顏 標(biāo)

( 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所 浮空平臺(tái)研發(fā)中心，合肥 230088)

0 引言

圖1系留氣球地面錨泊狀態(tài)

系留氣球作為一種輕于空氣的浮空器[1](LTA)，憑借其滯空時(shí)間長(zhǎng)、覆蓋范圍廣、平臺(tái)載荷尺寸大、效率高、使用成本低等優(yōu)勢(shì)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和軍事活動(dòng)中的應(yīng)用越來(lái)越多[2]。系留氣球平臺(tái)系統(tǒng)主要由系留氣球、載荷、纜繩、錨泊車(chē)、地面控制系統(tǒng)等組成。錨泊車(chē)是系留氣球系統(tǒng)重要的地面設(shè)施，主要用于設(shè)備運(yùn)輸、氣球的地面和空中系留以及收放操作，在其內(nèi)部安裝各種電子設(shè)備和纜繩收放設(shè)備，組成包括牽引車(chē)、半掛拖車(chē)和回轉(zhuǎn)上裝等，如圖1所示。

錨泊車(chē)轉(zhuǎn)臺(tái)通常設(shè)計(jì)成不帶動(dòng)力的隨風(fēng)自由回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，以保證氣球頭部始終迎風(fēng)，減少風(fēng)載，提升系統(tǒng)安全。但在某些氣象條件下，如地面風(fēng)速較大、風(fēng)向不穩(wěn)定時(shí)，系留氣球會(huì)帶動(dòng)錨泊車(chē)大范圍擺動(dòng)，影響系留氣球近地系留操作[3]。為此需要設(shè)計(jì)一套轉(zhuǎn)臺(tái)阻尼機(jī)構(gòu)，以減緩錨泊車(chē)擺動(dòng)幅度，提高近地系留操作的安全性。

1 轉(zhuǎn)臺(tái)阻尼機(jī)構(gòu)組成

轉(zhuǎn)臺(tái)阻尼機(jī)構(gòu)布置在錨泊車(chē)底盤(pán)，與錨泊車(chē)大梁集成化設(shè)計(jì)，合理利用底盤(pán)空間。除轉(zhuǎn)臺(tái)阻尼控制箱外，其余設(shè)備均隱藏布置在錨泊車(chē)底部。轉(zhuǎn)臺(tái)阻尼機(jī)構(gòu)由液壓泵站、液壓管路、液壓蓄能器、液壓控制閥、制動(dòng)盤(pán)、液壓鉗式制動(dòng)器、小齒輪、帶外齒的回轉(zhuǎn)支撐、齒輪箱和控制箱組成，具體如圖2所示?？刂葡淇筛鶕?jù)需要布置在錨泊車(chē)側(cè)面，方便人員操作，圖上未做標(biāo)識(shí)。

1-液壓泵站 2-液壓管路 3-液壓蓄能器 4-液壓控制閥 5-制動(dòng)盤(pán) 6-液壓鉗式制動(dòng)器 7-小齒輪 8-帶外齒的回轉(zhuǎn)支撐 9-齒輪箱圖2轉(zhuǎn)臺(tái)阻尼機(jī)構(gòu)組成示意圖

1.1 系統(tǒng)工作原理

錨泊車(chē)阻尼機(jī)構(gòu)工作原理如下：

當(dāng)液壓控制閥處于釋放狀態(tài)時(shí)，整個(gè)液壓管路壓力為零，液壓鉗式制動(dòng)器處于開(kāi)合狀態(tài)，錨泊車(chē)轉(zhuǎn)臺(tái)阻尼機(jī)構(gòu)不工作，錨泊車(chē)處于自由順槳狀態(tài)。

啟動(dòng)液壓泵站，通過(guò)調(diào)整液壓控制閥，控制液壓管路的壓力，實(shí)現(xiàn)液壓鉗式制動(dòng)器與制動(dòng)盤(pán)貼合，制動(dòng)力通過(guò)齒輪箱和小齒輪，傳遞到回轉(zhuǎn)支撐上，實(shí)現(xiàn)錨泊車(chē)轉(zhuǎn)臺(tái)制動(dòng)。制動(dòng)力的大小與管路液體壓力相關(guān)，可通過(guò)控制箱的旋鈕選擇相應(yīng)的壓力，同時(shí)系統(tǒng)還配備了液壓蓄能器，既可以避免液壓泵站頻繁啟動(dòng)，又可以在系統(tǒng)斷電時(shí)提供足夠的壓力，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)阻尼和制動(dòng)[4-5]。

錨泊車(chē)轉(zhuǎn)臺(tái)可按照設(shè)定程序?qū)崿F(xiàn)一鍵制動(dòng)和解除，也可以通過(guò)控制箱中的調(diào)節(jié)旋鈕，手動(dòng)選擇制動(dòng)壓力，逐步降低轉(zhuǎn)臺(tái)制動(dòng)力矩。機(jī)構(gòu)操作方便，簡(jiǎn)單可靠。

