李全勝

中圖分類號：TM121.1.3 文獻標識碼：B 文章編號：1009-914X（2015）37-0001-02

匯流環(huán)是在具有相對旋轉運動的機構間進行動力和信息傳遞的機電裝置，被廣泛地應用在陀螺儀、電位器、射電天文望遠鏡、火炮控制系統(tǒng)、旋轉雷達天線等領域，目前在部隊裝備的絕大多數(shù)雷達裝備中都有使用。

一、匯流環(huán)的定義及應用

提及匯流環(huán)，首先必須搞清楚匯流環(huán)的概念。匯流環(huán)是在具有相對旋轉運動的機構間進行動力和信息傳遞的機電裝置，從這個意義上講，電動機碳刷和轉子之間電能的傳遞裝置是最原始的匯流環(huán)，匯流環(huán)作為多種雷達的重要單元已經有四五十年的歷史。目前隨著科學技術的發(fā)展，匯流環(huán)已經得到更加廣泛的應用，如在精密儀器中的陀螺儀、動態(tài)電阻應變測試設備、電位器等用來傳遞信息的簡單的小型匯流環(huán)，尤其在射電天文望遠鏡、火炮控制系統(tǒng)、旋轉雷達天線、衛(wèi)星地面站中為使天線與接收、控制系統(tǒng)等機構間保持動力和信息的傳遞，不致因天線轉臺作為方位旋轉而產生電纜絞結，匯流環(huán)裝置更是必不可少，在目前裝備的雷達設備中，匯流環(huán)作為天線轉動部分信號鉸鏈更是得到廣泛的應用。

二、匯流環(huán)的基本分類

在目前裝備的雷達天線座上，根據(jù)頻率和結構特點，匯流環(huán)可分為低頻匯流環(huán)、中頻匯流環(huán)和高頻匯流環(huán)關節(jié)。顧名思義低頻匯流環(huán)利用滑動或滾動接觸來傳遞能量和低頻信號；中頻匯流環(huán)通過滑動接觸或非接觸耦合來傳遞中頻信號，一般需要加屏蔽裝置；高頻旋轉關節(jié)通過電磁耦合來傳遞信息。按照每層所接通的電流的個數(shù)，匯流環(huán)可分為非差動匯流環(huán)和差動式匯流環(huán)。其中，差動式匯流環(huán)被廣泛用于各種車載雷達、地面測控雷達、艦載測控雷達和發(fā)射轉塔等設備中，它具有結構緊湊、軸向尺寸小、傳遞信號多等顯著優(yōu)點。既可以傳遞小信號，又可以傳遞視頻信號和大電流，它的突出特點是在一個圓周上可以有多個電流通道，在環(huán)數(shù)較多時，可以大大減少匯流環(huán)的軸向高度，由此節(jié)省了大量的設備空間。目前裝備部隊的多種系列雷達中使用的就是差動匯流環(huán)技術，既滿足了傳輸多種信號的需要，又簡化了天線轉動機構的復雜程度，大大提高了設備的可靠性和可維修性。

三、匯流環(huán)的主要技術指標

匯流環(huán)作為設備電氣和機械部分相關聯(lián)的關鍵部件，其制作工藝要求較高，主要技術性能包括：接觸電阻、絕緣電阻、抗電強度、隔離度、相位變化、幅值變化等，其中要求接觸電阻小于200mΩ，絕緣電阻大于500kΩ，抗電強度大于1800v，相位變化大于1°，對這些參數(shù)的測試使用傳統(tǒng)的儀器，如示波器，兆歐表等進行人工測試就可以完成，這對我們檢修和測試匯流環(huán)都提供了很好的理論依據(jù)。

四、匯流環(huán)工作原理分析

隨著雷達技術的發(fā)展，對匯流環(huán)提出了更高的要求。不僅應具有較強的傳輸能力，而且應該具有更高的可靠性和可維修性?？茖W技術的發(fā)展加快了數(shù)字技術在雷達裝備上的廣泛應用，使得大量的數(shù)字信息需通過匯流環(huán)高速傳輸。在國外，匯流環(huán)已經是一門專業(yè)技術，由專業(yè)的研制生產公司，在國內，各雷達研制單位所使用的匯流環(huán)多以自行研制為主，其中，又以差動式匯流環(huán)最為普遍。典型的差動匯流環(huán)以徑向接觸式為例，由結構相同的兩組電刷和一個差動環(huán)芯組成。一組電刷隨天線旋轉，另外一組是固定不動的，差動環(huán)芯以轉動電刷轉速的一半（即（1/2）V），與轉動電刷同向旋轉，差動環(huán)芯是差動匯流環(huán)的核心部件，主要由集電圓盤組成，分上下兩組，分別與動、定電刷組對應。集電圓盤分為大集電圓盤和小集電圓盤兩種：大集電圓盤為動力環(huán)，傳輸4路50Hz、40A電流和6路DC、230V、40A電流，接觸電阻0.06Ω，環(huán)間耐壓1500V；小集電圓盤為低頻環(huán)，傳輸電流3A，接觸電阻0.08Ω，環(huán)間耐壓500V，集電圓盤是由導電環(huán)灌注環(huán)氧樹脂后加工而成，如圖4-1所示。

差動匯流環(huán)是匯流環(huán)中的一種特殊形式，因其傳動系統(tǒng)為一差動輪系而得名，被廣泛應用于各種車載雷達、地面測控雷達、艦載測控雷達和發(fā)射轉塔等設備中，它具有結構緊湊、軸向尺寸小，傳輸信號多等優(yōu)點，既可傳遞小信號，又可傳遞視頻信號和大電流，它的特點是在一個圓周上可以有多個電路通道，在環(huán)數(shù)較多時，可大大減少匯流環(huán)的軸向高度，擴展設備空間。

