1908_高低角俯仰限制電路的設(shè)計
1908_高低角俯仰限制電路的設(shè)計,高低,高下,俯仰,限制,電路,設(shè)計
黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 ( 文 獻(xiàn) 綜 述 ) 第 1 頁 高低角俯仰限制電路摘要:雷達(dá)俯仰控制是指雷達(dá)根據(jù)工作模式、量程、載機高度和目標(biāo)距離,自動設(shè)置俯仰角度或由操作員設(shè)置俯仰角度。機載雷達(dá)天線俯仰控制通常只采用手動方式,而機載雷達(dá)的天線俯仰控制有自動、手動和高度帶設(shè)置三種方式,自動控制是指雷達(dá)系統(tǒng)根據(jù)操作員選定的工作模式、量程,自動設(shè)置天線俯仰角;手動控制是指雷達(dá)操作員可以根據(jù)實際探測需求,人工設(shè)置天線的俯仰角;高度帶設(shè)置是指根據(jù)載機高度和目標(biāo)距離,系統(tǒng)自動設(shè)置天線俯仰角。自動控制天線俯仰運動,就需要高低角俯仰限制電路來控制。關(guān)鍵詞:雷達(dá)天線,俯仰控制,限制電路對于雷達(dá)天線的俯仰機構(gòu)的設(shè)計,我們可以借鑒前人的設(shè)計,通過搜索資料,可以發(fā)現(xiàn)平面連桿機構(gòu)對其有效,下面簡要分析一下平面連桿機構(gòu)在雷達(dá)俯仰控制中的應(yīng)用。現(xiàn)代車載式高機動雷達(dá)天線車具有工作及運輸 2 種狀態(tài),即在工作時將天線舉升至一定高度,并將天線陣面翻轉(zhuǎn)至一定的俯仰角度,可以減小地面及車上設(shè)備對天線波束的影響;工作結(jié)束后將天線恢復(fù)到水平狀態(tài)或其它特定角度,整車外形尺寸滿足公路、鐵路運輸時不超高、不超寬的要求。為滿足高機動雷達(dá)的機動性高、架設(shè)撤收迅捷的特性要求,需要一種能夠?qū)⑻炀€在 2種狀態(tài)間迅速轉(zhuǎn)換的狀態(tài)轉(zhuǎn)換機構(gòu)技術(shù)。目前常用的狀態(tài)轉(zhuǎn)換機構(gòu)技術(shù)主要有以下 2種1) “舉升轉(zhuǎn)臺 + 俯仰機構(gòu) ”式設(shè)計。如圖 1(a)所示,通常采用機電液混合伺服傳動技術(shù),轉(zhuǎn)臺與天線被同時舉高;2) “俯仰機構(gòu) + 推舉天線”式設(shè)計。如圖 1(b)所示,通常采用全機電伺服傳動技術(shù),天線單獨運動,舉升機構(gòu)為滑軌結(jié)構(gòu)。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 ( 文 獻(xiàn) 綜 述 ) 第 2 頁 前者舉升高度較高,但機構(gòu)復(fù)雜,維護(hù)要求高;后者機構(gòu)設(shè)計相對簡單,但舉升高度有限,因滑軌結(jié)構(gòu)的密封性不足,環(huán)境適應(yīng)性較差,同時兩者都存在天線偏心大的缺點。某型雷達(dá)系統(tǒng)要求在工作狀態(tài)時天線要滿足以下條件:1) 能夠舉升至一定高度;2) 有一定的預(yù)仰角;3) 轉(zhuǎn)動時天線偏心量盡可能??;4) 結(jié)構(gòu)緊湊、控制方便、維護(hù)簡單。論證表明,傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)換機構(gòu)已無法滿足要求,需要研制一種新的機構(gòu)形式。文中提出了一種基于平面機構(gòu)原理的傳動機構(gòu)方案,可滿足上述要求。1 新型機構(gòu)的原理與結(jié)構(gòu)方案1.1 機構(gòu)工作原理圖 2 為新型機構(gòu)在運輸狀態(tài)下的運動簡圖。機構(gòu)中,活動構(gòu)件數(shù) n = 6,低副 L =8,高副 H=0,機構(gòu)自由度為P =3n-2L-H =2機構(gòu)自由度數(shù)與主動件數(shù)相等,符合機構(gòu)運動原理。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 ( 文 獻(xiàn) 綜 述 ) 第 3 頁 1.2 新型機構(gòu)結(jié)構(gòu)方案從提高系統(tǒng)的實用性與可靠性考慮,新型機構(gòu)采用全機電伺服傳動技術(shù)方案。