車載升降桅桿倒伏機構設計

李志有 李波

摘 要：在通信、電子對抗、雷達系統等無線電領域，常常將天線設備安裝在車載升降桅桿上。一般情況下，升降桅桿豎直固定在運輸方艙的側壁，而有些情況下由于設備工作的需要，升降桅桿的閉合高度很高，安裝在方艙側壁會超過運輸高度界線，這就有必要設計出一種使升降桅桿便于在運輸狀態和工作狀態自如轉換的安裝機構來避免超高。本文介紹的車載升降桅桿倒伏機構正是為了解決這一問題而設計的一種手動式升降桅桿翻轉安裝機構，使用它只需1人便可將閉合高度為3m以上的升降桅桿由艙后壁豎直工作狀態輕松轉換為艙頂水平運輸狀態，且省時省力，安全可靠。

關鍵詞：車載 絞線器 翻轉 倒伏 導向

1.引言

在通信、電子對抗、雷達系統等無線電領域，常常將天線設備安裝在車載升降桅桿上。一般情況下，升降桅桿豎直固定在運輸方艙的側壁，而有些情況下由于設備工作的需要，升降桅桿的閉合高度很高，安裝在方艙側壁會超過運輸高度界線，這就有必要設計出一種使升降桅桿便于在運輸狀態和工作狀態自如轉換的安裝機構來避免超高。本文介紹的車載升降桅桿倒伏機構正是為了解決這一問題而設計的一種手動式升降桅桿翻轉安裝機構，使用它只需1人便可將閉合高度為3m以上的升降桅桿由艙后壁豎直工作狀態輕松轉換為艙頂水平運輸狀態，且省時省力，安全可靠。

2.設計目標

在部隊野戰備戰或應急通訊等過程中，對設備的作業準備時間要求很苛刻，有時將機動架設時間縮小至幾分鐘，在車載升降桅桿倒伏機構設計過程中充分考慮了這一指標要求，同時兼顧升降桅桿的安裝及使用條件，按照以下設計目標設計和驗證。

2.1.由1人全程操作，操作時間不大于5分鐘；

2.2.可安裝的升降桅桿閉合高度不小于3米，重量不小于200公斤；

2.3.結構簡單，安裝方便；

2.4.操作便捷、省力、安全；

2.5.通用性強，結構稍作更改便可適用不同規格的桅桿安裝。

3.結構組成與功能原理

3.1.總體結構與工作過程

倒伏機構主要由艙頂軌道、翻轉架和固定架三大部分組成，如圖1所示，艙頂軌道固定在方艙頂壁，固定架固定在方艙后壁，翻轉架是倒伏機構的主要部分，與固定架上端的上固定座鉸接。

利用倒伏機構將升降桅桿從艙頂水平運載狀態轉換成豎直工作狀態是按照下面的過程操作的。首先將升降桅桿向后移動一段距離，達到易于翻轉的位置，然后將升降桅桿翻轉豎起，實現角度轉換，最后將升降桅桿下降到支座上，使其處于穩定的工作狀態。而將升降桅桿從豎直工作狀態轉換成艙頂水平運載狀態時只需按上述過程反操作即可。

圖1 倒伏機構處于翻轉狀態

3.2.詳細結構及功能原理

3.2.1.翻轉架

翻轉架結構組成如圖2所示，翻轉架可分成翻轉部分和移動部分。翻轉部分主要包括翻轉座和絞線器，通過與固定架鉸接可帶動移動部分一起翻轉； 移動部分主要由行走輪、桅桿夾箍、導向桿、鋼絲繩張緊輪、滑輪、鋼絲繩和桅桿固定座等部分組成，移動部分可通過導向桿利用滑輪機構在翻轉部分的翻轉座導向套中往復移動。

滑輪機構可以說是整個倒伏機構的核心部分，它由絞線器、鋼絲繩、滑輪和翻轉座等部分組成，其工作原理可借助圖3來說明。首先由桅桿夾箍、導向桿和桅桿固定座形成一個固定框架，兩個滑輪A安裝在固定框架的桅桿夾箍一側，兩個滑輪B安裝在桅桿固定座一側，絞線器是固定在翻轉座上的，當逆時針搖動絞線器使卷筒旋轉時，卷筒便纏繞A段鋼絲繩拉動滑輪A帶動固定框架向右移動，同時卷筒釋放B斷鋼絲繩配合框架右移；當順時針搖動絞線器時，同理會使固定框架向左移動。這里有兩點需要說明：第一，翻轉架的翻轉部分翻轉到任何角度都不影響滑輪機構工作；第二，絞線器具有自鎖性，當翻轉架翻轉到豎直狀態時，安裝在其上的升降桅桿不會因自重而使固定框架自由下降。這就使操作者對升降桅桿何時移動、何時翻轉提供了操作自由。

