Шарнирный механизм закрепления и юстировки антенны
LINK MECHANISM OF FIXATION AND ADJUSTMENT OF ANTENNA

3
Настоящее изобретение относится к области радиолокационной техники, и, в частности, к устройствам для установки антенн на судах, подводных лодках и других плавучих средствах. Известно устройство для установки антенны, содержащее несущее основание, опирающееся посредством шаровых шарниров на домкраты, установленные на опорных плитах и суппортах, в котором с целью уменьшения веса и повышения точности установки (юстировки) под несущим основанием расположена промежуточная рама, опирающаяся своей центральной частью на ось-упор суппорта и жестко соединенная с корпусом домкратов, каждый из которых снабжен ходовым колесом, размещенным в поворотном корпусе (см. А.С. CCCP №368686, 1973 г., Мкл. H01q 1/12).
Наличие под несущим основанием промежуточной рамы, опирающейся своей центральной частью на ось-упор суппорта и жестко соединенная с корпусом домкратов, создает избыточные (пассивные) связи.
Избыточными (пассивными) связями называются такие связи, устранение которых не увеличивает подвижность механизма. Известны достоинства механизмов без применения избыточных связей: значительное уменьшение веса и габаритов, повышение точности установки за счет исключения остаточных деформаций, возникающих при наличии разбыточных связей (см. А.Н. Решетов "Самоустанавливающиеся механизмы", Москва, изд. "Машиностроение", 1979 г., стр.8).
В известном механизме устранение избыточных связей привело бы к неоправданному увеличению габаритов, веса, а также увеличило бы рабочее пространство, занимаемое антенной радиолокационной станции совместно с механизмом для ее закрепления и юстировки.
Это отрицательное качество объясняется конструктивной схемой известного устройства, представляющей собой трехвинтовой подъемник, изображенный на рис.2.25, стр.79, упомянутого источника, но в отличие от последнего с добавлением избыточных связей, т.е. жесткого соединения рамы с корпусом домкратов. Кроме того, в этом устройстве имеется еще одна лишняя связь (избыточная) за счет упора промежуточной рамы на ось-упор суппорта (требуется идеальная параллельность направляющих суппортов опорным площадкам, что в известном устройстве практически невыполнимо).
Таким образом, если исключить суппорт, то промежуточную раму необходимо было бы излишне ужесточить для восприятия веса антенны, что привело бы к неоправданному увеличению габаритов, веса и занимаемого рабочего пространства.
При необходимости поворота несущего основания и промежуточной рамы на некоторый угол, лежащий в горизонтальной плоскости, после того как вертикальная ось основания и суппорта установлена с заданной точностью по отношению к горизонтальной (базовой) поверхности, эта вертикальная ось будет сбиваться при перемещении домкратов на ходовых колесах относительно базовой плоскости в горизонтальных направлениях, поскольку базовая плоскость практически не может быть абсолютно параллельна плоскости суппорта.
3
Количество избыточных связей уменьшено на один по сравнению с первым в другом известном устройстве, принятом за прототип (см. А.С. СССР №351274, 1972 г., Мкл. H01q 1/12).
Это устройство содержит горизонтальный корпус и фланец, выполненный с шаровой поверхностью, сопряженной с отверстием корпуса, вертикальные винты (домкраты), установленные на корпусе, и упирающиеся в края фланца с возможностью регулировки их по длине. Особенностью известного механизма является то, что в корпусе выполнены четыре радиусных паза, расположенных радиально и ортогонально между собой, в каждый из которых упирается опора со сферическим наконечником, закрепленная на конце винта с возможностью регулирования ее по длине, причем центры радиусов сферического наконечника и шаровой поверхности фланца лежат в одной плоскости. Благодаря наличию радиусных пазов устраняется одна из избыточных связей, присущая устройству-аналогу. Тот факт, что центры радиусов сферических наконечников и центр шаровой поверхности фланца лежат в одной плоскости, создает тем не менее избыточные связи. Сказанное поясняется фиг.1 и фиг.2.
Из фиг.1 видно, что различные технологические отклонения в изготовлении радиусных пазов при наличии избыточных связей создает неоднозначность установки деформации фланца и вследствие этого потерю точности установки радиолокационной станции (см. фиг.1, показано действие пары сил "Р", возникающей вследствие наличия избыточной связи и технологических отклонений на несоосность, несимметричность неплоскостность и т.д.).