在具體的工程設(shè)計中,圖 2 中 6、7 為傳統(tǒng)的絲杠傳動機構(gòu),4,5 為單級電動缸(作為俯仰機構(gòu)) ,2 為門架,機架 1 為轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)盤。上述部分在轉(zhuǎn)臺的驅(qū)動下做方位轉(zhuǎn)動,如圖 3 所示。舉升機構(gòu)與俯仰機構(gòu)各為 2 套,分別同步運動,既可降低對天線骨架的剛性要求,又可提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。1.3 機構(gòu)工作過程設(shè)計天線由運輸狀態(tài)轉(zhuǎn)換為工作狀態(tài)有以下 2 種運動方法可選:1) 分步運動法。單級電動缸首先伸出到位,完成天線的俯仰運動,然后在絲杠黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 ( 文 獻(xiàn) 綜 述 ) 第 4 頁 傳動機構(gòu)的驅(qū)動下,門架轉(zhuǎn)動到位,完成天線的舉升運動,分 2 步完成天線狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。2) 同步運動法。電動缸與絲杠傳動機構(gòu)同時啟動,然后同時運動到位,一步即可完成狀態(tài)轉(zhuǎn)換。逆向工作過程即可將天線由工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換為運輸狀態(tài)。方法 1) 控制簡單,但轉(zhuǎn)換過程中偏心現(xiàn)象較為明顯; 方法 2) 重心控制較好,但由于同時運動的構(gòu)件較多,機構(gòu)同步性要求較高,伺服控制難度較大。考慮到機構(gòu)的可靠性與控制的簡便性,最終確定采用分步運動控制方法,并將中間狀態(tài)作為天線維修狀態(tài)。天線工作狀態(tài)如圖 4 所示。2 機構(gòu)載荷分析依據(jù)分步運動方案,利用“多體動力學(xué)仿真分析軟件 ADAMS”分析運動過程中俯仰機構(gòu)與舉升機構(gòu)的載荷情況。仿真工況分析:在實際工作中,在天線的重量分布不均勻以及機構(gòu)運動同步性的差異等因素的影響下,2 套俯仰、舉升機構(gòu)在受力上會有所不同。但在分析時按受力相同、同步運動的理想工況考慮,分析結(jié)果如圖 5 所示。圖中紅色實線為俯仰機構(gòu)單套載荷變化曲線,藍(lán)色虛線為舉升機構(gòu)單套載荷變化曲線。從圖 5 中可以看出單套舉升機構(gòu)最大載荷為Fmax1=18 kN黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 ( 文 獻(xiàn) 綜 述 ) 第 5 頁 單套俯仰機構(gòu)最大載荷為Fmax2=31 kN3 舉升機構(gòu)設(shè)計舉升機構(gòu)采用普通的絲杠傳動機構(gòu)形式。絲杠傳動機構(gòu)是將電機的旋轉(zhuǎn)運動通過螺旋傳動副(滑動或滾動螺旋副)的機械運動轉(zhuǎn)換為絲杠的直線運動,并利用伺服電機的閉環(huán)控制特性,實現(xiàn)對推力、速度和位置的精密控制。圖 6 為普通絲杠舉升機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。絲杠暴露在外,可為絲杠加裝防護(hù)罩,以增強絲杠的環(huán)境適應(yīng)性。3.1 設(shè)計計算考慮到機構(gòu)的自鎖要求,舉升機構(gòu)使用梯形絲杠副結(jié)構(gòu)形式,根據(jù)絲杠的剛強度要求,初選梯形絲杠參數(shù)為公稱直徑 d =60 mm導(dǎo)程 S =9 mm根據(jù)上節(jié)分析結(jié)果,舉升機構(gòu)最大載荷為 18 kN,絲杠副的驅(qū)動力矩為 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 ( 文 獻(xiàn) 綜 述 ) 第 6 頁 ??m6.8tg2d????NFT???