船载雷达天线方位转动异常分析及排查处理

马红涛

（中国卫星海上测控部,江苏 江阴 214431）

船载雷达天线方位转动异常分析及排查处理

马红涛

（中国卫星海上测控部,江苏 江阴 214431）

文章简要介绍了船载雷达天线驱动系统的组成和工作原理，对雷达天线方位转动异常的现象进行了简要分析，就驱动系统中的不同环节进行逐一排查，最终对故障进行定位，找到了引起方位转动异常的原因，并提出了解决该问题的措施，使船载雷达天线能够正常转动，保证了海上任务的正常执行。

船载雷达：方位;转动异常;传动装置;齿隙

1 引言

船载雷达天线驱动系统中，方位驱动系统主要由速度环路板、马达控制器和机械传动装置等三部分组成。速度环路板的作用主要是对速度指令信号进行处理，并将这个速度信号送马达控制器，以小信号控制电机的大功率运行；马达控制又叫功率放大器，它的作用是将变压后的三相交流电转换为直流电驱动负载。机械传动装置是把电能转化为动能，以供天线按理想的方式快速转动。

驱动系统的功能是实时地、稳定地驱动天线，使天线按照预定规律对准目标，并保证位置环完成精确跟踪目标的任务，而这些都要依赖于优良的机械传动装置[1]。某船载雷达天线方位机械传动装置采用四链驱动，主要由直流伺服电机、行星减速器、齿轮减速箱和方位末级大齿轮等四部分组成，它可带动天线在0º～360º范围内绕方位轴旋转运动。在整个驱动系统中，如果其中的一环出了问题，必将影响雷达天线的正常转动，其后果不堪设想，势必将导致海上任务无法顺利执行。

2 故障现象及分析

2.1 故障现象

在设备进行整架调试期间，用方位1#电机驱动天线转动时，发现天线顺时针转动时，电机电流要达到30A左右（正常值为10A左右）才能转动；而逆时针转动天线时，即便将电机电流调至50A，天线也无法正常转动，且在停止“运行”时，天线有明显的回转现象。再用方位2#、3#和4#电机分别驱动天线转动，发现现象一致，因四台电机同时损坏的概率较低，暂且不考虑电机自身原因。

2.2 故障分析

天线顺时针能够转动，间接说明设备之间线缆连接的正常和马达控制器工作正常，可排除线缆连接性问题和马达控制器问题。船载雷达天线驱动系统控制框图如图1所示。

经分析，引起天线方位转动异常的因素主要有四个方面：①速度指令输出异常；②电流指令输出异常；③外部异物导致天线卡住；④机械传动装置异常。

3 故障定位及排查处理

3.1 故障排查及定位

针对以上分析判断，对这四个可能存在的故障部位依次进行排查：

（1）对速度指令输出状态进行排查。速度指令对应驱动控制面板上的电位器旋钮2端的输出电压，将电位器旋钮旋转至“0”位，用万用表分别测量电位器旋钮1端、2端和3端的电压，测得电压值分别为-8.3V、0V和8.25V；转动电位器旋钮，测量2端电压，在-4.82V～4.85V之间，正常。从以上数据分析，电位器旋钮1端和3端的电压值对称，2端输出的电压在正常范围内，即电位器旋钮能够正常输出速度指令，判断电位器旋钮工作正常，排除速度指令输出异常。

（2）对电流指令输出状态进行排查。电流指令来自方位速度环路板，分别按逆时针和顺时针旋转驱动控制面上的电位器旋钮，用万用表分别测量速度环路板XT10、XT11、XT12、XT13端的电压，均在±10V之间，正常。由此判断，速度环路板送往马达控制的电流指令正常，排除电流指令输出异常。

