RU176978U1

RU176978U1 - DEVICE FOR STABILIZATION OF AN ANTENNA OF A SHIP RADAR STATION

Info

Publication number: RU176978U1
Application number: RU2017126692U
Authority: RU
Inventors: Михаил Сергеевич Дворяшин; Александр Владимирович Пакишин; Олег Алесеевич Пахомов
Original assignee: Акционерное общество "Концерн "Гранит-Электрон"
Priority date: 2017-07-25
Filing date: 2017-07-25
Publication date: 2018-02-05

Abstract

Полезная модель относится к антенной технике и может быть использована для стабилизации антенн, установленных на подвижных объектах, преимущественно на судах. Техническим результатом полезной модели является обеспечение высокой точности стабилизации при сокращении энергопотребления и снижении массогабаритных характеристик устройства. Сущность полезной модели заключается в том, что в устройстве стабилизации антенны корабельной радиолокационной станции, содержащем нижнее неподвижное основание и стабилизированную платформу, между которыми размещен карданный подвес, оси разворота которого связаны с исполнительными двигателями посредством исполнительных механизмов, исполнительные двигатели установлены внутри нижнего неподвижного основания и стабилизированной платформы, а исполнительные механизмы выполнены в виде зубчатых редукторов Новикова по ГОСТ 15023-76 с двумя линиями зацепления, при этом внутри нижнего неподвижного основания и стабилизированной платформы дополнительно размещены упругие пружинные элементы, связанные с карданным подвесом и выполненные в виде пакетов дугообразных полос, расположенных вокруг корпусов исполнительных двигателей. 2 ил.The utility model relates to antenna technology and can be used to stabilize antennas installed on moving objects, mainly on ships. The technical result of the utility model is to ensure high accuracy of stabilization while reducing energy consumption and reducing the overall dimensions of the device. The essence of the utility model is that in the stabilization device of the antenna of a ship’s radar station containing a lower fixed base and a stabilized platform, between which there is a gimbal, the pivot axis of which is connected to the executive motors by means of actuators, the executive motors are installed inside the lower fixed base and stabilized platforms, and actuators are made in the form of Novikov gear reducers according to GOST 15023-76 with two with engagement lines, while inside the lower fixed base and the stabilized platform, elastic spring elements are additionally placed connected with the gimbal and made in the form of packets of arched stripes located around the bodies of the executive motors. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к антенной технике и может быть использована для стабилизации антенн, установленных на подвижных объектах, преимущественно на судах.The utility model relates to antenna technology and can be used to stabilize antennas installed on moving objects, mainly on ships.

Корабельные устройства, в сравнении с наземными устройствами, характеризуются более агрессивной внешней средой и повышенным уровнем механических нагрузок (вибрационных, ударных и возникающих во время качки). Особенностью таких устройств являются жесткие ограничения габаритных размеров и энергопотребления [1, 2].Ship devices, in comparison with ground devices, are characterized by a more aggressive external environment and an increased level of mechanical loads (vibration, shock and occurring during rolling). A feature of such devices are severe restrictions on the overall dimensions and power consumption [1, 2].

Карданная монтировка антенного устройства РЛС с приводом вращения антенны в азимутальной плоскости является распространенным решением для стабилизации судовых антенн [2] и наиболее сложна для зеркальных антенных устройств. Особенностями зеркальной антенны являются ее большие габариты, жесткая конструкция отражателя, жесткая связь облучателя с зеркалом и, как следствие, большая масса. По причине удаленности центра масс от осей поворота антенны или наличия противовеса система обладает значительным моментом инерции, от которого зависит требуемая мощность исполнительного двигателя.The cardan mount of the radar antenna device with an antenna rotation drive in the azimuthal plane is a common solution for stabilizing ship antennas [2] and is the most difficult for mirror antenna devices. The features of a mirror antenna are its large dimensions, the rigid structure of the reflector, the rigid connection of the irradiator with the mirror and, as a result, a large mass. Due to the distance of the center of mass from the axes of rotation of the antenna or the presence of a counterweight, the system has a significant moment of inertia, on which the required power of the actuator depends.