絲杠中徑: d2= 55.5 mm導(dǎo)程角: γ=2.96°當(dāng)量摩擦角:ρv=5.91°效率: ??%3tg??????安全系數(shù)按 1. 5 倍考慮,則單套舉升機構(gòu)的驅(qū)動力矩設(shè)計參考值約為 130 N·m舉升機構(gòu)總行程約為 430 mm,運動時間不大于1 min,則梯形螺母的最低轉(zhuǎn)速為minr8.47930n1???根據(jù)以上計算結(jié)果,驅(qū)動電機初選 1.5 kW 交流伺服電機,其額定力矩為 4.77 N·m,額定轉(zhuǎn)速為3 000 r / min。由電機額定轉(zhuǎn)速及螺母最大轉(zhuǎn)速可以得出傳動鏈總速比最大值為 ,減5.624830iz??速機速比選為 ,則末級齒輪速副比最大值為 ,初步確定末級50ij? .1562ijzm???齒輪副速比為 im= 1。3.2 設(shè)計校核從輸出力矩角度進(jìn)行校核,按電機額定輸出計算,末級( 螺母) 輸出力矩為m1308.9.0157.4imj ?????NT?從輸出轉(zhuǎn)速( 即工作時間) 角度進(jìn)行校核,按電機額定輸出計算,末級( 螺母) 輸出轉(zhuǎn)速為inr8.47ir60153nm???故上述設(shè)計滿足驅(qū)動力矩及工作時間要求。4 俯仰機構(gòu)設(shè)計俯仰機構(gòu)采用單級伺服電動缸機構(gòu)。伺服電動缸在傳統(tǒng)的絲杠傳動機構(gòu)的基礎(chǔ)上改而來,其傳動原理與傳統(tǒng)絲杠傳動機構(gòu)相同。二者的區(qū)別在于電動缸是將絲杠的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為螺母的直線運動。與普通絲杠傳動機構(gòu)相比,電動缸有效行程、效率都低于前者,重量也不占優(yōu)勢。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 ( 文 獻(xiàn) 綜 述 ) 第 7 頁 但其防護(hù)性能更佳,環(huán)境適應(yīng)性較強,維護(hù)簡單。電動缸結(jié)構(gòu)如圖 7 所示。4. 1 設(shè)計計算出于與舉升機構(gòu)相同的考慮,俯仰機構(gòu)使用梯形絲杠副結(jié)構(gòu),初選與舉升機構(gòu)同規(guī)格的梯形絲杠,其參數(shù)為公稱直徑: d =60 mm導(dǎo)程: p =9 mm根據(jù)第 3 節(jié)的分析,俯仰機構(gòu)載荷最大值為31kN,則絲杠的驅(qū)動力矩 T= 149.6 N·m(計算過程與3.1節(jié)相同) 。安全系數(shù)按1.5倍考慮,則單套俯仰機構(gòu)的設(shè)計驅(qū)動力矩為224.4 N·m 。俯仰機構(gòu)總行程約為1000 mm ,運動時間不大于2 min,則梯形絲杠的最低轉(zhuǎn)速:minr5.910n2???根據(jù)以上計算結(jié)果,驅(qū)動電機初選2.2 kW 交流伺服電機,額定輸出扭矩7.0 N· m,額定轉(zhuǎn)速為3000r/min。由電機額定轉(zhuǎn)速及絲杠最低轉(zhuǎn)速可以得出傳動鏈總速比最大為 ,減速54.30iz??機速比選為 ,則末級齒輪副速比最大值為 ,初步確定末級齒輪副50ij? 8.1504ijzm??速比i m= 1。4.2 設(shè)計校核從輸出力矩角度進(jìn)行校核,末級輸出力矩為;m4.280.150.7imj ?????NT?從輸出轉(zhuǎn)速角度進(jìn)行校核,末級輸出轉(zhuǎn)速為黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 ( 文 獻(xiàn) 綜 述 ) 第 8 頁 ,minr5.60153nm???故上述設(shè)計滿足驅(qū)動力矩及工作時間要求。5 機構(gòu)動態(tài)穩(wěn)定性設(shè)計俯仰舉升機構(gòu)屬于平面四連桿機構(gòu),存在較多的裝配間隙,機構(gòu)的動態(tài)穩(wěn)定性不足。