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車載裝置升降系統(tǒng)的開發(fā)
課題背景
現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭對雷達(dá)的越野作戰(zhàn)與戰(zhàn)場生存能力提出了越來越高的要求，以達(dá)到戰(zhàn)時快速組網(wǎng)及補(bǔ)充戰(zhàn)損的目的，高度的機(jī)動能力已經(jīng)成為現(xiàn)代軍事雷達(dá)的必備素質(zhì);因此，對于雷達(dá)設(shè)計師來說，在考慮整機(jī)電性能指標(biāo)、可靠性、可維性、可保障性、安全性、可操作性、經(jīng)濟(jì)性及加工工藝性等因素的同時，還須從結(jié)構(gòu)上對其機(jī)動性作出精心構(gòu)思。
為了減小樹木、民房等地高度近距離障礙物對雷達(dá)天線的遮蔽，通常應(yīng)采取措施將雷達(dá)舉高架設(shè)，例如將雷達(dá)架設(shè)在一定高度的鐵架上，但這些辦法存在架設(shè)速度慢、作業(yè)強(qiáng)度大、需要吊裝等輔助設(shè)備等缺點(diǎn)，尤其對于要求架撤時間短的野外機(jī)動型車載雷達(dá)來說，這些缺點(diǎn)就顯得更加突出。因此必須設(shè)計一種自動架高裝置，以實(shí)現(xiàn)快速便捷的架高雷達(dá)天線的目的。
結(jié)構(gòu)設(shè)計要求
對于單車野外作業(yè)的雷達(dá)來說，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上主要須解決兩個問題：一是由于設(shè)備質(zhì)量高度集成，裝載空間有限，如何在不超運(yùn)輸界限的前提下實(shí)現(xiàn)合理高效的利用空間；二是選用何種舉升機(jī)構(gòu)來完成雷達(dá)的舉升。而我現(xiàn)在要設(shè)計的就是解決第二個問題。因此，自動舉升系統(tǒng)作為整個雷達(dá)天線系統(tǒng)的支撐平臺，其設(shè)計須滿足以下幾點(diǎn)要求：
1. 功能性：即系統(tǒng)能在一定的外界載荷（如風(fēng)力）的作用下，把規(guī)定的重量載荷在短時間內(nèi)以一定的姿態(tài)快速平穩(wěn)的舉升至一定高度并鎖定位置，使雷達(dá)能夠在一定條件下安全可靠的工作。
2. 自動化：即系統(tǒng)采用機(jī)電液一體化技術(shù)，使舉升過程實(shí)現(xiàn)自動化。這樣，一方面降低操作人員的作業(yè)強(qiáng)度，另一方面能夠可靠的縮短作業(yè)時間。
3. 運(yùn)輸通過性：由于車身裝載空間有限，聚生系統(tǒng)必須與雷達(dá)其他部分一體化設(shè)計，以達(dá)到優(yōu)化空間尺寸、確保各種運(yùn)輸狀態(tài)的通過能力。
4. 高比剛度、比強(qiáng)度結(jié)構(gòu)形式：由于車輛裝載能力與設(shè)備外形尺寸、重量等因素的矛盾，舉升系統(tǒng)還必須對其自身的結(jié)構(gòu)形式和重量進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到用最小的自重承受最大的外載荷的目的。
5. 高安全性、高可靠性及良好的環(huán)境適應(yīng)和可維性。
幾種升降系統(tǒng)
1. 單桅柱式液壓升降系統(tǒng)，見圖1
特點(diǎn)：
1）.單組鋁合金桅柱升降，液壓力舉升，整機(jī)重量輕、機(jī)動性好；
2）.結(jié)構(gòu)緊湊，縮合后外形尺寸小，直立狀態(tài)下能進(jìn)入一般客梯的橋洞和門洞；
3）.雙重保護(hù)的支腿結(jié)構(gòu)，安全可靠，且能保證平臺貼近墻面升降作業(yè)；
4）.獨(dú)特的桅柱間導(dǎo)輪裝置，使平臺升降平穩(wěn)；
5）.標(biāo)準(zhǔn)配置為220V，50Hz，10A單相電源，也可以按用戶要求配置為直流電源或采用手動驅(qū)動；
6）.該結(jié)構(gòu)對工作的地點(diǎn)有較高要求，不適合在野外工作，不能在惡劣的環(huán)境下工作，如果遇到大風(fēng)等因素，其工作穩(wěn)定性不好。
圖一
2. GTJC車載剪叉液壓升降系統(tǒng)，見圖2
GTJC車載剪叉高空作業(yè)平臺，它具有機(jī)動性強(qiáng)，工作范圍較大的特點(diǎn)。特別適用于元距離、大范圍、不同工作場地的作業(yè)。如公路運(yùn)輸、路燈照明、工程搶險等。它的動力可以用汽車發(fā)動機(jī)或者直流蓄電池，使用安全可靠。這種系統(tǒng)的升降結(jié)構(gòu)采用的是平行四邊形結(jié)構(gòu)，在繩上高空時沒有進(jìn)行機(jī)械的鎖緊，如果工作的部件太重，或是受到一定的交變外載荷的影響，容易松動，不能適應(yīng)定位精度和穩(wěn)定性要求較高的工作。