Большое значение на требуемую мощность двигателей оказывает расположение антенного устройства на корабле [3]. Антенные приборы устанавливаются в основном на надстройках или на мачтах корабля. Вследствие указанных особенностей расположения на антенные устройства действуют большие ускорения от составляющих качки корабля.Of great importance on the required engine power is the location of the antenna device on the ship [3]. Antenna devices are installed mainly on superstructures or on the mast of the ship. Due to these arrangement features, large accelerations from the components of the ship’s pitching act on the antenna devices.

Перечисленные особенности требуют использования мощных двигателей. Для передачи большой мощности от двигателя на вал поворота антенны требуются зубчатые колеса с большим модулем зубьев. Таким образом, габариты привода стабилизации в первую очередь определяются размерами двигателей и зубчатых передач.These features require the use of powerful engines. To transmit large power from the engine to the antenna rotation shaft, gears with a large tooth module are required. Thus, the dimensions of the stabilization drive are primarily determined by the dimensions of the engines and gears.

Известно самостабилизирующееся устройство для антенных постов и приборов судовой радиоэлектронной аппаратуры [4]. Устройство состоит из неподвижной станины, платформы и коромысла. Принцип действия устройства основан на гравитационной стабилизации. Центр масс прибора, установленного на подвижную платформу, находится ниже оси качания прибора, что позволяет поддерживать горизонтальное положение подвижной платформы за счет силы тяжести.Known self-stabilizing device for antenna posts and devices of marine electronic equipment [4]. The device consists of a fixed bed, platform and rocker. The principle of operation of the device is based on gravitational stabilization. The center of mass of the device mounted on the moving platform is below the axis of swing of the device, which allows you to maintain a horizontal position of the moving platform due to gravity.

Недостатком устройства является отсутствие возможности управления стабилизацией, что приводит к снижению точности стабилизации прибора.The disadvantage of this device is the inability to control stabilization, which leads to a decrease in the accuracy of stabilization of the device.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип предлагаемой полезной модели, является устройство стабилизации антенн, установленных на подвижных объектах [5].The closest analogue adopted for the prototype of the proposed utility model is a device for stabilizing antennas mounted on moving objects [5].

Устройство содержит неподвижное основание, стабилизированную платформу, карданный подвес, оси которого совпадают с осями стабилизации и связаны одна с неподвижным основанием, а другая - со стабилизированной платформой, а также датчики углов поворота, исполнительные двигатели и исполнительные механизмы. Исполнительные механизмы, оси которых не совпадают с осями стабилизации, шарнирно закреплены одним концом на неподвижном основании, а другим через коромысло - на стабилизированной платформе. В качестве исполнительных механизмов использованы шариковинтовые пары.The device comprises a fixed base, a stabilized platform, a gimbal, the axes of which coincide with the stabilization axes and are connected with one fixed base and the other with a stabilized platform, as well as rotation angle sensors, actuators and actuators. Actuators, the axes of which do not coincide with the axes of stabilization, are pivotally fixed at one end on a fixed base, and the other through a beam, on a stabilized platform. Ball screws are used as actuators.

Недостатками устройства-прототипа являются высокая инерционность устройства, сложность конструкции исполнительных механизмов (шариковинтовая передача как таковая и необходимость передачи вращения через шарнирное соединение), сложные преобразования углов стабилизации в поступательное движение штока исполнительного механизма.The disadvantages of the prototype device are the high inertia of the device, the complexity of the design of the actuators (ball screw as such and the need to transfer rotation through the articulated joint), the complex conversion of stabilization angles into the translational movement of the actuator rod.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является обеспечение высокой точности стабилизации при сокращении энергопотребления и снижении массогабаритных характеристик устройства.The technical result of the proposed utility model is to ensure high accuracy of stabilization while reducing energy consumption and reducing the overall dimensions of the device.

