CN209913012U - 一种用于反射面天线的空间结构平衡重装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于反射面天线的空间结构平衡重装置，它涉及通信、测控以及射电天文等领域中的反射面天线的平衡重装置设计技术。旨在提供一种高刚度、轻量化、易安装且适合批量生产的平衡重结构。它包括配重体、主支撑杆、横梁、竖向撑杆、侧向撑杆、侧下撑杆、侧上撑杆、内撑杆和球节点等。平衡重装置外形呈对称结构，两块配重体由若干个杆件进行支撑，形成稳定的空间结构，这些空间杆件通过螺栓球与配重体相连接。本实用新型具有结构刚度好和重量轻的特点，同时能够平衡部分风载荷，减小了风载对天线的扰动，提高了天线系统的运行精度，特别适用于大中型反射面天线中的平衡重结构。

Description

一种用于反射面天线的空间结构平衡重装置

技术领域

本实用新型涉及大中等口径反射面天线技术领域，特别是指一种用于反射面天线的空间结构平衡重装置。

背景技术

通信、测控以及射电天文等领域中所使用的反射面天线，要具有俯仰功能，并且，俯仰轴要与俯仰转动部分的重心重合，使得俯仰转动惯量和俯仰风力矩较小。但在设计过程中，俯仰转动部分的重心位置，一般不可能做到与俯仰轴重合。

为了减小驱动装置的负荷，减小伺服误差，通常需要平衡装置。传统的方法是将平衡重块安装在俯仰装置的箱体内或者将平衡重块放置在俯仰齿轮的两侧，使俯仰转动部分达到静平衡，以减小不平衡力矩，减轻电机的负载。这种平衡重的结构形式虽然可以使反射面天线达到平衡状态，但存在以下缺陷：

(1)重量重。由于受俯仰箱体或齿轮空间尺寸影响，俯仰轴与平衡重块之间的距离会变短，导致力臂减小，使得平衡重块重量增加，同时增加了俯仰转动部分的重量，因此俯仰转动惯量、驱动装置以及整个天线系统的重量也随着增大。

(2)刚度低。由于俯仰齿轮为平面结构，当将配重块放置在上面时，会额外增加齿轮的负载，降低了齿轮的刚度，从而影响传动系统的精度。

(3)不易调整。传统平衡重装置的配重块为钢板或铅板，通过螺栓与箱体或齿轮连接，在天线的安装和调试过程中，不易实现连续调整。

公告号为CN203232950U的中国专利《天线座伺服配重装置》中公开了一种 X-Y型天线座的配重装置，该方法虽然配平了X轴方向，但存在以下不足：

(1)只适用于X-Y型座架。该实用新型专利只适用于小口径反射面天线的 X-Y型座架，对于应用广泛的A-E型座架则不适用，尤其是大中等口径的反射面天线。

(2)只平衡了X轴。该实用新型专利只提及平衡了X轴方向，放弃了在Y 轴方向增加平衡重的方法。

(3)重量重。由于受两支臂尺寸限制，配重块距离X轴距离较近，为了达到平衡，需要增加配重块重量，导致了系统重量的增加。

公告号为CN2870200U的中国专利《自配重式天线支架》中公开了一种用于安装在建筑物上的天线支架；公告号为CN202111872U的中国专利《自带配重抗倾覆式屋顶美化天线基站》中公开了一种带有混凝土配重块的基站天线塔体结构。该两种方法虽然适合于固定式天线，但对于具有可做俯仰运动功能的反射面天线来说，存在以下不足：

(1)无法与反射面天线进行连接。以上两种实用新型专利所提供的方法只适用于基站等杆状天线形式，无法与反射面天线进行连接或匹配。

(2)不适用于做旋转运动的反射面天线。反射面天线在工作中要做俯仰运动，上述两种实用新型专利所提供的方法中提及的配重体均通过支架或底座与建筑物相连接，无法实现俯仰运动，因此不适用于做旋转运动的反射面天线。

实用新型的内容

有鉴于此，本实用新型提供一种用于反射面天线的空间结构平衡重装置，其具有刚度大、重量轻、易于调整以及能够快速安装的特点，能够有效提高天线系统的整体刚度和动态性能，同时能够降低制造成本和安装、运输成本。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：

一种用于反射面天线的空间结构平衡重装置，其包括左右两个配重体，所述配重体为上下对称结构，配重体前部窄小、后部膨大，每个配重体的两侧面均为盈风面，两个配重体之间通过横梁连接，每个配重体上均设有主支撑杆和辅助支撑结构，两个配重体、两根主支撑杆以及两套辅助支撑结构均相对于横梁的中垂面呈镜像对称关系；

