CN112736463A - 一种链轮滚子式天线俯仰传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种链轮滚子式天线俯仰传动装置。对于大型天线，采用俯仰齿轮齿条传动方式存在如下缺陷：在于齿轮齿条加工精度高，尤其是长弧齿条，加工与安装要求高，加工费用贵；本发明一种链轮滚子式天线俯仰传动装置，包括天线安装架、滑动支撑模块和驱动模块。所述的天线安装架包括链板安装架和反射体滑动支架。链板安装架和反射体滑动支架均呈圆弧形。链板安装架位于两个反射体滑动支架之间。驱动模块包括刚性滚子链和两个动力组件。刚性滚子链固定在链板安装架的下侧。两个动力组件均安装在天线基座上。本发明采用新型链轮滚子式方法驱动大型可动式柱面天线，以代替传统的齿轮齿条驱动方式，简化了结构且无精密加工零件。

Description

一种链轮滚子式天线俯仰传动装置

技术领域

本发明属于天线俯仰传动技术领域，具体涉及一种大型可动式柱面天线俯仰传动装置。

背景技术

抛物柱面天线横截面方向是抛物面形状，在纵截面方向上是柱面形状。抛物面天线是射电望远镜中最重要的设备，虽然相对碟形天线而言柱形反射面天线应用较少，但柱形天线以其高增益、强方向性、多馈源等独特优势受到越来越多的应用。近年来，日本、印度、俄罗斯等国家先后建造了大型可转动抛物柱面天线，天线的俯仰转动均采用齿轮齿条传动方式，长弧齿条安装在天线背架4中心的下端，电机经减速后，由齿轮与齿条啮合传动，天线转动部件体绕着俯仰轴转动，实现天线俯仰变化。对于大型天线，采用俯仰齿轮齿条传动方式，优点是瞬时传动比恒定和瞬时速度较均匀，俯仰跟踪精确控制较为容易；不足之处在于齿轮齿条加工精度高，尤其是长弧齿条，加工与安装要求高，加工费用贵；此外，传统的齿轮齿条传动方式，天线需要有俯仰轴支撑天线，结构较为复杂，受力集中，易造成轴变形，影响天线性能。

根据慢速重载、俯仰无需精确跟踪的、单指向方向要求机械转动的、轴向结构跨度较大的抛物柱面天线特点，结合传统链轮滚子传动原理，我们发明一种新型的天线俯仰传动装置，以简化天线结构，提高天线观测效率，降低天线制造与维护成本。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种大型可动式柱面天线俯仰传动装置，该装置以链传动为基础，结合齿轮齿条传动特点，将滚子和弧形链板通过销轴联接成为整体传动刚性滚子链，以充当齿条作用安装在天线背架4圆弧半径上，并用电机和减速机集成驱动天线体在圆弧轨道上滚动，从而创新出一种新颖的适合大型抛物柱面天线的俯仰传动装置。该装置在保证大口径抛物柱面天线正常转动的前提下，简化了天线传动机构，降低了天线制造和维护成本，同时提高了天线观测效率。

本发明一种链轮滚子式天线俯仰传动装置，包括天线安装架、滑动支撑模块和驱动模块。所述的天线安装架包括链板安装架和反射体滑动支架。链板安装架和反射体滑动支架均呈圆弧形。链板安装架位于两个反射体滑动支架之间。滑动支撑模块共有两个。两个反射体滑动支架分别滑动连接在两个滑动支撑模块上。

所述的驱动模块包括刚性滚子链和两个动力组件。刚性滚子链固定在链板安装架的下侧。两个动力组件均安装在天线基座上。两个动力组件沿着圆弧轨道圆心线的周向错开

角度。

为天线安装架在初始状态下向依次运动的极限角度。动力组件包括旋转驱动件和驱动链轮。由旋转驱动件驱动的驱动链轮与刚性滚子链啮合。

作为优选，所述的滑动支撑模块包括轨道支撑架、圆弧轨道和多个滚动支撑模组。间隔设置的两条圆弧轨道均固定在轨道支撑架的顶部。圆弧轨道的截面呈工字形。多个滚动支撑模组均安装在对应的反射体滑动支架的下侧。沿着对应的反射体滑动支架的长度方向依次排列。滚动支撑模组包括轮轴、两个单边轮和防倾覆组件。轮轴通过轴承支承在反射体滑动支架的下侧；两个单边轮与轮轴的两端分别连接。两个单边轮与两根圆弧轨道分别接触。

