CN103412348A - 跑道异物检测雷达扫描器方位部件 - Google Patents
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Abstract
本发明属于航空保障设备技术,涉及对跑道异物检测雷达扫描器方位部件的改进。它包括基座(1)、下轴承(2)、上轴承(5)、方位轴、方位外罩(6)和方位上盖(8),在基座(1)上安装着圆光栅环(14),滑环定子的下端与基座(1)连接为整体,所说的方位轴是空心轴(9),空心轴(9)的下轴承内圈安装座(9b)插入下轴承(2)的内孔中,方位电机(12)采用永磁直流无刷力矩电机,在空心轴(9)的下段孔中有一个联轴器(10),联轴器(10)的上端与空心轴(9)内孔的台阶端面连接为整体,联轴器(10)的下端与光电滑环(13)的滑环转子连接为整体。本发明的传动和扫描精度高,能满足低扫描速度要求,重量和体积小、系统刚度高,可靠性高,寿命长,通讯速率高。
Description
技术领域
本发明属于航空保障设备技术,涉及对跑道异物检测雷达扫描器方位部件的改进。
背景技术
跑道异物泛指可能损伤航空器或系统的外界物质,它易被吸入飞机发动机或堆积在机械装置中,影响飞机设备的正常运行,甚至导致飞机坠毁。全球每年因其造成的损失在30~40亿元。此外其造成的航班延误、关闭跑道等间接损失远大于直接损失,目前,全球绝大多数机场的跑道异物检测是靠人工完成的,这种方法可靠性差、效率低、占用跑道的使用时间、经济损失很大。跑道异物检测雷达扫描器是一个高精度的机电一体化装置,长期工作在露天机场跑道附近,是实现雷达高精度扫描的关键,其主要功能是完成天线的扫描、定位、自检和信号的传输通讯等。在结构上,雷达扫描器既要完成要求的驱动负载、多自由度运动和信号传输的功能,又具有完成大扫描角度、高扫描精度、低扫描速度和高定位精度以及小重量、小体积等性能要求和高低温性能、三防性能、电磁兼容性和可靠性等六性要求。
目前的一种跑道异物检测雷达扫描器方位部件的结构参见图1,它主要由基座1、下轴承2、旋转变压器3、伺服电机4、上轴承5、方位外罩6、方位轴7和方位上盖8组成。基座1是一个圆柱体,在基座1的上表面的中心有一个基座轴承座,下轴承2安装在基座轴承座内,方位外罩6是一个上下端均开口的圆筒,方位外罩6的下端通过螺钉与基座1连接为整体,在方位外罩6的上部有上轴承座,上轴承5安装在上轴承座内,方位上盖8盖在方位外罩6的上端口上,通过螺钉将上盖8固定在方位外罩6的上端口上,在上盖8上有中心轴孔,方位轴7的上部从上轴承5的内孔和上盖8的中心轴孔向上穿出,方位轴7的上部与上轴承5的内孔过盈配合。方位轴7上装有旋转变压器3的转子部件,旋转变压器3的定子部件固定于方位外罩6上。
其工作原理是:使用伺服电机与方位轴串联的型式,通过齿轮等减速器实现低速要求。
其缺点是:
第一、传动和扫描精度低。其原因是:1,该结构采用伺服电机和齿轮等减速器搭配的方式,电机与减速器之间、减速器内部(齿轮侧隙等)、减速器与方位轴之间存在配合公差,齿轮磨损后会增大传动误差,因此传动精度低、扫描精度低;2,该结构采用旋转变压器进行速度闭环控制,由于普通旋转变压器电气误差已在10’左右,因此其闭环控制的精度低,无法满足扫描器方位向精确的位置控制,因此其扫描精度低。
第二、不能满足扫描速度低的要求。由于该结构采用的是伺服电机,通过减速器实现低速要求,其控件体积、齿轮级数、齿数受限,不能满足特别低的速度要求。
