顏 標(biāo)

( 中國電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所 浮空平臺研發(fā)中心，合肥 230088)

0 引言

圖1系留氣球地面錨泊狀態(tài)

系留氣球作為一種輕于空氣的浮空器[1](LTA)，憑借其滯空時間長、覆蓋范圍廣、平臺載荷尺寸大、效率高、使用成本低等優(yōu)勢，在國民經(jīng)濟(jì)和軍事活動中的應(yīng)用越來越多[2]。系留氣球平臺系統(tǒng)主要由系留氣球、載荷、纜繩、錨泊車、地面控制系統(tǒng)等組成。錨泊車是系留氣球系統(tǒng)重要的地面設(shè)施，主要用于設(shè)備運輸、氣球的地面和空中系留以及收放操作，在其內(nèi)部安裝各種電子設(shè)備和纜繩收放設(shè)備，組成包括牽引車、半掛拖車和回轉(zhuǎn)上裝等，如圖1所示。

錨泊車轉(zhuǎn)臺通常設(shè)計成不帶動力的隨風(fēng)自由回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，以保證氣球頭部始終迎風(fēng)，減少風(fēng)載，提升系統(tǒng)安全。但在某些氣象條件下，如地面風(fēng)速較大、風(fēng)向不穩(wěn)定時，系留氣球會帶動錨泊車大范圍擺動，影響系留氣球近地系留操作[3]。為此需要設(shè)計一套轉(zhuǎn)臺阻尼機(jī)構(gòu)，以減緩錨泊車擺動幅度，提高近地系留操作的安全性。

1 轉(zhuǎn)臺阻尼機(jī)構(gòu)組成

轉(zhuǎn)臺阻尼機(jī)構(gòu)布置在錨泊車底盤，與錨泊車大梁集成化設(shè)計，合理利用底盤空間。除轉(zhuǎn)臺阻尼控制箱外，其余設(shè)備均隱藏布置在錨泊車底部。轉(zhuǎn)臺阻尼機(jī)構(gòu)由液壓泵站、液壓管路、液壓蓄能器、液壓控制閥、制動盤、液壓鉗式制動器、小齒輪、帶外齒的回轉(zhuǎn)支撐、齒輪箱和控制箱組成，具體如圖2所示?？刂葡淇筛鶕?jù)需要布置在錨泊車側(cè)面，方便人員操作，圖上未做標(biāo)識。

1-液壓泵站 2-液壓管路 3-液壓蓄能器 4-液壓控制閥 5-制動盤 6-液壓鉗式制動器 7-小齒輪 8-帶外齒的回轉(zhuǎn)支撐 9-齒輪箱圖2轉(zhuǎn)臺阻尼機(jī)構(gòu)組成示意圖

1.1 系統(tǒng)工作原理

錨泊車阻尼機(jī)構(gòu)工作原理如下：

當(dāng)液壓控制閥處于釋放狀態(tài)時，整個液壓管路壓力為零，液壓鉗式制動器處于開合狀態(tài)，錨泊車轉(zhuǎn)臺阻尼機(jī)構(gòu)不工作，錨泊車處于自由順槳狀態(tài)。

啟動液壓泵站，通過調(diào)整液壓控制閥，控制液壓管路的壓力，實現(xiàn)液壓鉗式制動器與制動盤貼合，制動力通過齒輪箱和小齒輪，傳遞到回轉(zhuǎn)支撐上，實現(xiàn)錨泊車轉(zhuǎn)臺制動。制動力的大小與管路液體壓力相關(guān)，可通過控制箱的旋鈕選擇相應(yīng)的壓力，同時系統(tǒng)還配備了液壓蓄能器，既可以避免液壓泵站頻繁啟動，又可以在系統(tǒng)斷電時提供足夠的壓力，實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺阻尼和制動[4-5]。

錨泊車轉(zhuǎn)臺可按照設(shè)定程序?qū)崿F(xiàn)一鍵制動和解除，也可以通過控制箱中的調(diào)節(jié)旋鈕，手動選擇制動壓力，逐步降低轉(zhuǎn)臺制動力矩。機(jī)構(gòu)操作方便，簡單可靠。

