散射计结构设计释解

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1抱闸装置性能特性

根据散射计工作环境的特点，为保证系统的测量精度及可靠性，要求抱闸装置迎风面转动范围－90°～+90°，承载能力≥180kg，方位和俯仰控制角度精度≤0．5°，并在4级风以下能正常工作，阵风6级不毁坏，同时小雨条件下可正常工作。

2系统组成和功能

微波散射特性测试系统主要由抱闸装置、仪器柜以及天伺分系统组成。抱闸装置用于测试设备的可靠连接，仪器柜用于仪器的有效保护以及相关设备的集成，天伺分系统包括天线、天线座架、伺服控制单元、伺服驱动单元及摄像机等，用于控制天线的俯仰、方位转动，回传角度信息。微波散射特性测试系统的主要工作方式为吊车吊装工作，通用连接段采用夹具式设计，可通过螺栓直接安装固定在吊车的副臂上。抱闸装置通过螺栓与仪器柜相连，仪器柜与天线座架连接，天线座架的通用接口可连接不同形式的天线。使用时，从上至下，分段安装，2～3个人即可完成整套系统的组装。

3抱闸装置结构设计

为尽可能缩短整系统的组合长度，减少总体吊装高度，保证系统的作业稳定性，抱闸采用等高的十字交叉轴分别制动的形式，使抱闸在充分满足双轴向吊装转角自由度的前提下具有最紧凑的连接高度。抱闸装置由十字交叉轴、长轴方向制动器、短轴方向制动器、轴承、端盖、制动器电源盒及相关连接结构件组成，双向十字交叉旋转结构，能够满足两个方向的无级旋转定位要求，结构自身的旋转力臂小，可以最大限度地满足使用时的力矩要求。双向十字轴每根轴上分别安装有两个弹簧加压制动器，制动器为常闭锁紧结构，通电解除锁紧，实现自由旋转;定位时断电锁紧，可实现无级分度锁紧。

3．1风载荷核算

根据抱闸装置吊装的仪器柜及天伺分系统机构的展开作业方式，确定抱闸装置的长轴方向为承受风载荷最大的方向，使用制动力矩稍大的制动器，短轴方向制动器制动力矩稍小，根据十字轴两轴所受力矩的计算结果进行制动器选型。

3．2制动器选型设计

通过调研，在相同制动扭矩的指标下，德国IN-TORQ公司(原Lenze公司)的弹簧加压制动器相比其他国际、国内相同产品具有体积小、重量轻的优点，更加适合本系统对重量和体积的要求，且工作方式为断电制动，通电解锁，符合本系统对制动器工作方式的要求。

3．3强度校核

本系统工作状态下，抱闸装置中结构件主要受力为静力。预设吊装重量为200kg，风载荷按长轴方向制动器制动扭矩135．6N•m计，对关键结构件运用Solidworks软件的Simulation模块进行强度校核。

4优化设计

4．1减重设计

制动器座连接板选用比重较小的铝合金板材，将制动器座底板与仪器柜直接用螺栓连接，这样既可以保证抱闸装置整体结构的刚度和强度，又可以有效地减轻重量。另一方面通过对结构件增加减轻孔可以进一步减轻重量。

4．2结构优化设计

在抱闸装置底部设计快速安装接口与仪器柜顶部连接，采用T型螺栓与U型卡槽形式，经实验验证，便捷可靠。设计制动器电源盒，将4个制动器的控制线经过制动器电源盒转接后，通过电缆与仪器柜连接，减少了与仪器柜连接电缆的数量和长度，方便了系统的电气连接。制动器电源盒采用O形圈密封设计，连接器选用防水型航空插座，可以满足野外使用条件。

4．3结构工艺性

设计中充分考虑结构的合理性及工艺性，在保证功能和精度要求的前提下，采用成熟、易于加工的结构形式。为了保证十字轴每个方向上的两个制动器座上安装孔的加工精度，设计机加工钢板作为连接平台。将两个制动器座固定于平板上，对有形位公差的孔、槽进行一体加工，加工完成后再通过上、下连接板将制动器座与十字轴装配。在保证连接强度的前提下，上、下连接板采用5mm厚7075铝合金板材，这样既保证了精度，又大大减轻了抱闸装置的总重量。

5结束语

针对某散射计工作环境的特点，文章主要阐述了抱闸装置的设计思路、计算校核及仿真。分析和实验结果表明，新型抱闸装置结构设计新颖、简单、紧凑，环境适应性强，在保证天线俯仰旋转角度范围的同时，通过可靠锁紧设计，为测试系统提供了稳定可靠的平台，可以满足以吊装方式工作的测试系统的需要。

作者：刘斌 牟长军 张玉石 张浙东 单位：中国电波传播研究所