（3）对天线是否存在外部异物导致卡住因素进行排查。通过目视和听音方法，检查雷达天线基座、扶梯、平台以及方位轴承等部位，均未发现异物卡住现象。排除外部异物原因。

（4）对机械传动装置进行排查。方位传动链主要由驱动电机、行星减速器、齿轮减速箱和方位末级大齿圈等四部分组成。基本的工作原理是：电机驱动行星减速器和齿轮减速箱，减速箱输出轴小齿轮与方位大齿轮啮合，并带动方位大齿轮的转动，而方位大齿轮与方位轴承内圈相连接，最终驱动天线方位的顺时针和逆时针转动。方位传动链如图2所示。

从方位传动链来看，可能引起天线方位转动异常的因素主要有三个方面：①行星减速器内部损坏；②齿轮减速箱内部损坏；③减速箱输出小齿轮与方位末级大齿轮齿隙过小。

因行星减速器和齿轮减速箱分别为一个密封良好的整体结构，发生故障的可能性小，且拆装困难，故先将齿轮减速箱和行星减速器看成是一个整体，分两步进行，最后综合判断分析。

第一步：脱开1#齿轮减速箱，单独用3#电机带动天线转动，观察天线转动情况。

将1#减速箱连同两个行星减速器一同脱开，如图3所示。

单独用3#电机驱动天线转动，发现天线顺时针和逆时针都能够转动，顺时针转动时电机电流在3A～7A之间，逆时针转动时电机电流在50A左右，天线停止转动时仍有回转现象。从数据中不难发现，顺时针转动时电机电流偏小，逆时针转动时电机电流较大，天线顺时针与逆时针转动时电机电流存在明显的不对称现象。

第二步：检查减速箱输出小齿轮与方位大齿轮齿隙。缓慢转动天线，用碾压铅丝的方法来检查减速箱输出小齿轮与方位大齿轮之间的齿隙，测得齿隙在0.4mm～0.6mm之间（工程经验值为0.7mm～0.9mm之间），所测齿隙比经验值偏小，并且在逆时针方向碾压铅丝时，存在铅丝被咬断现象。方位输出小齿轮与大齿圈啮合见图4。

综合以上分析，脱开1#齿轮减速箱后，单独用3#电机驱动能够实现天线转动，其原因是1#齿轮减速箱与其连接的两个行星减速器本身就是一个负载，脱开了负载就相当于减轻了重量。而碾压铅丝后得到的数据说明，减速箱输出小齿轮与方位大齿轮啮合间隙过小，事实上也发现逆时针方向有齿轮根切现象，而这种现象只有在齿轮啮合过紧的情况下才会发生，故障最终锁定为齿轮齿隙问题。

3.2 故障处理

针对齿轮齿隙过小问题，解决的途径就是对其进行放大处理。将2#齿轮减速箱上的定位销拔出，拧松固定齿轮减速箱的螺钉，逆时针转动天线，发现电机电流在10A～50A之间来回突跳，其突跳的原因是：减速箱末级齿轮处在一个松动状态，天线转动时齿轮自身在调整放大齿隙所致。继续在相反的两个方向分别匀速转动天线，使齿轮之间达到很好的磨合状态，用碾压铅丝的方法对减速箱输出小齿轮与方位末级大齿轮之间的齿隙调整状况进行反复测量，将齿隙控制在0.7mm～0.9mm之间，确保满足工程指标要求。调整完成后转动天线，检查并记录电机电流情况，发现顺时针转动时电机电流稳定在10A左右，逆时针稳定在13A左右，天线运转恢复正常，故障排除。

4 结束语

本文中所提到的天线方位转动异常问题，其故障原因较多，排查定位困难，遇到类似故障时要充分考虑天线结构故障排查时存在的设备笨重、拆解困难、空间狭小、费时费力等特点，认真分析其可能性及故障概率，按照先易后难、先简后繁的原则，采用比对替代、分段排除等方法，并充分借鉴厂所专家丰富的工程实践经验，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决为试验任务的顺利执行提供了可靠前提和保障。

[1] 石小萍，刘兴兴，陈丁.浅谈雷达伺服系统的设计[J].北京：山东工业技术，2015（10）：270

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

马红涛（1986-），男，河南汝州人，测量技师，主要从事航天测控工作。