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        車載活動艙及組合升降平臺設(shè)計

        2021-09-10 07:22:44鄧連輝羅端華趙柏程
        科技研究 2021年20期
        關(guān)鍵詞:設(shè)計

        鄧連輝 羅端華 趙柏程

        摘要:為滿足X型軍用雷達天線裝車要求,需要設(shè)計車載活動艙及組合升降平臺。通過GJB150規(guī)范對其傳動鏈?zhǔn)芰退俣鹊葏?shù)進行計算分析,并研究車載工況下活動艙及升降平臺受力工況。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求,擬定出活動艙的布局和組合升降平臺的原理圖,進行元器件計算分析,確定出符合設(shè)計要求的車載活動艙及組合升降平臺。

        關(guān)鍵詞:活動艙 ?組合升降平臺 ?設(shè)計

        1前言

        活動艙與組合升降平臺固定在專用車輛上,實現(xiàn)X型地面固定導(dǎo)航站向集成式機動導(dǎo)航站的全面升級。為實現(xiàn)在執(zhí)行任務(wù)期間完成雷達天線的迅速可靠的展開工作和安全防護功能,設(shè)計活動方艙與組合升降平臺,其是導(dǎo)航站的重要組成部分,其性能優(yōu)劣直接決定導(dǎo)航站的可靠性。通過自主開發(fā)四桿聯(lián)動升降技術(shù)、軟件控制技術(shù)、輕量化方艙技術(shù),解決高度集成、快速機動、靈活部署需求,解決大載荷升降平臺承載、方艙剛強度方面的問題[1-2]。

        2系統(tǒng)設(shè)計要求

        活動艙內(nèi)主要安裝雷達天線和升降平臺,通過升降平臺和活動艙頂蓋組合的方式來實現(xiàn)雷達天線的展開狀態(tài)和收藏狀態(tài)的切換。主要的技術(shù)性能要求如下。

        a)應(yīng)符合GJB150的規(guī)定,滿足垂直2.2g橫向1.62g縱向2.05g振動要求。

        b)承載5.5t,升降行程1950mm的工作時間不大于2min。

        c) 活動艙頂蓋可向兩側(cè)開啟,開啟后距離艙頂不小于290mm,到位時間不大于0.5min。

        d)活動艙頂蓋的開啟和關(guān)閉、升降平臺的升降可由上位機車控終端進行控制,通信方式為CAN總線通信。

        3主要性能計算分析

        3.1運動分析

        本系統(tǒng)采用兩個平行四邊形連桿機構(gòu)驅(qū)動活動艙頂蓋翻轉(zhuǎn)運動,采用四桿聯(lián)動升降機支持平臺升降運動。

        根據(jù)設(shè)計要求,頂蓋活動取行程L1=300mm,時間取t1=28s,則開啟或關(guān)閉速度為v1=L1/t1=300/30=10.7mm/s≈0.011m/s。升降取行程L2=1960mm,時間取t2=118s,則上升或下降速度為v2=L2/t2=1960/118=16.6mm/s=0.016m/s。作速度循環(huán)圖如圖1。

        3.2負載分析

        當(dāng)活動艙頂蓋翻轉(zhuǎn)到位打開,升降平臺升起到位即處于展開狀態(tài),當(dāng)升降平臺降落到位,活動艙頂蓋翻轉(zhuǎn)到位關(guān)閉即處于收藏狀態(tài)。活動艙頂蓋與升降平臺運動順序控制與互鎖均通過電氣控制系統(tǒng)控制。開始活動艙頂蓋運動時的外負載為頂蓋重力、連桿機構(gòu)摩擦力和頂蓋慣性力,恒速時的外負載為頂蓋重力和連桿機構(gòu)摩擦力,減速時的外負載為頂蓋重力、連桿機構(gòu)摩擦力和頂蓋慣性力。然后升降平臺開始運動時的外負載為平臺的重力、傳動機構(gòu)摩擦力和慣性力,恒速時的外負載為平臺重力和傳動機構(gòu)摩擦力,減速時的外負載為平臺重力、傳動機構(gòu)摩擦力和平臺慣性力。關(guān)閉下降階段與開啟上升階段相似。除外負載外,作用在各傳動件的摩擦阻力Fm,其大小與傳動方式有關(guān),通常計入傳動系統(tǒng)的機械效率中(設(shè)翻蓋機構(gòu)的效率cm1=0.9,設(shè)升降平臺效率cm2=0.4)。由于負載工作速度很小,可忽略慣性力[3-4]。

        根據(jù)設(shè)計要求,頂蓋負載為180kg,考慮風(fēng)雪天氣等影響取頂蓋負載m1為280kg;平臺負載為5500kg,考慮雷達天線重心偏移和風(fēng)雪天氣等影響,取平臺負載m2為7000kg。為了便于加工和滿足升降平臺同步要求,這里四個升降機型號和尺寸一樣。

        4活動艙及組合升降平臺方案設(shè)計

        4.1布局設(shè)計

        活動艙內(nèi)安裝有升降平臺,為保證遮護要求,在活動艙上方安裝有一個活動頂蓋,運輸或儲存狀態(tài)下處于閉合狀態(tài),在執(zhí)行任務(wù)時則處于打開狀態(tài)。

