CN104773671A - 基于空间连杆多油缸协调驱动的折叠式雷达天线举升机构 - Google Patents

基于空间连杆多油缸协调驱动的折叠式雷达天线举升机构 Download PDF

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Abstract

一种基于空间连杆多油缸协调驱动的折叠式雷达天线举升机构，它包括第一级并联机构、辅助翻转机构、第二级并联机构、支撑平台机构、第一旋转编码器、第二旋转编码器以及水平传感器，第一级并联机构安装在辅助翻转机构上，第二级并联机构上部安装在辅助翻转机构上，其底部安装在支撑平台机构上，第一旋转编码器和水平传感器均安装在第一级并联机构上，第二旋转编码器安装在上第二级并联机构上。本发明控制精度和安全性高，刚性强，举升过程平稳性较好，举升重量大，架设及撤收速度快，撤收后占用空间小，多种运输方式兼容，有效解决了举升高度与举升重量之间以及举升高度与机动性之间的矛盾。

Description

基于空间连杆多油缸协调驱动的折叠式雷达天线举升机构
技术领域：
本发明涉及一种雷达天线举升机构，尤其是一种折叠式举升机构，具体地说是一种基于空间连杆多油缸协调驱动的折叠式雷达天线举升机构。
背景技术：
高机动式低空雷达主要用于探测低空目标、防空网的低空补盲等功能，这类雷达在工作状态时，为了达到低空探测功能，需要将天线架高；在运输状态时，需将天线举升机构折叠实现多种运输方式兼容。
目前，国内外的天线举升机构结构形式上主要分为两类：一类是以瑞典SAAB公司的“长颈鹿”(Giraffe)系列雷达、法国Thales的RAC 3D雷达等为代表的折叠式天线举升机构，此类举升机构刚性和稳定性较好、架设时间短，但天线举升高度不超过13米，举升重量不超过1000Kg，撤收后折叠在方舱顶部带来整车运输高度超限，运输兼容性差；另外一类是以意大利SELEX公司生产的Argos-45雷达、丹麦F-sds公司的REMS雷达等为代表的伸缩式天线举升机构，其工作原理类似起重机的伸缩臂，此类举升机构举升高度较高，最大可达40米，但刚性、稳定性和环境适应性较差，结构与工艺也比较复杂。
随着雷达体制的发展，雷达天线从传统的无源抛物面发展到有源全数字平面阵列，雷达天线阵面高度集成了大密度发射、接收、电源、液冷管网等组件于一体，重量约1.5吨。要求举升机构能够将天线快速举升至地面15米高，具有高、中、低多种工作位置，并能在六级风环境下以最大转速30转/分的转速工作，架设时间短，多种运输方式兼容。从前文分析可知，当前两类举升机构，均因自身存在一定的局限性，都不能同时满足雷达的多项指标要求。
发明内容：
本发明要解决的技术问题是，提供一种控制精度和安全性高，刚性和平稳性较好，举升重量大，架设速度快，撤收后占用空间小，多种运输方式兼容，有效解决了举升高度与举升重量之间以及举升高度与机动性之间的矛盾的基于空间连杆多油缸协调驱动的折叠式雷达天 线举升机构。
本发明的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的基于空间连杆多油缸协调驱动的折叠式雷达天线举升机构，它包括第一级并联机构、辅助翻转机构、第二级并联机构、支撑平台机构、第一旋转编码器、第二旋转编码器以及水平传感器，第一级并联机构安装在辅助翻转机构上，第二级并联机构上部安装在辅助翻转机构上，其底部安装在支撑平台机构上，第一旋转编码器和水平传感器均安装在第一级并联机构上，第二旋转编码器安装在上第二级并联机构上。