圖二
3．曲臂式液壓升降機(jī)，見圖三
曲臂式液壓升降機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：使用行程很短的液壓缸可獲得較高的提升高度，這對于高度要求很高的工作情況時很有利的。
缺點(diǎn)就是在提升的工作過程中，頂部的工作部件不是呈直線上升，不利于迅速投入工作，另外如果是要求在高空能夠進(jìn)行水平工作，其升到高空后不能很好的保證其位置精度。
圖三
3.立缸式鋼結(jié)構(gòu)液壓升降機(jī)，見圖四
立缸式鋼結(jié)構(gòu)液壓升降機(jī)采用直上直下的結(jié)構(gòu)，這可以滿足在不同的地域迅速準(zhǔn)備好工作條件，完成提升工作，，以投入使用，其機(jī)動性強(qiáng)，而且直上直下式結(jié)構(gòu)和周圍的物體一般不會發(fā)生干涉，其工作的適應(yīng)性好。
課題任務(wù)
1. 升降高度10米，負(fù)載1.5噸；
2. 調(diào)平系統(tǒng)應(yīng)保證水平5’以內(nèi)；
3. 調(diào)平系統(tǒng)抗風(fēng)（裝上頂部作業(yè)部件，10級風(fēng)），擺動小于1度；
結(jié)構(gòu)選用
本課題主要是研究車載裝置的升降系統(tǒng)，要求該系統(tǒng)的機(jī)動性能好，便于運(yùn)輸，對不同的地域條件適應(yīng)能力強(qiáng)，要求升降系統(tǒng)工作時實(shí)現(xiàn)自動化，能在短時間內(nèi)迅速投入使用，而且要求工作位置穩(wěn)定，在工作的過程中最好不要發(fā)生上下移動和左右擺動，即在一定的風(fēng)俗條件下也能穩(wěn)定工作，綜合以上要求，可知設(shè)計的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡單，并且盡可能的將工作部件進(jìn)行集成，因此決定采用液壓驅(qū)動的直上直下式結(jié)構(gòu)，在液壓缸將工作部件升到頂部以后要進(jìn)行縮緊，以使其不會發(fā)生上下方向的顫動，并且將頂部的工作部件用鋼索固定在車載裝置的底板上。
在電氣驅(qū)動、機(jī)械驅(qū)動和液壓驅(qū)動中，驅(qū)動相同重量的工作部件，液壓驅(qū)動所用設(shè)備的體積最小，這可以有效減小系統(tǒng)的體積，其機(jī)動性能好，電氣驅(qū)動要求的工作條件較高，其可靠性不好，不適合在惡劣的條件下工作，而機(jī)械驅(qū)動所用設(shè)備占用的體積較大，而且要保證工作機(jī)潤滑狀況良好其工作條件也受到很大的限制，相比較而言液壓驅(qū)動可在惡劣條件下穩(wěn)定工作，而且其驅(qū)動功率大，可滿足本課題的要求。
采用直上直下式結(jié)構(gòu)主要考慮其工作準(zhǔn)備時間和工作時為止精度。本課題的車載裝置升降系統(tǒng)對時間的要求較高，如果要用到野外援救，這就要求在提升的過程中時間短，采用直上直下式結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)迅速的提升，而且這種工作坊式受到周圍條件的影響很小，如果采用的是曲臂式鋼結(jié)構(gòu)液壓升降機(jī)，則周圍有障礙物的話，會妨礙其工作，并且本結(jié)構(gòu)要求工作時的水平精度很高，采用直上直下式結(jié)構(gòu)可以很容易的實(shí)現(xiàn)調(diào)平工作。
綜上所述，采用液壓驅(qū)動的直上直下式結(jié)構(gòu)可以很好的滿足本次課題的要求，當(dāng)然這種結(jié)構(gòu)也存在一些不足之處，比如工作部件提升的所有高度都由液壓缸完成，這就是液壓缸的尺寸比較大。
這次設(shè)計的計算部分主要是集中在高空工作部件的受載上，一般的，高空作業(yè)的部件受到的載荷包括：風(fēng)載荷、慣性載荷、自重、溫度載荷、冰雪載荷等幾種類型，歸納起來包括六種分量：阻力、升力、側(cè)力、滾轉(zhuǎn)力矩、方位力矩和俯仰力矩。其中，風(fēng)載荷是主要載荷。因此工作部件的設(shè)計主要是優(yōu)化設(shè)計，以減小風(fēng)載荷。為此，可以在工作部件上開合適的小孔以減小風(fēng)阻力，加置補(bǔ)償器，利用氣動力效應(yīng)減小部件的方位力矩，即增大鏤空度，可以提高工作部件的穩(wěn)定性，提高抗風(fēng)能力。
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