作为优选，所述的滚动支撑模组还包括防倾覆组件。防倾覆组件包括防倾覆连杆和反制小轮。防倾覆连杆的一端与轮轴的一端构成转动副。防倾覆连杆的另一端支承有反制小轮。反制小轮伸入其中一条圆弧轨道的侧部的凹槽中。在两个滑动支撑模块中，防倾覆组件位于对应的反射体滑动支架的相反侧。

作为优选，同一根轮轴上的两个单边轮的轮缘均位于内侧。

作为优选，所述的旋转驱动件包括电机和减速器。电机的输出轴与减速器的输入口连接；驱动链轮与减速器的输出轴通过传动轴和联轴器固定。驱动链轮与刚性滚子链啮合。驱动链轮采用双排链轮。

作为优选，刚性滚子链由链板、多个滚子和销轴构成；依次间隔设置的多块弧形链板固定在链板安装架的下侧；多根销轴均贯穿固定在弧形链板上，并沿着弧形链板的长度方向依次等间隔排列；各销轴上均支承有滚子。

作为优选，链板安装架和两根反射体滑动支架通过连接横梁固连。

作为优选，天线安装架上焊接有天线背架；天线背架用于安装天线。

作为优选，所述的天线安装架上安装有一套由气泵、气动制动块、电磁阀和紧急备用电源组成的紧急制动装置。气动制动块与圆弧轨道贴合。同时，在旋转驱动件上安装电磁抱闸。

作为优选，所述的天线安装架上安装有失电抱紧的紧急制动装置。紧急制动装置包括制动块、电磁吸合组件和弹簧。两个制动块分别位于圆弧轨道的两侧，且在电磁吸合组件的电磁力作用下与圆弧轨道分离；同时，两个制动块受到弹簧的弹力作用；当电磁吸合组件失电时，两个制动块抱紧圆弧轨道。

本发明具有的有益效果是：

1、本发明采用新型链轮滚子式方法驱动大型可动式柱面天线，以代替传统的齿轮齿条驱动方式，简化了结构且无精密加工零件，使得天线驱动结构的制造和维护成本降低。

2、本发明采用多排刚性滚子链通过多个整体弧形链板联接形成弧形柱，固定安装在天线背架4圆弧外径上，提升了链节的刚度以及承载能力，提高了天线体的运行稳定性；且刚性滚子链易于更换，大大降低了维护成本。

3、本发明取消了天线俯仰轴支撑结构，天线体由单边轮安装在天线基座的圆弧导轨上实现支撑及转动；天线俯仰旋转中心由圆弧导轨面构成的虚拟旋转中心取代传统的俯仰轴中心。该设计简化了天线驱动结构，整个驱动装置重量变轻，占用空间变小。

4、本发明采用新型链轮滚子方式驱动带动单边轮组在圆弧轨道上运动，单边轮组既有支撑作用，又减小了摩擦阻力，使得天线能平稳地转动，提高了观测精度。

5、本发明在单边轮外侧设计了防倾覆装置，防止天线体倾覆；在反射体滑动支架上安装紧急制动装置，可在天线驱动装置异常情况下抱紧圆弧轨道阻止天线体运动，防止出现二次破坏；在电机上安装电磁抱闸，出现故障时紧急停止电机工作。这些措施增加了天线转动的安全性。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为图1中A部分的放大视图；

图3为本发明中天线安装架的立体图；

图4为本发明中滑动支撑模块的立体图；

图5为图4中B部分的放大视图；

图6为本发明的极限转动角度示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1和3所示，一种链轮滚子式天线俯仰传动装置，包括天线安装架12、滑动支撑模块15和驱动模块16。天线安装架12上焊接有天线背架4；天线背架4用于安装天线。天线安装架12包括链板安装架7、反射体滑动支架13和连接横梁。链板安装架7和反射体滑动支架13均呈圆弧形。反射体滑动支架13共有两个。链板安装架7位于两个反射体滑动支架13之间。两根连接横梁分别将链板安装架7和两根反射体滑动支架13的两端连接在一起。滑动支撑模块15共有两个。两个反射体滑动支架13分别滑动连接在两个滑动支撑模块15上。天线安装架12以朝向正上方为初始状态，向两侧的极限滑动角度均为45°。