所述配重体的前端具有前竖直面，配重体膨大部的前上部具有法向指向前上方的上斜面，配重体膨大部的前下部具有法向指向前下方的下斜面，配重体的后端具有后竖直面；上斜面处设有上球节点，下斜面处设有下球节点，配重体的外侧面上设有侧球节点；所述横梁通过两端的支座连接于配重体的后竖直面处；

所述主支撑杆连接于配重体的前竖直面处并向前直伸，辅助支撑结构包括连接于下球节点上的斜下撑杆、连接于侧球节点上的侧向撑杆和侧下撑杆，以及连接于上球节点上的侧上撑杆和内撑杆，斜下撑杆、侧向撑杆、侧下撑杆、侧上撑杆和内撑杆均与主支撑杆呈锐角；所述斜下撑杆和主支撑杆所张成的平面与所述横梁垂直，所述侧向撑杆、主支撑杆和横梁位于同一平面内，所述侧下撑杆向配重体的外侧斜下方延伸，所述侧上撑杆向配重体的外侧斜上方延伸，所述内撑杆向配重体的内侧斜上方延伸；所述侧下撑杆、侧向撑杆、斜下撑杆与主支撑杆构成四角锥支撑结构，所述内撑杆、侧上撑杆、侧向撑杆与主支撑杆构成四角锥支撑结构。

具体的，所述配重体上半部分的侧面轮廓从前到后依次包括前竖直段、水平段、内圆弧段、斜面段、短水平段、外圆弧段、短竖直段、后内圆弧段和后竖直段；所述前竖直面对应于前竖直段，上斜面对应于斜面段，后竖直面对应于后竖直段。

具体的，所述主支撑杆的两端分别为圆法兰盘和第一方法兰盘，所述第一方法兰盘与配重体的前竖直面连接。

具体的，所述配重体为铸钢或钢板制成。

具体的，所述横梁两端的支座均包括第二方法兰盘以及立于第二方法兰盘上的两片平行支耳，所述横梁的两端分别穿过该端的两片支耳，所述第二方法兰盘通过其上的长条孔与所述配重体螺钉连接。

具体的，所述的斜下撑杆与主支撑杆之间的夹角为15～75度；所述侧向撑杆与主支撑杆之间的夹角为15～75度。

具体的，所述主支撑杆、横梁、斜下撑杆、侧向撑杆、侧下撑杆、侧上撑杆和内撑杆的杆体为钢制圆管或铝合金圆管，杆体直径为40～160mm，杆体长度为1000～6000mm。

具体的，所述斜下撑杆、侧向撑杆、侧下撑杆、侧上撑杆和内撑杆与对应球节点的连接形式均为螺栓球结构。

具体的，各球节点均为半球体与方法兰盘的组合形式，所述半球体为中空结构，在半球面上分布有用于连接相应撑杆的螺纹孔。

具体的，所述配重体的上部还具有1～4个起重吊环。

本实用新型与背景技术相比具有如下有益效果：

(1)本实用新型与现有技术相比，配重体采用空间结构支撑方式，形成稳定的三角锥和四角锥结构，克服了传统的平面结构支撑方式，具有稳定的力学性能，能够有效提高天线系统的整体刚度。

(2)本实用新型平衡重装置中的横梁采用中空钢管结构，位于两块配重体后端，在横梁内部可以填充混凝土和钢板等材料，实现重量的连续精确调整，直至满足天线重心位置的需求。

(3)本实用新型中的配重体通过杆件与天线相连接，与俯仰轴的距离不受空间尺寸影响。因此，可以通过增大力臂来减小配重体的重量，达到俯仰转动部分静平衡的目的，这样就降低了天线系统的重量，减少了制造成本。

(4)本实用新型中与配重体相连接的所有杆件和结构件均采用螺栓球和法兰盘形式，分解后的可运输单元均适合于公路运输和标准集装箱。

(5)本实用新型中的配重体采用平面式结构，而且通过设计还可以增大迎风面积，这样就能够平衡部分风载荷，减小了风载对天线的扰动，提高了天线系统的运行精度。

(6)本实用新型中的球节点，均可采用数控加工成型，这样，组装后的平衡装置精度高、互换性好，可实现大批量生产制造。

总之，本实用新型构思巧妙，思路清晰，易于实现，既解决了传统的反射面天线平衡重装置重量重、刚度低和不易调整的问题，又提高了天线系统的运行精度，是对现有技术的一种重要改进。

