CN113548594A - 一种大型柔性可收放天线模拟无重力同步悬吊系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型柔性可收放天线模拟无重力同步悬吊系统，属于天线起吊技术领域，包括起吊钢架、升降机构、控制组件；所述起吊钢架上设置有五个吊点，其中位于中心的为主吊点，剩下四个吊点为辅助吊点，四个所述辅助吊点围绕所述主吊点呈正方形排列，均布在同一圆周上；所述升降机构包括五个电动葫芦，各所述电动葫芦一一对应设置在对应的吊点上。本发明通过设置的五个吊点，并利用电动葫芦进行起升、下降动作，结合PLC控制组件，能够实现对大型柔性可收放天线的同步升降，大大提升工作效率；同时利用红外线激光测距仪能精确反应各吊点的位移尺寸，即时反映各吊点间的同步精度差值，实际同步精度较高，值得被推广使用。

Description

一种大型柔性可收放天线模拟无重力同步悬吊系统

技术领域

本发明涉及天线起吊技术领域，具体涉及一种大型柔性可收放天线模拟无重力同步悬吊系统。

背景技术

天线是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介(通常是自由空间)中传播的电磁波，或者进行相反的变换。在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。此外，在用电磁波传送能量方面，非信号的能量辐射也需要天线。一般天线都具有可逆性，即同一副天线既可用作发射天线，也可用作接收天线。同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。

大型柔性可收放天线是众多天线种类中的一种，在对该天线进行起吊时，现有起吊装置难以实现对天线各部分设备的同步起吊工作，容易造成天线阵面的位置变动，在起吊之后需要对天线阵面进行重新调整，耗时耗力，工作效率较低。为此，提出一种大型柔性可收放天线模拟无重力同步悬吊系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：如何解决现有天线起吊装置难以实现对天线各部分设备的同步起吊工作，提供了一种大型柔性可收放天线模拟无重力同步悬吊系统。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括起吊钢架、升降机构、控制组件；所述起吊钢架上设置有五个吊点，其中位于中心的为主吊点，剩下四个吊点为辅助吊点，四个所述辅助吊点围绕所述主吊点呈正方形排列，均布在同一圆周上；所述升降机构包括五个电动葫芦，各所述电动葫芦一一对应设置在对应的吊点上；所述控制组件包括变频器、PLC、触摸控制模块，各所述电动葫芦均通过所述变频器与所述PLC电性连接，所述触摸控制模块与所述PLC电性连接。

更进一步地，所述起吊钢架包括四条支腿、两条主梁、辅助吊梁、两条连接梁，四条所述支腿分别两两设置在两条所述主梁的两端，两条所述主梁平行设置，四个所述辅助吊点两两为一组对称设置在两条所述主梁上，所述辅助吊梁设置在所述两条所述主梁之间的中部，所述主吊点设置在所述辅助吊梁上，两条所述连接梁对称设置在所述辅助吊梁的两侧，两端均分别与两条所述主梁连接。

更进一步地，所述主梁与所述支腿均为中空结构。

更进一步地，所述支腿的横截面为变截面，截面尺寸自上而下逐渐变小。

更进一步地，各所述电动葫芦均包括电机、绕绳卷筒、吊钩、钢丝绳，所述吊钩通过所述钢丝绳与所述绕绳卷筒连接，所述绕绳卷筒与所述电机的输出轴连接。

更进一步地，所述丝绳采用单层紧密绕线方式，所述绕绳卷筒上设置有绳槽，在上升或下降的过程中所述钢丝绳的卷绕半径是相同且固定的。

更进一步地，所述控制组件还包括速度测量模块，所述速度测量模块为编码器，所述编码器与所述电机的输出轴连接，并同时与所述PLC、所述变频器电性连接。

更进一步地，所述控制组件还包括高度测量模块，所述高度测量模块包括红外线激光测距仪与对应的激光反射板，所述红外线激光测距仪与所述PLC电性连接，各所述红外线激光测距仪均设置在所述起吊钢架上，对应设置在各所述电动葫芦旁，所述激光反射板设置在所述红外线激光测距仪下方设置的悬吊媒介架上的对应位置。