Наличие избыточных связей потребовало бы значительного ужесточения конструкции в случае использования устройства прототипа для закрепления и юстировки радиолокационной антенны на подвижном носителе, что в свою очередь увеличило бы рабочее пространство, занимаемое этим механизмом, а потому невозможно было бы обеспечить компактности этой системы, необходимой, например, для подводных носителей, а поворот фланца вокруг вертикальной оси с помощью этого устройства вообще не возможен.
Целью изобретения является устранение указанных недостатков, т.е. повышение точности юстировки. Поставленная цель достигается шарнирным механизмом для закрепления и юстировки радиолокационной антенны, содержащим горизонтальные корпус и фланец, выполненные с шаровой поверхностью, сопряженной с отверстием корпуса, вертикальные винты, установленные на корпусе и упирающиеся в края фланца с возможностью регулировки их по длине, отличающимся тем, что с фланцем жестко связаны три разнесенные одна относительно другой в горизонтальной плоскости шаровые опоры, упирающиеся в концы упомянутых винтов, первые дополнительные винты в корпусе, соосные основные винтам, дополнительные винты в корпусе, соосные основным винтам, упирающиеся своими концами в точки шаровых опор, диаметрально противоположные точкам упора в них основных винтов, вторые взаимно соосные дополнительные винты, расположенные в горизонтальной плоскости таким образом, что их опорные поверхности направлены встречно и сопряжены с шаровой поверхностью одной из опор, при этом опорные поверхности всех винтов выполнены плоскими, а отверстие корпуса выполнено цилиндрическим.
Наличие трех разнесенных одна относительно другой шаровых опор с возможностью отжатия их упомянутыми винтами позволяет исключить избыточные связи, т.к. при перемещении шаровых поверхностей в горизонтальной плоскости между соприкасающимися с ней параллельными плоскостями, образуемыми торцами основных и первых дополнительных винтов, реализуется только одна степень свободы фланца, а именно вращение в горизонтальной плоскости вокруг центра шаровой поверхности фланца. Эта степень свободы упраздняется с помощью вторых взаимно соосных дополнительных винтов, расположенных в горизонтальной плоскости и имеющих встречно направленные взаимно параллельные опорные поверхности, сопрягающиеся с шаровой поверхностью одной из опор. Таким образом, при юстировке радиолокационной антенны будут устранены деформации, вызываемые появлением избыточных связей, вследствие чего будут исключены деформации основания антенны, ведущие к нарушению точного расположения антенны относительного носителя.
3
Тот факт, что отверстие корпуса выполнено цилиндрическим, позволяет изменять положение фланца по вертикали, чем обеспечивается свойство, реализуемое в дополнительном (А.С. СССР № 399029, 1974 г., Мкл. H01q 1/12).
На фиг.3 показан общий вид предлагаемого устройства в осевом сечении, на фиг.4 - вид устройства сверху, на фиг.5 показан узел перемещения основания по вертикали, на фиг.6 показан узел поворота основания в горизонтальной плоскости, на фиг.7 - узел стопорения винтов, на фиг.8 показан общий вид радиолокационной антенны, установленной на основании и закрытой радиопрозрачным колпаком.
Механизм содержит горизонтальный корпус 1, выполненный в виде фланца в форме полуцилиндра, в центре которого расположено силовое кольцо 2, возвышающееся над нижним уровнем основания. К боковой поверхности кольца приварены под углом 120° друг к другу три кронштейна 3, являющиеся силовыми, т.е. несущими всю нагрузку от веса антенны. В нижней части кольца имеется площадка 4 для монтажа корпуса, а вместе с ним и антенны на торце подъемно-мачтового устройства (ПМУ). Кронштейны имеют силовые кожухи 5 и 6, укрепленные на концах кронштейнов. В стенках силовых кожухов 5 и 6 выполнены вертикальные соосные друг другу резьбовые отверстия 7 и 8, и в кожухе 5 дополнительно к отверстиям 7 и 8 выполнены горизонтальные соосные друг другу резьбовые отверстия 9, 10.
В центральной части кольца образовано отверстие, которое выполнено цилиндрическим. В верхней части корпуса имеется плоский фланец 11 для установки на него с помощью болтов радиопрозрачного колпака 12. Механизм содержит также фланец 13, выполненный с шаровой поверхностью 14, сопряженной с отверстием корпуса (отверстием кольца), выполненным цилиндрическим.
