某無人值守雷達天線座改進設(shè)計

何文杰，張臘梅

（中國電子科技集團公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088）

隨著國家綜合實力的提升，保障我國領(lǐng)土、領(lǐng)海和領(lǐng)空安全的需求日益重要。故探測敵對勢力和恐怖組織的襲擊，保護國民安全和領(lǐng)土安全的職責越發(fā)重要。三坐標目標指示雷達具有全天候快速探測和定位功能，具有較高的探測精度。為了邊疆、高原、極寒等惡劣環(huán)境下的空間監(jiān)視，在無人值守條件下，雷達長時間無故障工作對整個雷達系統(tǒng)的可靠性提出了更高的要求。

本文研究的天線座是三坐標目標指示雷達實現(xiàn)長時間無人值守功能的基礎(chǔ)所在，通過對天線座驅(qū)動結(jié)構(gòu)和測角裝置等關(guān)鍵部件冗余設(shè)計、傳動系統(tǒng)浸油潤滑及狀態(tài)監(jiān)測裝置等一系列設(shè)計來滿足無人值守天線的長時間運轉(zhuǎn)。

1 天線座結(jié)構(gòu)設(shè)計

天線座包括轉(zhuǎn)盤、底座、回轉(zhuǎn)支承、驅(qū)動系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)組合和方位編碼器等單元[1-2]。天線座是為天線組合提供旋轉(zhuǎn)動力，使天線波束沿順時針進行方位掃描[3-4]。天線座在原有基礎(chǔ)上進行改進設(shè)計，更改的原則是盡量在原有的設(shè)計基礎(chǔ)上改進，提高系統(tǒng)可靠性，延長維護周期。

改進設(shè)計主要包括驅(qū)動機構(gòu)和方位編碼器采用雙套冗余的結(jié)構(gòu)，將單驅(qū)動電機、單控制單元改為雙驅(qū)動電機和雙控制單元，并保證單電機工作能驅(qū)動天線正常轉(zhuǎn)動。同時為縮短維護周期，提高系統(tǒng)可靠性，驅(qū)動系統(tǒng)采用浸油潤滑代替?zhèn)鹘y(tǒng)的脂潤滑。

2 熱冗余設(shè)計

2.1 雙電機設(shè)計

原轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)采用單套驅(qū)動機構(gòu)，如圖1（a）所示，驅(qū)動機構(gòu)選用SEW伺服減速電機，額定功率7.5 kW。安裝方式為側(cè)面法蘭螺栓固連，回轉(zhuǎn)支撐外齒與減速電機輸出端小齒輪嚙合處為脂潤滑。為了增加整個雷達系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的可靠性，在改進方案中，天線座采用了兩套驅(qū)動機構(gòu)，結(jié)構(gòu)如圖1（b）所示，單個減速電機的額定功率仍為7.5 kW，安裝方式為軸向端面安裝。雷達正常開機條件下，單個電機工作，當檢測到電機狀態(tài)，如電流突變時，切掉此電機電源，快速啟動另一電機開始工作，通過此操作來達到天線正常工作的目的。

為了能夠更好地切換兩個電機的工作狀態(tài)，在驅(qū)動機構(gòu)中加入單向離合器，其具有單向傳動和接合容易的特點，實現(xiàn)了兩套機構(gòu)的無縫切換。單向離合器能夠使得回轉(zhuǎn)支撐旋轉(zhuǎn)時，冗余備份的非工作電機不會被嚙合傳動，保證了轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)在不間歇工作下的維護。此結(jié)構(gòu)形式可靠性好，安全性高，拆卸維護減速電機方便。

圖1 電機安裝

2.2 雙編碼器設(shè)計

本套轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)在原系統(tǒng)單編碼器（見圖2（a））上采用了雙編碼器，如圖2（b）所示。編碼機構(gòu)中，通過雙片齒輪來消除回轉(zhuǎn)支撐外齒與編碼機構(gòu)輸入齒輪之間的齒隙可以消除齒輪間隙，且設(shè)計有1∶1傳動機構(gòu)，使得編碼器采集的角度信號與天線旋轉(zhuǎn)角度保持一致，保證了轉(zhuǎn)臺方位角測量的準確性。除此之外，在改進設(shè)計方案中，編碼機構(gòu)的冗余設(shè)計，能夠?qū)崿F(xiàn)在某一編碼器出現(xiàn)故障時，繼續(xù)保證系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。

3 潤滑系統(tǒng)設(shè)計

原天線座內(nèi)傳動系統(tǒng)采用脂潤滑，潤滑脂在低溫條件下黏稠系數(shù)會變大，過多的潤滑脂會增加電機啟動力矩，影響電機的穩(wěn)定性，降低整個系統(tǒng)的可靠性。而注入過少的潤滑脂時，隨著齒輪嚙合而引起的脂消耗會增加天線座維護的次數(shù)，縮短整個雷達系統(tǒng)的維護周期，無法滿足無人值守條件下的長周期免維護的指標要求。在此條件下，本方案中天線座傳動系統(tǒng)采用浸油潤滑，將整個齒輪嚙合區(qū)域設(shè)計成近似封閉空間，工作時通過向該空間內(nèi)注入航空低溫潤滑油，使電機減速機齒輪、編碼機構(gòu)雙片齒輪和回轉(zhuǎn)支撐外齒始終處于油液潤滑狀態(tài)，延長天線座維護時間，保障無人值守條件下天線的長時間正常工作。

圖2 編碼器安裝

3.1 遠程監(jiān)控的設(shè)計

整個系統(tǒng)采用浸油潤滑，并在轉(zhuǎn)臺上設(shè)計了油溫和油位的檢測設(shè)備，將信號集成至監(jiān)控終端，隨時監(jiān)控潤滑情況，保證潤滑系統(tǒng)的正常工作。

3.2 密封設(shè)計

天線座內(nèi)浸油空間與外界需采用密封設(shè)計，與浸油空間靜態(tài)密封處，均采用O型密封圈密封；與浸油空間動態(tài)密封處，采用旋轉(zhuǎn)油封與迷宮結(jié)構(gòu)設(shè)計來達到密封效果。與此同時，拆除回轉(zhuǎn)支承上下兩道密封圈，利于潤滑油進入側(cè)壁后的回油。注油口內(nèi)壁有上下油位線，保證每次注油都位于齒輪高度中心線左右，如圖3所示，此外還在底座外壁上設(shè)計有油位計，用于觀察潤滑油位置，具體的各潤滑裝置安裝示意如圖4所示。

圖4 各潤滑裝置安裝示意

4 結(jié)語

該無人值守雷達是在原三坐標目標指示雷達基礎(chǔ)上進行改進設(shè)計，通過對天線座的電機減速機、編碼機構(gòu)等冗余設(shè)計來保障整個系統(tǒng)的可靠性。此外，通過密封設(shè)計、潤滑油狀態(tài)監(jiān)測、浸油潤滑來保證齒輪傳動的可靠性，進而延長維護維修周期，達到無人值守長時間工作的指標要求。

[參考文獻]

[1]張潤逵，戚仁欣，張樹雄.雷達結(jié)構(gòu)與工藝[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

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

[3]張臘梅.某地面雷達天線座設(shè)計[J].電子機械工程，2007（23）：27-30.

[4]王健石，胡克全，吳傳志.電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊[M].北京：電子工業(yè)出版社，1993.