一种带有塔基的格构式大型天线方位座架的制作方法

1.本发明涉及通信、测控、雷达以及射电天文等领域中的天线技术，更具体地讲，涉及一种带有塔基的格构式大型天线方位座架。


背景技术：

2.反射面天线因具有强方向性而广泛用于通信、测控和射电天文领域中，特别地，大口径天线因具有高增益和高分辨率而在深空通信及天文观测中占有重要地位。大型反射面天线一般采用方位-俯仰型座架形式，实现对全空域的覆盖。方位座架通常位于天线最下部，其作用是既要支撑俯仰部分的重量又要完成转动功能，因此，是反射面天线系统中的核心组成部分。
3.大型反射面天线的方位座架要承受非常大的载荷，如重力、风和雨雪等载荷，因此，座架要具有很高的刚度和强度。目前，世界上一些大型反射面天线的方位座架主要采用了由单根钢箱梁组成的框架，如上海65米射电望远镜天线、意大利srt(sardiniaradiotelescope) 64米天线以及德国埃菲尔斯伯格(effelsberg)100米天线。上述几个大型反射面天线的座架形式虽然能够满足一定的使用要求，但存在以下不足：
4.(1)采用单根钢箱梁结构的座架刚度较弱，欲提高座架刚度需增加箱梁截面尺寸，这样会使重量上升非常迅速，特别是对于大型、超大型天线来说，重量会呈指数增加；由于钢箱梁的截面尺寸通常会非常大，梁体之间的连接会存在局部失稳的风险。
5.(2)在传统的方位座架结构中，中心枢轴通常位于座架下底面，座架的水平载荷需通过斜向支撑的远距离传递才能到达枢轴位置，这样会增大座架的结构变形，影响天线的性能；中心枢轴在座架下底面时，减小了天线的抗风载扰动和抗倾覆力矩，使天线的动态性能降低。
6.(3)大型天线的接收或发射设备一般位于天线背面的中心体内，距离地面非常高，这会给操作和维护带来很大不便。另外，这些设备通常非常重，增加了天线系统的局部载荷，会导致结构变形增大。
7.公开号为cn111740207a中国专利公开了一种三点承载大型重载高精度二维机相扫雷达天线座；公开号为cn204464475u中国专利公开了一种大口径全自动卫星天线座架；公开号为cn204375903u中国专利公开了一种3-upu二转一移型并联机构天线座。上述三个专利中分别涉及了箱梁结构座架、立柱式座架和并联型座架，对于大型天线座架来说，存在以下不足：
8.(1)第一个专利所涉及的天线座架为箱梁结构形式，重量重；中心枢轴位于座架底部，传力路径长，降低了座架承受水平载荷的能力；每组滚轮机构中仅包含两个滚轮，当天线口径增大，天线重量增加时，单轮承载力受到了限制。
9.(2)第二个专利所涉及的天线座架为立柱式结构，该种形式座架的方位转动部分采用了滚动轴承，由于受到加工制造的限制，轴承的直径仅能达到米级，不能满足大型反射面天线的需求。
10.(3)第三个专利所涉及的天线座架为并联机构形式，该类座架虽然能够实现天线的过顶跟踪要求，但天线在运动过程中会产生自旋，在非圆极化工作模式下，会产生较大的极化损失。此外，该种座架形式也不适用于大型天线，特别是当口径达到百米级时。


