黃 克，孫懷花，喬 雷

(中國船舶重工集團(tuán)公司第七二四研究所,南京 211153)

0 引 言

高架機(jī)動雷達(dá)是隨現(xiàn)代戰(zhàn)爭的需求應(yīng)運而生的一種新型雷達(dá)。它一方面具有較好的機(jī)動性，能夠?qū)崿F(xiàn)天線的快速升降、天線的自動折疊等功能，同時能迅速地轉(zhuǎn)移陣地；另一方面它具有高架的特點，舉升機(jī)構(gòu)把天線舉升到一定高度，并且能在一定的風(fēng)載作用下可靠地工作。[1]

天線升降桿是一種為升降天線而設(shè)計的舉升機(jī)構(gòu)。天線升降桿按驅(qū)動方式通常分為手動方式、氣動方式和電動方式[2]。手動驅(qū)動天線升降桿一般采用鋼絲繩、滑輪傳動。早期升降桿的設(shè)計通常將鋼絲繩、滑輪等機(jī)構(gòu)外置，影響產(chǎn)品的美觀。本文采用內(nèi)置式設(shè)計，天線升降桿用滑輪和鋼絲繩來提升各級桿。產(chǎn)品輕便快捷，穩(wěn)定可靠，操作方便，符合產(chǎn)品的使用要求。

1 設(shè)計原理

天線升降桿的外形如圖1所示。

圖1 天線升降桿的外形圖

升降桿的結(jié)構(gòu)簡圖如圖2所示。本文設(shè)計的升降桿內(nèi)含5根方形套管，套管1為固定套管，里面的套管2、套管3、套管4、套管5分別由鋼絲繩承拉著，分別是主動鋼絲繩和從動鋼絲繩。主動鋼絲繩的一端固定在固定套管1的a處，另一端從套管2的下滑輪1、2上繞過，再上升繞到固定套管1的上滑輪3，并通過滑輪4導(dǎo)出升降桿固定在手搖機(jī)構(gòu)上。從動鋼絲繩的兩端分別固定在固定套管1的底部b、c處，中間繞過套管2的上滑輪5、8和套管3的下滑輪6、7，把套管3托起，依此類推。

圖2 天線升降桿的結(jié)構(gòu)簡圖

當(dāng)搖動手搖機(jī)構(gòu)時，主動鋼絲繩被從升降桿內(nèi)拉出，驅(qū)動套管2相對于底座和套管1向上運動，套管2上的上拉定滑輪隨套管2向上運動。由于繞過上拉定滑輪的上拉繩一端連接在套管1上，另一端連接在套管3上；因此上拉繩就拉動套管3向上運動，并且套管3相對于套管2的位移等于套管2相對于套管1的位移。當(dāng)套管3相對于套管2向上運動，套管3上的上拉定滑輪隨套管3向上運動。由于繞過上拉定滑輪的上拉繩一端連接在套管2上，另一端連接在套管4上；因此上拉繩就拉動套管4向上運動。同理，套管5的結(jié)構(gòu)及運動方式依此類推。下降過程反之。

當(dāng)升降桿內(nèi)套著多根套管時，里面套管的升降原理同套管3一樣，其Δcn=L/2。

由上面公式可以看出，當(dāng)主動鋼絲繩向外拉出L時，所有升降桿同時升起，且每根套管相對外面的套管提升高度為L/2，升降桿總的提升高度為(n-1)L/2。

設(shè)計天線升降桿時，每根鋼絲繩的受力載荷是重要的參數(shù)。下面計算一下主動鋼絲繩承受的力F1。

根據(jù)能量守衡定律，當(dāng)摩擦力忽略不計時力所作的功等于勢能：

F1·L=G2·L/2+G3·2·L/2+G4·3·L/2+

…+Gn·(n-1)·L/2

得

F1=[G2+2G3+3G4+…+(n-1)Gn]/2

(1)

其中，Gn為從外向里第n根套管的質(zhì)量，其中最里面的套管的質(zhì)量包括雷達(dá)天線負(fù)載的質(zhì)量。

由上面的計算可知，最外面的主動鋼絲繩受力跟升降桿套管的根數(shù)和質(zhì)量有關(guān)，根數(shù)越多，里層桿的質(zhì)量越大，鋼絲繩所承受的力也就越大。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 升降桿的內(nèi)置式設(shè)計