圖2 翻轉架結構

圖3 滑輪機構

3.2.2.艙頂軌道和固定架

艙頂軌道和固定架可以說是翻轉架的輔助結構。艙頂軌道是由前端的固定銷、中間的軌道和后端的擋板組成。固定銷是升降桅桿運輸時的限位銷，軌道是升降桅桿在艙頂前后移動時行走輪的滑道，擋板是升降桅桿平放時向后移動時的限位擋板。

固定架固定于艙后壁，結構組成如圖4所示。其上固定座和下固定座與艙體固定連接。倒伏機構的翻轉架與上固定座鉸接，導向支座用于升降桅桿豎直上下移動時對導向桿提供滑動支承，下端的支座在解開鎖銷后可翻轉90°，用于支承翻轉架及桅桿，其上的限位銷用于限制桅桿底部側向移動。

圖4 固定在艙后壁的固定架

4.使用方法與安裝要點

4.1.使用方法

此升降桅桿倒伏機構的使用方法十分簡單，操作者首先在方艙下將后壁固定架下部的支座翻轉90°，為升降桅桿下降做準備，然后登上艙頂搖動絞線器手搖柄，使升降桅桿后退至艙頂軌道后端的擋板，再將升降桅桿連同翻轉架向后翻轉90°豎立，最后繼續搖動絞線器手搖柄使桅桿下降到支座上，確保支座上的限位銷已插入到桅桿固定座的底孔中，便可使用桅桿了。

相反，欲將升降桅桿恢復到艙頂平放的運輸狀態，首先在艙頂搖動絞線器手搖柄使桅桿上升，當桅桿固定座升至接觸到固定架的導向桿支座時，便可將桅桿翻轉到艙頂水平狀態，繼續搖動搖柄，直至翻轉架到達艙頂軌道前端極限位置停止。

4.2.安裝要點

4.2.1.在翻轉架上的鋼絲繩安裝好后，需調節其前端的鋼絲繩張緊輪，使鋼絲繩處于相對繃緊狀態，以避免鋼絲繩纏繞卷筒上時出現亂繩現象。

4.2.2.在安裝艙頂軌道后端的擋板前，在艙頂先將升降桅桿向后搖至重心剛好在翻轉軸上，然后再反方向將升降桅桿向前搖動100mm，此位置作為桅桿的翻轉位置，此時將擋板固定在艙頂軌道上，這樣操作者在翻轉桅桿時既省力，又確保桅桿不會自動翻下去。

4.2.3.按照（2）安裝完擋板后，將桅桿翻轉成豎立狀態，然后在固定架上確定導向桿支座的位置，以此位置作為桅桿向艙頂翻轉前的上升極限位置。

5.主要設計計算

根據升降桅桿閉合高度3米、重G1=200kg，可確定翻轉架移動部分重為G2=50 kg，移動全程為L=1800mm。當桅桿豎直上下移動時，鋼絲繩所受拉力最大。采用動滑輪結構省一半力 ，效率為η1=0.9，

則鋼絲繩拉力

F=0.5×（G1+G2）×g/0.9=1389N，

因此可選直徑為4mm，最小破壞拉力為8kN的鋼絲繩。

絞線器速比為i=1：10，卷筒半徑為R=45mm，效率η2=0.8，

因此手搖力矩

T=F×R×i/η2=7.8N.m，符合輕便省力。

桅桿移動全程時，卷筒轉動圈數

N1=2×L/（2πR）=13圈，

因此得手搖圈數

N= N1×i=130圈，

按照一分鐘能搖40圈計算，

可得需要手搖時間

t=130/40=3.25min，

加上其他的操作時間，可以滿足操作時間不大于5分鐘的設計目標。

6.結論

經過設計、生產和試驗驗證，此產品各項指標均滿足了既定的設計目標，又易于改型設計，滿足通用性要求，而且無需使用電力，環境適應性強，成本低廉，操作方便，安全可靠，可廣泛投入到軍用或民用市場中使用。