车载升降桅杆倒伏机构设计

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摘 要：在通信、电子对抗、雷达系统等无线电领域，常常将天线设备安装在车载升降桅杆上。一般情况下，升降桅杆竖直固定在运输方舱的侧壁，而有些情况下由于设备工作的需要，升降桅杆的闭合高度很高，安装在方舱侧壁会超过运输高度界线，这就有必要设计出一种使升降桅杆便于在运输状态和工作状态自如转换的安装机构来避免超高。本文介绍的车载升降桅杆倒伏机构正是为了解决这一问题而设计的一种手动式升降桅杆翻转安装机构，使用它只需1人便可将闭合高度为3m以上的升降桅杆由舱后壁竖直工作状态轻松转换为舱顶水平运输状态，且省时省力，安全可靠。

关键词：车载 绞线器 翻转 倒伏 导向

1.引言

在通信、电子对抗、雷达系统等无线电领域，常常将天线设备安装在车载升降桅杆上。一般情况下，升降桅杆竖直固定在运输方舱的侧壁，而有些情况下由于设备工作的需要，升降桅杆的闭合高度很高，安装在方舱侧壁会超过运输高度界线，这就有必要设计出一种使升降桅杆便于在运输状态和工作状态自如转换的安装机构来避免超高。本文介绍的车载升降桅杆倒伏机构正是为了解决这一问题而设计的一种手动式升降桅杆翻转安装机构，使用它只需1人便可将闭合高度为3m以上的升降桅杆由舱后壁竖直工作状态轻松转换为舱顶水平运输状态，且省时省力，安全可靠。

2.设计目标

在部队野战备战或应急通讯等过程中，对设备的作业准备时间要求很苛刻，有时将机动架设时间缩小至几分钟，在车载升降桅杆倒伏机构设计过程中充分考虑了这一指标要求，同时兼顾升降桅杆的安装及使用条件，按照以下设计目标设计和验证。

2.1.由1人全程操作，操作时间不大于5分钟；

2.2.可安装的升降桅杆闭合高度不小于3米，重量不小于200公斤；

2.3.结构简单，安装方便；

2.4.操作便捷、省力、安全；

2.5.通用性强，结构稍作更改便可适用不同规格的桅杆安装。

3.结构组成与功能原理

3.1.总体结构与工作过程

倒伏机构主要由舱顶轨道、翻转架和固定架三大部分组成，如图1所示，舱顶轨道固定在方舱顶壁，固定架固定在方舱后壁，翻转架是倒伏机构的主要部分，与固定架上端的上固定座铰接。

利用倒伏机构将升降桅杆从舱顶水平运载状态转换成竖直工作状态是按照下面的过程操作的。首先将升降桅杆向后移动一段距离，达到易于翻转的位置，然后将升降桅杆翻转竖起，实现角度转换，最后将升降桅杆下降到支座上，使其处于稳定的工作状态。而将升降桅杆从竖直工作状态转换成舱顶水平运载状态时只需按上述过程反操作即可。

图1 倒伏机构处于翻转状态

3.2.详细结构及功能原理

3.2.1.翻转架

翻转架结构组成如图2所示，翻转架可分成翻转部分和移动部分。翻转部分主要包括翻转座和绞线器，通过与固定架铰接可带动移动部分一起翻转； 移动部分主要由行走轮、桅杆夹箍、导向杆、钢丝绳张紧轮、滑轮、钢丝绳和桅杆固定座等部分组成，移动部分可通过导向杆利用滑轮机构在翻转部分的翻转座导向套中往复移动。

滑轮机构可以说是整个倒伏机构的核心部分，它由绞线器、钢丝绳、滑轮和翻转座等部分组成，其工作原理可借助图3来说明。首先由桅杆夹箍、导向杆和桅杆固定座形成一个固定框架，两个滑轮A安装在固定框架的桅杆夹箍一侧，两个滑轮B安装在桅杆固定座一侧，绞线器是固定在翻转座上的，当逆时针摇动绞线器使卷筒旋转时，卷筒便缠绕A段钢丝绳拉动滑轮A带动固定框架向右移动，同时卷筒释放B断钢丝绳配合框架右移；当顺时针摇动绞线器时，同理会使固定框架向左移动。这里有两点需要说明：第一，翻转架的翻转部分翻转到任何角度都不影响滑轮机构工作；第二，绞线器具有自锁性，当翻转架翻转到竖直状态时，安装在其上的升降桅杆不会因自重而使固定框架自由下降。这就使操作者对升降桅杆何时移动、何时翻转提供了操作自由。

