，，

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

0 引言

雷達(dá)是現(xiàn)代軍事戰(zhàn)爭(zhēng)中的重要電子設(shè)備，其任務(wù)是探測(cè)、發(fā)現(xiàn)和跟蹤敵方目標(biāo)[1]。絕大多數(shù)雷達(dá)工作過程中，其陣面轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備與地面固定設(shè)備之間需要實(shí)現(xiàn)電源和信號(hào)的轉(zhuǎn)動(dòng)傳輸，一般通過采用匯流環(huán)完成。電纜轉(zhuǎn)繞裝置作為一種新型的轉(zhuǎn)動(dòng)傳輸裝置，與匯流環(huán)相比具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、拆裝方便、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，可用于某些非連續(xù)旋轉(zhuǎn)的場(chǎng)合[2]。

關(guān)于電纜轉(zhuǎn)繞裝置方面，文獻(xiàn)[3]介紹了拖鏈在國外供電技術(shù)上的一些應(yīng)用。文獻(xiàn)[4]論述了某雷達(dá)電纜轉(zhuǎn)繞裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并對(duì)其中電纜溫度變化進(jìn)行了測(cè)試分析，但是該雷達(dá)電纜轉(zhuǎn)繞裝置主要用于天線陣面的俯仰方向轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍不大(±90°)，實(shí)現(xiàn)相對(duì)容易；當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)方向改變或轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍變大時(shí)，電纜轉(zhuǎn)繞裝置的設(shè)計(jì)難度增大。

在此，針對(duì)某大型雷達(dá)電纜轉(zhuǎn)繞裝置在方位轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)試過程中出現(xiàn)的故障進(jìn)行原因分析，并開展電纜轉(zhuǎn)繞裝置的改進(jìn)方案設(shè)計(jì)，提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，最后通過相關(guān)試驗(yàn)對(duì)改進(jìn)方案進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證。

1 故障描述

某大型相控陣?yán)走_(dá)要求方位轉(zhuǎn)動(dòng)角度為±185°，傳輸功率達(dá)到4 MW。由于其并非連續(xù)旋轉(zhuǎn)，且傳輸功率特別高，若采用匯流環(huán)來實(shí)現(xiàn)陣面轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備和地面固定設(shè)備之間的電源和信號(hào)傳輸[5]，不僅設(shè)計(jì)制造過程復(fù)雜，而且后期維護(hù)成本高，因此綜合考慮采用電纜轉(zhuǎn)繞裝置方案。電纜轉(zhuǎn)繞裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示，其主要由中心筒、外筒、拖鏈、電纜以及內(nèi)、外轉(zhuǎn)接板等組成。

圖1 電纜轉(zhuǎn)繞裝置結(jié)構(gòu)示意

前期在進(jìn)行電纜轉(zhuǎn)繞裝置調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，由于存在拖鏈選型和設(shè)計(jì)安裝等問題，拖鏈在運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障，接頭附近鏈節(jié)發(fā)生變形，拖鏈內(nèi)部的電源電纜出現(xiàn)破損，最終影響方位轉(zhuǎn)動(dòng)角度的指標(biāo)要求和系統(tǒng)安全性。具體表現(xiàn)為：前期的電纜轉(zhuǎn)繞裝置在轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)試過程中發(fā)生故障，金屬拖鏈出現(xiàn)運(yùn)行困難、軌道偏離現(xiàn)象；拖鏈接頭部位與中心軸之間連接脫離，產(chǎn)生嚴(yán)重彎曲變形，如圖2所示。

圖2 拖鏈變形及電纜破損

由于拖鏈產(chǎn)生變形，導(dǎo)致穿入的部分電源電纜表皮發(fā)生嚴(yán)重破損，存在漏電風(fēng)險(xiǎn)，影響整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)的安全性；由于電纜轉(zhuǎn)繞裝置發(fā)生故障，導(dǎo)致雷達(dá)方位轉(zhuǎn)臺(tái)無法按照技術(shù)要求實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的方位轉(zhuǎn)動(dòng)，從而影響系統(tǒng)的繼續(xù)使用。

