船載雷達天線方位轉動異常分析及排查處理

馬紅濤

（中國衛星海上測控部,江蘇 江陰 214431）

船載雷達天線方位轉動異常分析及排查處理

馬紅濤

（中國衛星海上測控部,江蘇 江陰 214431）

文章簡要介紹了船載雷達天線驅動系統的組成和工作原理，對雷達天線方位轉動異常的現象進行了簡要分析，就驅動系統中的不同環節進行逐一排查，最終對故障進行定位，找到了引起方位轉動異常的原因，并提出了解決該問題的措施，使船載雷達天線能夠正常轉動，保證了海上任務的正常執行。

船載雷達：方位;轉動異常;傳動裝置;齒隙

1 引言

船載雷達天線驅動系統中，方位驅動系統主要由速度環路板、馬達控制器和機械傳動裝置等三部分組成。速度環路板的作用主要是對速度指令信號進行處理，并將這個速度信號送馬達控制器，以小信號控制電機的大功率運行；馬達控制又叫功率放大器，它的作用是將變壓后的三相交流電轉換為直流電驅動負載。機械傳動裝置是把電能轉化為動能，以供天線按理想的方式快速轉動。

驅動系統的功能是實時地、穩定地驅動天線，使天線按照預定規律對準目標，并保證位置環完成精確跟蹤目標的任務，而這些都要依賴于優良的機械傳動裝置[1]。某船載雷達天線方位機械傳動裝置采用四鏈驅動，主要由直流伺服電機、行星減速器、齒輪減速箱和方位末級大齒輪等四部分組成，它可帶動天線在0o～360o范圍內繞方位軸旋轉運動。在整個驅動系統中，如果其中的一環出了問題，必將影響雷達天線的正常轉動，其后果不堪設想，勢必將導致海上任務無法順利執行。

2 故障現象及分析

2.1 故障現象

在設備進行整架調試期間，用方位1#電機驅動天線轉動時，發現天線順時針轉動時，電機電流要達到30A左右（正常值為10A左右）才能轉動；而逆時針轉動天線時，即便將電機電流調至50A，天線也無法正常轉動，且在停止“運行”時，天線有明顯的回轉現象。再用方位2#、3#和4#電機分別驅動天線轉動，發現現象一致，因四臺電機同時損壞的概率較低，暫且不考慮電機自身原因。

2.2 故障分析

天線順時針能夠轉動，間接說明設備之間線纜連接的正常和馬達控制器工作正常，可排除線纜連接性問題和馬達控制器問題。船載雷達天線驅動系統控制框圖如圖1所示。

經分析，引起天線方位轉動異常的因素主要有四個方面：①速度指令輸出異常；②電流指令輸出異常；③外部異物導致天線卡住；④機械傳動裝置異常。

3 故障定位及排查處理

3.1 故障排查及定位

針對以上分析判斷，對這四個可能存在的故障部位依次進行排查：

（1）對速度指令輸出狀態進行排查。速度指令對應驅動控制面板上的電位器旋鈕2端的輸出電壓，將電位器旋鈕旋轉至“0”位，用萬用表分別測量電位器旋鈕1端、2端和3端的電壓，測得電壓值分別為-8.3V、0V和8.25V；轉動電位器旋鈕，測量2端電壓，在-4.82V～4.85V之間，正常。從以上數據分析，電位器旋鈕1端和3端的電壓值對稱，2端輸出的電壓在正常范圍內，即電位器旋鈕能夠正常輸出速度指令，判斷電位器旋鈕工作正常，排除速度指令輸出異常。

（2）對電流指令輸出狀態進行排查。電流指令來自方位速度環路板，分別按逆時針和順時針旋轉驅動控制面上的電位器旋鈕，用萬用表分別測量速度環路板XT10、XT11、XT12、XT13端的電壓，均在±10V之間，正常。由此判斷，速度環路板送往馬達控制的電流指令正常，排除電流指令輸出異常。

