靖 猛

（1. 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十九研究所，陜西西安 710065；2. 陜西省天線(xiàn)與測(cè)控技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710065）

引 言

近年來(lái)，隨著大型天線(xiàn)系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，天線(xiàn)罩對(duì)內(nèi)部的天線(xiàn)系統(tǒng)起到了重要的防護(hù)作用[1]，但天線(xiàn)罩內(nèi)空間有限，制約了罩內(nèi)大型結(jié)構(gòu)件的維修更換工作。例如，國(guó)內(nèi)某站在對(duì)罩內(nèi)26 m大型天線(xiàn)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的副反射面結(jié)構(gòu)進(jìn)行更換時(shí)，需要先搭建大型腳手架，通過(guò)高空作業(yè)拆除天線(xiàn)罩頂部較大面積的板塊，外部再采用大型吊車(chē)對(duì)內(nèi)部天線(xiàn)結(jié)構(gòu)件進(jìn)行吊裝拆除和更換。這種施工方法技術(shù)難度大，危險(xiǎn)性高，周期長(zhǎng)，耗費(fèi)人力物力，成本高。若天線(xiàn)罩外部有機(jī)房環(huán)繞，則大型吊裝設(shè)備不能靠近，根本無(wú)法進(jìn)行吊裝作業(yè)。目前國(guó)內(nèi)外大型帶罩天線(xiàn)系統(tǒng)保有量較大，改造任務(wù)繁重，因此急需對(duì)此進(jìn)行深入研究，找到一種簡(jiǎn)便、安全、可行的施工方法。本文的主要目的是在天線(xiàn)罩內(nèi)空間緊湊無(wú)法使用大型施工設(shè)備的條件下，本著節(jié)約、快速的原則，解決罩內(nèi)大型天線(xiàn)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)頂端結(jié)構(gòu)部件施工改造的技術(shù)難題。

1 研究背景

某25 m大型天線(xiàn)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其口徑為25 m，天線(xiàn)頂端距地面26 m，采用方位俯仰型天線(xiàn)座架[2]。天線(xiàn)系統(tǒng)外部有直徑為44 m的天線(xiàn)罩，天線(xiàn)罩環(huán)墻外15 m范圍為設(shè)備機(jī)房。

圖1 某25 m大型天線(xiàn)結(jié)構(gòu)

該天線(xiàn)反射體內(nèi)饋源系統(tǒng)為鑄鋼焊接結(jié)構(gòu)，尺寸為Φ2.5 m×2 m，質(zhì)量為4 t。新饋源分3段，最重的一段質(zhì)量為0.4 t，尺寸為Φ2.5 m×1 m。原玻璃鋼副反射面尺寸為Φ3.2 m×0.7 m，質(zhì)量為0.2 t。新副反射面尺寸為Φ3.7 m×0.8 m，質(zhì)量為0.3 t。天線(xiàn)罩內(nèi)天線(xiàn)結(jié)構(gòu)的改造任務(wù)是在2周內(nèi)拆除饋源系統(tǒng)與副反射面，更換新設(shè)計(jì)的饋源及副反射面系統(tǒng)。該天線(xiàn)罩已安裝40年，老化嚴(yán)重且無(wú)備件，拆除困難。天線(xiàn)罩外場(chǎng)地為機(jī)房，大型吊車(chē)無(wú)法靠近，無(wú)法使用吊裝設(shè)備。因此，急需找到一種方法來(lái)解決該難題。

2 施工方法

根據(jù)上述情況，要在短短2周內(nèi)解決天線(xiàn)罩內(nèi)大型天線(xiàn)副反射面及饋源的更換問(wèn)題，關(guān)鍵是要找到一套簡(jiǎn)單、實(shí)用、可靠性高的吊裝工藝方法。根據(jù)一般天線(xiàn)的特點(diǎn)，考慮是否可以利用天線(xiàn)自身的俯仰運(yùn)動(dòng)，作為天線(xiàn)罩內(nèi)大型結(jié)構(gòu)件的吊裝手段。如果要采用天線(xiàn)的這個(gè)特點(diǎn)，天線(xiàn)上就需要有一個(gè)掛繩的位置。該位置要高于所有被更換結(jié)構(gòu)件的位置，并且在天線(xiàn)90°朝天狀態(tài)下，能夠提起（或下放）反射面內(nèi)被更換的結(jié)構(gòu)件，在天線(xiàn)俯仰0°位置，能夠從地面將被更換結(jié)構(gòu)件下放（或提起）。

