机动型大阵列天线举升翻转机构设计

机动型大阵列天线举升翻转机构设计

1速架撤的要求雷达是一种远程机动性雷达，具有大的天线口径和高的机动性要求。为了满足雷达天线单元的各式运输(公路、铁路、空运)和阵地快速架撤的要求,该雷达天线采用了阵面分块,折叠运输形式。另外考虑在车载条件下雷达能正常工作,天线应举升到一定高度,以克服车头对天线的遮挡。本文是通过一举升翻转机构实现其要求,该机构的工作原理是:以液压源为动力,通过四连杆机构实现天线工作和运输状态间的转换(即天线的展开和翻转),通过双油缸的刚性同步实现天线升降运动,且满足在举升高度的任意位置上锁定。2收排运输状态如图1所示,该举升翻转机构由上下背架、翻转机构、举升油缸、辅助撑杆、锁定机构、滑动导轨和底座等组成。其中,图1(a)为上下背架的收拢(运输)状态示意图;图1(b)为上下背架的低位展开状态示意图,图1(c)和(d)分别为上下背架的高位状态举升状态示意图。举升翻转机构的工作过程是:通过翻转油缸驱动四连杆机构实现上下背架间的翻转运动,举升油缸实现展开后的上下背架沿滑动导轨作升降运动,辅助撑杆随天线背架运动,且通过锁定机构实现实时锁定,以提高举升翻转机构的整体刚度。其中,翻转机构和举升机构均采用液压刚性同步原理实施。2.13倾斜系统的设计2.1.1扭转油缸天线上背架的翻转运动是通过四连杆机构实现的,其工作原理是把上背架作为四连杆机构中的摇臂,让它直接与下背架相连,通过曲柄和连杆放大翻转油缸的翻转力矩,并在油缸给定行程的条件下,获得要求的背架翻转角度。另外,该机构还具有较高重复定位精度,能满足上、下背架的共面精度要求。2.1.2扭转油缸深化设计从翻转机构的翻转过程受力工况分析,并结合该油缸位置布置要求,翻转油缸在上下背架向上初始展开瞬间(正压时)和向下初始收拢瞬间(负压时)所承受的载荷最大。(1)地面承担f此时,翻转油缸从全缩状态开始运动时的受力如图2所示。上阵面重力G和连杆对上阵面的作用力F1以及来自上阵面的风荷F2分别对铰点A取矩:G×560+F2×650=F1×308F1=8611kgG×560+F2×650=F1×308F1=8611kg式中,G为整个上阵面的重量(G=2879kg);F1为连杆1对上阵面的作用力;F2为来自上阵面的风荷(F2=1600kg)。再将F1和油缸推力T分别对铰点B取矩:F1×404=T×336T=10354kgF1×404=Τ×336Τ=10354kg式中,T为翻转油缸的推力,即天线背架从收拢状态开始运动时,翻转油缸的推力为10354kg。(2)弹簧响应分析翻转油缸从全伸状态开始运动时的受力状态如图3所示,上阵面自重G、连杆对上阵面的作用力F1以及来自上阵面的风载F2,分别对铰点A取矩:F1×213=G×380+F2×640F1=9943.7kgF1×213=G×380+F2×640F1=9943.7kgT和F1分别对铰点B取矩:T×300=F1×358T=11866kgΤ×300=F1×358Τ=11866kg即天线背架从完全展开工作状态开始收拢的一瞬间翻转油缸的拉力为11866kg。2.2滑动块和滑块该机构的组成是由两套两端分别铰接在底座和下背架间的举升油缸和安装在底座滑动导轨以及与上背架相连的滑块等组成。其功能是让展开后的上下背架沿滑动导轨作上下升降运动。在运动过程中,举升油缸承受的载荷(F总)主要是天线上下阵面以及背架的重力(74948N)、导轨摩擦力(1043N)之和(惯性力在此可不考虑),即F总=75991N。2.3背架与眼底间的设计天线阵面完全展开到工作状态后,整个阵面只通过滑动导轨上的4个滑块与基座相连,此时为一悬臂梁结构,但考虑到在外界载荷的作用下(风载)天线背架应具有一定的刚度要求,即满足天线阵面的设计精度要求。