ОПОРНО-ПОВОРОТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СПУТНИКОВОЙ АНТЕННЫ Российский патент 1994 года по МПК H01Q3/04 

Изобретение относится к конструкциям опорно-поворотных устройств для наведения направленных приемных антенн спутникового телевидения на спутники, расположенные на геостационарной орбите.

Известно опорно-поворотное устройство для спутниковой антенны, состоящее из колонны, связанной с ней несущей трубы, которая имеет возможность поворота вокруг своей оси и фиксации, поворотного устройства, установленного с возможностью поворота вокруг оси, перпендикулярной оси несущей трубы, и снабженного приводом, ось выходного вала которого расположена в плоскости поворота поворотного устройства, и корректора, предназначенного для крепления и коррекции положения рефлектора антенны в плоскости, проходящей через ось выходного вала поворотного устройства и оптическую ось рефлектора антенны [1] .

Известное устройство не позволяет обеспечить высокую точность совмещения траектории перемещения оптической оси рефлектора антенны с геостационарной орбитой в связи с тем, что оно не содержит средств для тонкой регулировки положения несущей трубы. Таким образом, погрешности монтажа колонны, а также невозможность тонкой регулировки величины поворота несущей трубы относительно колонны вокруг оси несущей трубы не позволяют произвести настройку устройства с достаточно высокой точностью.

Известно опорно-поворотное устройство для спутниковой антенны, содержащее установленные одна в другую с радиальным зазором колонну и нижнюю часть несущей трубы, которая имеет возможность поворота вокруг своей оси и фиксации, поворотное устройство, установленное с возможностью поворота вокруг оси, расположенной перпендикулярно оси несущей трубы, и снабженное приводом, ось выходного вала которого расположена в плоскости поворота поворотного устройства, и корректор, предназначенный для крепления и коррекции положения рефлектора антенны в плоскости, проходящей через ось выходного вала поворотного устройства и оптическую ось рефлектора антенны [2] .

Известное устройство имеет высокую жесткость конструкции, при этом не содержит средств тонкой регулировки положения оси несущей трубы и не позволяет осуществлять тонкую регулировку величины поворота несущей трубы относительно колонны вокруг оси несущей трубы. Указанные обстоятельства не позволяют обеспечить достаточно высокую точность совмещения траектории перемещения оптической оси рефлектора антенны с геостационарной орбитой.

Цель изобретения - создание устройства, которое содержало бы средства для тонкой регулировки углового положения оси несущей трубы и величины угла поворота несущей трубы вокруг своей оси. В технике известны устройства для тонкой регулировки положения оси продолговатого элемента (типа трубы), выполненные в виде трубчатого элемента, охватывающего с зазором регулируемый элемент (трубу) и снабженного шестью винтами, размещенными группами по три винта вдоль оси охватывающего элемента.

Известна также для обеспечения грубой регулировки установка элементов друг относительно друга с возможностью поворота и фиксации, а для тонкой регулировки выполнение на регулируемом элементе шипа, установленного в пазу того элемента конструкции, относительно которого производится тонкая регулировка, и использование для тонкой регулировки винтов. Однако, не известна такая взаимосвязь указанных средств, при которой обеспечивается максимальная жесткость конструкции, что особенно важно для опорно-поворотного устройства, удерживающего антенну в ориентированном положении под ветровой или снежной нагрузкой.

Существенным для решения стоящих проблем является то, что в опорно-поворотном устройстве для спутниковой антенны, содержащем установленные одна в другую с радиальным зазором колонну и нижнюю часть несущей трубы, которая имеет возможность поворота вокруг своей оси и фиксации, поворотное устройство, установленное с возможностью поворота вокруг оси, расположенной перпендикулярно оси несущей трубы, и снабженное приводом, ось выходного вала которого расположена в плоскости поворота поворотного устройства, и корректор, предназначенный для крепления и коррекции углового положения рефлектора антенны в плоскости, проходящей через ось выходного вала поворотного устройства и оптическую ось рефлектора антенны, согласно изобретению верхняя часть колонны снабжена фланцем, в котором выполнен паз, несущая труба также снабжена фланцем, к которому с возможностью поворота относительно оси несущей трубы и фиксации прикреплен диск с шипом, расположенным в пазу фланца колонны и снабженным средством регулирования его положения, выполненным в виде установленных во фланце колонны двух регулировочных винтов, при этом несущая труба расположена внутри колонны и снабжена средством регулирования положения оси несущей трубы, выполненным в виде регулировочных винтов, установленных двумя группами вдоль колонны и содержащих в группе не менее трех равномерно расположенных по окружности винтов.

