固定一起，使升降調(diào)平機(jī)構(gòu)與方艙形成剛性連接；在天線和一級升降板之間掛上鋼絲繩，用鎖具螺旋扣調(diào)整鋼絲繩松緊。這樣，天線、升降調(diào)平機(jī)構(gòu)和方艙整體形成剛性件（見圖2）。在撤收狀態(tài)下，使用4個(gè)鎖緊螺母把一級升降板和艙底板固定一起；同樣，在天線和一級升降板之間掛上鋼絲繩，用鎖具螺旋扣調(diào)整鋼絲繩松緊。另緊固件裝有防松墊圈，承受載荷較大的緊固件安裝時(shí)還要滴上厭氧膠。

4.4 “三防”設(shè)計(jì)

雷達(dá)產(chǎn)品，特別是工作在沿海地區(qū)的雷達(dá)產(chǎn)品，要經(jīng)受濕熱、霉菌、太陽輻射等嚴(yán)酷環(huán)境的考驗(yàn)，要保證產(chǎn)品壽命期間無故障地工作，三防技術(shù)是不可忽視的。三防防護(hù)設(shè)計(jì)就是對系統(tǒng)設(shè)備和某些特定單元采取的防濕熱，防霉菌，防鹽霧腐蝕的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)方法和防護(hù)工藝措施。三防設(shè)計(jì)的關(guān)鍵主要是防止金屬表面凝結(jié)空氣中水分，構(gòu)成腐蝕通道。對于機(jī)械結(jié)構(gòu)來講，主要是采取正確的零件材料表面處理技術(shù)和合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。升降調(diào)平機(jī)構(gòu)充分考慮了三防設(shè)計(jì)：（1）黑色金屬表面采用噴鋅或鍍鋅工藝，然后噴底漆和面漆；（2）鋁材選用防銹鋁合金LF21，表面陽極氧化；（3）銅材表面氧化，然后噴底漆和面漆；（4）傳動接觸面用潤滑指保護(hù)；（5）絲杠選用不銹鋼材料；（6）電動機(jī)和減速箱進(jìn)行密封設(shè)計(jì)；（7）避免形成積水結(jié)構(gòu)，造成積水處腐蝕；（8）避免零件間出現(xiàn)容易積水的縫隙，縫隙一旦腐蝕很難根治，所以螺紋連接處涂抹密封膠，焊接結(jié)構(gòu)不能夠滿焊的位置要進(jìn)行焊縫填充；（9）緊固件采用不銹鋼材料。

結(jié)語

升降調(diào)平機(jī)構(gòu)雷達(dá)工作時(shí)把天線升至艙項(xiàng)部，行軍時(shí)把天線降到艙內(nèi)，降低拖車重心，避免運(yùn)輸超高，從而使雷達(dá)具有很好的機(jī)動性和隱蔽性。升降調(diào)平機(jī)構(gòu)可代替車體支腿調(diào)平機(jī)構(gòu)，并且整體調(diào)平更有效。該機(jī)構(gòu)采用普通絲杠傳動，具有自鎖性，能夠獲得較高的定位精度，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，加速時(shí)無顫動，低速時(shí)不爬行，結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低。

[1]朱鐘淦，葉尚輝.天線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[D].西安電子科技大學(xué).

[2]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社.

[3]劉鴻文.材料力學(xué)[M].北京:高等教育出版社.

[4]陳鐵鳴.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.

TN95 < class="emphasis_bold"> 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

A