（3）對天線是否存在外部異物導致卡住因素進行排查。通過目視和聽音方法，檢查雷達天線基座、扶梯、平臺以及方位軸承等部位，均未發現異物卡住現象。排除外部異物原因。

（4）對機械傳動裝置進行排查。方位傳動鏈主要由驅動電機、行星減速器、齒輪減速箱和方位末級大齒圈等四部分組成。基本的工作原理是：電機驅動行星減速器和齒輪減速箱，減速箱輸出軸小齒輪與方位大齒輪嚙合，并帶動方位大齒輪的轉動，而方位大齒輪與方位軸承內圈相連接，最終驅動天線方位的順時針和逆時針轉動。方位傳動鏈如圖2所示。

從方位傳動鏈來看，可能引起天線方位轉動異常的因素主要有三個方面：①行星減速器內部損壞；②齒輪減速箱內部損壞；③減速箱輸出小齒輪與方位末級大齒輪齒隙過小。

因行星減速器和齒輪減速箱分別為一個密封良好的整體結構，發生故障的可能性小，且拆裝困難，故先將齒輪減速箱和行星減速器看成是一個整體，分兩步進行，最后綜合判斷分析。

第一步：脫開1#齒輪減速箱，單獨用3#電機帶動天線轉動，觀察天線轉動情況。

將1#減速箱連同兩個行星減速器一同脫開，如圖3所示。

單獨用3#電機驅動天線轉動，發現天線順時針和逆時針都能夠轉動，順時針轉動時電機電流在3A～7A之間，逆時針轉動時電機電流在50A左右，天線停止轉動時仍有回轉現象。從數據中不難發現，順時針轉動時電機電流偏小，逆時針轉動時電機電流較大，天線順時針與逆時針轉動時電機電流存在明顯的不對稱現象。

第二步：檢查減速箱輸出小齒輪與方位大齒輪齒隙。緩慢轉動天線，用碾壓鉛絲的方法來檢查減速箱輸出小齒輪與方位大齒輪之間的齒隙，測得齒隙在0.4mm～0.6mm之間（工程經驗值為0.7mm～0.9mm之間），所測齒隙比經驗值偏小，并且在逆時針方向碾壓鉛絲時，存在鉛絲被咬斷現象。方位輸出小齒輪與大齒圈嚙合見圖4。

綜合以上分析，脫開1#齒輪減速箱后，單獨用3#電機驅動能夠實現天線轉動，其原因是1#齒輪減速箱與其連接的兩個行星減速器本身就是一個負載，脫開了負載就相當于減輕了重量。而碾壓鉛絲后得到的數據說明，減速箱輸出小齒輪與方位大齒輪嚙合間隙過小，事實上也發現逆時針方向有齒輪根切現象，而這種現象只有在齒輪嚙合過緊的情況下才會發生，故障最終鎖定為齒輪齒隙問題。

3.2 故障處理

針對齒輪齒隙過小問題，解決的途徑就是對其進行放大處理。將2#齒輪減速箱上的定位銷拔出，擰松固定齒輪減速箱的螺釘，逆時針轉動天線，發現電機電流在10A～50A之間來回突跳，其突跳的原因是：減速箱末級齒輪處在一個松動狀態，天線轉動時齒輪自身在調整放大齒隙所致。繼續在相反的兩個方向分別勻速轉動天線，使齒輪之間達到很好的磨合狀態，用碾壓鉛絲的方法對減速箱輸出小齒輪與方位末級大齒輪之間的齒隙調整狀況進行反復測量，將齒隙控制在0.7mm～0.9mm之間，確保滿足工程指標要求。調整完成后轉動天線，檢查并記錄電機電流情況，發現順時針轉動時電機電流穩定在10A左右，逆時針穩定在13A左右，天線運轉恢復正常，故障排除。

4 結束語

本文中所提到的天線方位轉動異常問題，其故障原因較多，排查定位困難，遇到類似故障時要充分考慮天線結構故障排查時存在的設備笨重、拆解困難、空間狹小、費時費力等特點，認真分析其可能性及故障概率，按照先易后難、先簡后繁的原則，采用比對替代、分段排除等方法，并充分借鑒廠所專家豐富的工程實踐經驗，才能做到事半功倍，高效快捷。本文中所提故障的快速定位和解決為試驗任務的順利執行提供了可靠前提和保障。

[1] 石小萍，劉興興，陳丁.淺談雷達伺服系統的設計[J].北京：山東工業技術，2015（10）：270

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.22.184

馬紅濤（1986-），男，河南汝州人，測量技師，主要從事航天測控工作。