錨泊車制動原理如圖3所示。

圖3錨泊車阻尼機(jī)構(gòu)液壓原理圖

1.2 阻尼機(jī)構(gòu)設(shè)計

轉(zhuǎn)臺鎖定力矩設(shè)計指標(biāo)為0～101.76KNm連續(xù)可調(diào)，且能實現(xiàn)任意方位鎖定。

鎖定方案采用液壓制動盤帶動小齒輪鎖定回轉(zhuǎn)支撐外齒，實現(xiàn)錨泊車空中鎖定，具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。

回轉(zhuǎn)支撐選用帶外齒單排交叉滾子軸承，滾道直徑1250mm；外齒參數(shù)：m=10；Z2=144；制動機(jī)構(gòu)小齒輪參數(shù)：m=10；Z1=15。

鎖定機(jī)構(gòu)由安裝支座、小齒輪、傳動軸、軸承、制動盤和液壓鉗式制動器組成[6]，安裝方式如圖5所示，制動盤剎車圓直徑A=300mm，盤外徑350mm。

圖4 轉(zhuǎn)臺鎖定機(jī)構(gòu)示意圖

圖5鎖定機(jī)構(gòu)示意圖

自動鎖定制動力矩計算：

液壓鉗式制動器選用MICO的02-520-260型號，活塞直徑D=3.5英寸(89mm)，油壓按p=2000PSI(14MPa)計算，摩擦蹄片與制動盤間的摩擦系數(shù)為f=0.3，則每個鉗式制動器(裝1對活塞及蹄片)產(chǎn)生總摩擦力為：

F=2D2πpf/4

=2×0.0892×π×14×106×0.3/4

=52231N

制動力矩為：M2=FA/2=52231×0.3/2=7834Nm

制動裝置沿制動盤圓周方向共設(shè)3個鉗式制動器，其中1個作為備份，則傳到回轉(zhuǎn)支撐的總的制動力矩為：

M=2M2×Z2/Z1=2×7834×144/15=150.4KNm>101.76KNm，滿足制動要求。

2 試驗情況

錨泊車在長達(dá)半年的外場試驗中，歷經(jīng)大風(fēng)、暴雨等極端環(huán)境的考驗，有轉(zhuǎn)動阻尼和無轉(zhuǎn)臺阻尼兩種工況下，球體順槳的情況如下：無轉(zhuǎn)臺阻尼時，錨泊車隨球體大范圍擺動，地面操作人員在執(zhí)行地面系留或?qū)υO(shè)備進(jìn)行維護(hù)時受影響較大，經(jīng)常需要人工輔助，減緩變化幅度，存在較嚴(yán)重的安全隱患；啟動轉(zhuǎn)臺阻尼機(jī)構(gòu)，依據(jù)風(fēng)速大小、風(fēng)向變化等因素，選擇合理的制動壓力后，錨泊車在轉(zhuǎn)臺阻尼的作用下，能有效地減緩錨泊車擺動幅度，對錨泊車操作人員尤其是錨泊車旋轉(zhuǎn)平臺以上的操作人員尤其重要，有效地實現(xiàn)了錨泊車平穩(wěn)轉(zhuǎn)動，保證了系留氣球及操作人員的安全。

3 結(jié)語

轉(zhuǎn)臺阻尼機(jī)構(gòu)可以有效地減輕地面風(fēng)場紊亂情況下系留氣球大范圍劇烈擺動，提升系統(tǒng)安全性。試驗結(jié)果表明，不同的制動壓力會導(dǎo)致不同的阻尼效果：阻尼太小，效果有限；阻尼太大，錨泊車幾乎不隨球體轉(zhuǎn)動，會造成安全隱患。因此選擇適當(dāng)?shù)闹苿恿κ寝D(zhuǎn)臺阻尼機(jī)構(gòu)能有效工作的關(guān)鍵。經(jīng)過外場的多次試驗，研發(fā)團(tuán)隊積累了一些數(shù)據(jù)和使用經(jīng)驗，后期要針對這些數(shù)據(jù)作進(jìn)一步分析研究，考慮將風(fēng)力、風(fēng)向等氣象數(shù)據(jù)與轉(zhuǎn)臺制動力結(jié)合起來，實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺阻尼自動控制，進(jìn)一步降低對操作者經(jīng)驗的要求，更好地保障系留氣球的安全。