技术实现要素：

11.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种带有塔基的格构式大型天线方位座架，与现有的技术相比，具有座架刚度高、结构稳定性好、抗倾覆性强、天线接收及发射设备空间大的特点。本发明方位座架，采用了由三角形网格单元组成的格构式主支撑桁架，通过提高中心枢轴高度以及增加中心塔基等多种技术手段，有效地提升了座架结构的整体刚度和抗风载能力，特别适合于大型及超大型天线的方位座架的设计和制造。
12.为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案予以实现。
13.一种带有塔基的格构式大型天线方位座架，包括主支撑桁架、侧支撑梁、径向斜梁、下边梁、内斜梁、中心塔基、中心枢轴、轴承座、滚轮机构和轨道。所述的主支撑桁架由左主支撑桁架和右主支撑桁架组成，两者为左右对称布置，左、右主支撑桁架外形轮廓为三角形且均为双层格构式结构，每层格构式结构由若干规则三角形网格组成，两层格构式结构之间通过多个横梁和空间杆件连接成整体，主支撑桁架顶部为过渡段，过渡段与轴承座相连接，主支撑桁架底部通过下边梁将左、右主支撑桁架连接形成u型框架，滚轮机构位于u型框架四个角部；
14.所述的侧支撑梁由左侧支撑梁和右侧支撑梁组成，两者为左右对称布置，侧支撑梁上端与主支撑桁架相连接，下端与中心枢轴相连接；
15.所述的径向斜梁由四根梁体组成，呈金字塔形，四根梁体下端分别交于相应主支撑桁架与下边梁连接处，上端交汇于中心枢轴；
16.所述的下边梁包括前后两部分，与左、右主支撑桁架底部连接，形成四边形框架，下边梁为单层桁架结构；
17.所述的内斜梁外形为四边形，四角分别位于下边梁中部和主支撑桁架底端中部位置，内斜梁为单层桁架结构；
18.所述的中心塔基位于方位座架中心，底部位于地面，顶部与中心枢轴相连接，外形呈锥台形状；
19.所述的中心枢轴位于中心塔基之上，包括固定部分和转动部分，固定部分通过地脚螺栓与塔基相连接，转动部分与侧支撑梁和径向斜梁相连接；
20.所述的轴承座位于主支撑桁架顶部，包括左轴承座和右轴承座，两者位于同一水平面上，且要保持同轴关系；
21.所述的滚轮机构包括四组，分别位于主支撑桁架与下边梁连接处，四组滚轮机构分布在同一圆周上，为天线座架提供方位转动运动，每组滚轮机构中包含八个滚轮，滚轮配置方式为一分二、二分四和四分八；
22.所述的轨道为圆环形，轨道轴线与中心塔基轴线相重合，轨道上部为滚轮机构，下部与地基相连。
23.进一步，所述主支撑桁架、侧支撑梁、径向斜梁、下边梁和内斜梁中的各组成杆件为矩形截面，也可以是圆形截面，或者是两者的组合形式。
24.进一步，所述主支撑桁架与下边梁连接处为箱型加强结构。
25.进一步，所述中心塔基下部为棱柱形，上部为棱台形，也可以采用下部为圆柱形上部为圆台形的形式。
26.进一步，所述中心塔基还配有门和窗户。
27.进一步，所述中心枢轴的固定部分和转动部分之间通过轴承连接。
28.进一步，所述滚轮机构中的滚轮与轨道之间的接触方式为圆弧式，也可以为直线式。
29.进一步，所述轨道成型方式为分段后焊接成整体圆环，也可以采用分段后拼接形式。
30.进一步，所述主支撑桁架外侧还配有电梯，电梯可以为两侧布置，也可以为单侧布置。
31.本发明与背景技术相比具有如下有益效果：
32.(1)座架刚度大，抗扰动能力强。本发明采用了格构式结构形式，使得材料在空间分布更加合理，在同等重量下，与背景技术中涉及的单根钢箱梁组成的框架相比，格构式结构刚度更大，抗扰动能力更强。
33.(2)结构稳定性高。本发明座架由规则三角形网格组成，具有稳定的力学性能。此外，组成格构式结构的单根杆件截面尺寸相对较小，易于连接，避免了背景技术中的大截面梁体之间连接存在局部失稳的风险。
34.(3)提高了抗倾覆能力。本发明提高了中心枢轴位置，缩短了传力路径，增大了抗倾覆力矩，提高了座架的抗倾覆能力。
35.(4)接收和发射设备空间大。本发明中的中心塔基可以容纳大型的接收和发射设备，同时，塔基位于地面，有利于日常的操作和维护。
36.(5)滚轮载荷分布均匀，提高了可靠性。本发明中的滚轮配置方式为一分二、二分四和四分八，使得载荷分布非常均衡，避免了不同滚轮之间的接触应力差异，提高了滚轮和轨道的可靠性。
37.(6)提升了滚轮机构的承载能力。本发明中每组滚轮机构中包含八个滚轮，总计由32个滚轮组成，与背景技术相比，在总载荷一定情况下，降低了单轮承载载荷，提升了滚轮机构的承载能力。
38.总之，本发明构思巧妙，思路清晰，易于实现，既解决了传统的大型反射面天线座架刚度弱、重量重的问题，又提高了天线座架的抗倾覆性以及增大了设备使用空间，是对现有技术的一种重要改进。
附图说明
39.图1是本发明实施例的总体结构示意图；
[0040][0041]
图2是本发明实施例的总体结构俯视图；
[0042]
图3是本发明实施例的左右主支撑桁架网格组成示意图；
[0043]