第三、重量和体积大,系统刚度低。其电机与轴串联,采用了减速器等来实现低速要求,机械结构较多,因此其轴向尺寸较大,重量、体积较大,系统刚度低。
第四、可靠性低。寿命短。跑道异物检测雷达扫描器需长期工作在露天,其工作环境恶劣,该结构采用普通的密封方式,密封圈存在磨损,不能满足长期的工作要求;该结构采用齿轮减速器,齿轮存在磨损,会影响齿轮寿命,其磨损下的颗粒也会影响轴承等机电元件的寿命;该结构的电机、控制线路相对于外侧均有频繁的相对运动,导线频繁折弯,容易造成折断,因此该结构可靠性很低。
发明内容
本发明的目的是:提供一个能完成要求的驱动负载,能满足扫描精度高、扫描速度低、重量和体积小,防护等级和可靠性高等要求的跑道异物检测雷达扫描器方位部件。
本发明的技术解决方案是:一种跑道异物检测雷达扫描器方位部件,包括基座1、下轴承2、上轴承5、方位轴、方位外罩6和方位上盖8,基座1是一个圆柱体,在基座1的上表面的中心有一个基座轴承座,下轴承2安装在基座轴承座内,方位外罩6是一个上下端均开口的圆筒,方位外罩6的下端通过螺钉与基座1连接为整体,在方位外罩6的上部有上轴承座,上轴承5安装在上轴承座内,方位上盖8盖在方位外罩6的上端口上,通过螺钉将上盖8固定在方位外罩6的上端口上,在上盖8上有中心轴孔,方位轴的上部从上轴承5的内孔和上盖8的中心轴孔向上穿出,方位轴的上部与上轴承5的内孔过盈配合;其特征在于:
(1)在基座1的上表面上有一个与基座1同心的圆形凸台1a,基座轴承座位于圆形凸台1a的上表面上,基座轴承座是一个环形槽,下轴承2的外圈与基座轴承座环形槽的外壁间隙配合,基座轴承座环形槽的内壁直径小于下轴承2的内径,在基座轴承座环形槽的内壁和下轴承2的内孔之间形成安装间隙;在圆形凸台1a的圆锥面上固定安装着圆光栅环14,在圆光栅环14的环面和方位外罩6的内壁之间有环形空腔;在圆形凸台1a上基座轴承座环形槽的中心有一个台阶通孔1c,该台阶通孔1c的上段孔径大于下段,在基座轴承座环形槽和台阶通孔1c之间形成一个圆筒形的光电滑环安装座1b;光电滑环13由下面的滑环定子和上面的滑环转子组成,滑环定子的下端位于光电滑环安装座1b内并保持间隙配合,再通过螺钉与基座1连接为整体,光电滑环13的下端引线通过台阶通孔1c的下段孔引出;
2所说的方位轴是空心轴9,空心轴9的外形是下段直径大于上段的台阶轴,在空心轴9的下段有一个环形定位凸台9a,环形定位凸台9a的下面形成下轴承内圈安装座9b,下轴承内圈安装座9b插入下轴承2的内孔中并保持间隙配合,此时,下轴承内圈安装座9b位于基座轴承座环形槽的内壁和下轴承2内孔之间的安装间隙内,下轴承内圈安装座9b的孔径大于基座轴承座环形槽的内壁直径;在圆光栅环14的环面和方位外罩6内壁之间的环形空腔内有一个读数头15,读数头15与圆光栅环14的环面之间保持读数间隙,有一个读数头转接板16,它的外端与读数头15连接,它的内端与空心轴9环形定位凸台9a的圆柱面连接,读数头15的引线经读数头转接板16和环形定位凸台9a上的引线孔进入空心轴9的内腔,从空心轴9的上端口引出;方位电机12采用永磁直流无刷力矩电机,方位电机12的转子固定在空心轴9的下段、环形定位凸台9a的上面,方位电机12的定子安装在方位外罩6内的定子安装座上,方位电机12的定子位置与方位电机12的转子对应并保持同轴,在上轴承5和方位上盖8之间有磁密封组件11;空心轴9的内孔是下段内径大于上段的台阶孔,在空心轴9的下段孔中有一个联轴器10,联轴器10的上端与空心轴9内孔的台阶端面连接为整体,联轴器10的下端与光电滑环13的滑环转子连接为整体,光电滑环13的上端引线通过联轴器10的引线孔经空心轴9的上段孔引出。
