一種橫滾天線安裝平臺設(shè)計(jì)

改造者：張一帆 李天虹

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一種橫滾天線安裝平臺設(shè)計(jì)

改造者：張一帆 李天虹

本文介紹了一種比較復(fù)雜的橫滾安裝平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法，并利用了有限元分析方法，對平臺結(jié)構(gòu)組成中的薄弱環(huán)節(jié)如底架、立柱、天線托架、軸承座等進(jìn)行了變形分析及安全系數(shù)分析，通過數(shù)據(jù)仿真分析，表明橫滾安裝平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是合理可行的，能夠滿足使用需求。

某天線橫滾安裝平臺（簡稱橫滾安裝平臺）用于天線和測試轉(zhuǎn)臺的機(jī)械連接，將天線安裝在測試轉(zhuǎn)臺上，進(jìn)行天線方向圖等性能的測試。設(shè)計(jì)要求安裝平臺有足夠的強(qiáng)度、剛度，并滿足整體重量及重心位置的要求。

橫滾安裝平臺提供1個測試支架和1個橫滾調(diào)節(jié)裝置，要求采用手動方式能進(jìn)行360o的橫滾旋轉(zhuǎn)，橫滾安裝平臺設(shè)計(jì)要求示意見圖1。

主要技術(shù)指標(biāo)和要求

外形尺寸

由于實(shí)驗(yàn)室空間限制，要求橫滾安裝平臺旋轉(zhuǎn)半徑（以轉(zhuǎn)臺中心為圓心）不大于1500mm，高度不大于2000mm（含天線高度）。

橫滾安裝平臺要求使天線架高800mm±20mm，天線輻射口面離橫滾安裝平臺支撐立柱面大于200mm（見圖1），天線輻射口面位于實(shí)驗(yàn)室提供的轉(zhuǎn)臺中心，與轉(zhuǎn)臺中心距離誤差小于100mm。

橫滾精度

橫滾精度要求采用手動實(shí)現(xiàn)，回差、定位等精度要求在±2°以內(nèi)，角度采用刻度指示。

重心要求

天線和橫滾安裝平臺形成的重心要求位于實(shí)驗(yàn)室提供的轉(zhuǎn)臺中心（見圖1），誤差小于等于100mm。

吊裝要求

橫滾安裝平臺設(shè)計(jì)吊裝接口，便于在橫滾安裝平臺安裝到轉(zhuǎn)臺上時的吊裝。能滿足空載吊裝和安裝好天線后兩種情況下的吊裝。

重量

總重（含配重及天線）≤855Kg，其中天線350 Kg。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

橫滾安裝平臺組成及外形尺寸

橫滾安裝平臺結(jié)構(gòu)采用鋼架結(jié)構(gòu)，與轉(zhuǎn)臺及天線通過螺栓連接。其主要由底架、立柱、軸承座、鋁合金蝸桿蝸輪減速箱、天線托架、配重塊及吊繩等組成。橫滾安裝平臺組成見圖2所示，外形尺寸如圖3所示。

圖1　天線橫滾安裝平臺設(shè)計(jì)要求示意圖

重要技術(shù)指標(biāo)核算

橫滾安裝平臺外形尺寸

橫滾安裝平臺的外形尺寸2760mm（長）×932mm（寬）×1940mm（高，含天線安裝），最大旋轉(zhuǎn)半徑（以轉(zhuǎn)臺中心為圓心）為1465mm，滿足旋轉(zhuǎn)半徑不大于1500mm、整體高度不大于2000mm的要求。

圖2　橫滾安裝平臺組成示意圖

圖3　橫滾安裝平臺外形尺寸圖

圖4　底架及立柱組件結(jié)構(gòu)圖

圖5　底架及立柱組件有限元分析變形結(jié)果

圖6　底架及立柱組件有限元分析安全系數(shù)分布圖

橫滾安裝平臺使天線架高813mm，天線輻射口面離測試支架支撐面大于200mm（見圖3），天線輻射口面距轉(zhuǎn)臺中心68mm，與轉(zhuǎn)臺中心距離誤差小于100mm。