        升降平臺分為天線托盤、升降裝置和驅(qū)動換向裝置三部分,天線托盤上裝雷達天線,升降裝置由四個絲桿升降機組成,為提高傳動效率,將升降機的滑動螺母絲桿改為滾珠螺母絲杠。傳動系統(tǒng)下部安裝在活動艙底壁上,上部安裝與活動頂蓋支架可靠連接,由驅(qū)動換向裝置驅(qū)動升降裝置,使天線托盤上下直線運動。

        4.2同步性分析

        采用一個電機驅(qū)動,確保4根滾珠絲杠的同步性能。

        托盤升起前后的角度偏差為a=2′。因為四根起升絲桿之間距離為2400×1900mm,最大距離偏差的邊為2400,最大允許偏差距離δ=2400*tana=1.4mm。

        1)升降機誤差

        影響托盤平行度的主要因素為絲桿升降平臺的往返定位精度,升降機的往返定位誤差主要由蝸輪蝸桿的間隙所產(chǎn)生,在輸入軸正反轉(zhuǎn)的時候,會有一段空行程產(chǎn)生,導(dǎo)致絲桿的反向移動的時候產(chǎn)生誤差,此誤差對平行度的影響又取決于每臺升降機之間的誤差絕對值,因為如果四臺升降機誤差一致的話,它們因為平臺和載荷重量作用之下,蝸輪蝸桿始終單面接觸,誤差是同步的,即不會產(chǎn)生理論上的誤差絕對值的情況。而,如果它們之間的誤差不一致時,由于每臺升降機出廠時的誤差在0.1-0.5mm,即最大和最小誤差時,其絕對值為0.6mm。

        2)絲桿螺距誤差

        滾珠絲桿的螺距加工誤差為±0.05mm。絲桿升降機移動定位精度主要取決于絲桿的螺距誤差,也就是說,使用滾珠絲桿走完單向行程誤差是±0.05mm。

        3)安裝精度

        安裝調(diào)試對基準(zhǔn)面平行度的誤差主要體現(xiàn)在:各種連接軸和聯(lián)軸器以及升降換向機構(gòu)之間的傳動一致性。而影響一致性的主要因素是傳動的不同步,傳動機構(gòu)之間通過鍵和聯(lián)軸器連接,聯(lián)軸器對偏差值的影響值太小,此處計入經(jīng)驗值±0.1mm。鍵與鍵槽的連接在現(xiàn)場通過人員安裝,影響頗大,調(diào)試不好的鍵與鍵槽其啟動和停止時有沖擊力矩,噪音大,誤差也大。我方,人員調(diào)試后啟停沖擊造成的誤差一般在0.1-0.3mm之間。

        綜上,托盤運行過程中,會產(chǎn)生的誤差:

        δ1=0.6+0.05+0.3=0.95mm<預(yù)期1.4mm??蛇_到預(yù)期的平行度要求。

        5活動艙及組合升降平臺驗證

        計算車載運輸時,按GJB150的規(guī)定,驗證垂直2.2g橫向1.62g縱向2.05g振動的受力情況。

        5.1材料基本參數(shù)

        托盤材料為Q345B,絲桿材料為1Cr15Co14,蝸桿材料為45鋼,渦輪材料為ZCuAl9Fe4,艙體材料為Q235B,材料參數(shù)如下表所示:

        利用Creo建立天線座三維實體模型,保存文件格式為x.t,再導(dǎo)入到Ansys Workbench重新生成三維實體模型。可以對模型進行前處理,以便于后續(xù)有限元網(wǎng)格劃分,提高計算速度和準(zhǔn)確性。在不影響其結(jié)構(gòu)物理性能的前提下,去掉模型中無關(guān)的圓角及其他特征。

        5.2有限元模型

        在進行分析之前必須先定義模型材料屬性,然后對其進行網(wǎng)格劃分,由于本模型結(jié)構(gòu)相對簡單,故采用自動網(wǎng)格劃分即可滿足要求。有限元模型如下圖所示。

        5.3計算結(jié)果

        經(jīng)Ansys Workbench計算,天線座的變形云圖及等效應(yīng)力云圖如下圖所示:

        從應(yīng)力云圖中可以看出,其最大等效應(yīng)力分別約為54Mpa,在骨架下部位置,骨架的屈服強度為235MPa,結(jié)構(gòu)的強度滿足設(shè)計要求,在工況三下托盤強度安全系數(shù)約為4。從變形云圖中可以看出,其最大位移為0.68mm,在骨架上部位置,滿足結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計要求

        6結(jié)論

        本文通過載活動艙及組合升降平臺的深入研究,經(jīng)設(shè)計分析及計算,采用Ansys Workbench進行有限元仿真驗證,結(jié)構(gòu)設(shè)計的強度和剛度均符合設(shè)計要求,保證了升降平臺的可靠性和經(jīng)濟性。

        參考文獻

        [1]盛先莉. 軍用方艙艙體屏蔽設(shè)計要求及措施[J]. 內(nèi)燃機與配件,2019(16):117-118.

        [2]馮文明. 典型軍用車載方艙設(shè)計研究[J]. 軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品,2018(24).

        [3]刁世倫,王鵬飛. 基于車載雷達天窗與升降機構(gòu)機電控制系統(tǒng)設(shè)計[J]. 電子技術(shù)與軟件工程,2015,000(008):P.170-170.

        [4]賈彥輝,石偉朝,李建軍,等. FAST艙??科脚_升降立柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計與力學(xué)分析[J]. 機電工程技術(shù),2020,v.49;No.336(03):139-140+195.

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