可采取如下措施提高機構(gòu)的動態(tài)穩(wěn)定性:1) 門架與轉(zhuǎn)盤間設(shè)計機械限位。門架舉升到位后,舉升機構(gòu)對門架施加預(yù)緊力,將門架、舉升機構(gòu)及轉(zhuǎn)盤在預(yù)緊力的作用下連接形成剛性支撐結(jié)構(gòu)。2) 對俯仰機構(gòu)部分設(shè)計輔助撐桿,提高俯仰機構(gòu)連接的動態(tài)穩(wěn)定性。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 ( 文 獻(xiàn) 綜 述 ) 第 9 頁 參考文獻(xiàn)[1]張潤奎,戚仁欣 ,張樹雄等.雷達(dá)結(jié)構(gòu)與工藝[M].電子工業(yè)出版社,2004. [2]鄭文緯,吳克堅 .機械原理[M].高等教育出版社,2001.[3]黃文虎,邵成勛 .多體系統(tǒng)動力學(xué)[M].中國鐵道出版社,1996.[4]楊可楨,程光蘊 .機械設(shè)計基礎(chǔ)[M].高等教育出版社,2003.[5]何立民,單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計[J].航空航天大學(xué)出版社, 1992.[6]余水權(quán)等, 單片機應(yīng)用系統(tǒng)的功率接口技術(shù)[M].航空航天大學(xué)出版社,1992. [7]機械工程手冊編委會,機械工程手冊[M].第六卷.機械工業(yè)出版社,1982.[8]沈興全,吳秀玲 ,液壓傳動與控制[M].國防工業(yè)出版社,2005.[9]黃江平,705D 全自動機動式雷達(dá)天線升降裝置設(shè)計[J]. 電子機械工程,2001.[10]丁鷺飛, 耿富錄.雷達(dá)原理[ M] .西安電子科技大學(xué)出版社, 1984.[11] David K. Barton ,Sergey A. Leonov. Radar Technology Encyclopedia.[12]龔振邦.電子設(shè)備機械設(shè)計[M].高等教育出版社, 1985.[13]葉尚輝,李在貴等 .天線結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].西北電訊工程學(xué)院出版社, 1986.[14]秦曾煌.電工學(xué)電子技術(shù)[M].高等教育出版社,2004.[15]童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].高等教育出版社,2001.[16]閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].高等教育出版社,1998.[17]董景新,趙長德 .控制工程基礎(chǔ)[M]清華大學(xué)出版社,1992.[18]Richard C.Dorf,Robert H.Bishop.現(xiàn)代控制系統(tǒng)[M].謝紅衛(wèi)等譯.高等教育出版社,2001.[19](日) 緒方勝彥.現(xiàn)代控制工程 [M].盧伯英等譯.科學(xué)出版社,1979.[20]陳康寧.機械工程控制基礎(chǔ)[M].西安交通大學(xué)出版社,2002.[21]李有善.自動控制原理[M].國防工業(yè)出版社,1989.[22]王顯正,陳正航 ,王旭永.控制理論基礎(chǔ)[M].科學(xué)出版社,2000.[23]黃真棠,許紀(jì) .機械控制工程[M].華南理工大學(xué)出版社,1994.[24]孫恒,陳作模 .機械原理[M].高等教育出版社,2006.[25]孟憲源,現(xiàn)代機構(gòu)手冊[M].機械工業(yè)出版社,1994.黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 ( 文 獻(xiàn) 綜 述 ) 第 10 頁 [26]梁嵩高,平面連桿機構(gòu)的計算設(shè)計[M],高等教育出版社,1993.[27]詹啟賢,自動機械設(shè)計[M],中國輕工業(yè)出版社,1994.[28]丁毓銀,數(shù)字電路邏輯設(shè)計[M].高等教育出版社,1999.
收藏