如图4所示，滑动支撑模块15包括轨道支撑架14、圆弧轨道11和多个滚动支撑模组。轨道支撑架14的顶部设置有内凹圆弧形的轨道安装位。间隔设置的两条圆弧轨道11均固定在轨道支撑架14的顶部。圆弧轨道11的圆心线与天线的焦线重合。圆弧轨道11的截面呈工字形。多个滚动支撑模组均安装在对应的反射体滑动支架13的下侧。沿着对应的反射体滑动支架13的长度方向依次排列。

如图4和5所示，滚动支撑模组包括轮轴、两个单边轮8和防倾覆组件。轮轴通过轴承支承在反射体滑动支架13的下侧；两个单边轮8与轮轴的两端分别固定。两个单边轮8的轮缘均位于内侧。两个单边轮8与两根圆弧轨道分别接触。两个单边轮8的轮缘位于两根圆弧轨道之间，起到导向限位作用。防倾覆组件包括防倾覆连杆10和反制小轮9。防倾覆连杆10的一端与轮轴的一端构成转动副。防倾覆连杆10的另一端支承有反制小轮9。反制小轮9伸入其中一条圆弧轨道11的侧部的凹槽中。反制小轮9的直径等于圆弧轨道11侧部凹槽的槽宽。

在两个滑动支撑模块15中，防倾覆组件位于对应的反射体滑动支架13的相反侧。作为一种优选的技术方案，防倾覆组件均位于反射体滑动支架13的外侧，以起到更好的防倾覆效果。

滑动支撑模块15取消了天线俯仰轴，简化了天线结构；在本实施例中，根据载荷和天线参数，一个反射体滑动支架13上安装60组滚动支撑模组；60组滚动支撑模组均匀分布安装在反射体滑动支架13上，整体在圆弧轨道11上滚动；天线俯仰旋转时，单边轮8沿圆弧轨道11的“工”形导轨面滚动，由圆弧轨道11的导轨面保证天线的俯仰转动，即天线俯仰旋转中心由圆弧导轨面构成的虚拟旋转中心取代传统的俯仰轴。在天线转动的过程中，单边轮8与反制小轮9同步进出圆弧轨道11，若天线受风载产生倾斜趋势，防倾覆连杆10会产生弯矩以阻止天线倾覆。

如图2和6所示，驱动模块16包括刚性滚子链5和两个动力组件。刚性滚子链5固定在链板安装架7的下侧。刚性滚子链5由链板6、多个滚子和销轴构成；依次间隔设置的三块弧形链板6固定在链板安装架7的下侧；多根销轴均以过盈配合贯穿弧形链板6，并沿着弧形链板6的长度方向依次等间隔排列；各销轴上均支承有滚子。刚性滚子链5安装中心角度与圆弧轨道11对应转动中心角度相等。两个动力组件均安装在天线基座上。两个动力组件沿着圆弧轨道圆心线的周向错开45°。动力组件包括旋转驱动件1和驱动链轮3。旋转驱动件1包括电机和减速器。电机的输出轴与减速器的输入口连接；驱动链轮3与减速器的输出轴通过传动轴2和联轴器固定。驱动链轮3采用双排链轮。驱动链轮3与刚性滚子链5啮合，从而实现对天线的驱动。驱动链轮3的单排齿数为20齿。

本发明利用链轮滚子结构在实现大型天线的俯仰角调节，在不需要制备成本极其高昂的超大弧形齿条的前提下，能够使得天线的转动中心与天线焦点重合。

在轨道支撑架14上侧边中线与天线初始位置焦线重合的位置固定安装一个霍尔传感器以检测天线原点位置；然后在霍尔传感器两侧沿着圆弧轨道11每隔一定的角度θ布置红外传感器，共需固定安装n个红外传感器，传感器安装的轴线与天线体焦线重合；天线体于初始状态位置时在反射体滑动支架14上固定一个定位块，且定位块与霍尔传感器对应。