差動匯流環(huán)的工作原理：作為關鍵部件的差動匯流環(huán)，為了更好地確保它的整機裝配質量提高可靠性，制造中就要求有可靠的工藝措施來加以保證，并采取嚴格的質量控制措施，因為工藝設計與質量控制時密切相關的。差動匯流環(huán)由機械傳動構件和電氣連接兩大部分組成，主要含有差動傳動機構、匯流盤、外殼、環(huán)芯、電刷組等重要部件，裝配的質量是決定可靠工作的關鍵，在差動匯流環(huán)制造的整個過程中，從加工、機械組裝、跑合、電子裝聯(lián)等工序均應采取可靠的工藝措施。

如圖4-2所示，差動匯流環(huán)由一個帶扇形接觸片的差動旋轉機構和兩組電刷組成，上電刷與天線座的方位軸相連，并隨著方位軸以角速度ω旋轉，其上裝有相互絕緣的電刷片A、B、C……；下電刷與天線座體相連固定不動，其上裝有相互絕緣的點數(shù)片A'、B'、C'……；差動旋轉機構位于兩者之間，并以角速度（1/2）ω與上電刷同向旋轉，扇形接觸片1、2、3、4、5……和1'、2'、3'、4'、5'……分別固定在用絕緣材料制作的圓盤兩側，相應扇形片（如1與1'、2與2'）之間用導線連接，因此通過上下電刷片（如A與A'）就能溝通天線座車旋轉部分和固定部分之間的各條電路。根據(jù)機構等效原理，可以假設行星架相對于錐齒輪1、3靜止不動，則錐齒輪1、3于行星架H之間的相對運動可以按照定軸輪系來求得：

如圖已知上電刷旋轉角速度為ω；差動旋轉機構上的扇形片角速度為ω/2并于電刷同向旋轉；下電刷固定不動，角速度為0。為了說明在天線旋轉過程中，上下電刷之間的各條電路是如何接通的，可以假定扇形片不動，而上電刷以ω/2轉動，下電刷以ω/2反向轉動，這樣各機構之間的相對運動與實際情況是等效的，如圖所示。

圖4-3（左），電流i從下電刷片A'流入，通過扇形接觸片電路1-1'，由上電刷片A流出，圖4-3（中）為差動滑環(huán)的同一部分，但電刷經過了一個運動單元，此時從下電刷片A'流入的電流i，通過扇形接觸片1-1'和2-2'所形成的電路，由上電刷片A流出……以此類推，當天線連續(xù)轉動時，流入每個下電刷的電流，經過一個或兩個扇形片電路，而流到上電刷，以保證天線座固定部分和轉動部分之間的各條電路始終接通。圖4-3（右）中是經過第二個運動單元后的狀態(tài)。由上圖可知，自天線轉動過程中，相應的兩個電刷之間時而由單個電路導通，時而由兩個并聯(lián)的電路導通，為了防止流入兩個電刷（如A、B）的電流iA、iB流經同一扇形片電路而導致匯流環(huán)短路，在設計時要求必須使扇形片的對數(shù)等于電刷對數(shù)的2倍，而且電刷的寬度必須小于扇形片的寬度。

五、匯流環(huán)的保養(yǎng)維護

（1）在裝備維護過程中可以利用傳統(tǒng)儀器儀表如兆歐表，示波器，數(shù)字萬用表對電刷和環(huán)間電阻、耐電強度進行測試，其中要求接觸電阻小于200mΩ，絕緣電阻大于500kΩ，抗電強度大于1800v，相位變化大于1°，在裝備年維護和專項技術活動中對匯流環(huán)要進行更為徹底細致的除塵和維護，確保各項技術指標符合要求。

（2）當匯流環(huán)累計使用5000小時時，應組織對差動匯流環(huán)進行維護。方法步驟如下：切斷匯流環(huán)電源；取下匯流環(huán)上下、下外殼上的蓋子；緩緩推動天線轉動。啟動吸塵器，將吸塵器的扁平吸嘴伸進維護窗口，吸凈各匯流環(huán)之間的石磨粉末；用鑷子夾住沾有95%以上無水酒精的脫脂棉球，由上而下地擦洗匯流環(huán)環(huán)芯表面；蓋好上下外殼的蓋子，檢查并接通匯流環(huán)電源。

（3）當匯流環(huán)累計工作10000小時時，應在上述基礎上，檢查各電刷的壓力，中頻、視頻信號環(huán)電刷壓力應在60～100g范圍內，電源環(huán)的電刷接觸壓力應達到150～210g，（如果無壓力測試條件，可以將電刷壓力調節(jié)旋釘旋進半圈即可）。

（4）如果裝設備經過長途運輸或者長時間封存情況，應檢查電刷尾部壓緊彈簧及壓力調節(jié)螺釘是否松動，清除匯流環(huán)內的灰塵，達到預防維護的目的和效果。

差動匯流環(huán)作為雷達裝備的關鍵部件，對雷達信號傳輸起著至關重要的作用，在使用和維護過程中必須加以高度重視，了解差動匯流環(huán)關鍵技術和組成原理，規(guī)范匯流環(huán)的維護和保養(yǎng)工作，對于提高設備檢修效率，孤立故障部位，裝備可靠性提升，發(fā)揮裝備良好的技戰(zhàn)術性能起到積極的推動作用。