本发明的优点是:扫描精度高,能满足扫描速度低的要求,重量和体积小。(1)传动和扫描精度高、本发明采用直驱的永磁直流无刷力矩电机,避免了齿轮转动误差和磨损,保证了高精度和长寿命。轴角编码器的精度和分辨力高,安装方便,安装精度高,调试时间短,电机控制可靠。增量式轴角编码器方位轴角编码器采用RESM距离编码的圆光栅与读数头搭配的反射式光电编码器形式,轴角编码器精度和分辨力高。增量式轴角编码器的圆光栅通过锥面定位,通过螺钉固定在底座上,以保证光栅在公差范围之内能良好定位,保证了高安装精度,方位外罩设置窗口,读数头通过转接板与方位轴连接,能方便地对读数头进行调节。
(2)能实现低速要求,控制平稳。采用直驱的低速永磁直流无刷力矩电机和RESM距离编码的圆光栅与读数头搭配的反射式光电编码器的形式,轴角编码器分辨力0.0025°,控制精度能达到0.01°,扫描速度能达到0.5°/s。因此能实现低速要求。
(3)方位组件重量和体积小、系统刚度高,本发明将方位电机设计为中空轴套型,套装于方位轴上,将光电组合滑环置于方位轴内部,缩小了方位组件体积,保证了系统的高强度和刚度。
(4)防护性能高,供电线路传输方便可靠,可靠性高,寿命长。结构上进行了密闭防尘防水处理,使用磁密封进行方位轴与方位端盖的密封,防止水分子进入腐蚀轴承、光栅尺等机电元件,预计10年内不需要维护。磁密封组件同时可以实现电磁屏蔽的作用;使用密封垫圈的方式进行连接器与安装孔之间的密封;方位电机采用“外转子型”设计,解决电机驱动器的供电线路随着轴的转动,同时,也使电机线包的耗热量能通过方位轴传导出去,因此其散热好;使用由导电滑环和光纤滑环集成的光电组合滑环,实现射频旋转单元与处理单元的通讯连接,使供电线路传输方便,电气和通讯信号传输可靠;光电组合滑环与方位轴之间通过联轴器连接,保证了连接精度和可靠性。
(5)通讯速率高。光电组合滑环包括26路导电滑环和1路光纤滑环,能传输26路电信号和1路光信号,满足方位轴的360°连续旋转的能力,并为扫描器伺服系统和收发机的供电。通讯速率高。
附图说明
图1是目前的一种跑道异物检测雷达扫描器方位部件的结构示意图。
图2是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细说明。参见图2,一种跑道异物检测雷达扫描器方位部件,包括基座1、下轴承2、上轴承5、方位轴、方位外罩6和方位上盖8,基座1是一个圆柱体,在基座1的上表面的中心有一个基座轴承座,下轴承2安装在基座轴承座内,方位外罩6是一个上下端均开口的圆筒,方位外罩6的下端通过螺钉与基座1连接为整体,在方位外罩6的上部有上轴承座,上轴承5安装在上轴承座内,方位上盖8盖在方位外罩6的上端口上,通过螺钉将上盖8固定在方位外罩6的上端口上,在上盖8上有中心轴孔,方位轴的上部从上轴承5的内孔和上盖8的中心轴孔向上穿出,方位轴的上部与上轴承5的内孔过盈配合;其特征在于:
