陳興 陳東星 謝眾

摘要：介紹了雙絲桿驅(qū)動機構工作原理，論述了雙絲桿運動產(chǎn)生不同步的原因以及如何判定與解決雙絲桿同步運行問題。

關鍵詞：雙絲桿；同步；驅(qū)動機

1.概述

隨著雷達天線陣面朝著平面陣的方向發(fā)展，天線陣面的架設撤收都涉及到平面陣的俯仰、折疊、舉升。傳統(tǒng)的單絲桿驅(qū)動機構受力不平衡，支點處應力集中，且單電機體積龐大，絲桿橫截面較大。雙絲桿驅(qū)動機構具有使天線陣面處受力分散，以及減小電機和絲桿結構尺寸的優(yōu)點，因此在大型相控陣雷達天線的驅(qū)動機構中使用越來越廣泛。

雙絲桿驅(qū)動機構在設計時主要難點是雙絲桿的運動同步問題，當雙絲桿由于加工誤差及裝配誤差，運動不同步時，將出現(xiàn)天線陣面的扭擺或出現(xiàn)絲桿的卡死現(xiàn)象。

2.雙絲桿驅(qū)動機構的工作原理

雙絲桿驅(qū)動機構的工作原理如下：兩套相同的絲桿驅(qū)動機構分別對稱布置在天線的兩側，驅(qū)動機構由電機驅(qū)動，通過減速機減速，再將動力傳送到螺母，螺母同步轉(zhuǎn)動，帶動絲桿直線運動，從而帶動天線陣面俯仰至工作位置。雙絲桿驅(qū)動機構如圖1所示。

3.雙絲桿驅(qū)動機構不同步原因

雙絲杠驅(qū)動機構不同步的原因主要有以下幾個方面：

3.1 機械結構導致雙絲桿驅(qū)動機構不同步

1）結構設計

機械結構的同步運行前提是兩絲桿驅(qū)動機構三角形投影方向重合，則要求天線骨架鉸接支耳、驅(qū)動機構的精度及回差間隙等均嚴格控制在許可范圍內(nèi)。

2）機械裝置的裝配

裝配時安裝基準、裝配順序的選擇，以及裝配公差的控制都會造成雙絲桿驅(qū)動機構安裝后結構不同步。

3.2 控制方法導致不同步

控制程序上通常采用位置、速度、力矩等多參數(shù)控制。由于負載不平衡，各種控制方法都會引起雙絲桿驅(qū)動機構的運動不同步。

4.驅(qū)動系統(tǒng)同步故障恢復

4.1故障判斷

機電式雙絲桿故障后，從驅(qū)動器讀出故障信息，并讀取兩絲桿的行程，由主軸故障、同步故障或力矩差大于閾值引起的故障可以判定為不同步。

4.2同步恢復

不同步引起的故障，會使得兩套驅(qū)動機構的行程差較大，繼續(xù)啟動運行，有兩種結果：一是啟動保護；二是行程差進一步加大，不同步加劇。

因此，繼續(xù)啟動運行前，需要進行同步恢復。

1）行程差超過門限這種情況，在同步恢復中主軸不動，將從軸朝著主軸的位置運行。

2）當從軸力矩超過門限這種情況

出現(xiàn)時很大可能為從軸有結構性故

障。處理方法為從軸朝著主軸的位置運行，同步點為從軸力矩出現(xiàn)最小值的點。通過軟行程保護將從軸單軸運行至同步點位置，即恢復同步。

4.3 參數(shù)恢復

雙絲桿恢復同步后的參數(shù)可能與故障前參數(shù)不一致。因此，需要將雙絲桿同步后的參數(shù)恢復到初始參數(shù)。

1）有硬限位的場合，以硬限位為基準，雙套絲桿驅(qū)動機構低速接近硬限位。在接近硬限位完畢后，單軸絲桿運行，保證雙絲桿都以一定的力矩貼緊硬限位。以當前位置對雙絲桿清零，完成雙絲桿參數(shù)恢復。

2）在空間限制時采用絲桿螺母限位，絲桿螺母限位精度依賴于安裝精度，在驅(qū)動機構位置調(diào)整好后，擰緊絲桿末端的雙螺母，作為零位使用。

5.雙絲桿驅(qū)動機構不同步問題的解決措施

5.1 驅(qū)動系統(tǒng)結構設計

1）機械結構的合理布置

利用ADMAS等仿真軟件對每一套絲桿驅(qū)動機構及鉸鏈處的受力進行計算、校核。

2）裝配誤差的控制

雷達設計時的基準軸線在裝配中無法準確測量，如果以軸線為安裝基準將帶來人為的測量誤差。

裝配時，以水平方向進行定位，能夠使天線安裝后兩套驅(qū)動機構在同一垂直面上。

3）安全保護設計

在設計中對天線進行多重安全保護：

（1）軟件保護，在程序中設置絲桿運行的起點和終點，防止天線運動

過行程。

（2）硬件保護，在絲桿運行到兩個極限位置分別裝上行程開關，作為

到達行程的判斷依據(jù)。

（3）硬限位，保證在傳感器出現(xiàn)故障及其他任何異常情況下，絲桿不能運行超過硬限位的位置，從而起到安全保護作用。

5.2 驅(qū)動系統(tǒng)同步的控制設計

在雙絲桿同步驅(qū)動系統(tǒng)設計中，采用“追隨式” 設計方法。即以一側的傳動機構為主傳動機構，而另一側的傳動機構為從動傳動機構。主動式機構按固定的速度曲線運行，而從動傳動機構的以一定的速度追趕主傳動機構。

絲桿運行過程中，實時檢測主從絲桿的驅(qū)動電機處力矩輸出，當力矩差達到一定值時認為雙絲桿不同步。否則主從絲桿繼續(xù)運行，直到位置傳感器檢測到到達位置信號停止動作。

6.結語

經(jīng)過樣機的驗證，與單絲桿驅(qū)動雷達天線陣面相比，雙絲桿驅(qū)動機構大大改善了天線陣面的受力狀況，使天線架撤過程中運行更加平穩(wěn)；同步控制算法的運用有效的解決了雙絲桿運行過程中的同步問題，提高了雙絲桿驅(qū)動機構的可靠性。

參考文獻

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[3] 王永康，張義芳. ANSYS Icepak 進階應用導航案例[M ]. 北京：中國水利水電出版社，2016.

（作者單位：武漢濱湖電子有限責任公司）