某雷達(dá)天線轉(zhuǎn)子現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡試驗(yàn)研究

王曉紅，王　晶

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088)

Research of Field Dynamic Balancing of an Antenna Rotor

WANG Xiaohong，WANG Jing

(No.38th Research Institute of CETC， Hefei 230088， China)

某雷達(dá)天線轉(zhuǎn)子現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡試驗(yàn)研究

王曉紅，王晶

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088)

Research of Field Dynamic Balancing of an Antenna Rotor

WANG Xiaohong，WANG Jing

(No.38th Research Institute of CETC， Hefei 230088， China)

摘要：分析了某雷達(dá)天線轉(zhuǎn)子進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡試驗(yàn)的情況。試驗(yàn)表明，現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡試驗(yàn)操作簡(jiǎn)便，節(jié)約試驗(yàn)成本，而且可以避免二次安裝帶來(lái)的誤差。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡測(cè)試，滿足了天線轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的精度要求。

關(guān)鍵詞：天線轉(zhuǎn)子；現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡；響應(yīng)

中圖分類號(hào)：TH137

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-2257(2015)07-0044-03

收稿日期：2015-03-20

基金項(xiàng)目：國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2011BAH24B05)

作者簡(jiǎn)介：王曉紅(1976-)，女，黑龍江密山人，高級(jí)工程師，主要從事雷達(dá)系統(tǒng)力學(xué)試驗(yàn)工作；王晶(1976-)，男，安徽肥東人，高級(jí)工程師，主要從事雷達(dá)產(chǎn)品加工工藝研究工作。

Abstract：This paper describes the process of field dynamic balancing of an antenna rotor. Tests show that field dynamic balancing is easy to operate, reduces test cost, and avoids secondary installation deviation. By field dynamic balancing, the precision guidelines of the Antenna Rotor are met.

Key words：antenna rotor ；field dynamic balancing; response

0引言

機(jī)械設(shè)備中繞軸線旋轉(zhuǎn)的部件稱為轉(zhuǎn)子[1]。因?yàn)椴牧?、制造、安裝等因素，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布不均勻的情況，特別是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、并且由多個(gè)零部件組成的轉(zhuǎn)子，這種質(zhì)量分布不均勻的情況尤為突出。質(zhì)量分布不均勻的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)給支撐軸承帶來(lái)附加動(dòng)壓力，從而引起整個(gè)設(shè)備的振動(dòng)，產(chǎn)生噪聲，加速軸承磨損，降低設(shè)備壽命，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐砂踩鹿?。所以工程上需要?duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)。

平衡是改善轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布，以保證轉(zhuǎn)子在其支撐軸承中，旋轉(zhuǎn)時(shí)因不平衡引起的振動(dòng)或振動(dòng)力減小到允許范圍內(nèi)的過(guò)程[2]。

某雷達(dá)天線轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)直徑(長(zhǎng)度方向)為5 600 mm，高度方向?yàn)?50 mm，寬度方向?yàn)?80 mm。因?yàn)轶w積限制，無(wú)法在動(dòng)平衡機(jī)上進(jìn)行動(dòng)平衡測(cè)試，需要在工作狀態(tài)下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡測(cè)試。因?yàn)樘炀€轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)直徑與高度比為16，所以僅需要進(jìn)行單面動(dòng)平衡測(cè)試即可。

1現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡測(cè)試原理

圖1　轉(zhuǎn)子簡(jiǎn)圖

圖2　校正方位計(jì)算示意

2試驗(yàn)前準(zhǔn)備

因?yàn)樘炀€轉(zhuǎn)子是復(fù)雜的裝配件，且其中含有大量空間分布的線纜，導(dǎo)致其重心位置無(wú)法準(zhǔn)確估算。為了規(guī)避直接進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡試驗(yàn)有可能損壞傳動(dòng)系統(tǒng)的隱患，需要在動(dòng)平衡試驗(yàn)前先對(duì)天線轉(zhuǎn)子進(jìn)行靜配平，將天線轉(zhuǎn)子重心配平到轉(zhuǎn)軸附近。靜配平如圖3所示。天線轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度為5 600mm，寬度為680mm，高度為350mm，靜配平僅對(duì)長(zhǎng)度和寬度方向進(jìn)行。在雷達(dá)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)子是安裝到轉(zhuǎn)軸上隨轉(zhuǎn)軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的。在進(jìn)行靜配平時(shí)，此轉(zhuǎn)軸因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)尺寸原因無(wú)法利用，因此設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)軸模擬件。此模擬件模擬轉(zhuǎn)軸與天線轉(zhuǎn)子的真實(shí)接口關(guān)系，并且留有與墊塊的接口，以實(shí)現(xiàn)模擬軸與墊塊的裝配。

圖3　靜配平

靜配平利用杠桿平衡原理，將轉(zhuǎn)子通過(guò)轉(zhuǎn)軸、墊塊放置在水平平板上，因?yàn)閴|塊下端面較窄，不平衡會(huì)使天線轉(zhuǎn)子偏重的一側(cè)向下傾斜。用彈簧秤將下傾的一端拉起至水平狀態(tài)，讀取彈簧秤讀數(shù)，計(jì)算配重質(zhì)量，然后安裝配重，保證天線能靜止在水平狀態(tài)，如此即實(shí)現(xiàn)了此方向的靜配平。一個(gè)方向靜配平滿足要求后再對(duì)另一個(gè)方向重復(fù)以上步驟，直到2個(gè)方向均實(shí)現(xiàn)靜平衡，即將重心調(diào)整到預(yù)定的范圍內(nèi)。

