伺服天線自動升降裝置的改造與設(shè)計

劉大成 陳立坡 陳雄

摘要：針對部分老舊設(shè)備天線伺服系統(tǒng)需要人工手搖方式開展，影響設(shè)備部署時機和工作效率，提出對其進行自動化改造。文中設(shè)計一種天線自動升降系統(tǒng)，通過控制電機轉(zhuǎn)動帶動天線升降，將設(shè)備天線升降系統(tǒng)由人工手搖式升級為電機自動式，縮短設(shè)備機動部署時間，提高設(shè)備展開工作效率。

關(guān)鍵詞：天線系統(tǒng);自動升降;展開時間;電機驅(qū)動器

中圖分類號：TN710 文獻標識碼：B 文章編號：1007-9416（2019）10-0024-01

0 引言

當前，部分老舊設(shè)備的伺服天線系統(tǒng)仍采用單一的機械結(jié)構(gòu)單元，沒有自動化控制系統(tǒng)。日常使用時，需要人工搖動搖把兒的方式將天線升起和降下，往往大型天線的升降過程，需要2-3人輪流操作才能將其正常升起，且消耗的時間較長;同時由于天線的機械結(jié)構(gòu)單元沒有自動限位裝置，天線升降是否到位需要人工目視判斷，既不能完全保障裝備的架設(shè)安全，又進一步降低了天線展開效率。因此需要對老舊機械結(jié)構(gòu)天線進行自動化改造，增加伺服電機、控制器、限位開關(guān)等功能模塊，實現(xiàn)天線升降的自動化控制。

1 設(shè)計的基本思路和原則

天線自動升降系統(tǒng)的設(shè)計制作，要以設(shè)備實際使用需求出發(fā)，既不能破壞天線主體影響天線正常使用，又要滿足使用要求，因此在設(shè)計中應始終堅持科學性、適用性和可行性相統(tǒng)一的原則[1]。

（1）設(shè)計制作不能影響設(shè)備正常使用。系統(tǒng)的設(shè)計將增強設(shè)備的機動部署能力、提高設(shè)備的展開效率，這一切的前提都是要保障不能破壞設(shè)備天線本體、不影響設(shè)備正常使用的前提下開展的。因此在設(shè)計時，要盡量不改變設(shè)備天線伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布局、不隨意引接設(shè)備線路、不新增安裝孔等，盡量利用設(shè)備原有的接口和安裝孔等開展設(shè)計。

（2）設(shè)計制作考慮使用環(huán)境要求。系統(tǒng)將安裝固定在設(shè)備天線基座附近，在露天環(huán)境下使用，需要考慮惡劣的存放和使用條件，因此在模塊和元器件選型時，需要考慮其溫濕度指標，同時對電機等模塊設(shè)計防雨、防潮、防鹽霧等措施。

（3）電路板的設(shè)計制作。系統(tǒng)將制作控制電路，在電路板的繪制過程中將嚴格按照電路板制作規(guī)范進行，同時需要分析天線伺服系統(tǒng)原有板卡，避免出現(xiàn)電磁互擾等問題。

2 設(shè)計重難點分析

針對設(shè)備的特點和日常使用環(huán)境條件，分析系統(tǒng)在設(shè)計時需要重點考慮以下幾個技術(shù)難點：

（1）傳動軸方面：由于原有設(shè)備傳動軸懸空，沒有可固定電機的空間位置，因此只能采用附加傳動的方式對傳動軸進行驅(qū)動。

（2）電路設(shè)計方面：因設(shè)備經(jīng)常機動到海邊、高山等地使用，環(huán)境惡劣、濕度較大，而機械傳動模塊多為金屬材料，對防銹性能提出了苛刻的要求，因此在設(shè)計時需要特別注意。