Признаки, касающиеся расположения несущей трубы внутри колонны с зазором, наличия и расположения групп регулировочных винтов, необходимы для обеспечения тонкой угловой регулировки положения оси несущей трубы в пространстве. При этом необходимым условием является наличие в группе трех регулировочных винтов. Однако, данная функция будет выполняться и в том случае, если винтов в группе будет больше трех, например четыре. Далее необходимо обеспечить поворот несущей трубы вокруг собственной оси на 360^о и возможность тонкой регулировки угла поворота. При использовании зубчатых и иных механизмов для тонкой регулировки традиционно ими связывали два элемента, установленные с возможностью поворота друг относительно друга вокруг оси, принадлежащей обоим элементам. Пользуясь этим правилом, необходимо верхнюю часть несущей трубы установить с возможностью вращения относительно нижней части вокруг оси несущей трубы и связать обе части несущей трубы механизмом тонкой регулировки. При этом не имеет существенного значения конкретное выполнение этого механизма.

Однако, данная схема не позволит решить поставленные проблемы. Конструкция устройства потеряет жесткость и под действием ветровой нагрузки на рефлектор антенна начнет "рыскать".

Использование диска с шипом, входящим в паз фланца колонны, решает проблему тонкой регулировки угла поворота несущей трубы относительно собственной оси, при этом за счет выполнения верхней и нижней частей трубы за одно целое обеспечивается высокая жесткость конструкции устройства.

Установка диска с возможностью поворота относительно оси несущей трубы и фиксации расширяет возможности тонкой регулировки угла поворота несущей трубы вокруг собственной оси и обеспечивает тонкую регулировку в диапазоне 360^о. При этом достигнута высокая жесткость конструкции, так как количество подвижных стыков минимальное и во всех обеспечивается натяг достаточно простыми средствами - регулировочными винтами.

К частным существенным признакам относится установка в кольцевых канавках несущей трубы разрезных колец из твердого материала и обеспечение непопадания прорези под регулировочные винты путем введения в нее подпружиненных штифтов. Частное конструктивное выполнение позволяет повысить точность позиционирования.

На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг. 2 - центральный разрез средней части устройства; на фиг. 3 - разрез А-А по оси 0₁ на фиг. 2; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 5 - разрез В-В на фиг. 2; на фиг. 6 - разрез Г-Г на фиг. 2.

Опорно-поворотное устройство состоит из колонны 1, неподвижно устанавливаемой на земле или какой-либо неподвижной конструкции, несущей трубы 2, поворотного устройства 3 с электроприводом, расположенным внутри устройства 3, и корректора 4, на котором крепится рефлектор 5 антенны.

Колонна 1 выполнена полой. В полости колонны 1 с радиальным зазором установлена несущая труба 2. Труба 2 снабжена фланцем 6 в средней части, в котором выполнены четыре дугообразных паза, расположенных по окружности концентричной оси несущей трубы 2. К нижней части фланца 6 посредством винтов 7, пропущенных сквозь дугообразные пазы, крепится диск 8 с шипом 9. В диске 8 выполнены резьбовые отверстия под винты 7. Указанные отверстия равномерно расположены по окружности, причем их количество в два или более раз превышает количество дугообразных пазов и достаточно для обеспечения крепления диска 8 на фланце 6 в любом их относительном угловом положении за счет возможности перемещения диска 8 относительно фланца 6 в пределах величины угла дуги углового паза и за пределами этого угла за счет переустановки винтов 7 в другие резьбовые отверстия диска 8.