С фланцем 13 жестко связаны три разнесенные одна относительно другой под углом 120° друг к другу шаровые опоры 16, упирающиеся в плоские торцевые поверхности винтов 15. В устройстве имеются также первые дополнительные винты 17, ввернутые в вертикальные резьбовые отверстия (8) кожухов, которые благодаря соосности вертикальных резьбовых отверстий 7 и 8 друг к другу также соосны основным опорным винтам (15). Первые дополнительные винты упираются своими плоскими концами в точки шаровых опор, диаметрально противоположные точкам упора в них основных винтов. В устройстве имеются также вторые дополнительные винты 18, 19, ввернутые в горизонтальные боковые отверстия силового кожуха (5), которые благодаря взаимной соосности и горизонтальности резьбовых отверстий (9 и 10) также взаимно соосны и расположены в горизонтальной плоскости. Опорные поверхности вторых дополнительных винтов взаимно параллельны и сопрягаются с поверхностью одной из шаровых опор (16). В устройстве имеются также стопорные хомутики 20 с возможностью обжатия их с помощью стопорных винтов 21. В корпусе выполнены окна 22 и 23.
Устройство используют следующим образом. Предварительно все подвижные части системы по всем осям стопорят в нулевых положениях, затем отвинчивают винты 17. На горизонтальные угломестные оси вращения отражателя антенны устанавливают плоскопараллельное зеркало 24, сориентировав его на окно (22) корпуса, а на азимутальную вилку 25 антенны устанавливают кронштейны 26 с отражающей призмой 27, сориентировав ее на окно 23 корпуса. Посылают световой луч через окно 22 от базовой горизонтальной площадки носителя на плоскопараллельное зеркало 24. Вращают винты 15. При вращении винтов добиваются того, чтобы посланный и отраженный от плоскопараллельного зеркала 24 лучи совпали между собой, что будет свидетельствовать о строгой вертикальности азимутальной оси 28 вращения антенны.
Строгое совпадение точки пересечения азимутальной (28) и угломестной 29 осей вращения антенны с геометрическим центром сферической части радиопрозрачного колпака 12 обеспечивают путем одновременного вращения всех основных вертикальных винтов 15 на один и тот же угол.
Контроль правильности проведения этой операции осуществляют с помощью измерения расстояния между облучателем и внутренней поверхностью колпака. Это расстояние должно быть постоянным при любых возможных положениях облучателя антенны по углу места.
При замерах этих расстояний подход осуществляют через окно 22, которое после измерения закрывают герметичной крышкой.
Для обеспечения совпадения оптической оси антенны с диаметральной плоскостью носителя посылают световой луч (на призму 27), привязанный к диаметральной плоскости носителя.
При этом вращают дополнительные винты 18 и 19, предварительно расстопорив их с помощью винтов 21 и хомутиков 20. При вращении этих винтов происходит поворот фланца 13 и связанной с ним антенны, кронштейна 26 и призмы 27. При совпадении посланного и отраженного лучей одну из шаровых опор фиксируют с помощью винтов 18 и 19, затем винты стопорят с помощью стопорных винтов 21 и хомутика 20.
После окончания юстировки антенну закрепляют в вертикальном направлении с помощью винтов 17, а затем стопорят эти винты с помощью контрящих винтов 21 и хомутика 20.
В качестве базового объекта сравнения выбрано изделие заказа ОЗЗ ("У"), требуемая точность выставления оптической оси которого была ориентировочно равна 3-10 угловых минут. Для обеспечения указанной точности необходимо производить ручную подгонку мест сопряжения с подъемномачтовым устройством, что влечет за собой многократность установки и снятия антенны с подъемномачтового устройства и требует для своего осуществления работы целой бригады, состоящей из 3-х высококвалифицированных слесарей сборщиков на протяжении 2-3 дней.
Экономическая эффективность от использования заявленного устройства составляла 1800 руб. на одно изделие (в ценах 1980 г.). Учитывая, что годовой выпуск изделий ориентировочно составляет 10 шт. в год на одном предприятии, экономическая эффективность от использования составляет 18 тыс. руб. в год. Кроме того, заявленное устройство позволило решить задачу юстировки радиолокационных антенн относительно носителей с точностью 30, что в 20 раз превышает точность установки известных радиолокационных антенн на подвижных носителях. Решение данной задачи было связано с необходимостью повышения точности обнаружения подвижных целей с помощью указанной антенны, входящей в состав радиолокационного комплекса.