一种横滚天线安装平台设计

改造者：张一帆 李天虹



一种横滚天线安装平台设计

改造者：张一帆 李天虹

本文介绍了一种比较复杂的横滚安装平台的结构设计实现方法，并利用了有限元分析方法，对平台结构组成中的薄弱环节如底架、立柱、天线托架、轴承座等进行了变形分析及安全系数分析，通过数据仿真分析，表明横滚安装平台的结构设计是合理可行的，能够满足使用需求。

某天线横滚安装平台（简称横滚安装平台）用于天线和测试转台的机械连接，将天线安装在测试转台上，进行天线方向图等性能的测试。设计要求安装平台有足够的强度、刚度，并满足整体重量及重心位置的要求。

横滚安装平台提供1个测试支架和1个横滚调节装置，要求采用手动方式能进行360o的横滚旋转，横滚安装平台设计要求示意见图1。

主要技术指标和要求

外形尺寸

由于实验室空间限制，要求横滚安装平台旋转半径（以转台中心为圆心）不大于1500mm，高度不大于2000mm（含天线高度）。

横滚安装平台要求使天线架高800mm±20mm，天线辐射口面离横滚安装平台支撑立柱面大于200mm（见图1），天线辐射口面位于实验室提供的转台中心，与转台中心距离误差小于100mm。

横滚精度

横滚精度要求采用手动实现，回差、定位等精度要求在±2°以内，角度采用刻度指示。

重心要求

天线和横滚安装平台形成的重心要求位于实验室提供的转台中心（见图1），误差小于等于100mm。

吊装要求

横滚安装平台设计吊装接口，便于在横滚安装平台安装到转台上时的吊装。能满足空载吊装和安装好天线后两种情况下的吊装。

重量

总重（含配重及天线）≤855Kg，其中天线350 Kg。

结构设计实现

横滚安装平台组成及外形尺寸

横滚安装平台结构采用钢架结构，与转台及天线通过螺栓连接。其主要由底架、立柱、轴承座、铝合金蜗杆蜗轮减速箱、天线托架、配重块及吊绳等组成。横滚安装平台组成见图2所示，外形尺寸如图3所示。

图1　天线横滚安装平台设计要求示意图

重要技术指标核算

横滚安装平台外形尺寸

横滚安装平台的外形尺寸2760mm（长）×932mm（宽）×1940mm（高，含天线安装），最大旋转半径（以转台中心为圆心）为1465mm，满足旋转半径不大于1500mm、整体高度不大于2000mm的要求。

图2　横滚安装平台组成示意图

图3　横滚安装平台外形尺寸图

图4　底架及立柱组件结构图

图5　底架及立柱组件有限元分析变形结果

图6　底架及立柱组件有限元分析安全系数分布图

横滚安装平台使天线架高813mm，天线辐射口面离测试支架支撑面大于200mm（见图3），天线辐射口面距转台中心68mm，与转台中心距离误差小于100mm。

横滚安装平台重心位置尺寸（含天线安装）

经过重心计算，天线和横滚安装平台形成的重心在水平方向位于转台中心65mm（见图3），满足误差小于100mm的要求，高度方向距转台上平面793mm。

重量

经计算，横滚安装平台总重（含配重及天线）为780Kg，其中配重275Kg，天线350Kg，满足总重（含配重及天线）≤855Kg的要求。

横滚精度

天线横滚转动采用手动实现，角度采用刻度指示，刻度精度1°，满足回差、定位等精度在±2°以内的要求。

横滚手动操作力不大于25N，满足横滚手动操作方便省力的要求。

主要受力部件详细设计及仿真分析

底架、立柱

底架采用了80mm×80mm×3mm的高强度低碳合金钢钢管，立柱采用160mm×80mm×4mm的高强度低碳合金钢钢管，这样的结构有利于焊接保证焊缝质量，有较好的抗弯曲强度和刚度。其整体结构如图4。

根据被测天线及天线托架重量（440Kg）和配重载荷，对底架及立柱组件的结构强度和刚性进行了有限元分析。

分析的前期处理阶段对模型进行简化，只对底架及立柱主体进行分析，未考虑配重块的吊环螺钉。对立柱上平面施加440㎏的远程载荷，加上底架、立柱及配重块自重，分析结果如图5、图6所示。

图中显示最大变形量在配重块的最远端，最大变形为2.64mm。

最小安全系数为2.7，为立柱上平面边角处。

天线托架

天线托架采用低碳合金钢钢管、钢板冲压成形并组焊而成，通过托架背面的12个孔和底部的8个孔与天线连接，重量小于80kg。经过有限元分析（方法同上），当天线安装在托架上并通过轴承座固定于底架及立柱组件上时，托架悬臂最远端最大变形量小于3mm，最小安全系数大于2。

其结构如图7所示。

图7　天线托架结构示意图

图8　轴承座有限元分析变形结果

图9　轴承座安全系数结果

轴承座

轴承座采用低碳合金钢钢管及钢板组焊而成，根据天线悬臂轴的受力情况，轴传给轴承座前轴承的力为1850.5kg，传给轴承座后轴承的力为1370.5kg，分析结果如图8、图9所示。

图中显示最大变形量在轴承座后端的最远端，最大变形为0.034mm。

最小安全系数为5.7，在轴承座前端的中部。

仿真分析结果表明，主要受力部件的强度满足使用要求。

图10　横滚安装平台吊装示意图

横滚安装平台吊装方式

随横滚安装平台附配吊绳两根（一长两短），材料为涤纶，单根承载量为1t，其整体吊装方式如图10所示。

结束语

本天线自身重量较重，且整个横滚安装平台的重量、外形尺寸、重心、天线辐射面与转台中心的距离及横滚安装平台的横滚精度等均有比较高的要求，因此在设计中横滚安装平台采用高强度低碳合金钢钢管，既保证了结构强度，又减轻了整个横滚安装平台的重量，在设计过程中，针对主要组成部件进行了变形及安全系数的有限元分析，同时对整个装置的其他指标也进行了核算，结果均满足要求，表明此横滚安装平台结构设计是合理可行的。

张一帆 李天虹

中国西南电子技术研究所

10.3969/j.issn.1001-8972.2016.01.028