更进一步地，所述悬吊媒介架与各所述吊钩之间通过同步钢丝连接，所述悬吊媒介架与大型柔性可收放天线的反射面之间通过同步吊绳连接。

本发明相比现有技术具有以下优点：该大型柔性可收放天线模拟无重力同步悬吊系统，通过设置的五个吊点，并利用电动葫芦进行起升、下降动作，结合PLC控制组件，能够实现对大型柔性可收放天线的同步升降，大大提升工作效率；同时利用红外线激光测距仪能精确反应各吊点的位移尺寸，即时反映各吊点间的同步精度差值，实际同步精度较高，值得被推广使用。

附图说明

图1是本发明实施例二中模拟无重力同步悬吊系统的悬吊状态示意图；

图2是本发明实施例二中控制组件的原理示意图；

图3是本发明实施例二中的工作原理示意图。

图1中：1、起吊钢架；11、主吊点；12、辅助吊点；2、悬吊媒介架；3、待起吊地面天线设备(大型柔性高收纳比星载天线)；4、悬拉钢索；5、悬拉绳索；6、电动葫芦(含红外检测点)；7、激光反射板；8、可拆卸支腿。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例一

本实施例提供一种技术方案：一种大型柔性可收放天线模拟无重力同步悬吊系统，包括起吊钢架、升降机构、控制组件；所述起吊钢架上设置有五个吊点，其中位于中心的为主吊点，剩下四个吊点为辅助吊点，四个所述辅助吊点围绕所述主吊点呈正方形排列，均布在同一圆周上；所述升降机构包括五个电动葫芦，各所述电动葫芦一一对应设置在对应的吊点上；所述控制组件包括变频器、PLC、触摸控制模块，各所述电动葫芦均通过所述变频器与所述PLC电性连接，所述触摸控制模块与所述PLC电性连接。

在本实施例中，所述起吊钢架包括四条支腿、两条主梁、辅助吊梁、两条连接梁，四条所述支腿分别两两设置在两条所述主梁的两端，两条所述主梁平行设置，四个所述辅助吊点两两为一组对称设置在两条所述主梁上，所述辅助吊梁设置在所述两条所述主梁之间的中部，所述主吊点设置在所述辅助吊梁上，两条所述连接梁对称设置在所述辅助吊梁的两侧，两端均分别与两条所述主梁连接。

在本实施例中，所述主梁与所述支腿均为中空结构。

在本实施例中，所述支腿的横截面为变截面，截面尺寸自上而下逐渐变小。

在本实施例中，各所述电动葫芦均包括电机、绕绳卷筒、吊钩、钢丝绳，所述吊钩通过所述钢丝绳与所述绕绳卷筒连接，所述绕绳卷筒与所述电机的输出轴连接。

在本实施例中，所述丝绳采用单层紧密绕线方式，所述绕绳卷筒上设置有绳槽，在上升或下降的过程中所述钢丝绳的卷绕半径是相同且固定的。

在本实施例中，所述控制组件还包括速度测量模块，所述速度测量模块为编码器，所述编码器与所述电机的输出轴连接，并同时与所述PLC、所述变频器电性连接。

在本实施例中，所述控制组件还包括高度测量模块，所述高度测量模块包括红外线激光测距仪与对应的激光反射板，所述红外线激光测距仪与所述PLC电性连接，各所述红外线激光测距仪均设置在所述起吊钢架上，对应设置在各所述电动葫芦旁，所述激光反射板设置在所述红外线激光测距仪下方设置的悬吊媒介架上的对应位置。

在本实施例中，所述悬吊媒介架与各所述吊钩之间通过同步钢丝连接，所述悬吊媒介架与大型柔性可收放天线的反射面之间通过同步吊绳连接。

实施例二

本实施例提供一种技术方案：一种大型柔性可收放天线模拟无重力同步悬吊系统，包括起吊钢架、升降机构、控制组件，所述起吊钢架设置在地面上，所述升降机构安装在所述起吊钢架上，所述起吊钢架通过所述升降机构与待起吊地面天线设备连接，所述控制组件与所述升降机构电性连接。

如图1所示，为本实施例中起吊钢架的整体结构示意图。在本实施例中，起吊钢架1上设置5个吊点，其中中间一个为主吊点1，起重量为10t。其余4个为辅助吊点12，起吊钢架1最大载荷为10t。起吊钢架1底部到地面高度18m。主吊点11载荷10t，其他4个辅助吊点12，每个辅助吊点12起重量为3t；