为提高天线体俯仰的安全性，在天线安装架12上装有一套由气泵、气动制动块、电磁阀和紧急备用电源组成的紧急制动装置，气动制动块安装时处于圆弧轨道11两侧且与其“工”形导轨面相对贴合，并且制动块安装位置处于两单边轮8间隙处；同时在旋转驱动件1上安装电磁抱闸，闸轮装在电机转轴上。当天线体俯仰异常时，紧急开关启动，电磁阀得电闭合，气动制动块闭合抱紧圆弧轨道11以刹住天线体；同时旋转驱动件1失电，电磁抱闸锁住旋转驱动件1的转轴。

作为本发明的具体案例：针对子午工程二期天线阵的建设要求，建设了三台抛物柱面天线阵，天线阵横截面方向为抛物面形，口径40m；天线阵纵向为柱面，长度140m，经测试能够实现稳定驱动。

该链轮滚子式大型天线俯仰传动装置的调节方法具体如下：

步骤一、选定天线观测的角度为λ，-45°≤λ≤45°；设定检测次数m；mθ≤λ≤(m+1)θ。

步骤二、开始启动天线体俯仰旋转，旋转驱动件1带动驱动链轮3同步运动，带动刚性滚子链5运动，同时单边轮8沿圆弧轨道11滚动，由圆弧导轨面保证天线体的俯仰转动，从而带动天线体转动至观测角度λ。当第m个红外传感器检测到，天线体俯仰停止观测。

步骤三、观测结束，红外传感器关闭检测，天线体12转动，当霍尔传感器检测到定位块，天线体12停止转动，回到原点；

步骤四、重复以上步骤观测天线的其他角度。

本发明提出的大型可动式柱面天线俯仰传动装置，它不同于以前国际已研发的俯仰传动装置。它参照传统的链传动原理，结合齿轮齿条传动特点，将刚性滚子链充当齿条作用安装在天线背架4圆弧半径上，与安装在天线基座上的驱动链轮啮合，由驱动链轮对刚性滚子链及天线体进行驱动；同时反射体滑动支架上安装单边轮，沿圆弧轨道滚动，由圆弧导轨面保证天线体支撑和转动；两者结合带动天线体转动至观测角度。链轮滚子式天线俯仰传动装置整个设备没有精密加工件，简化了天线驱动结构，重量变轻，占用空间变小，容易制造、安装和维护，造价便宜。

实施例2

一种大型可动式柱面天线俯仰传动装置，与实施例1的区别在于：

不沿圆弧轨道布置红外传感器，由天线俯仰转动速度、链轮转速直接控制天线体转动的角度。拟设天线俯仰转动速度0.5°/s，结合圆弧轨道半径和驱动链轮直径得到链轮的线速度和转速。链轮滚子式天线俯仰传动装置通过控制驱动链轮转动的时间来控制天线体在圆弧轨道上滚动的距离，从而控制天线体转动的角度。紧急制动装置采用失电抱紧原理，包括制动块、电磁吸合组件、扭转弹簧，两个制动块通过扭转弹簧连接可扭转一定的角度，制动块上方安装电磁吸合组件，制动块安装在圆弧轨道两侧。正常工作下，电磁组件吸合在一起，制动块经扭转弹簧张开；失电时，电磁组件松开，制动块在扭转弹簧弹力作用下抱紧圆弧轨道，阻止天线体转动。

该链轮滚子式大型天线俯仰传动装置的调节方法与实施例1的区别在于：

步骤一中，设定天线观测俯仰间隔为5°，天线俯仰转动速度0.5°/s。由控制器控制链轮转动的时间、转速，从而控制天线体转动的角度θ。

步骤三中，观测结束，驱动链轮回转，传感器检测到天线体原点定位块，天线体停止转动。

Claims (10)

1.一种链轮滚子式天线俯仰传动装置，包括天线安装架(12)、滑动支撑模块(15)和驱动模块(16)；其特征在于：所述的天线安装架(12)包括链板安装架(7)和反射体滑动支架(13)；链板安装架(7)和反射体滑动支架(13)均呈圆弧形；链板安装架(7)位于两个反射体滑动支架(13)之间；滑动支撑模块(15)共有两个；两个反射体滑动支架(13)分别滑动连接在两个滑动支撑模块(15)上；