Достижение технического результата обеспечивается путем выполнения исполнительных механизмов для разворота карданного подвеса в виде компактных зубчатых передач Новикова с двумя линиями зацепления, а также введения в конструкцию упругих пружинных элементов, создающих дополнительный момент и снимающих часть нагрузки с двигателей. Это позволяет использовать двигатели меньшей мощности и габаритов и разместить их внутри неподвижного основания и стабилизированной платформы.The achievement of the technical result is ensured by executing actuators for turning the gimbal in the form of compact Novikov gears with two engagement lines, as well as introducing into the design elastic spring elements that create an additional moment and remove part of the load from the engines. This allows you to use engines of smaller power and size and place them inside a fixed base and a stable platform.

Сущность полезной модели заключается в том, что в устройстве стабилизации антенны корабельной радиолокационной станции, содержащем нижнее неподвижное основание и стабилизированную платформу, между которыми размещен карданный подвес, оси разворота которого связаны с исполнительными двигателями посредством исполнительных механизмов, исполнительные двигатели установлены внутри нижнего неподвижного основания и стабилизированной платформы, а исполнительные механизмы выполнены в виде зубчатых редукторов Новикова по ГОСТ с двумя линиями зацепления, при этом внутри нижнего неподвижного основания и стабилизированной платформы дополнительно размещены упругие пружинные элементы, связанные с карданным подвесом и выполненные в виде пакетов дугообразных полос, расположенных вокруг корпусов исполнительных двигателей.The essence of the utility model is that in the stabilization device of the antenna of a ship’s radar station containing a lower fixed base and a stabilized platform, between which there is a gimbal, the pivot axis of which is connected to the executive motors by means of actuators, the executive motors are installed inside the lower fixed base and stabilized platforms, and actuators are made in the form of Novikov gear reducers according to GOST with two lines engagement E, the inside of the lower fixed frame and the stabilized platform further has elastic spring elements associated with the cardanic suspension and made in the form of packets of arcuate bands extending around the hulls actuating motors.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых представлены:The essence of the utility model is illustrated by drawings, on which are presented:

фиг. 1 - кинематическая схема устройства стабилизации,FIG. 1 is a kinematic diagram of a stabilization device,

фиг. 2 - общий вид устройства в разрезе,FIG. 2 is a General view of the device in section,

фиг. 3 - фиксатор привода.FIG. 3 - drive lock.

Согласно фиг. 1, устройство стабилизации антенны корабельной радиолокационной станции содержит нижнее неподвижное основание 1, которое закрепляется на палубе корабля, и стабилизированную платформу 2, на которую устанавливают антенный прибор. Между основанием 1 и платформой 2 размещен карданный подвес 3, оси 4, 5 разворота которого связаны с исполнительными двигателями 6, 7, которые расположены внутри основания 1 и платформы 2, посредством исполнительных механизмов 8, выполненных в виде зубчатых редукторов Новикова по ГОСТ 15023-76 с двумя линиями зацепления, как показано на фиг. 2. Это позволяет существенно уменьшить габариты зубчатой передачи и обеспечить в 1,5-1,7 раза более высокую нагрузочную способность по сравнению с аналогичной по размерам и материалу косозубой эвольвентной передачей [6].According to FIG. 1, the device for stabilizing the antenna of a ship’s radar station contains a lower fixed base 1, which is mounted on the deck of the ship, and a stabilized platform 2, on which the antenna device is mounted. Between the base 1 and the platform 2 there is a gimbal 3, the pivot axes 4, 5 of which are connected with the executive motors 6, 7, which are located inside the base 1 and the platform 2, by means of actuators 8 made in the form of Novikov gear reducers according to GOST 15023-76 with two engagement lines, as shown in FIG. 2. This allows you to significantly reduce the size of the gear transmission and provide 1.5-1.7 times higher load capacity compared to a helical involute gear of the same size and material [6].

