大型雷达天线自动定位插销机构

张腊梅，王 磊

(中国电子科技集团公司第三十八研究所， 安徽 合肥 230088)

大型雷达天线自动定位插销机构

张腊梅，王 磊

(中国电子科技集团公司第三十八研究所， 安徽 合肥 230088)

由于大型雷达天线的定位和锁定功能独立，高精度的定位锁定很难实现。为简化机构，提高系统可靠性，设计了一种自动定位插销机构。文中阐述了该机构的结构特点和工作原理。由于锥度作用，插销系统对该天线阵面具有自动调心修正功能，并通过控制延迟时间使锥销每次位置保持一致。经实际标定测试，重复定位精度达到0.01°。该机构不仅具有通用插销机构的所有功能，而且还具有定位锁定功能，其结构简单、合理、紧凑，构思巧妙，解决了大型雷达天线高定位精度和重复定位精度难以实现的问题，具有一定的应用推广价值。

大型雷达；自动定位；插销

引 言

目前雷达天线的定位和锁定功能基本是分开实现的，定位靠传动系统和伺服控制软件的结合来实现，锁定靠手动或自动插销实现，而定位精度完全依赖于传动系统精度、角度反馈元件精度及伺服控制软件的精度。因此，要实现到位后的精确锁定，对定位精度的要求就很高，对于大中型雷达天线而言，实现起来很难。而且以往大部分产品没有精确角度锁定，少数产品只能实现单角度锁定。同时，由于雷达技术的发展，目标探测精度要求越来越高，对雷达天线的定位精度要求也越来越高，而且定位要求实现多角度可调[1]。因此，有必要提供集精确定位及锁定功能于一体的自动插销机构。

某大型雷动天线俯仰角度需进行多角度调整，调整后需精确重复定位。在传统的设计中，为保证高的定位精度和重复定位精度，对伺服结构和控制的精度要求很高，而对于大型雷达天线，实现起来非常困难。针对这个问题，本文提出了一种大型雷达天线自动定位插销结构设计方法。天线在伺服指令控制下停止俯仰转动时，自动插销动作，在销锥度的作用下实现天线的自动定心，保证重复定位精度[2]。

1 插销结构设计

自动定位插销机构主要由动力液压缸、定位支座、锥销、锁紧盘、防转销、密封圈及接近开关等部分组成，如图1所示。

图1 插销结构图

液压缸包括缸体和活塞杆2部分，活塞杆在液压油压力作用下在缸体内进行伸缩运动，缸体外圆端面设有定位止口，通过止口安装固定在定位支座上，活塞杆直接安装在定位销端头定位孔内。由于锥销无方向性，因此在活塞杆导向部分和锥销端头镗有销孔，用销钉在销孔处限位以防止锥销旋转。进出油口都设在液压缸体外露部分。锥销孔直接设计在传动轴末端的传动齿轮上，传动齿轮根据不同的锁定角度，设计多个销孔位置，如图2所示。此插销机构组装完毕，可以作为一个小部件定位安装在基座上，然后连接液压管路，十分方便快捷[3]。

图2 传动齿轮

由于雷达天线尺寸较大，采用双支臂式俯仰支撑机构，两支撑点的跨距较大，故在天线两侧支臂各布置一套该插销机构即可实现定位。因雷达天线转动惯量较大，所以伺服很难保证很高的定位精度。当伺服定位在某个角度时，插销油缸工作，带动锥销伸出，插入销孔，每次锥销行程基本一致，以保证天线俯仰角的重复定位精度。插销插入后可实现高速轴和低速轴同时制动，插销油缸动力关闭，插销动作结束。在插销插入和拔出到位后均有行程开关信号输出[4]。

为保证锥销的伸出完全到位，活塞杆的实际行程比设计行程稍大。锥销伸出到位后，其中1个接近开关的信号灯亮，插销继续动作，通过延迟时间确保锥销完全到达设计位置。该机构设计巧妙，操作简便，能大大降低传动系统和伺服控制的精度要求。

