張臘梅，王 磊

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所， 安徽 合肥 230088)

大型雷達(dá)天線(xiàn)自動(dòng)定位插銷(xiāo)機(jī)構(gòu)

張臘梅，王 磊

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所， 安徽 合肥 230088)

由于大型雷達(dá)天線(xiàn)的定位和鎖定功能獨(dú)立，高精度的定位鎖定很難實(shí)現(xiàn)。為簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)，提高系統(tǒng)可靠性，設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)定位插銷(xiāo)機(jī)構(gòu)。文中闡述了該機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理。由于錐度作用，插銷(xiāo)系統(tǒng)對(duì)該天線(xiàn)陣面具有自動(dòng)調(diào)心修正功能，并通過(guò)控制延遲時(shí)間使錐銷(xiāo)每次位置保持一致。經(jīng)實(shí)際標(biāo)定測(cè)試，重復(fù)定位精度達(dá)到0.01°。該機(jī)構(gòu)不僅具有通用插銷(xiāo)機(jī)構(gòu)的所有功能，而且還具有定位鎖定功能，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、合理、緊湊，構(gòu)思巧妙，解決了大型雷達(dá)天線(xiàn)高定位精度和重復(fù)定位精度難以實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題，具有一定的應(yīng)用推廣價(jià)值。

大型雷達(dá)；自動(dòng)定位；插銷(xiāo)

引 言

目前雷達(dá)天線(xiàn)的定位和鎖定功能基本是分開(kāi)實(shí)現(xiàn)的，定位靠傳動(dòng)系統(tǒng)和伺服控制軟件的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)，鎖定靠手動(dòng)或自動(dòng)插銷(xiāo)實(shí)現(xiàn)，而定位精度完全依賴(lài)于傳動(dòng)系統(tǒng)精度、角度反饋元件精度及伺服控制軟件的精度。因此，要實(shí)現(xiàn)到位后的精確鎖定，對(duì)定位精度的要求就很高，對(duì)于大中型雷達(dá)天線(xiàn)而言，實(shí)現(xiàn)起來(lái)很難。而且以往大部分產(chǎn)品沒(méi)有精確角度鎖定，少數(shù)產(chǎn)品只能實(shí)現(xiàn)單角度鎖定。同時(shí)，由于雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，目標(biāo)探測(cè)精度要求越來(lái)越高，對(duì)雷達(dá)天線(xiàn)的定位精度要求也越來(lái)越高，而且定位要求實(shí)現(xiàn)多角度可調(diào)[1]。因此，有必要提供集精確定位及鎖定功能于一體的自動(dòng)插銷(xiāo)機(jī)構(gòu)。

某大型雷動(dòng)天線(xiàn)俯仰角度需進(jìn)行多角度調(diào)整，調(diào)整后需精確重復(fù)定位。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，為保證高的定位精度和重復(fù)定位精度，對(duì)伺服結(jié)構(gòu)和控制的精度要求很高，而對(duì)于大型雷達(dá)天線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常困難。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，本文提出了一種大型雷達(dá)天線(xiàn)自動(dòng)定位插銷(xiāo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。天線(xiàn)在伺服指令控制下停止俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，自動(dòng)插銷(xiāo)動(dòng)作，在銷(xiāo)錐度的作用下實(shí)現(xiàn)天線(xiàn)的自動(dòng)定心，保證重復(fù)定位精度[2]。

1 插銷(xiāo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

自動(dòng)定位插銷(xiāo)機(jī)構(gòu)主要由動(dòng)力液壓缸、定位支座、錐銷(xiāo)、鎖緊盤(pán)、防轉(zhuǎn)銷(xiāo)、密封圈及接近開(kāi)關(guān)等部分組成，如圖1所示。

圖1 插銷(xiāo)結(jié)構(gòu)圖

液壓缸包括缸體和活塞桿2部分，活塞桿在液壓油壓力作用下在缸體內(nèi)進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)，缸體外圓端面設(shè)有定位止口，通過(guò)止口安裝固定在定位支座上，活塞桿直接安裝在定位銷(xiāo)端頭定位孔內(nèi)。由于錐銷(xiāo)無(wú)方向性，因此在活塞桿導(dǎo)向部分和錐銷(xiāo)端頭鏜有銷(xiāo)孔，用銷(xiāo)釘在銷(xiāo)孔處限位以防止錐銷(xiāo)旋轉(zhuǎn)。進(jìn)出油口都設(shè)在液壓缸體外露部分。錐銷(xiāo)孔直接設(shè)計(jì)在傳動(dòng)軸末端的傳動(dòng)齒輪上，傳動(dòng)齒輪根據(jù)不同的鎖定角度，設(shè)計(jì)多個(gè)銷(xiāo)孔位置，如圖2所示。此插銷(xiāo)機(jī)構(gòu)組裝完畢，可以作為一個(gè)小部件定位安裝在基座上，然后連接液壓管路，十分方便快捷[3]。