（3）扭矩等參數(shù)計算：因設(shè)備天線主體較重，特別是在天線升起階段啟動扭矩很大，因此需要大的電機功率，大功率的電機體積相應也大，但現(xiàn)場可以放置電機的空間有限，需要兼顧考慮。

（4）模塊的安裝固定：設(shè)備底座為鑄鋁件，焊接性能較差，且現(xiàn)場沒有可以方便固定電機的連接孔，因此需要在不破壞設(shè)備主體的基礎(chǔ)上實際勘測并量身定做固定架。

（5）防水性能;設(shè)備工作在露天環(huán)境，并且升降系統(tǒng)部分模塊暴露在空氣中，因此需要考慮防雨水等功能，對電氣接頭提出了很高的要求，且線路的走線布置需要特殊考慮。

（6）供電方面：升降系統(tǒng)需要外接電源供電，考慮到設(shè)備本身發(fā)電裝置的負荷能力，因此需要盡量選用小功率電機，避免影響設(shè)備的其他重要電氣部件的正常工作。

基于以上技術(shù)難點分析，對重點模塊進行選型和處理：動力單元選擇單相交流電機，減速器采用一體化的設(shè)計以減少空間上的占用;在傳動方式上采用同步帶傳送;電氣接頭一律采用防水接口，控制箱也采用全封閉式防水設(shè)計;根據(jù)設(shè)備具體外形尺寸定制電機安裝架。

3 系統(tǒng)總體設(shè)計

系統(tǒng)主要包括控制器分系統(tǒng)、動力分系統(tǒng)、傳動分系統(tǒng)和供電分系統(tǒng)，組成原理如圖1所示[2]。

控制器發(fā)送上升和下降指令至控制箱，控制箱發(fā)送控制指令至電機驅(qū)動器，帶動電機工作，電機與減速器連接，通過傳送帶、連接軸與天線升降傳動軸連接，控制天線升降。控制器具備急停功能，可以隨時控制電機停止工作，天線主體安裝限位開關(guān)，與控制箱連接，當天線上升至指定位置或下降到指定位置后限位開關(guān)工作，發(fā)送指令停止電機工作。

控制分系統(tǒng)主要包括控制箱和控制器，為防止控制系統(tǒng)受到氣候影響，將控制箱安裝在天線底座內(nèi)部，不受降雨等惡劣天氣影響;控制器為分體式設(shè)計，可單獨拆卸。控制分系統(tǒng)主要實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)動的控制能力，同時具備保護功能。動力分系統(tǒng)主要包括電機驅(qū)動器、電機和減速器，提供天線升降的動力。傳動分系統(tǒng)包括傳動帶和連軸器，實現(xiàn)電機與天線轉(zhuǎn)動軸的力量傳輸。供電分系統(tǒng)采用單相220V交流供電，再由開關(guān)電源提供24V直流電以供控制電路使用。電路設(shè)計上采用高低壓分離式設(shè)計，即分為電機電路和控制電路兩部分。將兩者分離既可以保證電機有較高的工作電壓，又可以保證控制電壓在人體安全電壓范圍內(nèi)，增加系統(tǒng)的安全性[3]。

4 結(jié)語

本文根據(jù)老舊裝備機械天線在升降使用中存在的現(xiàn)實問題，提出了一種可靠的改進方式，實現(xiàn)了天線升降由人工手搖式向電氣控制式的改造，解決了老舊設(shè)備天線展開需要保障人員多、時間長等問題，同時本次對天線的改造方法可以應用于其他領(lǐng)域，具有一定的經(jīng)濟效益。

參考文獻

[1] 陳常明，丁飛，江偉.某車載雷達結(jié)構(gòu)總體設(shè)計[J].機械與電子，2018，36（9）：58-61.

[2] 李波，李志有，曲穎.某雷達天線升降調(diào)平機構(gòu)設(shè)計[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2014（2）：70-71.

[3] 顏劍.某型號天線升降機構(gòu)的設(shè)計[J].軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品，2017（2）：159.