本发明所述的基于空间连杆多油缸协调驱动的折叠式雷达天线举升机构，其中，第一级并联机构包括天线座、天线座姿态保持油缸、天线座锁紧插销油缸、上节臂以及上驱动机构，天线座姿态保持油缸和上驱动机构均有两个，且左右对称布置，每个上驱动机构均由上空心连杆和带末端锁紧功能的上液压驱动油缸组合而成，天线座上侧边与上节臂的上部铰接，天线座下侧边与天线座姿态保持油缸的活塞杆端铰接，天线座姿态保持油缸缸体端与上节臂中上部铰接，天线座锁紧插销油缸安装在上节臂的上部，上驱动机构中的空心连杆的端部与上节臂的中上部铰接，驱动机构中的液压驱动油缸缸体与辅助翻转机构铰接，上节臂下部与辅助翻转机构铰接，第一旋转编码器安装在上节臂的底部转轴上，水平传感器安装在天线座的水平面上。
本发明所述的基于空间连杆多油缸协调驱动的折叠式雷达天线举升机构，其中，上节臂为梁式结构，其内部沿长度方向上，设有多个上部开有腰形孔的第一横向筋板，其外侧设计有多个第一密封维修窗口。
本发明所述的基于空间连杆多油缸协调驱动的折叠式雷达天线举升机构，其中，辅助翻转机构包括辅助连杆、辅助翻转上油缸、辅助翻转支架、辅助翻转下油缸以及两个空心半轴，辅助连杆有两根，且左右对称布置，两根辅助连杆左端分别铰接在两个空心半轴上，辅助翻转支架套装在两个空心半轴上，辅助翻转上油缸的缸体端与第一级并联机构铰接，辅助翻转上油缸的活塞杆端与辅助翻转支架上部铰接，辅助翻转支架下部与辅助翻转下油缸的活塞杆端铰接，辅助翻转下油缸的缸体端铰接在第二级并联机构上。
本发明所述的基于空间连杆多油缸协调驱动的折叠式雷达天线举升机构，其中，辅助连 杆为梁式结构。
本发明所述的基于空间连杆多油缸协调驱动的折叠式雷达天线举升机构，其中，第二级并联机构包括下节臂、驱动机构以及下驱动机构，驱动机构和下驱动机构均有两个，且左右对称布置，下驱动机构由下空心连杆和带末端锁紧功能的下液压驱动油缸组合而成，驱动机构由空心连杆与电动液压复合双作用缸组成，下节臂下部铰接在支撑平台机构上，下节臂上部铰接在辅助翻转机构上，两个驱动机构中的空心连杆端部铰接在辅助翻转机构上，两个驱动机构中的电动液压复合双作用缸缸体端铰接在下节臂下端，两个下驱动机构中的空心连杆端部铰接在辅助翻转机构上，两个下驱动机构中的下液压驱动油缸缸体铰接在支撑平台机构上，第二旋转编码器安装在下节臂的底部转轴上。
本发明所述的基于空间连杆多油缸协调驱动的折叠式雷达天线举升机构，其中，下节臂为梁式结构，其内部沿长度方向上，设有多个上部开有腰形孔的第二横向筋板，其外侧设计有多个第二密封维修窗口。
本发明所述的基于空间连杆多油缸协调驱动的折叠式雷达天线举升机构，其中，支撑平台机构包括三节伸缩塔式结构的低位支架以及用于固定在雷达载车上的平台，低位支架固定在平台的右端。
采用上述结构后，与现有技术相比，本发明的有益技术效果体现在下述几个方面：
1、本发明举升机构采用两级并联机构串联而成的少自由度串并联机构，通过举升机构的各驱动机构相互协调运动与到位锁紧，实现雷达天线平稳的举升到高、中、低多种工作位置，举升机构随着工作高度增加形成稳定度递增的空间结构，使举升机构在各种工作位置均具有较好的稳定性，适用于长时间连续稳定工作。所述的雷达天线可在举升15米的高度处，能在六级风环境下以30转/分的转速正常工作；十级风环境下以12转/分的转速降精度工作；十二风环境下，系统不破坏。