圖2 傳動(dòng)齒輪

由于雷達(dá)天線(xiàn)尺寸較大，采用雙支臂式俯仰支撐機(jī)構(gòu)，兩支撐點(diǎn)的跨距較大，故在天線(xiàn)兩側(cè)支臂各布置一套該插銷(xiāo)機(jī)構(gòu)即可實(shí)現(xiàn)定位。因雷達(dá)天線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，所以伺服很難保證很高的定位精度。當(dāng)伺服定位在某個(gè)角度時(shí)，插銷(xiāo)油缸工作，帶動(dòng)錐銷(xiāo)伸出，插入銷(xiāo)孔，每次錐銷(xiāo)行程基本一致，以保證天線(xiàn)俯仰角的重復(fù)定位精度。插銷(xiāo)插入后可實(shí)現(xiàn)高速軸和低速軸同時(shí)制動(dòng)，插銷(xiāo)油缸動(dòng)力關(guān)閉，插銷(xiāo)動(dòng)作結(jié)束。在插銷(xiāo)插入和拔出到位后均有行程開(kāi)關(guān)信號(hào)輸出[4]。

為保證錐銷(xiāo)的伸出完全到位，活塞桿的實(shí)際行程比設(shè)計(jì)行程稍大。錐銷(xiāo)伸出到位后，其中1個(gè)接近開(kāi)關(guān)的信號(hào)燈亮，插銷(xiāo)繼續(xù)動(dòng)作，通過(guò)延遲時(shí)間確保錐銷(xiāo)完全到達(dá)設(shè)計(jì)位置。該機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙，操作簡(jiǎn)便，能大大降低傳動(dòng)系統(tǒng)和伺服控制的精度要求。

2 插銷(xiāo)力學(xué)分析

圖3所示為銷(xiāo)和錐套的力學(xué)模型，圖4為錐的力學(xué)模型。圖中，F(xiàn)為液壓油缸的軸向推力；α為插銷(xiāo)及錐套的錐度；N1為錐套與齒輪或銷(xiāo)與基座的正壓力；f1為正壓力所產(chǎn)生的摩擦力；R1為N1與f1的合力；β為R1與N1的夾角，即摩擦角。

圖3 銷(xiāo)和錐套的力學(xué)模型

圖4 銷(xiāo)的受力簡(jiǎn)圖

根據(jù)圖3所示的銷(xiāo)的力學(xué)模型，得到銷(xiāo)的受力簡(jiǎn)圖，如圖4所示。由力的三角形關(guān)系可得力的三角模型，如圖5所示。

圖5 三角模型

經(jīng)推導(dǎo)計(jì)算得：

F=N1(tg(α+β)+tgβ)

錐銷(xiāo)是靠軸向力壓入銷(xiāo)孔內(nèi)的，一旦發(fā)生自鎖將很難拔出來(lái)，因此斜角α應(yīng)取得較大，至少大于錐銷(xiāo)與銷(xiāo)孔的摩擦角。當(dāng)摩擦系數(shù)μ取為0.12時(shí)，β為6.843°。設(shè)計(jì)中斜角α一般取為10°～14°，國(guó)外一些類(lèi)似產(chǎn)品多取為14°，文中錐銷(xiāo)的斜角α取為14°。

