車載活動艙及組合升降平臺設計

鄧連輝 羅端華 趙柏程

摘要：為滿足X型軍用雷達天線裝車要求，需要設計車載活動艙及組合升降平臺。通過GJB150規(guī)范對其傳動鏈受力和速度等參數(shù)進行計算分析，并研究車載工況下活動艙及升降平臺受力工況。根據(jù)系統(tǒng)設計要求，擬定出活動艙的布局和組合升降平臺的原理圖，進行元器件計算分析，確定出符合設計要求的車載活動艙及組合升降平臺。

關鍵詞：活動艙 ?組合升降平臺 ?設計

1前言

活動艙與組合升降平臺固定在專用車輛上，實現(xiàn)X型地面固定導航站向集成式機動導航站的全面升級。為實現(xiàn)在執(zhí)行任務期間完成雷達天線的迅速可靠的展開工作和安全防護功能，設計活動方艙與組合升降平臺，其是導航站的重要組成部分，其性能優(yōu)劣直接決定導航站的可靠性。通過自主開發(fā)四桿聯(lián)動升降技術、軟件控制技術、輕量化方艙技術，解決高度集成、快速機動、靈活部署需求，解決大載荷升降平臺承載、方艙剛強度方面的問題[1-2]。

2系統(tǒng)設計要求

活動艙內主要安裝雷達天線和升降平臺，通過升降平臺和活動艙頂蓋組合的方式來實現(xiàn)雷達天線的展開狀態(tài)和收藏狀態(tài)的切換。主要的技術性能要求如下。

a）應符合GJB150的規(guī)定，滿足垂直2.2g橫向1.62g縱向2.05g振動要求。

b）承載5.5t，升降行程1950mm的工作時間不大于2min。

c） 活動艙頂蓋可向兩側開啟，開啟后距離艙頂不小于290mm，到位時間不大于0.5min。

d）活動艙頂蓋的開啟和關閉、升降平臺的升降可由上位機車控終端進行控制，通信方式為CAN總線通信。

3主要性能計算分析

3.1運動分析

本系統(tǒng)采用兩個平行四邊形連桿機構驅動活動艙頂蓋翻轉運動，采用四桿聯(lián)動升降機支持平臺升降運動。

根據(jù)設計要求，頂蓋活動取行程L1=300mm，時間取t1=28s，則開啟或關閉速度為v1=L1/t1=300/30=10.7mm/s≈0.011m/s。升降取行程L2=1960mm，時間取t2=118s，則上升或下降速度為v2=L2/t2=1960/118=16.6mm/s=0.016m/s。作速度循環(huán)圖如圖1。

3.2負載分析

當活動艙頂蓋翻轉到位打開，升降平臺升起到位即處于展開狀態(tài)，當升降平臺降落到位，活動艙頂蓋翻轉到位關閉即處于收藏狀態(tài)?；顒优擁斏w與升降平臺運動順序控制與互鎖均通過電氣控制系統(tǒng)控制。開始活動艙頂蓋運動時的外負載為頂蓋重力、連桿機構摩擦力和頂蓋慣性力，恒速時的外負載為頂蓋重力和連桿機構摩擦力，減速時的外負載為頂蓋重力、連桿機構摩擦力和頂蓋慣性力。然后升降平臺開始運動時的外負載為平臺的重力、傳動機構摩擦力和慣性力，恒速時的外負載為平臺重力和傳動機構摩擦力，減速時的外負載為平臺重力、傳動機構摩擦力和平臺慣性力。關閉下降階段與開啟上升階段相似。除外負載外，作用在各傳動件的摩擦阻力Fm，其大小與傳動方式有關，通常計入傳動系統(tǒng)的機械效率中（設翻蓋機構的效率cm1=0.9，設升降平臺效率cm2=0.4）。由于負載工作速度很小，可忽略慣性力[3-4]。

根據(jù)設計要求，頂蓋負載為180kg，考慮風雪天氣等影響取頂蓋負載m1為280kg;平臺負載為5500kg，考慮雷達天線重心偏移和風雪天氣等影響，取平臺負載m2為7000kg。為了便于加工和滿足升降平臺同步要求，這里四個升降機型號和尺寸一樣。

4活動艙及組合升降平臺方案設計

4.1布局設計

活動艙內安裝有升降平臺，為保證遮護要求，在活動艙上方安裝有一個活動頂蓋，運輸或儲存狀態(tài)下處于閉合狀態(tài)，在執(zhí)行任務時則處于打開狀態(tài)。

升降平臺分為天線托盤、升降裝置和驅動換向裝置三部分，天線托盤上裝雷達天線，升降裝置由四個絲桿升降機組成，為提高傳動效率，將升降機的滑動螺母絲桿改為滾珠螺母絲杠。傳動系統(tǒng)下部安裝在活動艙底壁上，上部安裝與活動頂蓋支架可靠連接，由驅動換向裝置驅動升降裝置，使天線托盤上下直線運動。