На части несущей трубы 2, расположенной в полости колонны 1, выполнены две кольцевые канавки, в которых установлены разрезные кольца 10 и 11 из твердого материала. На колонне имеются два фланца 12 и 13. В верхнем фланце 12 радиально установлены три регулировочных винта 14, а в нижнем фланце 13 - три регулировочных винта 15. Указанные группы винтов образуют средство регулирования углового положения оси несущей трубы. Кроме того, во фланцах 12 и 13 установлены радиально штифты 16 и 17, входящие в прорези разрезных колец 10 и 11, и поджатые пружинами 18 и 19 к доньям кольцевых канавок несущей трубы 2. Пружины 18 и 19 заперты заглушками 20 и 21.

В верхнем фланце 12 колонны 1 выполнен паз, в котором с зазором установлен шип 9, взаимодействующий с двумя аппозитно и тангенциально установленными регулировочными винтами 22, образующими средство регулирования положения шипа в пазу.

На верхнем конце несущей трубы 2 закреплен кронштейн 23, в боковых стенках которого выполнены отверстия, имеющие общую ось, которая перпендикулярна оси несущей трубы, для установки вала 24. На валу 24 посредством башмаков 25 неподвижно закреплен корпус 26 поворотного устройства 3, в котором размещен электропривод поворота рефлектора 5 антенны вместе с корректором 4, закрепленным на выходном валу 27 электропривода посредством неподвижной части 28 корректора 4. Корректор 4 предназначен для поворота рефлектора 5 антенны в плоскости, проходящей через ось выходного вала 27 и оптическую ось рефлектора 5 антенны, в пределах угла 5^о. Корректор 4 содержит также подвижную часть 29, связанную с неподвижной частью 28 посредством плоских пружин 30 и регулировочных винтов 31 и 32, установленных в подвижной 29 и неподвижной 28 частях корректора 4. К подвижной части 29 корректора 4 при помощи крестовины 33 крепится рефлектор 5 антенны.

К валу 24 прикреплен рычаг 34, расположенный внутри несущей трубы 2, конец которого установлен между двумя регулировочными винтами 35, расположенными во фланце 6 несущей трубы 2. Рычаг 34 прикреплен к валу 24 с помощью клеммового соединения, стянутого винтом 36, при ослаблении затяжки которого вал 24 может быть повернут относительно рычага 34. Рычаг 34 с винтами 35 и вал 24, с которым он связан клеммовым соединением, образуют средство настройки угла поворота поворотного устройства вокруг оси, перпендикулярной оси несущей трубы.

В несущей трубе 2 выполнено отверстие для размещения головки винта 36 (или рабочей части инструмента для вращения этого винта). На валу 24 коаксиально выполнено отверстие для базирования приспособления предварительной ориентации.

Возможен вариант выполнения устройства без разрезных колец 10 и 11. Однако, при этом возможны большие погрешности ориентации несущей трубы 2 в связи с тем, что винты 14 и 15 при затяжке оставляют вмятины на поверхности несущей трубы, выполненной из мягкого материала (выполнение несущей трубы полностью или частично из твердого материала является трудоемким).

В дальнейшем для обеспечения возможности поворота несущей трубы 2 вокруг своей оси потребуется вывинтить винты 14 и 15 до выхода их нажимных поверхностей из образовавшихся от вмятин лунок, что может привести к нарушению ориентации оси несущей трубы 2.

Кроме того, в процессе ориентации оси несущей трубы 2 образовавшиеся вмятины могут внести погрешность в ориентацию, так как место контакта нажимных поверхностей винтов 14 и 15 и трубы 2 в процессе ориентации смещается от центра образовавшихся лунок.

Указанные обстоятельства обусловлены тем, что в процессе регулировки происходит изменение положения центра поперечного сечения трубы 2, расположенного в плоскости, проходящей через оси винтов 14 или 15. В связи с этим изменяются относительные угловые положения контактных поверхностей винтов 14 и 15.