所述的驱动模块(16)包括刚性滚子链(5)和两个动力组件；刚性滚子链(5)固定在链板安装架(7)的下侧；两个动力组件均安装在天线基座上；两个动力组件沿着圆弧轨道圆心线的周向错开

角度；

为天线安装架(12)在初始状态下向依次运动的极限角度；动力组件包括旋转驱动件(1)和驱动链轮(3)；由旋转驱动件(1)驱动的驱动链轮(3)与刚性滚子链(5)啮合。

2.根据权利要求1所述的一种链轮滚子式天线俯仰传动装置，其特征在于：所述的滑动支撑模块(15)包括轨道支撑架(14)、圆弧轨道(11)和多个滚动支撑模组；间隔设置的两条圆弧轨道(11)均固定在轨道支撑架(14)的顶部；圆弧轨道(11)的截面呈工字形；多个滚动支撑模组均安装在对应的反射体滑动支架(13)的下侧；沿着对应的反射体滑动支架(13)的长度方向依次排列；滚动支撑模组包括轮轴、两个单边轮(8)和防倾覆组件；轮轴通过轴承支承在反射体滑动支架(13)的下侧；两个单边轮(8)与轮轴的两端分别连接；两个单边轮(8)与两根圆弧轨道分别接触。

3.根据权利要求2所述的一种链轮滚子式天线俯仰传动装置，其特征在于：所述的滚动支撑模组还包括仿倾覆组件；防倾覆组件包括防倾覆连杆(10)和反制小轮(9)；防倾覆连杆(10)的一端与轮轴的一端构成转动副；防倾覆连杆(10)的另一端支承有反制小轮(9)；反制小轮(9)伸入其中一条圆弧轨道(11)的侧部的凹槽中；在两个滑动支撑模块(15)中，防倾覆组件位于对应的反射体滑动支架(13)的相反侧。

4.根据权利要求2所述的一种链轮滚子式天线俯仰传动装置，其特征在于：同一根轮轴上的两个单边轮(8)的轮缘均位于内侧。

5.根据权利要求1所述的一种链轮滚子式天线俯仰传动装置，其特征在于：所述的旋转驱动件(1)包括电机和减速器；电机的输出轴与减速器的输入口连接；驱动链轮(3)与减速器的输出轴通过传动轴(2)和联轴器固定；驱动链轮(3)与刚性滚子链(5)啮合；驱动链轮(3)采用双排链轮。

6.根据权利要求1所述的一种链轮滚子式天线俯仰传动装置，其特征在于：刚性滚子链(5)由链板(6)、多个滚子和销轴；依次间隔设置的多块弧形链板(6)固定在链板安装架(7)的下侧；多根销轴均贯穿固定在弧形链板(6)上，并沿着弧形链板(6)的长度方向依次等间隔排列；各销轴上均支承有滚子。

7.根据权利要求1所述的一种链轮滚子式天线俯仰传动装置，其特征在于：链板安装架(7)和两根反射体滑动支架(13)通过连接横梁固连。

8.根据权利要求1所述的一种链轮滚子式天线俯仰传动装置，其特征在于：天线安装架(12)上焊接有天线背架(4)；天线背架(4)用于安装天线。

9.根据权利要求1所述的一种链轮滚子式天线俯仰传动装置，其特征在于：所述的天线安装架(12)上安装有一套由气泵、气动制动块、电磁阀和紧急备用电源组成的紧急制动装置；气动制动块与圆弧轨道(11)贴合；同时，在旋转驱动件(1)上安装电磁抱闸。

10.根据权利要求1所述的一种链轮滚子式天线俯仰传动装置，其特征在于：所述的天线安装架(12)上安装有失电抱紧的紧急制动装置；紧急制动装置包括制动块、电磁吸合组件和弹簧；两个制动块分别位于圆弧轨道的两侧，且在电磁吸合组件的电磁力作用下与圆弧轨道分离；同时，两个制动块受到弹簧的弹力作用；当电磁吸合组件失电时，两个制动块抱紧圆弧轨道。

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