天線(xiàn)處于朝天狀態(tài)時(shí)，副反射面支撐三腳架是整個(gè)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的最高位置，高于饋源和副反射面，因此可考慮在支撐三腳架上選一個(gè)適當(dāng)?shù)奈恢糜脕?lái)掛繩。要實(shí)現(xiàn)提起和下放動(dòng)作，將需要更換的結(jié)構(gòu)件轉(zhuǎn)入主反射面內(nèi)，只靠天線(xiàn)俯仰運(yùn)動(dòng)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需要借助其他起吊工具。手拉葫蘆是常用的起吊工具，但根據(jù)測(cè)量，在天線(xiàn)俯仰0°狀態(tài)下，副反射面支撐三腳架頂端距離地面只有14.5 m，因此手拉葫蘆在行程高度和可靠性上無(wú)法滿(mǎn)足輔助吊裝使用要求，而且對(duì)于高空作業(yè)有非常大的安全隱患。電葫蘆在提升高度上能夠滿(mǎn)足吊裝使用要求，但一般電葫蘆（額定起重1 t）自身較重（約0.12 t）[3]，如何將這么重的電葫蘆懸掛到副反射面支撐三腳架上又是一個(gè)新的問(wèn)題。

要想將電葫蘆懸掛到副反射面支撐三腳架上，現(xiàn)場(chǎng)可以考慮先用手拉葫蘆將三腳架上的副反射面下放到饋源頂上進(jìn)行固定，讓出電葫蘆懸掛位置，然后俯仰天線(xiàn)，利用電葫蘆起吊能力將自身提升到主面內(nèi)，最后用手拉葫蘆將電葫蘆導(dǎo)正，使懸掛就位。

此方法在流程上能夠滿(mǎn)足設(shè)備吊裝要求，但需要核算以下2個(gè)參數(shù)：

1）俯仰電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力能否承受吊裝大型結(jié)構(gòu)件時(shí)產(chǎn)生的俯仰不平衡力矩；

2）吊裝大型結(jié)構(gòu)件時(shí)，天線(xiàn)副反射面撐調(diào)系統(tǒng)的強(qiáng)度、屈曲穩(wěn)定性能否滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度要求而不產(chǎn)生破壞[4]。

3 分析計(jì)算

3.1 電機(jī)受力分析

已知天線(xiàn)結(jié)構(gòu)改造前俯仰為平衡狀態(tài)，對(duì)吊裝狀態(tài)俯仰電機(jī)承受的最大俯仰不平衡力矩[5]進(jìn)行計(jì)算。摩擦力矩電流If= 4 A，天線(xiàn)俯仰傳動(dòng)鏈傳動(dòng)比i= 3 500，俯仰電機(jī)額定力矩M= 120 N·m，額定電流I= 69 A，電機(jī)力矩系數(shù)S= 1.73 N·m/A，原饋源質(zhì)量G1= 4 t，原副反射面質(zhì)量G2= 0.2 t，電葫蘆質(zhì)量G3=0.12 t，最重饋源支套質(zhì)量G4=0.4 t。

天線(xiàn)俯仰拆除完原副反射面、饋源時(shí)俯仰電機(jī)承受的力矩最大，如圖2所示。該狀態(tài)下電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩T為：

圖2 饋源支套吊裝工藝狀態(tài)示意圖

計(jì)算結(jié)果小于120 N·m，因此在天線(xiàn)吊裝狀態(tài)下俯仰電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩滿(mǎn)足吊裝工藝施工要求。

3.2 撐調(diào)系統(tǒng)受力分析

對(duì)天線(xiàn)副反射面撐調(diào)系統(tǒng)的強(qiáng)度、屈曲穩(wěn)定性進(jìn)行力學(xué)分析計(jì)算。由于饋源支套為吊裝過(guò)程最重的結(jié)構(gòu)件，因此吊裝饋源支套時(shí)天線(xiàn)副反射面撐調(diào)系統(tǒng)受力最大，其工藝狀態(tài)如圖2所示。

副反射面撐調(diào)機(jī)構(gòu)為鋼管分段焊接結(jié)構(gòu)件，各焊接組件由螺栓連接成型，其材料為16Mn。吊裝狀態(tài)的電葫蘆質(zhì)量為0.12 t，饋源支套質(zhì)量為0.4 t。掛繩位置為副反射面撐腿下方的單管處。此外，還要考慮撐調(diào)機(jī)構(gòu)的重力載荷。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)，對(duì)上述副反射面撐調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行三維仿真建模后，利用ANSYS Workbench[6]進(jìn)行力學(xué)分析，如圖3所示。