(1)在基座1的上表面上有一个与基座1同心的圆形凸台1a,基座轴承座位于圆形凸台1a的上表面上,基座轴承座是一个环形槽,下轴承2的外圈与基座轴承座环形槽的外壁间隙配合,基座轴承座环形槽的内壁直径小于下轴承2的内径,在基座轴承座环形槽的内壁和下轴承2的内孔之间形成安装间隙;在圆形凸台1a的圆锥面上固定安装着圆光栅环14,在圆光栅环14的环面和方位外罩6的内壁之间有环形空腔;在圆形凸台1a上基座轴承座环形槽的中心有一个台阶通孔1c,该台阶通孔1c的上段孔径大于下段,在基座轴承座环形槽和台阶通孔1c之间形成一个圆筒形的光电滑环安装座1b;光电滑环13由下面的滑环定子和上面的滑环转子组成,滑环定子的下端位于光电滑环安装座1b内并保持间隙配合,再通过螺钉与基座1连接为整体,光电滑环13的下端引线通过台阶通孔1c的下段孔引出;
(2)所说的方位轴是空心轴9,空心轴9的外形是下段直径大于上段的台阶轴,在空心轴9的下段有一个环形定位凸台9a,环形定位凸台9a的下面形成下轴承内圈安装座9b,下轴承内圈安装座9b插入下轴承2的内孔中并保持间隙配合,此时,下轴承内圈安装座9b位于基座轴承座环形槽的内壁和下轴承2内孔之间的安装间隙内,下轴承内圈安装座9b的孔径大于基座轴承座环形槽的内壁直径;在圆光栅环14的环面和方位外罩6内壁之间的环形空腔内有一个读数头15,读数头15与圆光栅环14的环面之间保持读数间隙,有一个读数头转接板16,它的外端与读数头15连接,它的内端与空心轴9环形定位凸台9a的圆柱面连接,读数头15的引线经读数头转接板16和环形定位凸台9a上的引线孔进入空心轴9的内腔,从空心轴9的上端口引出;方位电机12采用永磁直流无刷力矩电机,方位电机12的转子固定在空心轴9的下段、环形定位凸台9a的上面,方位电机12的定子安装在方位外罩6内的定子安装座上,方位电机12的定子位置与方位电机12的转子对应并保持同轴,在上轴承5和方位上盖8之间有磁密封组件11;空心轴9的内孔是下段内径大于上段的台阶孔,在空心轴9的下段孔中有一个联轴器10,联轴器10的上端与空心轴9内孔的台阶端面连接为整体,联轴器10的下端与光电滑环13的滑环转子连接为整体,光电滑环13的上端引线通过联轴器10的引线孔经空心轴9的上段孔引出。
本发明的工作原理是:
通过指令控制并驱动永磁直流无刷力矩电机,力矩电机为分装式中空轴套型,套装于方位轴上,直接驱动方位轴实现方位向360°旋转扫描,通过套装在方位轴上的增量式轴角编码光栅和利用转接板与方位轴连结的读数头完成方位轴角位置反馈。增量式轴角编码器的圆光栅通过螺钉固定在底座上。扫描器上电后,首先进行开机自检,并转动寻找方位编码器的零位,找到零位后确定方位角度。在找到方位编码器零位前,方位电机需要其上安装的霍尔传感器换向信号参与电机控制。找到方位编码器零位后,霍尔传感器换向信号仅被用于故障诊断。使用由导电滑环和光纤滑环集成的光电组合滑环,实现射频旋转单元与处理单元的通讯连接。导电滑环转子部分设计为中空形式,将光纤滑环沿导电滑环转子轴线安装,导电滑环的转子与光滑环的转子同步旋转,导电滑环的定子与光纤滑环的定子安装在同一法兰盘上,实现动静分离。磁密封组件包括一块简单的永久磁铁,极靴和数量很少的磁性液体(通常少于5CC),密封性好,可靠性很高。
本发明的一个实施例,如附图2所示,本发明所采用的磁密封组件11、永磁直流无刷力矩电机12、光电滑环13为通过签署技术协议要求厂家生产的专用成品件、圆光栅环14、读数头15均为外购货架成品件。其生产厂家如下:
Claims (1)