附图说明

图1是本实用新型实施例中平衡重装置的总体结构示意图；

图2是图1中配重体的结构示意图；

图3是图1中主支撑杆的结构示意图；

图4是图1中横梁的结构示意图；

图5是图1中横梁支座的结构示意图；

图6是图1中球节点的结构示意图；

图7是本实用新型实施例中平衡重装置的使用状态参考图。

图中各标号的含义如下：配重体1，左配重体1-1，右配重体1-2，主支撑杆 2，左主支撑杆2-1，右主支撑杆2-2，横梁3，支耳3-1，方法兰盘3-2，竖向撑杆4，左竖向撑杆4-1，右竖向撑杆4-2，侧向撑杆5，左侧向撑杆5-1，右侧向撑杆5-2，侧下撑杆6，左侧下撑杆6-1，右侧下撑杆6-2，侧上撑杆7，左侧上撑杆7-1，右侧上撑杆7-2，内撑杆8，左内撑杆8-1，右内撑杆8-2，球节点9，上球节点9-1，侧球节点9-2，下球节点9-3。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步的描述。

一种用于反射面天线的空间结构平衡重装置，其包括左右两个配重体，所述配重体为上下对称结构，配重体前部窄小、后部膨大，每个配重体的两侧面均为盈风面，两个配重体之间通过横梁连接，每个配重体上均设有主支撑杆和辅助支撑结构，两个配重体、两根主支撑杆以及两套辅助支撑结构均相对于横梁的中垂面呈镜像对称关系；

所述配重体的前端具有前竖直面，配重体膨大部的前上部具有法向指向前上方的上斜面，配重体膨大部的前下部具有法向指向前下方的下斜面，配重体的后端具有后竖直面；上斜面处设有上球节点，下斜面处设有下球节点，配重体的外侧面上设有侧球节点；所述横梁通过两端的支座连接于配重体的后竖直面处；

所述主支撑杆连接于配重体的前竖直面处并向前直伸，辅助支撑结构包括连接于下球节点上的斜下撑杆、连接于侧球节点上的侧向撑杆和侧下撑杆，以及连接于上球节点上的侧上撑杆和内撑杆，斜下撑杆、侧向撑杆、侧下撑杆、侧上撑杆和内撑杆均与主支撑杆呈锐角；所述斜下撑杆和主支撑杆所张成的平面与所述横梁垂直，所述侧向撑杆、主支撑杆和横梁位于同一平面内，所述侧下撑杆向配重体的外侧斜下方延伸，所述侧上撑杆向配重体的外侧斜上方延伸，所述内撑杆向配重体的内侧斜上方延伸；所述侧下撑杆、侧向撑杆、斜下撑杆与主支撑杆构成四角锥支撑结构，所述内撑杆、侧上撑杆、侧向撑杆与主支撑杆构成四角锥支撑结构。

需要指出的是，配重体的侧面为盈风面，即该面为平面结构，而不是流线型的导风面。这样，配重体的侧面就具有招风的作用，可以在侧向来风时为天线背架平衡部分风力载荷，提高天线的稳定度。

具体的，所述配重体上半部分的侧面轮廓从前到后依次包括前竖直段、水平段、内圆弧段、斜面段、短水平段、外圆弧段、短竖直段、后内圆弧段和后竖直段；所述前竖直面对应于前竖直段，上斜面对应于斜面段，后竖直面对应于后竖直段。

具体的，所述主支撑杆的两端分别为圆法兰盘和第一方法兰盘，所述第一方法兰盘与配重体的前竖直面连接。

具体的，所述配重体为铸钢或钢板制成。

具体的，所述横梁两端的支座均包括第二方法兰盘以及立于第二方法兰盘上的两片平行支耳，所述横梁的两端分别穿过该端的两片支耳，所述第二方法兰盘通过其上的长条孔与所述配重体螺钉连接。

具体的，所述的斜下撑杆与主支撑杆之间的夹角为15～75度；所述侧向撑杆与主支撑杆之间的夹角为15～75度。

具体的，所述主支撑杆、横梁、斜下撑杆、侧向撑杆、侧下撑杆、侧上撑杆和内撑杆的杆体为钢制圆管或铝合金圆管，杆体直径为40～160mm，杆体长度为1000～6000mm。