由于該升降桿要求雷達(dá)天線升起后鋼絲繩不裸露在外，因此在設(shè)計時，在套管與套管之間要合理安排鋼絲繩的纏繞方式。

(1) 升降桿的管材截面采用正方形截面。這是因為套管內(nèi)壁要安裝滑輪，需要大的安裝平面，若選用圓管，其內(nèi)壁不方便安裝滑輪。相同壁厚和截面積的套管，方形比圓形的抗彎截面系數(shù)大。

(2) 升降桿的鋼絲繩與套管之間的纏繞形式如圖2所示。主動鋼絲繩的安裝平面在套管2的中間平面內(nèi)，從動鋼絲繩的安裝平面在套管3的中間平面內(nèi)，且與主動鋼絲繩安裝平面垂直。這種形式可以避免兩根鋼絲繩在同一平面內(nèi)相互交叉碰撞。

(3) 滑輪的安裝形式應(yīng)盡量減小摩擦力。前面的受力分析忽略了摩擦力，但鋼絲繩在滑輪上滾動時摩擦力是實際存在的，摩擦力的大小影響能否提起各套管以及鋼絲繩規(guī)格的選擇。因此，在設(shè)計時滑輪內(nèi)安裝滾動軸承，以減小摩擦力。

2.2 手搖機(jī)構(gòu)的設(shè)計

手搖機(jī)構(gòu)采用行星齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計[3]，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖4所示。

齒輪b為固定齒輪，齒輪a為輸入軸，轉(zhuǎn)臂H為輸出軸，鋼絲繩卷筒與轉(zhuǎn)臂H固定在一起，其傳動比計算[4]如下：

設(shè)Za=18，Zb=72，Zc=27，則

升降過程如下：

(1) 升降桿上升：轉(zhuǎn)動手搖把，轉(zhuǎn)臂H以5倍速比輸出，帶動卷筒轉(zhuǎn)動纏繞鋼絲繩，上升停止后靠棘輪、棘爪鎖住；

(2) 升降桿下降：按下棘爪，升降桿在重力作用下自動下降，下降速度的快慢可手動調(diào)整。

2.3 鋼絲繩選型計算

本文設(shè)計的6 m升降桿的閉合高度為1.8 m，展開高度為6 m。要求升降桿能夠垂直承載200 kg，設(shè)計選擇合適規(guī)格的鋼絲繩。

設(shè)計套管選用方形鋁型材，節(jié)數(shù)為5，套管壁厚為6 mm。各節(jié)套管截面尺寸(mm)如下：套管5：138.5×138.5；套管4：162×162；套管3：189×189；套管2：230×230；套管1：275×275。

由此可推算出套管的質(zhì)量由外向里分別為

G1=10 kg，G2=9.1 kg，G3=7.9 kg，

G4=6.3 kg，G5=5.1 kg

設(shè)垂直承載G=200 kg，代入公式(1)，得到最外面的鋼絲繩受力為

F1=[G2+2G3+3G4+4(G5+G)]/2=432.1 kg

若考慮摩擦力和其他因素，取安全系數(shù)為4，則鋼絲繩實際受力為4F1，即1 728.4 kg。查設(shè)計手冊，選取直徑Ф7.14鋼絲繩，其最小破斷拉力不小于2 774 kg，滿足設(shè)計要求。對該產(chǎn)品的直徑Ф7.14鋼絲繩物資樣品進(jìn)行破斷拉力試驗，如圖5所示，當(dāng)拉力加載到3 300 kg時，鋼絲繩斷裂。試驗結(jié)果表明，其最小破斷拉力大于2 774 kg，符合產(chǎn)品使用要求。

圖5 鋼絲繩破斷拉力試驗工裝

3 結(jié)束語

本文針對一種高架機(jī)動雷達(dá)天線升降桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行了理論分析與設(shè)計計算。該升降桿的特點是提升速度快，操作方便靈活。由于采用鋼絲繩內(nèi)置，故升降桿結(jié)構(gòu)緊湊，外形美觀。