主吊点11在中间，4个辅助吊点12围绕主吊点呈正方形排列，均布在直径为20.88m的圆周上，相邻两个辅助吊点12间距14.77m；(设计成这样空间位置的五个吊点的作用保证了结构性能、结构复杂度低，同时满足吊装要求，重量小，体积小)

所述起吊钢架包括支腿、主梁、辅助吊梁、连接梁；

其中，支腿采用钢板焊接成箱型结构，支腿截面为变截面，根据结构受力特点，采用上大下小结构；下面连接板通过地脚螺栓(活动可拆卸)与混凝土基础(地面)固定。上面连接板通过高强度螺栓与主梁连接；支腿主要材料采用Q345B材料；

主梁采用钢板焊接成箱型结构，结构稳定，承载能力强，根据大型柔性可收放天线(待起吊地面天线设备)的结构；主梁下对称设置两个辅助吊点；各辅助吊点的承载能力为3t；主梁主要材料采用Q345B；

辅助吊梁设置在两个主梁中间，在跨中的辅助吊梁上设置一个主吊点；主吊点的承载能力为10t，可以承载大型柔性可收放天线的整个重量；根据大型柔性可收放天线结构，在两个主梁中间的两侧另设置两个连接梁。连接梁主要材料采用Q345B；

5个对应吊点采用封闭环结构，内环直径大小确保升降系统可吊挂待起吊地面天线设备。

在本实施例中，在各吊点上安装固定式双出绳电动葫芦实现起升、下降，5台电动葫芦即为本实施例中的升降机构。起吊时5台电动葫芦同时起吊，各个吊点具有单动和联动功能以实现5点同步起吊与单点微调功能。

在本实施例中，对5台电动葫芦同时起吊进行同步控制，使大型柔性可收放天线同步上升，上升过程中无抖动。

升降机构速度：

起升速度：主吊点起升速度0.07～0.7m/min；

辅助吊点起升速度0.08～0.8m/min；

起升高度为16m；

升降机构电机功率：

主吊点1.5KW(一台)，辅助吊点0.4KW/台(四台)；

电动葫芦电机采用ZD型锥形转子制动电机。

控制方式：触摸屏控制+按钮控制。

如图2所示，为本实施例中控制组件的原理示意图。在本实施例中，控制组件采用程序自动控制方式，硬件采用安川H1000系列高性能矢量变频器、西门子PLC(可编程控制器)、触摸屏(人机控制界面)实现。PLC人机交互程序界面开放友好并具有用户管理监视吊挂运行状态的跟踪功能。控制组件能实时监控五个吊点的位置、状态以及操作故障发生时的报警、显示与记录查询。控制组件具有超载保护、限位保护、断电保护、误操作保护等安全保护机制。

在每台电动葫芦电机输出轴上均安装有编码器，与变频器形成闭环控制；起升速度通过高性能矢量变频器进行调速；起吊钢架上设有定位传感器和上、下限位开关，编码器参与移动距离计算，升降高度通过红外线激光测距仪显示吊点高度信息后(各红外线激光测距仪安装在葫芦旁边，悬吊媒介架上对应位置安装反射板，实时测量悬吊媒介架上各点升降高度)，通过控制组件即时修正起升速度和起升高度，通过高性能控制器以实现升降动作的快速定位，保证控制精确、吊起过程中无晃动；

起吊时能在触摸屏上实时显示每个吊点的起升高度、速度及位置信息，当检测到有任意两个吊点的高度差达到10mm时，同步起吊功能自动停止，由人工转换到单点微调功能，并在触摸屏上输入每个吊点的误差数值，人工将5个吊点的高度调平后转换到同步功能继续起吊。

在本实施例中，采用根据5个悬吊点的平面投影尺寸及零重力吊架展开范围，采用结构跨度40米、净高度18米，中心5吊点的起吊钢架符合设计输入要求。

在本实施例中，根据《钢结构设计规范》GB50017-2003、《起重机设计规范》GB3811-2008及《通用门式起重机》GB/T14406-2011中结构设计的相关要求，利用大型通用有限元分析程序ANSYS WORKBENCH，对10t悬吊系统钢结构框架整机金属结构的强度、刚度进行了计算。计算结果表明，该起吊钢架结构的强度、刚度均满足上述规范的要求。