橫滾安裝平臺重心位置尺寸（含天線安裝）

經(jīng)過重心計(jì)算，天線和橫滾安裝平臺形成的重心在水平方向位于轉(zhuǎn)臺中心65mm（見圖3），滿足誤差小于100mm的要求，高度方向距轉(zhuǎn)臺上平面793mm。

重量

經(jīng)計(jì)算，橫滾安裝平臺總重（含配重及天線）為780Kg，其中配重275Kg，天線350Kg，滿足總重（含配重及天線）≤855Kg的要求。

橫滾精度

天線橫滾轉(zhuǎn)動采用手動實(shí)現(xiàn)，角度采用刻度指示，刻度精度1°，滿足回差、定位等精度在±2°以內(nèi)的要求。

橫滾手動操作力不大于25N，滿足橫滾手動操作方便省力的要求。

主要受力部件詳細(xì)設(shè)計(jì)及仿真分析

底架、立柱

底架采用了80mm×80mm×3mm的高強(qiáng)度低碳合金鋼鋼管，立柱采用160mm×80mm×4mm的高強(qiáng)度低碳合金鋼鋼管，這樣的結(jié)構(gòu)有利于焊接保證焊縫質(zhì)量，有較好的抗彎曲強(qiáng)度和剛度。其整體結(jié)構(gòu)如圖4。

根據(jù)被測天線及天線托架重量（440Kg）和配重載荷，對底架及立柱組件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛性進(jìn)行了有限元分析。

分析的前期處理階段對模型進(jìn)行簡化，只對底架及立柱主體進(jìn)行分析，未考慮配重塊的吊環(huán)螺釘。對立柱上平面施加440㎏的遠(yuǎn)程載荷，加上底架、立柱及配重塊自重，分析結(jié)果如圖5、圖6所示。

圖中顯示最大變形量在配重塊的最遠(yuǎn)端，最大變形為2.64mm。

最小安全系數(shù)為2.7，為立柱上平面邊角處。

天線托架

天線托架采用低碳合金鋼鋼管、鋼板沖壓成形并組焊而成，通過托架背面的12個孔和底部的8個孔與天線連接，重量小于80kg。經(jīng)過有限元分析（方法同上），當(dāng)天線安裝在托架上并通過軸承座固定于底架及立柱組件上時，托架懸臂最遠(yuǎn)端最大變形量小于3mm，最小安全系數(shù)大于2。

其結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7　天線托架結(jié)構(gòu)示意圖

圖8　軸承座有限元分析變形結(jié)果

圖9　軸承座安全系數(shù)結(jié)果

軸承座

軸承座采用低碳合金鋼鋼管及鋼板組焊而成，根據(jù)天線懸臂軸的受力情況，軸傳給軸承座前軸承的力為1850.5kg，傳給軸承座后軸承的力為1370.5kg，分析結(jié)果如圖8、圖9所示。

圖中顯示最大變形量在軸承座后端的最遠(yuǎn)端，最大變形為0.034mm。

最小安全系數(shù)為5.7，在軸承座前端的中部。

仿真分析結(jié)果表明，主要受力部件的強(qiáng)度滿足使用要求。

圖10　橫滾安裝平臺吊裝示意圖

橫滾安裝平臺吊裝方式

隨橫滾安裝平臺附配吊繩兩根（一長兩短），材料為滌綸，單根承載量為1t，其整體吊裝方式如圖10所示。

結(jié)束語

本天線自身重量較重，且整個橫滾安裝平臺的重量、外形尺寸、重心、天線輻射面與轉(zhuǎn)臺中心的距離及橫滾安裝平臺的橫滾精度等均有比較高的要求，因此在設(shè)計(jì)中橫滾安裝平臺采用高強(qiáng)度低碳合金鋼鋼管，既保證了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，又減輕了整個橫滾安裝平臺的重量，在設(shè)計(jì)過程中，針對主要組成部件進(jìn)行了變形及安全系數(shù)的有限元分析，同時對整個裝置的其他指標(biāo)也進(jìn)行了核算，結(jié)果均滿足要求，表明此橫滾安裝平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是合理可行的。

張一帆 李天虹

中國西南電子技術(shù)研究所

10.3969/j.issn.1001-8972.2016.01.028