2、本发明举升机构采用两级空间举升，所有连杆均采用箱梁式或空心结构，使得举升机构抗弯和抗扭性能好、有效减轻机构自身重量，主要驱动机构皆为双缸对称斜置，同步驱动。所述举升机构能快速将1.5吨的天线平稳举升至15米高处正常工作，撤收后第一级并联机构收入第二级并联机构内部空间，占用雷达车空间小，多种运输方式兼容，不仅解决了举升高 度与举升重量、举升高度与机动性之间的矛盾，而且举升机构架设速度快、平稳性好，系统架设/撤收时间均不超过3分钟，满足雷达技术指标；
3、本发明举升机构采用旋转编码器、水平传感器多种方式检测控制信号，实现机构协调运动的控制，同时机构运动相互联锁，提高了控制精度与安全性。
4、本发明举升机构所用来举升的雷达有源天线工作所需的供电与控制电缆、光纤、环控系统液冷水管、液压系统油管均可布置在连杆内，连杆上部各维修窗口进行密封设计，不仅在不影响电性能的情况下提高了管线的环境适应性能力，而且整个举升机构结构简洁新颖、外形美观。
附图说明：
图1是本发明折叠式雷达天线举升机构的主视结构示意图；
图2是本发明折叠式雷达天线举升机构的右视局部剖视结构示意图；
图3是图1中A向的局部结构示意图；
图4是沿图3中“B-B”线的剖视结构示意图；
图5是本发明折叠式雷达天线举升机构的液压原理示意图；
图6是本发明折叠式雷达天线举升机构撤收后运输状态时的示意图；
图7是本发明折叠式雷达天线举升机构低位(5米)工作状态时的示意图；
图8是本发明折叠式雷达天线举升机构中位(10米)工作状态时的示意图；
图9是本发明折叠式雷达天线举升机构高位(15米)工作状态时的示意图。
具体实施方式：
下面结合附图和具体实施方式对本发明基于空间连杆多油缸协调驱动的折叠式雷达天线举升机构作进一步说明：
如图1、图2、图3和图4所示，在具体实施方式中，本发明包括第一级并联机构、辅助翻转机构、第二级并联机构、支撑平台机构、第一旋转编码器15、第二旋转编码器16以及水平传感器17。
第一级并联机构包括天线座1、天线座姿态保持油缸2、天线座锁紧插销油缸3、上节臂4以及上驱动机构5，天线座姿态保持油缸2和上驱动机构5均有两个，且左右对称布置，每 个上驱动机构5均由上空心连杆51和带末端锁紧功能的上液压驱动油缸52组合而成。辅助翻转机构包括辅助连杆6、辅助翻转上油缸7、辅助翻转支架8、辅助翻转下油缸9以及两个空心半轴19。辅助连杆6有两根，且左右对称布置。第二级并联机构包括下节臂10、驱动机构11以及下驱动机构12，驱动机构11和下驱动机构12均有两个，且左右对称布置，下驱动机构12由下空心连杆121和带末端锁紧功能的下液压驱动油缸122组合而成，驱动机构11由空心连杆111与电动液压复合双作用缸112组成。支撑平台机构包括低位支架14以及用于固定在雷达载车21上的平台13，低位支架14固定在平台13的右端。低位支架14采用的是三节伸缩塔式结构，此结构为现有技术，故不在此赘述。低位支架14可具有5米工作状态和运输状态下支撑天线座的功能。上节臂4、下节臂10及辅助连杆6均为高强度钢板拼焊的大截面箱梁式结构，上节臂4在其内部沿长度方向上设有多个上部开有腰形孔的第一横向筋板22，上节臂4在其外侧设有多个第一密封维修窗口23，下节臂10在其内部沿长度方向上设有多个上部开有腰形孔的第二横向筋板24，下节臂10在其外侧设有多个第二密封维修窗口25。
