何文杰，張臘梅

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

隨著國家綜合實(shí)力的提升，保障我國領(lǐng)土、領(lǐng)海和領(lǐng)空安全的需求日益重要。故探測(cè)敵對(duì)勢(shì)力和恐怖組織的襲擊，保護(hù)國民安全和領(lǐng)土安全的職責(zé)越發(fā)重要。三坐標(biāo)目標(biāo)指示雷達(dá)具有全天候快速探測(cè)和定位功能，具有較高的探測(cè)精度。為了邊疆、高原、極寒等惡劣環(huán)境下的空間監(jiān)視，在無人值守條件下，雷達(dá)長(zhǎng)時(shí)間無故障工作對(duì)整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)的可靠性提出了更高的要求。

本文研究的天線座是三坐標(biāo)目標(biāo)指示雷達(dá)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間無人值守功能的基礎(chǔ)所在，通過對(duì)天線座驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)和測(cè)角裝置等關(guān)鍵部件冗余設(shè)計(jì)、傳動(dòng)系統(tǒng)浸油潤滑及狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置等一系列設(shè)計(jì)來滿足無人值守天線的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)。

1 天線座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

天線座包括轉(zhuǎn)盤、底座、回轉(zhuǎn)支承、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)組合和方位編碼器等單元[1-2]。天線座是為天線組合提供旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，使天線波束沿順時(shí)針進(jìn)行方位掃描[3-4]。天線座在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，更改的原則是盡量在原有的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上改進(jìn)，提高系統(tǒng)可靠性，延長(zhǎng)維護(hù)周期。

改進(jìn)設(shè)計(jì)主要包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和方位編碼器采用雙套冗余的結(jié)構(gòu)，將單驅(qū)動(dòng)電機(jī)、單控制單元改為雙驅(qū)動(dòng)電機(jī)和雙控制單元，并保證單電機(jī)工作能驅(qū)動(dòng)天線正常轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)為縮短維護(hù)周期，提高系統(tǒng)可靠性，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用浸油潤滑代替?zhèn)鹘y(tǒng)的脂潤滑。

2 熱冗余設(shè)計(jì)

2.1 雙電機(jī)設(shè)計(jì)

原轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)采用單套驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，如圖1（a）所示，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)選用SEW伺服減速電機(jī)，額定功率7.5 kW。安裝方式為側(cè)面法蘭螺栓固連，回轉(zhuǎn)支撐外齒與減速電機(jī)輸出端小齒輪嚙合處為脂潤滑。為了增加整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性，在改進(jìn)方案中，天線座采用了兩套驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)如圖1（b）所示，單個(gè)減速電機(jī)的額定功率仍為7.5 kW，安裝方式為軸向端面安裝。雷達(dá)正常開機(jī)條件下，單個(gè)電機(jī)工作，當(dāng)檢測(cè)到電機(jī)狀態(tài)，如電流突變時(shí)，切掉此電機(jī)電源，快速啟動(dòng)另一電機(jī)開始工作，通過此操作來達(dá)到天線正常工作的目的。

為了能夠更好地切換兩個(gè)電機(jī)的工作狀態(tài)，在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中加入單向離合器，其具有單向傳動(dòng)和接合容易的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了兩套機(jī)構(gòu)的無縫切換。單向離合器能夠使得回轉(zhuǎn)支撐旋轉(zhuǎn)時(shí)，冗余備份的非工作電機(jī)不會(huì)被嚙合傳動(dòng)，保證了轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)在不間歇工作下的維護(hù)。此結(jié)構(gòu)形式可靠性好，安全性高，拆卸維護(hù)減速電機(jī)方便。

圖1 電機(jī)安裝

2.2 雙編碼器設(shè)計(jì)

本套轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)在原系統(tǒng)單編碼器（見圖2（a））上采用了雙編碼器，如圖2（b）所示。編碼機(jī)構(gòu)中，通過雙片齒輪來消除回轉(zhuǎn)支撐外齒與編碼機(jī)構(gòu)輸入齒輪之間的齒隙可以消除齒輪間隙，且設(shè)計(jì)有1∶1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使得編碼器采集的角度信號(hào)與天線旋轉(zhuǎn)角度保持一致，保證了轉(zhuǎn)臺(tái)方位角測(cè)量的準(zhǔn)確性。除此之外，在改進(jìn)設(shè)計(jì)方案中，編碼機(jī)構(gòu)的冗余設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)在某一編碼器出現(xiàn)故障時(shí)，繼續(xù)保證系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3 潤滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)

原天線座內(nèi)傳動(dòng)系統(tǒng)采用脂潤滑，潤滑脂在低溫條件下黏稠系數(shù)會(huì)變大，過多的潤滑脂會(huì)增加電機(jī)啟動(dòng)力矩，影響電機(jī)的穩(wěn)定性，降低整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。而注入過少的潤滑脂時(shí)，隨著齒輪嚙合而引起的脂消耗會(huì)增加天線座維護(hù)的次數(shù)，縮短整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)的維護(hù)周期，無法滿足無人值守條件下的長(zhǎng)周期免維護(hù)的指標(biāo)要求。在此條件下，本方案中天線座傳動(dòng)系統(tǒng)采用浸油潤滑，將整個(gè)齒輪嚙合區(qū)域設(shè)計(jì)成近似封閉空間，工作時(shí)通過向該空間內(nèi)注入航空低溫潤滑油，使電機(jī)減速機(jī)齒輪、編碼機(jī)構(gòu)雙片齒輪和回轉(zhuǎn)支撐外齒始終處于油液潤滑狀態(tài)，延長(zhǎng)天線座維護(hù)時(shí)間，保障無人值守條件下天線的長(zhǎng)時(shí)間正常工作。

圖2 編碼器安裝

3.1 遠(yuǎn)程監(jiān)控的設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)采用浸油潤滑，并在轉(zhuǎn)臺(tái)上設(shè)計(jì)了油溫和油位的檢測(cè)設(shè)備，將信號(hào)集成至監(jiān)控終端，隨時(shí)監(jiān)控潤滑情況，保證潤滑系統(tǒng)的正常工作。

3.2 密封設(shè)計(jì)

天線座內(nèi)浸油空間與外界需采用密封設(shè)計(jì)，與浸油空間靜態(tài)密封處，均采用O型密封圈密封；與浸油空間動(dòng)態(tài)密封處，采用旋轉(zhuǎn)油封與迷宮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來達(dá)到密封效果。與此同時(shí)，拆除回轉(zhuǎn)支承上下兩道密封圈，利于潤滑油進(jìn)入側(cè)壁后的回油。注油口內(nèi)壁有上下油位線，保證每次注油都位于齒輪高度中心線左右，如圖3所示，此外還在底座外壁上設(shè)計(jì)有油位計(jì)，用于觀察潤滑油位置，具體的各潤滑裝置安裝示意如圖4所示。

圖4 各潤滑裝置安裝示意

4 結(jié)語

該無人值守雷達(dá)是在原三坐標(biāo)目標(biāo)指示雷達(dá)基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，通過對(duì)天線座的電機(jī)減速機(jī)、編碼機(jī)構(gòu)等冗余設(shè)計(jì)來保障整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。此外，通過密封設(shè)計(jì)、潤滑油狀態(tài)監(jiān)測(cè)、浸油潤滑來保證齒輪傳動(dòng)的可靠性，進(jìn)而延長(zhǎng)維護(hù)維修周期，達(dá)到無人值守長(zhǎng)時(shí)間工作的指標(biāo)要求。

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