3 插銷(xiāo)調(diào)整

該插銷(xiāo)除結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)外，裝配調(diào)整也是考慮的重要環(huán)節(jié)。錐銷(xiāo)和銷(xiāo)孔的對(duì)中度不但直接影響天線(xiàn)的定位精度和重復(fù)定位精度，而且對(duì)插銷(xiāo)、銷(xiāo)套的受力影響也較大。錐銷(xiāo)的外圓錐面與銷(xiāo)孔的內(nèi)圓錐面在加工時(shí)要求配磨，以保證圓錐面的一致性，從根本上保證銷(xiāo)和銷(xiāo)孔的配合和對(duì)中程度。在裝配時(shí)，由于銷(xiāo)和銷(xiāo)孔屬于獨(dú)立部件，需單獨(dú)裝配，裝配時(shí)只需調(diào)整插銷(xiāo)的位置即可。調(diào)整方法也非常簡(jiǎn)單，如圖6所示，通過(guò)插銷(xiāo)座四周頂絲座上安裝的頂絲可調(diào)整插銷(xiāo)在水平面上2個(gè)方向的平動(dòng)和繞中心軸的旋轉(zhuǎn)；通過(guò)插銷(xiāo)座上的頂絲可調(diào)整插銷(xiāo)的高低和多方向的傾斜，在調(diào)整的過(guò)程中需實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)銷(xiāo)外錐面與銷(xiāo)孔內(nèi)錐面的接觸情況。

圖6 插銷(xiāo)調(diào)整頂絲示意圖

在插銷(xiāo)調(diào)整前，采用計(jì)量方法事先標(biāo)定好天線(xiàn)陣面的某個(gè)角度，作為準(zhǔn)確角度記入伺服控制系統(tǒng)，繼而鎖定天線(xiàn)陣面，開(kāi)始調(diào)整該角度下的插銷(xiāo)系統(tǒng)，以保證錐銷(xiāo)和銷(xiāo)孔的配合接觸良好，并繼續(xù)旋轉(zhuǎn)至下一個(gè)天線(xiàn)工作角度。齒輪上各個(gè)銷(xiāo)孔對(duì)齒輪中心的旋轉(zhuǎn)精度要求很高，高的加工精度可保證天線(xiàn)即齒輪在旋轉(zhuǎn)某個(gè)角度后，插銷(xiāo)依然能很準(zhǔn)確地插入對(duì)應(yīng)的銷(xiāo)孔內(nèi)。

4 結(jié)束語(yǔ)

該自動(dòng)插銷(xiāo)可應(yīng)用于大型雷達(dá)天線(xiàn)的方位或俯仰自動(dòng)定位，解決了大型雷達(dá)天線(xiàn)伺服定位高精度難以保證的問(wèn)題，錐銷(xiāo)的自動(dòng)定心功能也解決了傳統(tǒng)柱銷(xiāo)定心難和插拔困難的問(wèn)題。目前，它已成功應(yīng)用于某大型雷達(dá)天線(xiàn)的多角度自動(dòng)定位，重復(fù)定位精度優(yōu)于0.01°，而且插拔方便、快捷，是兼自動(dòng)定位和安全保護(hù)插銷(xiāo)功能于一體的小型機(jī)構(gòu)。但由于是首次應(yīng)用，在后期的推廣應(yīng)用中可能會(huì)發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題，這需要對(duì)它進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。

[1] 葉尚輝, 李在貴. 天線(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M]. 西安: 西北電訊工程學(xué)院出版社, 1986.

[2] 周宛華. 浮動(dòng)錐銷(xiāo)定位在工裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]. 機(jī)械工人·冷加工, 1998(8): 16．

[3] 張學(xué)周. 新型自動(dòng)插銷(xiāo)機(jī)構(gòu)[J]. 金屬加工, 2013(10): 47．

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

張臘梅(1980-)，女，高級(jí)工程師，主要從事雷達(dá)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。

Automatic Locating Latch Mechanism for Large Radar Antenna

ZHANG La-mei，WANG Lei

(The38thResearchInstituteofCETC,Hefei230088,China)

It is difficult to realize high-precision positioning and locking for the large radar antenna because the positioning and locking functions are independent. An automatic positioning latch mechanism is designed to simplify the mechanism and improve the reliability of the system. In this paper the characteristics and operation principle are introduced. The latch has automatic correction function for the antenna because of the taper. Besides，the latch can keep at the same position every time through the delay time control. The actual calibration test shows that the positioning precision is up to 0.01°. This mechanism not only has all functions of the common latch mechanism, but also has the automatic positioning & locking function. The structure of this cleverly designed latch mechanism is simple, reasonable and compact. It can solve the problem of high-precision positioning and repetitive positioning of the large radar antenna.

large radar; automatic position; latch

2014-09-22

TN82

A

1008-5300(2015)02-0017-03