В представленном варианте устройства в общем случае диск 8 опирается одной точкой на верхний фланец 12 колонны 1. Теоретически данное обстоятельство должно привести к увеличению погрешности ориентации рефлектора 5 антенны. Практически же оказалось, что вследствие высокой жесткости конструкции устройства в целом порядок этих погрешностей достаточно мал, так что ими можно пренебречь. В то же время необходимо отметить, что негативное влияние точечного контакта может быть уменьшено за счет смещения его ближе к оси несущей трубы 2, например, путем выполнения кольцевого выступа на диске 8 или верхнем фланце 12, прилегающего к внутренней поверхности одного из них. Указанное негативное влияние может быть исключено за счет размещения между диском 8 и фланцем 12 шайбы с плоским и сферическим торцами, при этом на диске 8 или фланце 12, контактирующем со сферическим торцем шайбы, выполняется ответная сферическая поверхность или фаска, причем взаимодействие диска 8 в фланцем 12 осуществляется через указанную шайбу.

Монтаж и работа опорно-поворотного устройства осуществляется следующим образом.

Колонну 1 закрепляют на неподвижной части конструкции или на земле, грубо ориентируя ее в вертикальном положении. Отклонение от вертикального положения не должно превышать 2,5^о. При этом ось вала 24 также может иметь отклонение от горизонтального положения в пределах 2,5^о. Вал 24 материализует ось 0₁ ориентации по азимуту. Эта ось должна быть ориентирована строго горизонтально и повернута в горизонтальной плоскости на угол ориентации по азимуту.

Ориентация оси осуществляется следующим образом.

В отверстие вала 24 вставляют и базируют в нем приспособление предварительной ориентации. Затем посредством винтов 14 и 15 поворачивают несущую трубу 2 во взаимно перпендикулярных вертикальных плоскостях, контролируя при этом с помощью приспособления предварительной ориентации отклонение оси от горизонтального положения. По достижении осью 0₁ горизонтального положения регулировку винтами 14 и 15 прекращают. При этом винты должны быть затянуты несильно, чтобы возможно было повернуть несущую трубу 2 вокруг вертикальной оси. После этого ориентируют ось 0₁ по азимуту.

Указанная ориентация осуществляется следующим образом.

Вывинчивают винты 7 полностью и поворачивают несущую трубу 2 вокруг вертикальной оси, контролируя прибором предварительной ориентации угловое положение оси 0₁ (грубая настройка). При этом через дуговые пазы должны быть видны резьбовые отверстия диска 8. Затем вставляют винты 7 и затягивают их, присоединяя неподвижно диск 8 к фланцу 6. После этого с помощью винтов 22 и шипа 9 осуществляют тонкую регулировку, поворачивая несущую трубу 2 вместе с диском 8 за шип 9 вокруг вертикальной оси и контролируя положение оси 0₁ по азимуту с помощью прибора предварительной ориентации. По достижении требуемого положения оси 0₁ по азимуту винты 22 затягивают, стараясь не сбить настройку. При выполнении операции, обеспечивающей ориентацию оси 0₁ по азимуту, и вращение несущей трубы 2 относительно колонны разрезные кольца 10 и 11 удерживаются от вращения (для исключения попадания винтов 14 и 15 в прорези колец) посредством подпружиненных штифтов, упирающихся в несущую трубу 2 и убирающихся или выдвигающихся по мере приближения или удаления контактирующих с ними поверхностей несущей трубы 2 от заглушек 20 и 21. После ориентации оси 0₁ по азимуту осуществляют затяжку винтов 14 и 15 для повышения жесткости стыков.

Следующей операцией ориентации является ориентация полярной оси 0₂, совпадающей с осью выходного вала 27 электропривода, по ширине местности. Для этого с помощью прибора предварительной ориентации определяют угол, на который необходимо повернуть вал 24, ослабляют зажим клеммового соединения винтом 36 и поворачивают вал 24 вместе с поворотным устройством на указанный выше угол (грубая регулировка) вокруг оси 0₁. Затем затягивают клеммовое соединение винтом 36, обеспечивая неподвижное соединение рычага 34 с валом 24, и поворачивают рычаг 34 регулировочными винтами 35 (тонкая регулировка), контролируя угловое положение вала 24 прибором предварительной ориентации. По достижении требуемого углового положения, рычаг 34 фиксируют регулировочными винтами 35 путем их затяжки.