因而在设计中为了进一步提高这一要求,在下背架与底座之间设计了撑杆结构,如图1所示。该撑杆一端与背架铰接,另一端与安装在底座上的锁定导轨中的滑块(该滑块与锁定油缸组成一锁定机构)铰接,并随展开后的背架作升降运动。2.4自锁结构组成该机构为螺旋自锁机构,其功能是实现升降运动过程中背架在任意位置的锁止以及辅助撑杆在任意位置上的锁止。螺旋自锁机构由丝杠、锁定滑轨、滑块和锁定油缸四个部分组成。其具体结构形式如图4所示。自锁过程如下:在举升油缸带动上下背架运动的过程中,滑块与滑轨之间留有1mm的间隙,滑块在滑轨上自由滑动,撑杆处于自由状态,运动轨迹就是沿着锁定滑轨滑动。当举升油缸在任意位置停止运动,这时锁定油缸推动摇臂和丝杠旋转60°,通过滑块和丝杠之间梯形螺纹副的作用使滑块和撑杆的端面夹紧C形滑轨的壁板,从而使撑杆固定在滑轨的相应位置,起到辅助支撑的作用;使天线背架在升降过程中达到任意位置锁定的目的。3原油系统的设计3.1组成压力阀该系统是由泵站(手动、电动)、溢流阀、电磁换向阀(手动换向阀)、防爆阀、平衡阀、限速阀、管道和执行油缸等组成。液压系统中设计有主回路系统和应急油路系统的隔离阀组,以确保应急回路的有效隔离。在主回路系统出现故障时,能手动切换接通应急回路,使系统能继续工作。3.2加减速阀、压力调节回路如图5所示,该系统是一种通过开关量控制的开环控制系统。翻转机构在上背架展开、收拢回路中设置有双向平衡阀,确保在超越载荷下系统工作平稳可靠。并联的两个翻转油缸采用刚性同步原理,以实现同步翻转。另外,在下背架展开、收拢回路中设置两组叠加调速阀,该回路可实现下背架在展开或收拢接近终点时的速度减速要求,以减小下背架接近终点时的惯性载荷冲击。在整个背架举升、下降的回路中设置单向平衡阀,确保在超越载荷下系统工作平稳可靠。并联的两个举升油缸亦采用刚性同步原理进行实施。也同样设置两组叠加调速阀,以减小接近终点时的惯性载荷冲击。另外,设计中采用了三级压力调节回路,最大工作压力为16MPa,中压工作压力为10MPa,低压工作压力为5MPa。在不需要高压力工作的情况下,减小供油压力,以确保工作可靠及安全;减少系统发热,降低油温,节约能源。3.3原油泵的安装3.3.1油缸缸径及机械效率液压系统最大压力P≤16MPa;升降油缸(单根)所受最大载荷F=44871.94N;初步确定液压油缸缸径D=63mm。F=PAηm=16P×(63/2)2π×0.95=47382.1NF=ΡAηm=16Ρ×(63/2)2π×0.95=47382.1Ν式中,P为液压系统最大工作压力;A为液压油缸有效工作面积;ηm为液压缸的机械效率,ηm取0.95。根据计算缸径D=63mm完全可满足举升要求。3.3.2nf的计算液压系统最大压力P≤16MPa;翻转油缸(单根)所受最大载荷(正压力)F=50734.6N;初步确定液压油缸缸径D=90mm。F=PAηm=16×(90/2)2π×0.95=96698.2NF=ΡAηm=16×(90/2)2π×0.95=96698.2Ν式中,P为液压系统最大工作压力;A为液压油缸有效工作面积;ηm为液压缸的机械效率,ηm取0.95。翻转油缸所受最大载荷(负压力)F=58144N;F=PAηm=16×[(90/2)2π−(50/2)2π]×0.95=66853.1NF=ΡAηm=16×[(90/2)2π-(50/2)2π]×0.95=66853.1Ν式中,P为液压系统最大工作压力;A为液压油缸有效工作面积;ηm为液压缸的机械效率,ηm取0.95。根据计算缸径D=90mm完全可满足翻转要求。4中的翻转机构本文论述了一大阵面天线的举升翻