具体的，所述斜下撑杆、侧向撑杆、侧下撑杆、侧上撑杆和内撑杆与对应球节点的连接形式均为螺栓球结构。

具体的，各球节点均为半球体与方法兰盘的组合形式，所述半球体为中空结构，在半球面上分布有用于连接相应撑杆的螺纹孔。

具体的，所述配重体的上部还具有1～4个起重吊环。

下面以有效口径为15米的偏置反射面天线的平衡重装置为例对本实用新型做更进一步的说明。

如图1所示，该平衡重装置包括：配重体1、主支撑杆2、横梁3、竖向撑杆4、侧向撑杆5、侧下撑杆6、侧上撑杆7、内撑杆8和球节点9。

配重体1由两块组成，包括左配重体1-1和右配重体1-2，两块配重体之间通过横梁3连接，且沿垂直对称面呈镜像关系，如图2所示，每块配重体1为上下对称结构，依从左至右的顺序由左竖直段、水平段、内圆弧段、斜面段、短水平段、外圆弧段、短竖直段、右内圆弧段和右竖直段组成，在左竖直段、斜面段、右竖直段和侧面设置有连接螺纹孔，本例中配重体1的材料为钢板。

主支撑杆2由两根组成，包括左主支撑杆2-1和右主支撑杆2-2，且沿垂直对称面呈镜像关系，如图3所示，每根主支撑杆2由圆法兰盘、钢管和方法兰盘组成，方法兰盘与配重体1的左竖直段相连接。

如图4所示，横梁3由钢管和支座组成，支座位于钢管两端，分别与两块配重体1的右竖直段相连接，横梁3的每端的支座(如图5所示)还包括支耳3-1 和方法兰盘3-2，每端的支耳3-1由两片组成，方法兰盘3-2上的连接孔为长条孔形式，是为了消除由于加工引起的位置误差。

竖向撑杆4位于每块配重体1的垂直面内，如图1中的垂直面1和垂直面2，竖向撑杆4由两根组成，包括左竖向撑杆4-1和右竖向撑杆4-2，且沿竖直对称面呈镜像关系，每根竖向撑杆4与相应主支撑杆2形成一定夹角，夹角为15～ 75度，本实施例中的夹角取50度。

侧向撑杆5位于水平面内，由两根组成，包括左侧向撑杆5-1和右侧向撑杆 5-2，且沿垂直对称面呈镜像关系，每根侧向撑杆5与相应主支撑杆2形成一定夹角，夹角为15～75度，本实施例中的夹角取30度。

侧下撑杆6由两根组成，包括左侧下撑杆6-1和右侧下撑杆6-2，且沿垂直对称面呈镜像关系，位于水平面以下，每根侧下撑杆6与相应的主支撑杆2、侧向撑杆5和竖向撑杆4形成四角锥结构。

侧上撑杆7由两根组成，包括左侧上撑杆7-1和右侧上撑杆7-2，且沿垂直对称面呈镜像关系，位于水平面以上，每根侧上撑杆7与相应的主支撑杆2和侧向撑杆5形成三角锥结构。

内撑杆8由两根组成，包括左内撑杆8-1和右内撑杆8-2，且沿垂直对称面呈镜像关系，位于水平面以上，每根内撑杆8与相应的主支撑杆2、侧向撑杆5 和侧上撑杆7形成四角锥结构。

球节点9(如图6所示)位于每块配重体斜面段和外侧面，每侧的球节点包括上球节点9-1、侧球节点9-2和下球节点9-3，上球节点9-1与相应侧上撑杆7 和内撑杆8相连接，侧球节点9-2与相应侧向撑杆5和侧下撑杆6相连接，下球节点9-3与相应竖向撑杆4相连接。如图6所示，球节点9采用半球体与方法兰盘的组合方式，其中的半球体为中空结构，在半球面上分布有相应螺纹孔，采用数控机床加工成型，在方法兰盘上设置有连接用的螺栓孔。

主支撑杆2、横梁3、竖向撑杆4、侧向撑杆5、侧下撑杆6、侧上撑杆7和内撑杆8的各个杆件为钢制圆管或铝合金圆管，直径为40～160mm，长度为1000～6000mm，本实施例中上述杆件为钢制圆管，直径为80～120mm，长度为 1200～4000mm。

