某無人值守雷達天線座改進設計

何文杰，張臘梅

（中國電子科技集團公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088）

隨著國家綜合實力的提升，保障我國領土、領海和領空安全的需求日益重要。故探測敵對勢力和恐怖組織的襲擊，保護國民安全和領土安全的職責越發重要。三坐標目標指示雷達具有全天候快速探測和定位功能，具有較高的探測精度。為了邊疆、高原、極寒等惡劣環境下的空間監視，在無人值守條件下，雷達長時間無故障工作對整個雷達系統的可靠性提出了更高的要求。

本文研究的天線座是三坐標目標指示雷達實現長時間無人值守功能的基礎所在，通過對天線座驅動結構和測角裝置等關鍵部件冗余設計、傳動系統浸油潤滑及狀態監測裝置等一系列設計來滿足無人值守天線的長時間運轉。

1 天線座結構設計

天線座包括轉盤、底座、回轉支承、驅動系統、旋轉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動力，使天線波束沿順時針進行方位掃描[3-4]。天線座在原有基礎上進行改進設計，更改的原則是盡量在原有的設計基礎上改進，提高系統可靠性，延長維護周期。

改進設計主要包括驅動機構和方位編碼器采用雙套冗余的結構，將單驅動電機、單控制單元改為雙驅動電機和雙控制單元，并保證單電機工作能驅動天線正常轉動。同時為縮短維護周期，提高系統可靠性，驅動系統采用浸油潤滑代替傳統的脂潤滑。

2 熱冗余設計

2.1 雙電機設計

原轉臺系統采用單套驅動機構，如圖1（a）所示，驅動機構選用SEW伺服減速電機，額定功率7.5 kW。安裝方式為側面法蘭螺栓固連，回轉支撐外齒與減速電機輸出端小齒輪嚙合處為脂潤滑。為了增加整個雷達系統運轉的可靠性，在改進方案中，天線座采用了兩套驅動機構，結構如圖1（b）所示，單個減速電機的額定功率仍為7.5 kW，安裝方式為軸向端面安裝。雷達正常開機條件下，單個電機工作，當檢測到電機狀態，如電流突變時，切掉此電機電源，快速啟動另一電機開始工作，通過此操作來達到天線正常工作的目的。

為了能夠更好地切換兩個電機的工作狀態，在驅動機構中加入單向離合器，其具有單向傳動和接合容易的特點，實現了兩套機構的無縫切換。單向離合器能夠使得回轉支撐旋轉時，冗余備份的非工作電機不會被嚙合傳動，保證了轉臺系統在不間歇工作下的維護。此結構形式可靠性好，安全性高，拆卸維護減速電機方便。

圖1 電機安裝

2.2 雙編碼器設計

本套轉臺系統在原系統單編碼器（見圖2（a））上采用了雙編碼器，如圖2（b）所示。編碼機構中，通過雙片齒輪來消除回轉支撐外齒與編碼機構輸入齒輪之間的齒隙可以消除齒輪間隙，且設計有1∶1傳動機構，使得編碼器采集的角度信號與天線旋轉角度保持一致，保證了轉臺方位角測量的準確性。除此之外，在改進設計方案中，編碼機構的冗余設計，能夠實現在某一編碼器出現故障時，繼續保證系統的正常運轉。

3 潤滑系統設計

原天線座內傳動系統采用脂潤滑，潤滑脂在低溫條件下黏稠系數會變大，過多的潤滑脂會增加電機啟動力矩，影響電機的穩定性，降低整個系統的可靠性。而注入過少的潤滑脂時，隨著齒輪嚙合而引起的脂消耗會增加天線座維護的次數，縮短整個雷達系統的維護周期，無法滿足無人值守條件下的長周期免維護的指標要求。在此條件下，本方案中天線座傳動系統采用浸油潤滑，將整個齒輪嚙合區域設計成近似封閉空間，工作時通過向該空間內注入航空低溫潤滑油，使電機減速機齒輪、編碼機構雙片齒輪和回轉支撐外齒始終處于油液潤滑狀態，延長天線座維護時間，保障無人值守條件下天線的長時間正常工作。

圖2 編碼器安裝

3.1 遠程監控的設計

整個系統采用浸油潤滑，并在轉臺上設計了油溫和油位的檢測設備，將信號集成至監控終端，隨時監控潤滑情況，保證潤滑系統的正常工作。

3.2 密封設計

天線座內浸油空間與外界需采用密封設計，與浸油空間靜態密封處，均采用O型密封圈密封；與浸油空間動態密封處，采用旋轉油封與迷宮結構設計來達到密封效果。與此同時，拆除回轉支承上下兩道密封圈，利于潤滑油進入側壁后的回油。注油口內壁有上下油位線，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計有油位計，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 結語

該無人值守雷達是在原三坐標目標指示雷達基礎上進行改進設計，通過對天線座的電機減速機、編碼機構等冗余設計來保障整個系統的可靠性。此外，通過密封設計、潤滑油狀態監測、浸油潤滑來保證齒輪傳動的可靠性，進而延長維護維修周期，達到無人值守長時間工作的指標要求。

[參考文獻]

[1]張潤逵，戚仁欣，張樹雄.雷達結構與工藝[M].北京：電子工業出版社，2007.

[2]吳鳳高.天線座結構設計[M].西安：西北電訊工程學院出版社，1986.

[3]張臘梅.某地面雷達天線座設計[J].電子機械工程，2007（23）：27-30.

[4]王健石，胡克全，吳傳志.電子設備結構設計手冊[M].北京：電子工業出版社，1993.