天线座1上侧边与上节臂4的上部铰接，天线座1下侧边与天线座姿态保持油缸2的活塞杆端铰接，天线座姿态保持油缸2缸体端与上节臂4中上部铰接，天线座锁紧插销油缸3安装在上节臂4的上部，上驱动机构5中的空心连杆51的端部与上节臂4的中上部铰接，驱动机构5中的液压驱动油缸52缸体与与辅助连杆6右端上部铰接，上节臂4下部铰接在辅助翻转机构中的两个空心半轴上19，第一旋转编码器15安装在上节臂4的底部转轴上，水平传感器17安装在天线座1的水平面上。
两根辅助连杆6左端分别铰接在两个空心半轴19上，辅助翻转支架8套装在两个空心半轴19上，辅助翻转上油缸7的活塞杆端与与上节臂4铰接，辅助翻转上油缸7的缸体端与辅助翻转支架8上部铰接，辅助翻转支架8下部与辅助翻转下油缸9的活塞杆端铰接，辅助翻转下油缸9的缸体端铰接在下节臂10的中间横梁20上。
下节臂10下部铰接在平台13中部，下节臂10上部铰接在在两个空心半轴19上，两个驱动机构11中的空心连杆111端部铰接在辅助连杆6右端下部，两个驱动机构11中的电动液压复合双作用缸112缸体端铰接在下节臂10下端，两个下驱动机构12中的空心连杆121 端部分别铰接在两空心半轴19外侧，两个下驱动机构12中的下液压驱动油缸122缸体铰接在平台13左部，第二旋转编码器16安装在下节臂10的底部转轴上。
本发明举升机构能将雷达天线举升至高、中、低等多种工作状态，形成不同的空间连杆机构，并通过各驱动机构到位锁紧使空间多连杆机构构成稳定结构，从而达到举升高度高及很好的刚性和稳定性的优点。上驱动机构5和下驱动机构12均由空心连杆和带末端锁紧功能的液压驱动油缸组合而成，可实现油缸行程最大，即末端位置的锁紧功能。驱动机构11由空心连杆111与电动液压复合双作用缸112组成，共用一个缸体，实现两个末端位置的锁紧功能，液压缸端行程最大时的末端锁紧用于高位工作状态，伺服电动缸端用于中位工作到位锁紧。低位支架14具有可伸缩至两个位置并锁紧的功能。
本发明举升机构主承力结构上节臂4和下节臂10皆由高强度钢板拼焊的大截面箱梁式结构，其内部沿长度方向上均设有多个上部开有腰形孔的横向筋板，其外侧面则均设计多个密封维修窗口，雷达天线正常工作所需的电缆、光纤、液冷水管、液压油管均可布置在箱梁结构内部，能够降低管线受腐蚀、老化等环境应力影响。所述举升机构为减少占用雷达车空间，提高雷达车运输通过性，撤收后第一级并联机构收入第二级并联机构内部空间，上节臂4与水平面呈负角度，因此在举升初期由辅助翻转下油缸9拉起下节臂4辅助举升，辅助翻转下油缸9设置在下节臂10与辅助翻转支架8之间。本发明举升机构中的上驱动机构5、驱动机构11及下驱动机构12均为两个，且左右对称斜置，举升载荷大，到位锁紧后成连杆，提高了举升机构抗扭、抗弯性能。
如图5所示，本发明举升机构工作过程中各驱动机构的相互协调运动，如高位举升时，辅助翻转下油缸9与上驱动机构5中的上液压驱动油缸52，驱动机构11中的电动液压复合双作用缸112、下驱动机构12中的液压驱动油缸122与辅助翻转上油缸7，皆通过液压系统中设置负载敏感型比例多路阀18加以伺服控制来实现。
本发明举升机构在将雷达天线撤收及举升至高(15米)、中(10米)、低(5米)三种工作状态的工作原理具体如下：
如图6所示，本发明举升机构可以安装在军用越野运输平台上，撤收后位于液冷机组26、发电机组27的上部、方舱28的前部空间内，雷达整车运输尺寸长12米、宽2.4米、高3.85 米，满足雷达机动越野运输要求，解决了举升高度与机动性之间的矛盾。