Следующим этапом ориентации является ориентация оптической оси рефлектора корректором 4. Осуществляется ориентация следующим образом.

Определяют углом коррекции для данного положения на местности и посредством винтов 31 и 32 поворачивают подвижную часть 29 корректора 4 в плоскости, проходящей через оптическую ось рефлектора 5 антенны и полярную ось 0₂, на упругом шарнире, образованном плоскими пружинами 30. По достижении требуемого угла поворота подвижной части 29 корректора 4 вместе с рефлектором 5 антенны относительно неподвижной части 28 корректора 4 регулировочными винтами 31 и 32 фиксируют положение подвижной части 29 корректора 4 путем затяжки регулировочных винтов 31 и 32.

В результате осуществления описанных выше операций опорно-поворотное устройство готово к работе.

Работает устройство следующим образом.

По команде с пульта управления электроприводом поворачивают выходной вал 27, а вместе с ним и закрепленный на нем корректор 4 с рефлектором 5 антенны на требуемый угол. В результате этого оптическая ось рефлектора 5 антенны поворачивается, описывая дугу окружности, и останавливается в положении, при котором она оказывается направленной на один из спутников. (56) 1. Патент ФРГ N 3704345, кл. Н 01 Q 3/08, опублик. 1989.

2. Патент США N 4652890, кл. Н 01 Q 3/04, опублик. 1987.

Использование: опорно-поворотные устройства для спутниковых антенн. Сущность изобретения: устройство содержит колонну, несущую трубу, поворотное устройство, корректор. Верхняя часть колонны снабжена фланцем, в котором выполнен паз. Несущая труба также снабжена фланцем, к которому с возможностью поворота и фиксации прикреплен диск с шипом. Шип расположен в пазу фланца колонны и снабжен средством регулирования его положения. Несущая труба расположена внутри колонны и снабжена средством регулирования положения оси несущей трубы в виде двух групп радиально расположенных регулировочных винтов. Описан вариант конструкции, в которой на несущей трубе выполнены кольцевые канавки, расположенные на уровне регулировочных винтов, с установленными в них разрезными кольцами. Изобретение позволяет уменьшить погрешность позиционирования антенны. 1 з. п. ф-лы, 6 ил.

1. ОПОРНО-ПОВОРОТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СПУТНИКОВОЙ АНТЕННЫ, содержащее установленные одна в другую с радиальным зазором колонну и несущую трубу, которая имеет возможность поворота вокруг своей оси и фиксации, поворотное устройство, установленное с возможностью поворота на угломестной оси, расположенной на несущей трубе перпендикулярно ее оси, полярную ось, установленную на поворотном устройстве перпендикулярно оси угла места, и механизм ее вращения, корректор, предназначенный для крепления и коррекции углового положения антенны в плоскости, проходящей через полярную ось и оптическую ось рефлектора антенны, отличающееся тем, что верхняя часть колонны снабжена фланцем, в котором выполнен паз, несущая труба также снабжена фланцем, к которому с возможностью поворота относительно оси несущей трубы и фиксации прикреплен диск с шипом, расположенным в пазу фланца колонны и снабженным средством регулирования его положения, выполненным в виде установленных во фланце колонны двух регулировочных винтов, при этом несущая труба расположена внутри колонны и снабжена средством регулирования положения оси несущей трубы, выполненным в виде регулировочных винтов, установленных двумя группами вдоль колонны и содержащих в группе не менее трех равномерно расположенных по окружности винтов. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в несущей трубе выполнены кольцевые канавки, в которые установлены разрезные пружины кольца из твердого материала, взаимодействующие наружной поверхностью каждое со своей группой винтов средства регулирования положения оси несущей трубы, при этом в колонне установлены подпружиненные штифты, входящие в прорези разрезных колец для удержания их от поворота относительно колонны.