图4是本发明实施例的中心塔基和中心枢轴结构示意图；
[0044]
图5是本发明实施例的主支撑桁架和轴承座局部结构示意图；
[0045]
图6是本发明实施例的滚轮机构和轨道局部结构示意图；
[0046]
图7是本发明实施例的滚轮配置方式原理图。
[0047]
图中各标号的含义如下：主支撑桁架1，左主支撑桁架1-1，横梁1-1-1，空间杆件1-1-2，右主支撑桁架1-2，过渡段1-3，侧支撑梁2，左侧支撑梁2-1，右侧支撑梁2-2，径向斜梁3，下边梁4，内斜梁5，中心塔基6，中心枢轴7，轴承座8，左轴承座8-1，右轴承座8-2，滚轮机构9，轨道10，电梯11。
具体实施方式
[0048]
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的描述。
[0049]
本发明实施例以口径大于50米的反射面天线为示例，如图1所示，本发明的方位座架包括：主支撑桁架1、侧支撑梁2、径向斜梁 3、下边梁4、内斜梁5、中心塔基6、中心枢轴7、轴承座8、滚轮机构9和轨道10。
[0050]
如图1～3所示，主支撑桁架1由左主支撑桁架1-1和右主支撑桁架1-2组成，两者为左右对称布置，左主支撑桁架1-1和右主支撑桁架1-2外形轮廓为三角形且均为双层格构式结构，每层格构式结构由若干规则三角形网格组成，两层格构式结构之间通过多个横梁 1-1-1和空间杆件1-1-2连接成整体，主支撑桁架1顶部为过渡段1-3，过渡段1-3与轴承座8相连接，主支撑桁架1底部通过下边梁4将左主支撑桁架1-1右主支撑桁架1-2连接形成u型框架，滚轮机构9位于u型框架四个角部。
[0051]
侧支撑梁2由左侧支撑梁2-1和右侧支撑梁2-2组成，两者为左右对称布置，侧支撑梁2上端与主支撑桁架1相连接，下端与中心枢轴7相连接。
[0052]
径向斜梁3由四根梁体组成，呈金字塔形，四根梁体下端分别交于相应主支撑桁架1与下边梁4连接处，上端交汇于中心枢轴7。
[0053]
下边梁4包括前后两部分，与左主支撑桁架1-1和右主支撑桁架 1-2底部连接，形成四边形框架，下边梁为单层桁架结构。
[0054]
在图2中，内斜梁5外形为四边形，四角分别位于下边梁4中部和主支撑桁架1底端中部位置，内斜梁5为单层桁架结构。
[0055]
如图4所示，中心塔基6位于方位座架中心，底部位于地面，顶部与中心枢轴7相连接，外形呈锥体形状。
[0056]
中心枢轴7位于中心塔基6之上，包括固定部分和转动部分，固定部分通过地脚螺栓与塔基相连接，转动部分与侧支撑梁2和径向斜梁3相连接。
[0057]
如图1和图5所示，轴承座8位于主支撑桁架1顶部，包括左轴承座8-1和右轴承座8-2，两者位于同一水平面上，且要保持同轴关系。
[0058]
如图1、图6和图7所示，滚轮机构9包括四组，分别位于主支撑桁架1与下边梁4连接处，四组滚轮机构9分布在同一圆周上，为天线座架提供方位转动运动，每组滚轮机构9中包含八个滚轮，滚轮配置方式为一分二、二分四和四分八。
[0059]
如图1所示，轨道10为圆环形，轨道轴线与中心塔基轴线相重合，轨道10上部为滚轮机构9，下部与地基相连。
[0060]
主支撑桁架1、侧支撑梁2、径向斜梁3、下边梁4和内斜梁5 中的各组成杆件为矩形截面，也可以是圆形截面，或者是两者的组合形式。
[0061]
本例中的主支撑桁架1中的组成杆件采用了矩形截面和圆形截面的组合形式；侧支撑梁2、径向斜梁3、下边梁4和内斜梁5中的组成杆件采用了矩形截面形式。
[0062]
主支撑桁架1与下边梁4连接处为箱型加强结构。
[0063]
本例中的主支撑桁架1与下边梁4连接处除采用了箱型加强结构外，还配有加强筋板。
[0064]
中心塔基6下部为棱柱形，上部为棱台形，也可以采用下部为圆柱形上部为圆台形的形式。
[0065]
本例中的中心塔基6下部为棱柱形，上部为棱台形。
[0066]
中心塔基6还配有门和窗户。
[0067]
本例中的中心塔基6沿圆周方向均布有四扇门和四扇窗户。
[0068]
中心枢轴7的固定部分和转动部分之间通过轴承连接。
[0069]
本例中的中心枢轴7的固定部分和转动部分之间通过圆柱滚子轴承连接。
[0070]
滚轮机构9中的滚轮与轨道10之间的接触方式为圆弧式，也可以为直线式。
[0071]
本例中的滚轮与轨道10之间的接触方式为圆弧式。
[0072]
轨道10成型方式为分段后焊接成整体圆环，也可以采用分段后拼接形式。
[0073]
本例中的轨道10成型方式为分段后焊接成整体圆环。
[0074]
主支撑桁架1外侧还配有电梯11，电梯11可以为两侧布置，也可以为单侧布置。
[0075]
本例中的电梯11为两部，分别位于主支撑桁架1的左右两侧。
[0076]
以上所述，仅是本发明的最佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构改变，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。