3現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡試驗(yàn)

因?yàn)樘炀€轉(zhuǎn)子尺寸較大，無(wú)法在動(dòng)平衡機(jī)上進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)，所以需要在天線轉(zhuǎn)子處于工作狀態(tài)時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡試驗(yàn)。天線轉(zhuǎn)子工作狀態(tài)原理如圖4所示。

圖4　天線轉(zhuǎn)子工作狀態(tài)原理

天線轉(zhuǎn)子安裝在轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸通過(guò)軸承安裝在天線座內(nèi)。電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)天線轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)?，F(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡試驗(yàn)步驟如下：

a.根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)布置傳感器，連接測(cè)試儀器，如圖5所示。

圖5　傳感器的布置

b.初始狀態(tài)響應(yīng)測(cè)試。啟動(dòng)電機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)子達(dá)到穩(wěn)定的工作轉(zhuǎn)速后，測(cè)得軸承處的響應(yīng)。

c.安裝試重后的響應(yīng)測(cè)試。在指定位置增加試重，測(cè)得工作轉(zhuǎn)速下軸承處的響應(yīng)，分析初始不平衡的大小和方位信息，確定配動(dòng)平衡所需配重的質(zhì)量及方位。

d.安裝配重。

e.安裝配重后的響應(yīng)測(cè)試。在天線轉(zhuǎn)子平穩(wěn)的運(yùn)行在工作轉(zhuǎn)速時(shí)，測(cè)得軸承處的響應(yīng)，驗(yàn)證平衡效果。

f.反復(fù)重復(fù)以上步驟，直到殘余不平衡量滿足測(cè)試要求的精度等級(jí)。

4測(cè)試數(shù)據(jù)及分析

4.1　初始狀態(tài)響應(yīng)測(cè)試

初始狀態(tài)響應(yīng)測(cè)試數(shù)據(jù)如圖6所示。振動(dòng)速度有效值為0.099 mm/s，轉(zhuǎn)速頻率為1 Hz，幅值為0.02 mm/s，占50 Hz以下頻率峰值第8位。

圖6　初始狀態(tài)響應(yīng)測(cè)試數(shù)據(jù)

4.2　安裝試重后的響應(yīng)測(cè)試

在83°位置上加1 050 g試重質(zhì)量。天線轉(zhuǎn)子再次運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)后進(jìn)行測(cè)試。加完配重后的振動(dòng)為 0.004 mm/s，角度為96.3°。通過(guò)計(jì)算，得出應(yīng)在97.8°位置增加922.6 g質(zhì)量的結(jié)論。

4.3　安裝配重后的響應(yīng)測(cè)試

在計(jì)算位置增加配重后，再次進(jìn)行響應(yīng)測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)如圖7所示。由圖7可知，平衡后振動(dòng)速度有效值為0.091 mm/s ，1 Hz振動(dòng)已經(jīng)降到0.014 mm/s，而且1 Hz已經(jīng)不在峰值前10位的列表內(nèi)。

圖7　安裝配重后的響應(yīng)數(shù)據(jù)

4.4　殘余不平衡量測(cè)試

將天線轉(zhuǎn)子后蓋板上的螺釘全部安裝到天線上，因?yàn)槁葆斣陂L(zhǎng)度方向是均勻分布的，所以將螺釘?shù)刃樘幱?°方向，等效質(zhì)量是48 g的集中質(zhì)量。再次進(jìn)行響應(yīng)測(cè)試和分析，得出在平衡半徑處的殘余不平衡質(zhì)量?jī)H為469.2 g?？紤]到測(cè)試系統(tǒng)誤差，可以估算出此平衡半徑的殘余不平衡量大概在500 g左右。

4.5　平衡精度計(jì)算

5試驗(yàn)結(jié)論

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析，可以得到如下結(jié)論：

a.現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡試驗(yàn)前進(jìn)行的靜配平工作效果很好，初始狀態(tài)的響應(yīng)不大，振動(dòng)主要成分是通過(guò)頻率，也就是旋轉(zhuǎn)體和空氣產(chǎn)生的振動(dòng)。

b.通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡1 Hz振動(dòng)從0.02 mm/s降到0.014 mm/s ，試驗(yàn)獲得成功。

c.殘余不平衡量的估值小于《GB/T 9239.1—2006 機(jī)械振動(dòng) 恒態(tài)(剛性)轉(zhuǎn)子平衡品質(zhì)要求 第1部分：規(guī)范與平衡允差》G40的量值，滿足要求。

6結(jié)束語(yǔ)

大型天線轉(zhuǎn)子的現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡試驗(yàn)達(dá)到了預(yù)期效果，取得了圓滿成功。在動(dòng)平衡試驗(yàn)之前先進(jìn)行靜配平工作，能有效規(guī)避直接進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)有可能損壞傳動(dòng)系統(tǒng)的隱患。這種在動(dòng)平衡之前先進(jìn)行靜配平的思路，也對(duì)以后大型轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡試驗(yàn)的開(kāi)展提供了一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳偉泉.淺談汽車輪胎動(dòng)平衡測(cè)試技術(shù)[J].甘肅科技，2012，28(12)：60-61.

[2]梅柏杉，劉零生，余冰，等.大型電機(jī)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡試驗(yàn)研究[J].機(jī)械強(qiáng)度，2000，22(3)：167-169.

[3]葉能安，余汝生.動(dòng)平衡原理與動(dòng)平衡機(jī)[M].武漢：華中工學(xué)院出版社，1985.