錨泊車(chē)制動(dòng)原理如圖3所示。

圖3錨泊車(chē)阻尼機(jī)構(gòu)液壓原理圖

1.2 阻尼機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)臺(tái)鎖定力矩設(shè)計(jì)指標(biāo)為0～101.76KNm連續(xù)可調(diào)，且能實(shí)現(xiàn)任意方位鎖定。

鎖定方案采用液壓制動(dòng)盤(pán)帶動(dòng)小齒輪鎖定回轉(zhuǎn)支撐外齒，實(shí)現(xiàn)錨泊車(chē)空中鎖定，具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。

回轉(zhuǎn)支撐選用帶外齒單排交叉滾子軸承，滾道直徑1250mm；外齒參數(shù)：m=10；Z2=144；制動(dòng)機(jī)構(gòu)小齒輪參數(shù)：m=10；Z1=15。

鎖定機(jī)構(gòu)由安裝支座、小齒輪、傳動(dòng)軸、軸承、制動(dòng)盤(pán)和液壓鉗式制動(dòng)器組成[6]，安裝方式如圖5所示，制動(dòng)盤(pán)剎車(chē)圓直徑A=300mm，盤(pán)外徑350mm。

圖4 轉(zhuǎn)臺(tái)鎖定機(jī)構(gòu)示意圖

圖5鎖定機(jī)構(gòu)示意圖

自動(dòng)鎖定制動(dòng)力矩計(jì)算：

液壓鉗式制動(dòng)器選用MICO的02-520-260型號(hào)，活塞直徑D=3.5英寸(89mm)，油壓按p=2000PSI(14MPa)計(jì)算，摩擦蹄片與制動(dòng)盤(pán)間的摩擦系數(shù)為f=0.3，則每個(gè)鉗式制動(dòng)器(裝1對(duì)活塞及蹄片)產(chǎn)生總摩擦力為：

F=2D2πpf/4

=2×0.0892×π×14×106×0.3/4

=52231N

制動(dòng)力矩為：M2=FA/2=52231×0.3/2=7834Nm

制動(dòng)裝置沿制動(dòng)盤(pán)圓周方向共設(shè)3個(gè)鉗式制動(dòng)器，其中1個(gè)作為備份，則傳到回轉(zhuǎn)支撐的總的制動(dòng)力矩為：

M=2M2×Z2/Z1=2×7834×144/15=150.4KNm>101.76KNm，滿足制動(dòng)要求。

2 試驗(yàn)情況

錨泊車(chē)在長(zhǎng)達(dá)半年的外場(chǎng)試驗(yàn)中，歷經(jīng)大風(fēng)、暴雨等極端環(huán)境的考驗(yàn)，有轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼和無(wú)轉(zhuǎn)臺(tái)阻尼兩種工況下，球體順槳的情況如下：無(wú)轉(zhuǎn)臺(tái)阻尼時(shí)，錨泊車(chē)隨球體大范圍擺動(dòng)，地面操作人員在執(zhí)行地面系留或?qū)υO(shè)備進(jìn)行維護(hù)時(shí)受影響較大，經(jīng)常需要人工輔助，減緩變化幅度，存在較嚴(yán)重的安全隱患；啟動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)阻尼機(jī)構(gòu)，依據(jù)風(fēng)速大小、風(fēng)向變化等因素，選擇合理的制動(dòng)壓力后，錨泊車(chē)在轉(zhuǎn)臺(tái)阻尼的作用下，能有效地減緩錨泊車(chē)擺動(dòng)幅度，對(duì)錨泊車(chē)操作人員尤其是錨泊車(chē)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)以上的操作人員尤其重要，有效地實(shí)現(xiàn)了錨泊車(chē)平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)，保證了系留氣球及操作人員的安全。

3 結(jié)語(yǔ)

轉(zhuǎn)臺(tái)阻尼機(jī)構(gòu)可以有效地減輕地面風(fēng)場(chǎng)紊亂情況下系留氣球大范圍劇烈擺動(dòng)，提升系統(tǒng)安全性。試驗(yàn)結(jié)果表明，不同的制動(dòng)壓力會(huì)導(dǎo)致不同的阻尼效果：阻尼太小，效果有限；阻尼太大，錨泊車(chē)幾乎不隨球體轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)造成安全隱患。因此選擇適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)力是轉(zhuǎn)臺(tái)阻尼機(jī)構(gòu)能有效工作的關(guān)鍵。經(jīng)過(guò)外場(chǎng)的多次試驗(yàn)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)積累了一些數(shù)據(jù)和使用經(jīng)驗(yàn)，后期要針對(duì)這些數(shù)據(jù)作進(jìn)一步分析研究，考慮將風(fēng)力、風(fēng)向等氣象數(shù)據(jù)與轉(zhuǎn)臺(tái)制動(dòng)力結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)阻尼自動(dòng)控制，進(jìn)一步降低對(duì)操作者經(jīng)驗(yàn)的要求，更好地保障系留氣球的安全。