起吊钢架的技术性能参数如下：

工作级别：A3；

主要结构材料：Q345B；

许用应力[σ]＝345/1.5＝230MPa；

许用垂直静刚度[f]＝L/500＝366000/500＝73.2mm。

采用ANSYS中的shell181单元。有限元计算模型中单元总数：75850，节点总数：82501，在额定起重量作用下，结构最大应力为93.057MPa，位于主梁与支腿连接处，该处受支腿支撑作用力的影响，出现应力集中现象，故该处应力比理论上最大应力出现的位置——跨中应力(σ＝82.717MPa，见图1)大，除此连接处外,主梁最大应力在跨中。

以上应力值小于Q345钢的许用应力230MPa，故结构强度满足要求。

电动葫芦起吊10t载荷时的垂直位移结果中最大变形为61.094mm。

跨中垂直方向最大静位移为f＝61.094mm<[f]＝366000/500＝73.2mm，故静刚度满足要求。

以下为本系统主要的几个功能实现原理：

速度控制的实现原理：

本升降系统采用了有速度传感器的矢量控制方式，有速度传感器矢量控制变频器具有很高的静、动态性能。以日本安川电机公司的H1000变频器为例(Pe＝0.4kW，Ue＝220V)，规定调速范围如下：有速度传感器时为1：1500，无速度传感器时为1：200。前者的调速范围是后者的7.5倍，其原因是，因为在矢量控制中引入了速度传感器提供了电机的实时转速，由电压、电流传感器经反馈运算后产生，其准确度很高。安川H1000系列对应的参数在使用了速度反馈后可以大大提升速度控制的精度，从而达到同步升降的目的。

计算起吊高度的实现原理

在本实施例中，电动葫芦的钢丝绳采用单层紧密绕线的方式，在绕绳卷筒上设有绳槽，因此在上升或下降的过程中，钢丝绳的卷绕半径是固定的，因此编码器单位时间内的脉冲数ΔP对应高度变化量ΔH是比例关系，即H＝A*P，其中A是比速比。由于考虑到减速机有一定的齿轮间隙，因此在计算上升位置时需要补偿齿轮间隙，具体的值需要在调试中测量；

通过判断编码器输出的A相脉冲和B相脉冲的超前与滞后的关系，结合PLC的高速计数指令可以实现脉冲方向的定义，例如当A相脉冲超前B相时定义为正转，A相滞后于B相时定义为反转，在正转时脉冲数增加，当反转时脉冲数减少。因此可以通过编码器的脉冲数计算当前吊点的高度；

由于编码器的脉冲信号已经输入了变频器中，为了使PLC也获得相同的一组脉冲，因此需要使用脉冲信号监视端子，将编码器输入变频器的脉冲信号再转发出来，连接到PLC的高速计数端子，实现了PLC同步接收编码器的脉冲信号。

位置控制的实现原理

位置控制分为四个环节，加速、匀速、减速、爬行；PLC根据给定的目标速度和设定的加减速时间，根据速度和位移的积分关系可以计算出T1、T2、T3、T4，在T3～T4过程中是爬行速度，电动葫芦的电机以很低的速度缓慢移动，在接近设定的目标位移后减速停止。

由于在运行的过程中爬行速度是一定的，因此可以计算出从爬行速度到停止经过的位移值，可以实现在快到达目标位移时提前减速，从而实现位置的精确控制，控制精度可以达到±0.1mm。

如图1、3所示，工作原理：大型柔性可收放天线模拟无重力同步悬吊系统用于新的大型柔性天线的测试和测量，可实现柔性天线的收拢和展开实验，主要包括五点同步起吊钢架1、控制系统和辅助悬吊装装置，起吊钢架1通过悬拉钢索4(悬拉钢索4与悬吊媒介架2连接的一端分散成多根呈放射状，与悬吊媒介架2上各连接点连接)连接悬吊媒介架2，悬吊媒介架2通过无重力吊绳(悬拉绳索5)悬吊天线反射面(大型柔性高收纳比星载天线)，通过五点同步控制机柜控制五个电动葫芦6实现悬吊媒介架2的同步升降，并采用红外测距装置实时实现对悬吊媒介架点位的位置进行测量及控制，并保证升降安全与升降精度，从而实现了天线模拟无重力测试与测量。