圖3 天線(xiàn)0°狀態(tài)下副反射面撐調(diào)機(jī)構(gòu)的等效應(yīng)力仿真圖

根據(jù)分析，副反射面撐調(diào)機(jī)構(gòu)在吊裝饋源支套時(shí)俯仰0°，其屈曲變形安全系數(shù)較大，整體撐調(diào)機(jī)構(gòu)框架不會(huì)失穩(wěn)，但因吊裝掛繩位置的局部等效應(yīng)力較大（241.9 MPa），容易產(chǎn)生局部應(yīng)力過(guò)載破壞，因此需對(duì)該掛繩位置進(jìn)行局部加強(qiáng)處理。采取局部加強(qiáng)焊接措施后的模型如圖4所示。對(duì)模型再次進(jìn)行強(qiáng)度分析，如圖5所示。

圖4 副反射面撐調(diào)機(jī)構(gòu)加強(qiáng)位置模型

圖5 加強(qiáng)后副反射面撐調(diào)機(jī)構(gòu)等效應(yīng)力仿真圖

采取局部加強(qiáng)措施后，副反射面撐調(diào)機(jī)構(gòu)在吊裝饋源支套時(shí)，俯仰0°位置的局部等效應(yīng)力明顯減?。?7.9 MPa），滿(mǎn)足吊裝使用條件。

4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施

分析與罩內(nèi)更換過(guò)程相關(guān)的俯仰驅(qū)動(dòng)力和副反射面撐調(diào)機(jī)構(gòu)強(qiáng)度2個(gè)技術(shù)參數(shù)，并采取相應(yīng)的加強(qiáng)措施解決局部應(yīng)力過(guò)大的問(wèn)題后，就可以進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施環(huán)節(jié)了?，F(xiàn)場(chǎng)改造的實(shí)施步驟如下：

1）在俯仰天線(xiàn)90°朝天位置，用手拉葫蘆將副反射面下放到饋源頂面，并進(jìn)行固定；

2）在俯仰天線(xiàn)0°止平位置，將電葫蘆固定到天線(xiàn)下方背架上，如圖6所示。

圖6 現(xiàn)場(chǎng)電葫蘆懸掛工藝方法示意圖

3）在俯仰天線(xiàn)90°朝天位置，將電葫蘆起吊鉤掛在撐調(diào)機(jī)構(gòu)懸掛位置；

4）在俯仰天線(xiàn)0°止平位置，將電葫蘆從背架上松開(kāi)，處于自由懸掛狀態(tài)；

5）在俯仰天線(xiàn)0°止平位置，啟動(dòng)電葫蘆，將其自身吊至主面內(nèi)；

6）在俯仰天線(xiàn)90°朝天位置，采用手拉葫蘆將電葫蘆導(dǎo)正，并進(jìn)行懸掛；

7）在俯仰天線(xiàn)90°朝天位置，將饋源頂面的副反射面松開(kāi)，用電葫蘆將副反射面提升至一定的高度；

8）在俯仰天線(xiàn)0°止平位置，啟動(dòng)電葫蘆，將副反射面送至地面。

其他零部件的更換安裝過(guò)程與上述7）和8）相同。按照上述方法順利、安全、快速地完成了大型天線(xiàn)副反射面和饋源在天線(xiàn)罩內(nèi)的更換改造任務(wù)，改造后的實(shí)物如圖7所示。

圖7 改造后罩內(nèi)天線(xiàn)副反射面及饋源實(shí)物圖

5 結(jié)束語(yǔ)

本文采用新的方法完成了天線(xiàn)罩內(nèi)25 m口徑大型天線(xiàn)副反射面及饋源的更換工作。新方法的順利實(shí)施，再次驗(yàn)證了該方法的可靠性、可行性和安全性。該方法節(jié)約了大量吊車(chē)施工費(fèi)用和腳手架費(fèi)用，還保證了工程的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，按時(shí)完成了改造任務(wù)并交付。項(xiàng)目改造過(guò)程進(jìn)展順利，天線(xiàn)副反射面及饋源的安裝位置和姿態(tài)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，設(shè)備后期使用性能良好。該方法為其他罩內(nèi)大型天線(xiàn)的改造工作提供了新的思路，可為后續(xù)該類(lèi)大型天線(xiàn)的現(xiàn)場(chǎng)改造提供指導(dǎo)。