图2 翻转架结构

图3 滑轮机构

3.2.2.舱顶轨道和固定架

舱顶轨道和固定架可以说是翻转架的辅助结构。舱顶轨道是由前端的固定销、中间的轨道和后端的挡板组成。固定销是升降桅杆运输时的限位销，轨道是升降桅杆在舱顶前后移动时行走轮的滑道，挡板是升降桅杆平放时向后移动时的限位挡板。

固定架固定于舱后壁，结构组成如图4所示。其上固定座和下固定座与舱体固定连接。倒伏机构的翻转架与上固定座铰接，导向支座用于升降桅杆竖直上下移动时对导向杆提供滑动支承，下端的支座在解开锁销后可翻转90°，用于支承翻转架及桅杆，其上的限位销用于限制桅杆底部侧向移动。

图4 固定在舱后壁的固定架

4.使用方法与安装要点

4.1.使用方法

此升降桅杆倒伏机构的使用方法十分简单，操作者首先在方舱下将后壁固定架下部的支座翻转90°，为升降桅杆下降做准备，然后登上舱顶摇动绞线器手摇柄，使升降桅杆后退至舱顶轨道后端的挡板，再将升降桅杆连同翻转架向后翻转90°竖立，最后继续摇动绞线器手摇柄使桅杆下降到支座上，确保支座上的限位销已插入到桅杆固定座的底孔中，便可使用桅杆了。

相反，欲将升降桅杆恢复到舱顶平放的运输状态，首先在舱顶摇动绞线器手摇柄使桅杆上升，当桅杆固定座升至接触到固定架的导向杆支座时，便可将桅杆翻转到舱顶水平状态，继续摇动摇柄，直至翻转架到达舱顶轨道前端极限位置停止。

4.2.安装要点

4.2.1.在翻转架上的钢丝绳安装好后，需调节其前端的钢丝绳张紧轮，使钢丝绳处于相对绷紧状态，以避免钢丝绳缠绕卷筒上时出现乱绳现象。

4.2.2.在安装舱顶轨道后端的挡板前，在舱顶先将升降桅杆向后摇至重心刚好在翻转轴上，然后再反方向将升降桅杆向前摇动100mm，此位置作为桅杆的翻转位置，此时将挡板固定在舱顶轨道上，这样操作者在翻转桅杆时既省力，又确保桅杆不会自动翻下去。

4.2.3.按照（2）安装完挡板后，将桅杆翻转成竖立状态，然后在固定架上确定导向杆支座的位置，以此位置作为桅杆向舱顶翻转前的上升极限位置。

5.主要设计计算

根据升降桅杆闭合高度3米、重G1=200kg，可确定翻转架移动部分重为G2=50 kg，移动全程为L=1800mm。当桅杆竖直上下移动时，钢丝绳所受拉力最大。采用动滑轮结构省一半力 ，效率为η1=0.9，

则钢丝绳拉力

F=0.5×（G1+G2）×g/0.9=1389N，

因此可选直径为4mm，最小破坏拉力为8kN的钢丝绳。

绞线器速比为i=1：10，卷筒半径为R=45mm，效率η2=0.8，

因此手摇力矩

T=F×R×i/η2=7.8N.m，符合轻便省力。

桅杆移动全程时，卷筒转动圈数

N1=2×L/（2πR）=13圈，

因此得手摇圈数

N= N1×i=130圈，

按照一分钟能摇40圈计算，

可得需要手摇时间

t=130/40=3.25min，

加上其他的操作时间，可以满足操作时间不大于5分钟的设计目标。

6.结论

经过设计、生产和试验验证，此产品各项指标均满足了既定的设计目标，又易于改型设计，满足通用性要求，而且无需使用电力，环境适应性强，成本低廉，操作方便，安全可靠，可广泛投入到军用或民用市场中使用。