如图7所示，低位举升时，辅助翻转下油缸9主动，上驱动机构5油缸随动，拉起上节臂4，同时天线座姿态保持油缸2缩回确保天线座1姿态始终处于水平状态，实现雷达天线举升至低位工作状态。该过程通过设置在上节臂4的底部转轴上的第一旋转编码器15、设置在下节臂10的底部转轴上的第二旋转编码器16及天线座1上平面的水平传感器17来检测雷达天线举升高度及到位状态。举升到位后，低位支架14伸出托住天线座1底部，采用手动锁紧装置固定天线座1与低位支架14，从而形成以上节臂4为斜撑的塔式结构，确保天线在低位举升状态可靠工作。
如图8所示，中位举升时，第一步先由辅助翻转下油缸9主动，上驱动机构5油缸随动，拉起上节臂4越过死点至一定高度后切换驱动，接着由上驱动机构5油缸主动，辅助翻转下油缸9随动，快速举升上节臂4，直至上驱动机构5中液压驱动油缸到达末端锁紧位并完成锁紧；第二步由驱动机构11的伺服电动缸主动、辅助翻转上油缸7随动，举升第一级并联机构至上节臂4呈竖直状态，整个过程中天线座姿态保持油缸2持续缩回确保天线座1姿态始终处于水平状态。该过程通过设置在上节臂4的底部转轴上的第一旋转编码器15、设置在下节臂10的底部转轴上的第二旋转编码器16及天线座1上平面的水平传感器17来检测雷达天线举升高度及到位状态；举升到中位后，天线座1上水平面与上节臂4呈90度，驱动机构11中的伺服电动缸的电机自动断电抱闸锁紧；第三步由天线座锁紧插销油缸3工作将天线座1与上节臂4锁紧成整体结构，最后形成由上节臂4、辅助连杆6及上驱动机构5组成的空间斜棱锥体结构，有效增加雷达天线中位工作的稳定性，确保雷达天线在10米的中位工作状态稳定的运转。
如图9所示，高位举升时，第一步先由辅助翻转下油缸9主动，上驱动机构5油缸随动，拉起上节臂4越过死点至一定高度后切换驱动，由上驱动机构5油缸主动，辅助翻转下油缸9随动，快速举升上节臂4，直至上驱动机构5中液压驱动油缸52到达末端锁紧位并完成锁紧；第二步由驱动机构11的液压缸主动，辅助翻转上油缸7随动，举升第一级并联机构至上节臂4呈竖直状态，整个过程中天线座姿态保持油缸2持续缩回确保天线座1姿态始终处于水平状态；第三步由天线座锁紧插销油缸3工作将天线座1与上节臂4锁紧成整体结构；第 四步由驱动机构11液压缸与下驱动机构12液压缸协调驱动，辅助翻转上油缸7随动，共同举升第一级并联机构和下节臂10使雷达天线达到高位工作状态，同时驱动机构11和下驱动机构12液压缸行程达到最大，完成末端锁紧，至此完成高位举升，形成内部带斜撑的空间斜棱锥体。该过程通过设置在上节臂4的底部转轴上的第一旋转编码器15、设置在下节臂10的底部转轴上的第二旋转编码器16及天线座1上平面的水平传感器17来检测雷达天线举升高度及到位状态。

Claims (8)

1.一种基于空间连杆多油缸协调驱动的折叠式雷达天线举升机构，其特征在于：该举升机构包括第一级并联机构、辅助翻转机构、第二级并联机构、支撑平台机构、第一旋转编码器(15)、第二旋转编码器(16)以及水平传感器(17)，所述第一级并联机构安装在辅助翻转机构上，所述第二级并联机构上部安装在辅助翻转机构上，其底部安装在支撑平台机构上，所述第一旋转编码器(15)和水平传感器(17)均安装在第一级并联机构上，所述第二旋转编码器(16)安装在上第二级并联机构上。