2 原因分析

針對(duì)以上問題故障進(jìn)行原因分析，總體歸納為以下幾點(diǎn)。

a.原電纜轉(zhuǎn)繞裝置方案中采用的金屬拖鏈，其自身重量大，而拖鏈底部的滾輪尺寸較小；此外，由于缺乏定期潤滑維護(hù)，拖鏈鏈節(jié)之間轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活，導(dǎo)致拖鏈運(yùn)行不暢。

b.原方案中的拖鏈支撐板用于實(shí)現(xiàn)電纜的分隔排布，其材料為金屬鋁板。當(dāng)電纜轉(zhuǎn)繞裝置發(fā)生故障后，支撐板由于彎曲變形造成電纜表皮破損，存在較大的安全隱患。

c.原方案中拖鏈兩端的接頭與中心軸、外筒連接部位僅有上、下2組緊固連接，連接強(qiáng)度不足。當(dāng)拖鏈運(yùn)行時(shí)，由于連接部位受剪切力的作用導(dǎo)致接頭與中心軸、外筒脫離并產(chǎn)生變形。

d.由于原電纜轉(zhuǎn)繞裝置設(shè)計(jì)時(shí)未考慮保形措施，拖鏈在運(yùn)行時(shí)軌跡發(fā)生偏離，具體表現(xiàn)為：隨著轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)，與中心筒接觸的一段向外拱起，而與外筒接觸的一段向內(nèi)側(cè)偏移，這2部分鏈節(jié)最終發(fā)生接觸，造成拖鏈運(yùn)行受阻，發(fā)生卡死。

3 方案改進(jìn)設(shè)計(jì)

基于上述分析情況，開展電纜轉(zhuǎn)繞裝置的改進(jìn)方案設(shè)計(jì)，主要的改進(jìn)措施如下。

a.更換拖鏈。采用工程塑料拖鏈，與金屬拖鏈相比，其優(yōu)點(diǎn)是重量較輕，安裝靈活，非金屬材料的絕緣安全性好，不會(huì)因電纜表皮破損導(dǎo)致系統(tǒng)帶電。2種拖鏈實(shí)物對(duì)比如圖3所示。

圖4 拖鏈截面電纜排布

b.安裝分隔片。由于電纜數(shù)量比較多，排布比較密集，因此在拖鏈截面安裝多層分隔片，以保證電纜在拖鏈內(nèi)部能夠分層均勻排布，如圖4所示。同時(shí)，由于分隔片為非金屬材質(zhì)，絕緣性能好，且不會(huì)劃傷電纜，保證了拖鏈在運(yùn)行過程中的系統(tǒng)安全性。

c.加強(qiáng)緊固連接。鑒于原方案中拖鏈緊固連接強(qiáng)度不足的問題，改進(jìn)方案中在拖鏈兩端的接頭處各增加1組緊固連接，以保證連接更加牢固可靠。

d.內(nèi)、外擋環(huán)設(shè)計(jì)。改進(jìn)方案中，內(nèi)、外擋環(huán)的作用是為了解決拖鏈在運(yùn)行時(shí)的軌道偏離問題，保證拖鏈沿預(yù)定軌跡運(yùn)行。內(nèi)、外擋環(huán)均采用聚四氟乙烯材料，其耐磨性好，與塑料拖鏈接觸摩擦系數(shù)小，可有效減少磨損，保證拖鏈正常使用。內(nèi)、外擋環(huán)安裝如圖5所示。

圖5 內(nèi)、外擋環(huán)安裝示意

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

4.1 方位轉(zhuǎn)動(dòng)試驗(yàn)

搭建試驗(yàn)平臺(tái)，開展電纜轉(zhuǎn)繞裝置的方位轉(zhuǎn)動(dòng)試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，外筒固定，內(nèi)筒沿中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)。試驗(yàn)結(jié)果表明：改進(jìn)后的電纜轉(zhuǎn)繞裝置轉(zhuǎn)動(dòng)過程平穩(wěn)，轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)良好，拖鏈運(yùn)行軌跡正常，方位轉(zhuǎn)動(dòng)角度能夠滿足技術(shù)要求。新電纜轉(zhuǎn)繞裝置轉(zhuǎn)動(dòng)過程中在-185°，0°和+185°方位角度時(shí)的位置如圖6所示。