4.2同步性分析

采用一個電機驅動，確保4根滾珠絲杠的同步性能。

托盤升起前后的角度偏差為a=2′。因為四根起升絲桿之間距離為2400×1900mm，最大距離偏差的邊為2400，最大允許偏差距離δ=2400*tana=1.4mm。

1）升降機誤差

影響托盤平行度的主要因素為絲桿升降平臺的往返定位精度，升降機的往返定位誤差主要由蝸輪蝸桿的間隙所產生，在輸入軸正反轉的時候，會有一段空行程產生，導致絲桿的反向移動的時候產生誤差，此誤差對平行度的影響又取決于每臺升降機之間的誤差絕對值，因為如果四臺升降機誤差一致的話，它們因為平臺和載荷重量作用之下，蝸輪蝸桿始終單面接觸，誤差是同步的，即不會產生理論上的誤差絕對值的情況。而，如果它們之間的誤差不一致時，由于每臺升降機出廠時的誤差在0.1-0.5mm，即最大和最小誤差時，其絕對值為0.6mm。

2）絲桿螺距誤差

滾珠絲桿的螺距加工誤差為±0.05mm。絲桿升降機移動定位精度主要取決于絲桿的螺距誤差，也就是說，使用滾珠絲桿走完單向行程誤差是±0.05mm。

3）安裝精度

安裝調試對基準面平行度的誤差主要體現(xiàn)在：各種連接軸和聯(lián)軸器以及升降換向機構之間的傳動一致性。而影響一致性的主要因素是傳動的不同步，傳動機構之間通過鍵和聯(lián)軸器連接，聯(lián)軸器對偏差值的影響值太小，此處計入經(jīng)驗值±0.1mm。鍵與鍵槽的連接在現(xiàn)場通過人員安裝，影響頗大，調試不好的鍵與鍵槽其啟動和停止時有沖擊力矩，噪音大，誤差也大。我方，人員調試后啟停沖擊造成的誤差一般在0.1-0.3mm之間。

綜上，托盤運行過程中，會產生的誤差：

δ1=0.6+0.05+0.3=0.95mm<預期1.4mm。可達到預期的平行度要求。

5活動艙及組合升降平臺驗證

計算車載運輸時，按GJB150的規(guī)定，驗證垂直2.2g橫向1.62g縱向2.05g振動的受力情況。

5.1材料基本參數(shù)

托盤材料為Q345B，絲桿材料為1Cr15Co14，蝸桿材料為45鋼，渦輪材料為ZCuAl9Fe4，艙體材料為Q235B，材料參數(shù)如下表所示：

利用Creo建立天線座三維實體模型，保存文件格式為x.t，再導入到Ansys Workbench重新生成三維實體模型?？梢詫δＰ瓦M行前處理，以便于后續(xù)有限元網(wǎng)格劃分，提高計算速度和準確性。在不影響其結構物理性能的前提下，去掉模型中無關的圓角及其他特征。

5.2有限元模型

在進行分析之前必須先定義模型材料屬性，然后對其進行網(wǎng)格劃分，由于本模型結構相對簡單，故采用自動網(wǎng)格劃分即可滿足要求。有限元模型如下圖所示。

5.3計算結果

經(jīng)Ansys Workbench計算，天線座的變形云圖及等效應力云圖如下圖所示：

從應力云圖中可以看出，其最大等效應力分別約為54Mpa，在骨架下部位置，骨架的屈服強度為235MPa，結構的強度滿足設計要求，在工況三下托盤強度安全系數(shù)約為4。從變形云圖中可以看出，其最大位移為0.68mm，在骨架上部位置，滿足結構剛度設計要求

6結論

本文通過載活動艙及組合升降平臺的深入研究，經(jīng)設計分析及計算，采用Ansys Workbench進行有限元仿真驗證，結構設計的強度和剛度均符合設計要求，保證了升降平臺的可靠性和經(jīng)濟性。

參考文獻

[1]盛先莉. 軍用方艙艙體屏蔽設計要求及措施[J]. 內燃機與配件，2019（16）：117-118.

[2]馮文明. 典型軍用車載方艙設計研究[J]. 軍民兩用技術與產品，2018（24）.

[3]刁世倫，王鵬飛. 基于車載雷達天窗與升降機構機電控制系統(tǒng)設計[J]. 電子技術與軟件工程，2015，000（008）：P.170-170.

[4]賈彥輝，石偉朝，李建軍，等. FAST艙?？科脚_升降立柱的結構設計與力學分析[J]. 機電工程技術，2020，v.49;No.336（03）：139-140+195.