Двигатель 6, отрабатывающий килевую качку, размещен внутри нижнего неподвижного основания 1, а двигатель 7, отрабатывающий бортовую качку, размещен внутри стабилизированной платформы 2 для снижения требуемой мощности, т.к. параметры бортовой качки превышают по интенсивности параметры килевой качки (большие амплитуды и скорости), а размещение двигателя отработки бортовой качки в верхнем основании обеспечит меньшую массу подвижной части прибора, приводимой в движение данным двигателем.The engine 6, practicing keel pitching, is placed inside the lower fixed base 1, and the engine 7, practicing onboard pitching, is placed inside the stabilized platform 2 to reduce the required power, because the rolling stock parameters exceed in intensity the pitching parameters (large amplitudes and speeds), and the placement of the rolling stock mining engine in the upper base will provide a smaller mass of the moving part of the device, driven by this engine.

Упругие пружинные элементы 9, связывающие основание 1 и платформу 2 с карданным подвесом 3, представляют собой пружины, выполненные в виде пакета дугообразных полос. Такая конструкция упругих элементов позволяет расположить их вокруг корпусов двигателей 6, 7, не увеличивая габариты, и обеспечить постоянное направление действия усилия пружины. Усилие пружин передается на подвижные части прибора с помощью специальных упоров 10, установленных на крестовине карданного подвеса. Для непрерывного действия пружин в обоих направлениях качки они имеют некоторое предварительное нагружение, обеспечиваемое за счет регулировочной планки 11 на конце пружины, которая также служит для объединения дугообразных полос в пакет. Максимальное усилие пружины выбирается из условия МП<0,5МД i, где МП - максимальный момент создаваемый пружиной, МД - максимальный момент двигателя, рассчитанный для привода без упругих элементов, i - передаточное отношение редуктора, соединяющего вал двигателя с валом поворота подвижной части.The elastic spring elements 9, connecting the base 1 and the platform 2 with the gimbal suspension 3, are springs made in the form of a package of arcuate strips. This design of the elastic elements allows you to place them around the bodies of the engines 6, 7, without increasing dimensions, and to provide a constant direction of action of the spring force. The force of the springs is transmitted to the movable parts of the device using special stops 10 mounted on the crosspiece of the gimbal. For the continuous operation of the springs in both directions of rolling, they have some pre-loading provided by the adjustment bar 11 at the end of the spring, which also serves to combine the arcuate strips into a package. The maximum spring force is selected from the condition MP <0.5MD i, where MP is the maximum moment created by the spring, MD is the maximum motor moment calculated for the drive without elastic elements, i is the gear ratio of the gearbox connecting the motor shaft to the shaft of rotation of the moving part.

Фиксатор 12 привода обеспечивает неподвижное положение прибора в обесточенном состоянии. Благодаря этому исключаются неконтролируемые перемещения подвижной части обесточенного прибора на качке, снимается нагрузка с механизмов поворота и с ограничителей хода, предотвращается работа электродвигателей в режиме генератора.The latch 12 of the drive provides a stationary position of the device in a de-energized state. Due to this, uncontrolled movements of the moving part of the de-energized device on pitching are eliminated, the load is removed from the rotation mechanisms and from the stroke limiters, the operation of electric motors in the generator mode is prevented.

Механизм фиксации совмещен с ограничителями 13 хода, а фиксация осуществляется с помощью вилки 14, которая входит в зазор между упором 10 и ограничителями хода. В выключенном состоянии привода стабилизации вилка 14 опущена на упор и предотвращает его движение. В таком положении вилка удерживается с помощью пружины 15.The locking mechanism is combined with the limiters 13 of the stroke, and the fixation is carried out using a fork 14, which is included in the gap between the stop 10 and the stroke limiters. In the off state of the stabilization drive, the fork 14 is lowered to the stop and prevents its movement. In this position, the fork is held by the spring 15.