圖6 方位轉(zhuǎn)動(dòng)角度位置示意

4.2 電流加載試驗(yàn)

為了驗(yàn)證拖鏈內(nèi)所用的電源電纜的電流承載能力，進(jìn)行大電流加載試驗(yàn)[6]，如圖7所示。

圖7 模擬加載試驗(yàn)設(shè)備

模擬加載試驗(yàn)設(shè)備型號(hào)為HCT-50KVA/5000A，該模擬加載試驗(yàn)設(shè)備是基于電磁感應(yīng)原理進(jìn)行，主要由試驗(yàn)控制臺(tái)、電氣控制柜、開啟式穿心加熱變壓器、感應(yīng)變壓器、電流互感器等組成。

本次試驗(yàn)用的電纜為CF310.UL.1500.01電源電纜，其主要性能參數(shù)如表1所示。

表1 電源電纜主要性能參數(shù)

由于現(xiàn)場(chǎng)電源電纜正常工作時(shí)通過的電流在250 A左右，考慮到因電壓波動(dòng)帶來的影響，加載電流分別選取250 A，300 A和350 A進(jìn)行試驗(yàn)。采用鉗形電流表對(duì)電源電纜通過的電流進(jìn)行檢測(cè)，如圖8所示。

圖8 電纜通過電流測(cè)試

試驗(yàn)結(jié)果表明：測(cè)得電源電纜的通過電流與系統(tǒng)的加載電流數(shù)值基本一致(±5%內(nèi))，電纜無明顯異常發(fā)熱現(xiàn)象，證明該電源電纜的電流承載能力滿足設(shè)計(jì)要求。

4.3 現(xiàn)場(chǎng)性能測(cè)試

為了進(jìn)一步驗(yàn)證電纜轉(zhuǎn)繞裝置改進(jìn)方案的實(shí)際效果，將電纜轉(zhuǎn)繞裝置裝入雷達(dá)方位轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)部，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)性能測(cè)試。現(xiàn)場(chǎng)安裝完成的電纜轉(zhuǎn)繞裝置如圖9所示。

圖9 安裝完成的電纜轉(zhuǎn)繞裝置

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)因故障發(fā)生破損的電源電纜進(jìn)行全部更換，待完成所有電源電纜連接后，進(jìn)行雷達(dá)系統(tǒng)通電開機(jī)測(cè)試。測(cè)試結(jié)果顯示雷達(dá)系統(tǒng)開機(jī)正常，所有通電設(shè)備無異常故障發(fā)生。證明電源電纜連接無問題，且載流能力滿足雷達(dá)使用要求。

隨后對(duì)雷達(dá)方位轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行了多次正、反向轉(zhuǎn)動(dòng)試驗(yàn)，轉(zhuǎn)動(dòng)角速度按要求設(shè)定為0.2 (°)/s。轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，對(duì)電纜轉(zhuǎn)繞裝置的運(yùn)行狀態(tài)和轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍等進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明：在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中電纜轉(zhuǎn)繞裝置運(yùn)行狀態(tài)良好，無運(yùn)行不暢、軌道偏離等異?，F(xiàn)象，且正、反向最大轉(zhuǎn)動(dòng)角度均滿足雷達(dá)指標(biāo)要求。

5 結(jié)束語

針對(duì)某大型雷達(dá)方位轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)前期調(diào)試過程中出現(xiàn)的電纜轉(zhuǎn)繞裝置故障，提出了改進(jìn)方案設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了相關(guān)的性能試驗(yàn)以及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)的電纜轉(zhuǎn)繞裝置運(yùn)行狀態(tài)良好，轉(zhuǎn)動(dòng)角度及電纜載流能力均滿足雷達(dá)技術(shù)指標(biāo)要求，證明此改進(jìn)方案合理可行，可為今后電纜轉(zhuǎn)繞裝置在其他類似產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及推廣應(yīng)用提供有益的參考依據(jù)。