2 插销力学分析

图3所示为销和锥套的力学模型，图4为锥的力学模型。图中，F为液压油缸的轴向推力；α为插销及锥套的锥度；N1为锥套与齿轮或销与基座的正压力；f1为正压力所产生的摩擦力；R1为N1与f1的合力；β为R1与N1的夹角，即摩擦角。

图3 销和锥套的力学模型

图4 销的受力简图

根据图3所示的销的力学模型，得到销的受力简图，如图4所示。由力的三角形关系可得力的三角模型，如图5所示。

图5 三角模型

经推导计算得：

F=N1(tg(α+β)+tgβ)

锥销是靠轴向力压入销孔内的，一旦发生自锁将很难拔出来，因此斜角α应取得较大，至少大于锥销与销孔的摩擦角。当摩擦系数μ取为0.12时，β为6.843°。设计中斜角α一般取为10°～14°，国外一些类似产品多取为14°，文中锥销的斜角α取为14°。

3 插销调整

该插销除结构设计外，装配调整也是考虑的重要环节。锥销和销孔的对中度不但直接影响天线的定位精度和重复定位精度，而且对插销、销套的受力影响也较大。锥销的外圆锥面与销孔的内圆锥面在加工时要求配磨，以保证圆锥面的一致性，从根本上保证销和销孔的配合和对中程度。在装配时，由于销和销孔属于独立部件，需单独装配，装配时只需调整插销的位置即可。调整方法也非常简单，如图6所示，通过插销座四周顶丝座上安装的顶丝可调整插销在水平面上2个方向的平动和绕中心轴的旋转；通过插销座上的顶丝可调整插销的高低和多方向的倾斜，在调整的过程中需实时监测销外锥面与销孔内锥面的接触情况。

图6 插销调整顶丝示意图

在插销调整前，采用计量方法事先标定好天线阵面的某个角度，作为准确角度记入伺服控制系统，继而锁定天线阵面，开始调整该角度下的插销系统，以保证锥销和销孔的配合接触良好，并继续旋转至下一个天线工作角度。齿轮上各个销孔对齿轮中心的旋转精度要求很高，高的加工精度可保证天线即齿轮在旋转某个角度后，插销依然能很准确地插入对应的销孔内。

4 结束语

该自动插销可应用于大型雷达天线的方位或俯仰自动定位，解决了大型雷达天线伺服定位高精度难以保证的问题，锥销的自动定心功能也解决了传统柱销定心难和插拔困难的问题。目前，它已成功应用于某大型雷达天线的多角度自动定位，重复定位精度优于0.01°，而且插拔方便、快捷，是兼自动定位和安全保护插销功能于一体的小型机构。但由于是首次应用，在后期的推广应用中可能会发现一些问题，这需要对它进行优化和改进。

[1] 叶尚辉, 李在贵. 天线结构设计[M]. 西安: 西北电讯工程学院出版社, 1986.

[2] 周宛华. 浮动锥销定位在工装设计中的应用[J]. 机械工人·冷加工, 1998(8): 16．

[3] 张学周. 新型自动插销机构[J]. 金属加工, 2013(10): 47．

[4] 吴凤高. 天线座结构设计[M]. 西安: 西北电讯工程学院出版社, 1986.

张腊梅(1980-)，女，高级工程师，主要从事雷达传动机构设计工作。

Automatic Locating Latch Mechanism for Large Radar Antenna

ZHANG La-mei，WANG Lei

(The38thResearchInstituteofCETC,Hefei230088,China)

It is difficult to realize high-precision positioning and locking for the large radar antenna because the positioning and locking functions are independent. An automatic positioning latch mechanism is designed to simplify the mechanism and improve the reliability of the system. In this paper the characteristics and operation principle are introduced. The latch has automatic correction function for the antenna because of the taper. Besides，the latch can keep at the same position every time through the delay time control. The actual calibration test shows that the positioning precision is up to 0.01°. This mechanism not only has all functions of the common latch mechanism, but also has the automatic positioning & locking function. The structure of this cleverly designed latch mechanism is simple, reasonable and compact. It can solve the problem of high-precision positioning and repetitive positioning of the large radar antenna.

large radar; automatic position; latch

2014-09-22

TN82

A

1008-5300(2015)02-0017-03