Для начала работы вилка 14 снимается с упора с помощью электромагнита (не показан), освобождая пространство для движения упора между ограничителями хода. Фиксатор необходим для приведения прибора в рабочее положение: фиксация прибора снимается с упреждением до прохождения нулевого положения. Включение двигателей с упреждением позволяет снизить требуемую мощность.To begin, the fork 14 is removed from the stop using an electromagnet (not shown), freeing up space for the stop to move between the travel stops. The latch is necessary to bring the device to its working position: the device is locked in advance with the passage to the zero position. Engaging proactive motors can reduce power requirements.

В выключенном состоянии прибор зафиксирован в нулевом положении. Для начала работы необходимо снять фиксацию подвижной части и передать нагрузку на вал двигателей 6, 7. Когда двигатель принимает на себя нагрузку прибора, ему необходимо преодолеть силу инерции прибора, возникающую при вращении вокруг центра качания корабля. В момент прохождения «0» корпусом корабля, то есть в момент, когда передается нагрузка на двигатель, энергия поворота у прибора будет максимальной, так как скорость в этой точке достигает максимальной величины:In the off state, the device is fixed in the zero position. To begin work, it is necessary to remove the fixation of the moving part and transfer the load to the shaft of engines 6, 7. When the engine takes over the load of the device, it needs to overcome the inertia of the device that occurs when rotating around the center of the ship’s swing. At the moment “0” passes by the ship’s hull, that is, at the moment when the load on the engine is transmitted, the turning energy of the device will be maximum, since the speed at this point reaches a maximum value:

где W - кинетическая энергия вращательного движения, J - момент инерции вращающегося тела, ω - угловая скорость. При пуске двигатель должен совершить работу, равную энергии вращательного движения подвижной части прибора как тела, момент инерции которого рассчитан относительно оси качания корабля, для начала отслеживания вертикального положения двигатель должен сменить направление вращения вала и сообщить энергию вращения, соответствующую равной по величине, но противоположной по величине угловой скорости качкиwhere W is the kinetic energy of the rotational motion, J is the moment of inertia of the rotating body, ω is the angular velocity. When starting, the engine must perform work equal to the energy of the rotational movement of the moving part of the device as a body, the moment of inertia of which is calculated relative to the axis of swing of the ship, to begin tracking the vertical position, the engine must change the direction of rotation of the shaft and report the rotation energy corresponding to the same value, but opposite in value magnitude of the pitching angular velocity

При работе на упреждение двигатель начинает гасить энергию вращения до достижения нулевого положения, то есть в момент времени, когда энергия вращательного движения не достигла максимума, таким образом, двигателю надо совершить меньшую работу за более длительное время. Это означает, что для запуска прибора потребуется меньшая мощность. Для определения начального времени начала торможения двигателя необходимо решить систему:When working in anticipation, the engine begins to extinguish the rotational energy until it reaches the zero position, that is, at the time when the rotational motion energy has not reached a maximum, so the engine needs to do less work in a longer time. This means that less power is required to start the device. To determine the initial start time of engine braking, it is necessary to solve the system:

где W_к - кинетическая энергия вращения прибора при качке относительно оси качания корабля, W_{к max} - максимальное значение W_к, Т - период качки корабля. Раскрывая систему (3) получим уравнение:where W _to - kinetic energy of rotation of the device during rolling relative to the axis of swing of the ship, W _{to max} - the maximum value of W _to , T is the period of rolling of the ship. Opening system (3) we obtain the equation:

Для обеспечения работы привода с упреждением в программу управления вводится процедура решения данного уравнения, что позволяет повысить точность стабилизации антенного прибора при качке.To ensure the operation of the drive with anticipation, the control program introduces the procedure for solving this equation, which allows to increase the stabilization accuracy of the antenna device during pitching.

Таким образом, высокая точность стабилизации при сокращении энергетических затрат и уменьшении массогабаритных характеристик устройства достигается за счет использования двигателей меньшей мощности, компактной зубчатой передачи Новикова с двумя линиями зацепления и упругих элементов, которые, аккумулируя энергию качки, позволяют применять двигатели меньшей мощности, а также при отсутствии непосредственной связи с валами крестовины разгружают их.Thus, the high accuracy of stabilization while reducing energy costs and reducing the overall dimensions of the device is achieved through the use of engines of lower power, a compact Novikov gear train with two engagement lines and elastic elements that, by accumulating pumping energy, allow the use of lower power engines, as well as the absence of direct connection with the shafts of the crosses unload them.