1.一种跑道异物检测雷达扫描器方位部件,包括基座(1)、下轴承(2)、上轴承(5)、方位轴、方位外罩(6)和方位上盖(8),基座(1)是一个圆柱体,在基座(1)的上表面的中心有一个基座轴承座,下轴承(2)安装在基座轴承座内,方位外罩(6)是一个上下端均开口的圆筒,方位外罩(6)的下端通过螺钉与基座(1)连接为整体,在方位外罩(6)的上部有上轴承座,上轴承(5)安装在上轴承座内,方位上盖(8)盖在方位外罩(6)的上端口上,通过螺钉将上盖(8)固定在方位外罩(6)的上端口上,在上盖(8)上有中心轴孔,方位轴的上部从上轴承(5)的内孔和上盖(8)的中心轴孔向上穿出,方位轴的上部与上轴承(5)的内孔过盈配合;其特征在于:
(1)在基座(1)的上表面上有一个与基座(1)同心的圆形凸台(1a),基座轴承座位于圆形凸台(1a)的上表面上,基座轴承座是一个环形槽,下轴承(2)的外圈与基座轴承座环形槽的外壁间隙配合,基座轴承座环形槽的内壁直径小于下轴承(2)的内径,在基座轴承座环形槽的内壁和下轴承(2)的内孔之间形成安装间隙;在圆形凸台(1a)的圆锥面上固定安装着圆光栅环(14),在圆光栅环(14)的环面和方位外罩(6)的内壁之间有环形空腔;在圆形凸台(1a)上基座轴承座环形槽的中心有一个台阶通孔(1c),该台阶通孔(1c)的上段孔径大于下段,在基座轴承座环形槽和台阶通孔(1c)之间形成一个圆筒形的光电滑环安装座(1b);光电滑环(13)由下面的滑环定子和上面的滑环转子组成,滑环定子的下端位于光电滑环安装座(1b)内并保持间隙配合,再通过螺钉与基座(1)连接为整体,光电滑环(13)的下端引线通过台阶通孔(1c)的下段孔引出;
(2)所说的方位轴是空心轴(9),空心轴(9)的外形是下段直径大于上段的台阶轴,在空心轴(9)的下段有一个环形定位凸台(9a),环形定位凸台(9a)的下面形成下轴承内圈安装座(9b),下轴承内圈安装座(9b)插入下轴承(2)的内孔中并保持间隙配合,此时,下轴承内圈安装座(9b)位于基座轴承座环形槽的内壁和下轴承(2)内孔之间的安装间隙内,下轴承内圈安装座(9b)的孔径大于基座轴承座环形槽的内壁直径;在圆光栅环(14)的环面和方位外罩(6)内壁之间的环形空腔内有一个读数头(15),读数头(15)与圆光栅环(14)的环面之间保持读数间隙,有一个读数头转接板(16),它的外端与读数头(15)连接,它的内端与空心轴(9)环形定位凸台(9a)的圆柱面连接,读数头(15)的引线经读数头转接板(16)和环形定位凸台(9a)上的引线孔进入空心轴(9)的内腔,从空心轴(9)的上端口引出;方位电机(12)采用永磁直流无刷力矩电机,方位电机(12)的转子固定在空心轴(9)的下段、环形定位凸台(9a)的上面,方位电机(12)的定子安装在方位外罩(6)内的定子安装座上,方位电机(12)的定子位置与方位电机(12)的转子对应并保持同轴,在上轴承(5)和方位上盖(8)之间有磁密封组件(11);空心轴(9)的内孔是下段内径大于上段的台阶孔,在空心轴(9)的下段孔中有一个联轴器(10),联轴器(10)的上端与空心轴(9)内孔的台阶端面连接为整体,联轴器(10)的下端与光电滑环(13)的滑环转子连接为整体,光电滑环(13)的上端引线通过联轴器(10)的引线孔经空心轴(9)的上段孔引出。
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