竖向撑杆4、侧向撑杆5、侧下撑杆6、侧上撑杆7和内撑杆8均包括圆管、锥头、高强度螺栓和螺母。

竖向撑杆4、侧向撑杆5、侧下撑杆6、侧上撑杆7和内撑杆8与对应球节点9的连接形式均采用螺栓球结构。

球节点9与配重体1之间的连接均采用螺栓连接，本实施例中每处球节点与配重体的连接螺栓数量为4个。

配重体1还包括起重吊环，每块配重体1上的起重吊环数量为1～4个，起重吊环位于每块配重体1的上部，本实施例中每块配重体上的起重吊环为2个。

图7为本实施例的使用状态参考图，使用时，将本平衡重装置安装在天线背架的背面，并尽量使天线背架和平衡重装置整体的重心落在俯仰轴上。

以上所述，仅是本实用新型的最佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构改变，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于反射面天线的空间结构平衡重装置，其特征在于，包括左右两个配重体，所述配重体为上下对称结构，配重体前部窄小、后部膨大，每个配重体的两侧面均为盈风面，两个配重体之间通过横梁连接，每个配重体上均设有主支撑杆和辅助支撑结构，两个配重体、两根主支撑杆以及两套辅助支撑结构均相对于横梁的中垂面呈镜像对称关系；

所述配重体的前端具有前竖直面，配重体膨大部的前上部具有法向指向前上方的上斜面，配重体膨大部的前下部具有法向指向前下方的下斜面，配重体的后端具有后竖直面；上斜面处设有上球节点，下斜面处设有下球节点，配重体的外侧面上设有侧球节点；所述横梁通过两端的支座连接于配重体的后竖直面处；

所述主支撑杆连接于配重体的前竖直面处并向前直伸，辅助支撑结构包括连接于下球节点上的斜下撑杆、连接于侧球节点上的侧向撑杆和侧下撑杆，以及连接于上球节点上的侧上撑杆和内撑杆，斜下撑杆、侧向撑杆、侧下撑杆、侧上撑杆和内撑杆均与主支撑杆呈锐角；所述斜下撑杆和主支撑杆所张成的平面与所述横梁垂直，所述侧向撑杆、主支撑杆和横梁位于同一平面内，所述侧下撑杆向配重体的外侧斜下方延伸，所述侧上撑杆向配重体的外侧斜上方延伸，所述内撑杆向配重体的内侧斜上方延伸；所述侧下撑杆、侧向撑杆、斜下撑杆与主支撑杆构成四角锥支撑结构，所述内撑杆、侧上撑杆、侧向撑杆与主支撑杆构成四角锥支撑结构。

2.根据权利要求1所述的用于反射面天线的空间结构平衡重装置，其特征在于，所述配重体上半部分的侧面轮廓从前到后依次包括前竖直段、水平段、内圆弧段、斜面段、短水平段、外圆弧段、短竖直段、后内圆弧段和后竖直段；所述前竖直面对应于前竖直段，上斜面对应于斜面段，后竖直面对应于后竖直段。

3.根据权利要求1所述的用于反射面天线的空间结构平衡重装置，其特征在于，所述主支撑杆的两端分别为圆法兰盘和第一方法兰盘，所述第一方法兰盘与配重体的前竖直面连接。

4.根据权利要求1所述的用于反射面天线的空间结构平衡重装置，其特征在于，所述配重体为铸钢或钢板制成。

5.根据权利要求1所述的用于反射面天线的空间结构平衡重装置，其特征在于，所述横梁两端的支座均包括第二方法兰盘以及立于第二方法兰盘上的两片平行支耳，所述横梁的两端分别穿过该端的两片支耳，所述第二方法兰盘通过其上的长条孔与所述配重体螺钉连接。

6.根据权利要求1所述的用于反射面天线的空间结构平衡重装置，其特征在于，所述的斜下撑杆与主支撑杆之间的夹角为15～75度；所述侧向撑杆与主支撑杆之间的夹角为15～75度。

7.根据权利要求1所述的用于反射面天线的空间结构平衡重装置，其特征在于，所述主支撑杆、横梁、斜下撑杆、侧向撑杆、侧下撑杆、侧上撑杆和内撑杆的杆体为钢制圆管或铝合金圆管，杆体直径为40～160mm，杆体长度为1000～6000mm。

8.根据权利要求1所述的用于反射面天线的空间结构平衡重装置，其特征在于，所述斜下撑杆、侧向撑杆、侧下撑杆、侧上撑杆和内撑杆与对应球节点的连接形式均为螺栓球结构。

9.根据权利要求1所述的用于反射面天线的空间结构平衡重装置，其特征在于，各球节点均为半球体与方法兰盘的组合形式，所述半球体为中空结构，在半球面上分布有用于连接相应撑杆的螺纹孔。

10.根据权利要求1所述的用于反射面天线的空间结构平衡重装置，其特征在于，所述配重体的上部还具有1～4个起重吊环。

Images