2.根据权利要求1所述的基于空间连杆多油缸协调驱动的折叠式雷达天线举升机构，其特征在于：所述第一级并联机构包括天线座(1)、天线座姿态保持油缸(2)、天线座锁紧插销油缸(3)、上节臂(4)以及上驱动机构(5)，所述天线座姿态保持油缸(2)和上驱动机构(5)均有两个，且左右对称布置，每个上驱动机构(5)均由上空心连杆(51)和带末端锁紧功能的上液压驱动油缸(52)组合而成，所述天线座(1)上侧边与上节臂(4)的上部铰接，所述天线座(1)下侧边与天线座姿态保持油缸(2)的活塞杆端铰接，天线座姿态保持油缸(2)缸体端与上节臂(4)中上部铰接，所述天线座锁紧插销油缸(3)安装在上节臂(4)的上部，所述上驱动机构(5)中的空心连杆(51)的端部与上节臂(4)的中上部铰接，驱动机构(5)中的液压驱动油缸(52)缸体与辅助翻转机构铰接，上节臂(4)下部与辅助翻转机构铰接，所述第一旋转编码器(15)安装在上节臂(4)的底部转轴上，所述水平传感器(17)安装在天线座(1)的水平面上。
3.根据权利要求2所述的基于空间连杆多油缸协调驱动的折叠式雷达天线举升机构，其特征在于：所述上节臂(4)为梁式结构，其内部沿长度方向上，设有多个上部开有腰形孔的第一横向筋板(22)，其外侧设计有多个第一密封维修窗口(23)。
4.根据权利要求1所述的基于空间连杆多油缸协调驱动的折叠式雷达天线举升机构，其特征在于：所述辅助翻转机构包括辅助连杆(6)、辅助翻转上油缸(7)、辅助翻转支架(8)、辅助翻转下油缸(9)以及两个空心半轴(19)，所述辅助连杆(6)有两根，且左右对称布置，两根辅助连杆(6)左端分别铰接在两个空心半轴(19)上，所述辅助翻转支架(8)套装在两个空心半轴(19)上，所述辅助翻转上油缸(7)的缸体端与第一级并联机构铰接，所述辅助翻转上油缸(7)的活塞杆端与辅助翻转支架(8)上部铰接，辅助翻转支架(8)下部与辅助翻转下油缸(9)的活塞杆端铰接，辅助翻转下油缸(9)的缸体端铰接在第二级并联机构上。
5.根据权利要求4所述的基于空间连杆多油缸协调驱动的折叠式雷达天线举升机构，其特征在于：所述辅助连杆(6)为梁式结构。
6.根据权利要求1所述的基于空间连杆多油缸协调驱动的折叠式雷达天线举升机构，其特征在于：所述第二级并联机构包括下节臂(10)、驱动机构(11)以及下驱动机构(12)，所述驱动机构(11)和下驱动机构(12)均有两个，且左右对称布置，所述下驱动机构(12)由下空心连杆(121)和带末端锁紧功能的下液压驱动油缸(122)组合而成，所述驱动机构(11)由空心连杆(111)与电动液压复合双作用缸(112)组成，所述下节臂(10)下部铰接在支撑平台机构上，所述下节臂(10)上部铰接在辅助翻转机构上，两个驱动机构(11)中的空心连杆(111)端部铰接在辅助翻转机构上，两个驱动机构(11)中的电动液压复合双作用缸(112)缸体端铰接在下节臂(10)下端，两个下驱动机构(12)中的空心连杆(121)端部铰接在辅助翻转机构上，两个下驱动机构(12)中的下液压驱动油缸(122)缸体铰接在支撑平台机构上，第二旋转编码器(16)安装在下节臂(10)的底部转轴上。
7.根据权利要求6所述的基于空间连杆多油缸协调驱动的折叠式雷达天线举升机构，其特征在于：所述下节臂(10)为梁式结构，其内部沿长度方向上，设有多个上部开有腰形孔的第二横向筋板(24)，其外侧设计有多个第二密封维修窗口(25)。
8.根据权利要求1所述的基于空间连杆多油缸协调驱动的折叠式雷达天线举升机构，其特征在于：所述支撑平台机构包括三节伸缩塔式结构的低位支架(14)以及用于固定在雷达载车(21)上的平台(13)，低位支架(14)固定在平台(13)的右端。
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