Снижение мощности двигателя приводит к уменьшению его габаритов, уменьшению потребляемой мощности и мощности, передаваемой зубчатой передачей, в результате чего уменьшаются размеры зубчатых колес. Разгружение валов с помощью упругих элементов позволяет уменьшить диаметр валов крестовины или использовать материал с более низкими механическими свойствами. Уменьшение диаметра валов снизит размеры подшипниковых узлов, что положительно скажется на размерах устройства.Reducing the power of the engine leads to a decrease in its size, a decrease in the power consumption and the power transmitted by the gear transmission, as a result of which the dimensions of the gears are reduced. The unloading of the shafts with the help of elastic elements allows to reduce the diameter of the shafts of the cross or to use material with lower mechanical properties. Reducing the diameter of the shafts will reduce the size of the bearing assemblies, which will positively affect the dimensions of the device.

Источники известностиSources of fame

1. Проектирование следящих систем. Физические и методические основы: Учебник для машиностроительных и приборостроительных вузов по курсу «Основы расчета автоматических систем» / Под общ. ред. Н.А. Лакоты. – М.: Машиностроение, 1992. 352 с.1. Design of tracking systems. Physical and methodological foundations: A textbook for engineering and instrument engineering universities at the course "Fundamentals of the calculation of automatic systems" / Under the general. ed. ON. Lakota. - M.: Mechanical Engineering, 1992.352 s.

2. Диняева Н.С. Конструирование механизмов антенн: Учебное пособие. - М.: Изд-во МАИ, 2002. - 340 с.2. Dinyaev N.S. Designing Antenna Mechanisms: A Training Manual. - M .: Publishing House of the Moscow Aviation Institute, 2002 .-- 340 p.

3. Абрамович С.Ф., Крючков Ю.С. Динамическая прочность судового оборудования. - Л.: Судостроение, 1967. - 506 с.3. Abramovich S.F., Kryuchkov Yu.S. Dynamic strength of marine equipment. - L .: Shipbuilding, 1967. - 506 p.

4. Патент РФ №2204873 на изобретение, МПК H01Q 1/18, публикация 20.05.2003 г.4. RF patent No. 2204873 for the invention, IPC H01Q 1/18, publication 05/20/2003

5. Патент РФ №2314607 на изобретение, МПК H01Q 1/18, публикация 10.01.2008 г, прототип.5. RF patent No. 2314607 for the invention, IPC H01Q 1/18, publication 01/10/2008, prototype.

6. Гузенков П.Г. Детали машин: Учебник для вузов. - 4-е изд., испр. - М.: Высш. шк., 1986. - 359 с.6. Guzenkov P.G. Machine Details: Textbook for high schools. - 4th ed., Rev. - M .: Higher. school., 1986. - 359 p.

7. Журавлев Л.Д., Фабрикант Е.А. Динамика систем сопровождения на подвижном основании. - Л.: Центральный научно-исследовательский институт «Румб», 1983. - 94 с.7. Zhuravlev L.D., Fabricant E.A. The dynamics of tracking systems on a rolling basis. - L .: Central Research Institute "Rumb", 1983. - 94 p.

Claims

An antenna stabilization device for a ship’s radar station, comprising a lower fixed base and a stabilized platform, between which a gimbal is placed, the pivot axes of which are connected to the executive engines by means of actuators, characterized in that the executive motors are installed inside the lower fixed base and the stabilized platform, and the actuators made in the form of gear Novikov gears with two lines of engagement, while inside the lower its fixed base and inside the stabilized platform additionally placed elastic spring elements associated with a gimbal and made in the form of packets of arcuate strips located around the bodies of the executive motors.