需要说明的是，悬吊媒介架用于柔性天线的模拟无重力悬吊，设置与柔性天线与起吊钢架之间，采用多级树杈结构，采用高强度超轻铝材，保证结构刚性安装精度要求，其直径达33m，对重量和安装精度都提出了非常高的要求，被测天线的面精度要求小于5mm，悬吊媒介架结构精度至少小于1mm，因此在进行起吊要保证各点起吊的高度同步性，若不能同步起吊，可能会造成对天线反射面及悬吊媒介架的损毁，造成非常大的经济损失。

综上所述，上述实施例的大型柔性可收放天线模拟无重力同步悬吊系统，通过设置的五个吊点，并利用电动葫芦进行起升、下降动作，结合PLC控制组件，能够实现对大型柔性可收放天线的同步升降，大大提升工作效率；同时利用红外线激光测距仪能精确反应各吊点的位移尺寸，即时反映各吊点间的同步精度差值，实际同步精度较高，值得被推广使用。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种大型柔性可收放天线模拟无重力同步悬吊系统，其特征在于：包括起吊钢架、升降机构、控制组件；所述起吊钢架上设置有五个吊点，其中位于中心的为主吊点，剩下四个吊点为辅助吊点，四个所述辅助吊点围绕所述主吊点呈正方形排列，均布在同一圆周上；所述升降机构包括五个电动葫芦，各所述电动葫芦一一对应设置在对应的吊点上；所述控制组件包括变频器、PLC、触摸控制模块，各所述电动葫芦均通过所述变频器与所述PLC电性连接，所述触摸控制模块与所述PLC电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种大型柔性可收放天线模拟无重力同步悬吊系统，其特征在于：所述起吊钢架包括四条支腿、两条主梁、辅助吊梁、两条连接梁，四条所述支腿分别两两设置在两条所述主梁的两端，两条所述主梁平行设置，四个所述辅助吊点两两为一组对称设置在两条所述主梁上，所述辅助吊梁设置在所述两条所述主梁之间的中部，所述主吊点设置在所述辅助吊梁上，两条所述连接梁对称设置在所述辅助吊梁的两侧，两端均分别与两条所述主梁连接。

3.根据权利要求2所述的一种大型柔性可收放天线模拟无重力同步悬吊系统，其特征在于：所述主梁与所述支腿均为中空结构。

4.根据权利要求2所述的一种大型柔性可收放天线模拟无重力同步悬吊系统，其特征在于：所述支腿的横截面为变截面，截面尺寸自上而下逐渐变小。

5.根据权利要求1所述的一种大型柔性可收放天线模拟无重力同步悬吊系统，其特征在于：各所述电动葫芦均包括电机、绕绳卷筒、吊钩、钢丝绳，所述吊钩通过所述钢丝绳与所述绕绳卷筒连接，所述绕绳卷筒与所述电机的输出轴连接。

6.根据权利要求5所述的一种大型柔性可收放天线模拟无重力同步悬吊系统，其特征在于：所述丝绳采用单层紧密绕线方式，所述绕绳卷筒上设置有绳槽，在上升或下降的过程中所述钢丝绳的卷绕半径是相同且固定的。

7.根据权利要求6所述的一种大型柔性可收放天线模拟无重力同步悬吊系统，其特征在于：所述控制组件还包括速度测量模块，所述速度测量模块为编码器，所述编码器与所述电机的输出轴连接，并同时与所述PLC、所述变频器电性连接。

8.根据权利要求7所述的一种大型柔性可收放天线模拟无重力同步悬吊系统，其特征在于：所述控制组件还包括高度测量模块，所述高度测量模块包括红外线激光测距仪与对应的激光反射板，所述红外线激光测距仪与所述PLC电性连接，各所述红外线激光测距仪均设置在所述起吊钢架上，对应设置在各所述电动葫芦旁，所述激光反射板设置在所述红外线激光测距仪下方设置的悬吊媒介架上的对应位置。

9.根据权利要求8所述的一种大型柔性可收放天线模拟无重力同步悬吊系统，其特征在于：所述悬吊媒介架与各所述吊钩之间通过同步钢丝连接，所述悬吊媒介架与大型柔性可收放天线的反射面之间通过同步吊绳连接。

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