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(中国电子科技集团公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088)

0 引言

雷达是现代军事战争中的重要电子设备，其任务是探测、发现和跟踪敌方目标[1]。绝大多数雷达工作过程中，其阵面转动设备与地面固定设备之间需要实现电源和信号的转动传输，一般通过采用汇流环完成。电缆转绕装置作为一种新型的转动传输装置，与汇流环相比具有结构简单、拆装方便、性价比高等优点，可用于某些非连续旋转的场合[2]。

关于电缆转绕装置方面，文献[3]介绍了拖链在国外供电技术上的一些应用。文献[4]论述了某雷达电缆转绕装置的结构设计，并对其中电缆温度变化进行了测试分析，但是该雷达电缆转绕装置主要用于天线阵面的俯仰方向转动，转动角度范围不大(±90°)，实现相对容易；当转动方向改变或转动角度范围变大时，电缆转绕装置的设计难度增大。

在此，针对某大型雷达电缆转绕装置在方位转动调试过程中出现的故障进行原因分析，并开展电缆转绕装置的改进方案设计，提出相应的改进措施，最后通过相关试验对改进方案进行实际验证。

1 故障描述

某大型相控阵雷达要求方位转动角度为±185°，传输功率达到4 MW。由于其并非连续旋转，且传输功率特别高，若采用汇流环来实现阵面转动设备和地面固定设备之间的电源和信号传输[5]，不仅设计制造过程复杂，而且后期维护成本高，因此综合考虑采用电缆转绕装置方案。电缆转绕装置结构如图1所示，其主要由中心筒、外筒、拖链、电缆以及内、外转接板等组成。

图1 电缆转绕装置结构示意

前期在进行电缆转绕装置调试时发现，由于存在拖链选型和设计安装等问题，拖链在运行过程中出现故障，接头附近链节发生变形，拖链内部的电源电缆出现破损，最终影响方位转动角度的指标要求和系统安全性。具体表现为：前期的电缆转绕装置在转动调试过程中发生故障，金属拖链出现运行困难、轨道偏离现象；拖链接头部位与中心轴之间连接脱离，产生严重弯曲变形，如图2所示。

图2 拖链变形及电缆破损

由于拖链产生变形，导致穿入的部分电源电缆表皮发生严重破损，存在漏电风险，影响整个雷达系统的安全性；由于电缆转绕装置发生故障，导致雷达方位转台无法按照技术要求实现相应的方位转动，从而影响系统的继续使用。

2 原因分析

针对以上问题故障进行原因分析，总体归纳为以下几点。

a.原电缆转绕装置方案中采用的金属拖链，其自身重量大，而拖链底部的滚轮尺寸较小；此外，由于缺乏定期润滑维护，拖链链节之间转动不灵活，导致拖链运行不畅。

b.原方案中的拖链支撑板用于实现电缆的分隔排布，其材料为金属铝板。当电缆转绕装置发生故障后，支撑板由于弯曲变形造成电缆表皮破损，存在较大的安全隐患。

c.原方案中拖链两端的接头与中心轴、外筒连接部位仅有上、下2组紧固连接，连接强度不足。当拖链运行时，由于连接部位受剪切力的作用导致接头与中心轴、外筒脱离并产生变形。

d.由于原电缆转绕装置设计时未考虑保形措施，拖链在运行时轨迹发生偏离，具体表现为：随着转台的转动，与中心筒接触的一段向外拱起，而与外筒接触的一段向内侧偏移，这2部分链节最终发生接触，造成拖链运行受阻，发生卡死。

3 方案改进设计

基于上述分析情况，开展电缆转绕装置的改进方案设计，主要的改进措施如下。

a.更换拖链。采用工程塑料拖链，与金属拖链相比，其优点是重量较轻，安装灵活，非金属材料的绝缘安全性好，不会因电缆表皮破损导致系统带电。2种拖链实物对比如图3所示。

图4 拖链截面电缆排布

b.安装分隔片。由于电缆数量比较多，排布比较密集，因此在拖链截面安装多层分隔片，以保证电缆在拖链内部能够分层均匀排布，如图4所示。同时，由于分隔片为非金属材质，绝缘性能好，且不会划伤电缆，保证了拖链在运行过程中的系统安全性。

c.加强紧固连接。鉴于原方案中拖链紧固连接强度不足的问题，改进方案中在拖链两端的接头处各增加1组紧固连接，以保证连接更加牢固可靠。

d.内、外挡环设计。改进方案中，内、外挡环的作用是为了解决拖链在运行时的轨道偏离问题，保证拖链沿预定轨迹运行。内、外挡环均采用聚四氟乙烯材料，其耐磨性好，与塑料拖链接触摩擦系数小，可有效减少磨损，保证拖链正常使用。内、外挡环安装如图5所示。

图5 内、外挡环安装示意

4 试验验证

4.1 方位转动试验

搭建试验平台，开展电缆转绕装置的方位转动试验。试验时，外筒固定，内筒沿中心轴转动。试验结果表明：改进后的电缆转绕装置转动过程平稳，转动状态良好，拖链运行轨迹正常，方位转动角度能够满足技术要求。新电缆转绕装置转动过程中在-185°，0°和+185°方位角度时的位置如图6所示。

图6 方位转动角度位置示意

4.2 电流加载试验

为了验证拖链内所用的电源电缆的电流承载能力，进行大电流加载试验[6]，如图7所示。

图7 模拟加载试验设备

模拟加载试验设备型号为HCT-50KVA/5000A，该模拟加载试验设备是基于电磁感应原理进行，主要由试验控制台、电气控制柜、开启式穿心加热变压器、感应变压器、电流互感器等组成。

本次试验用的电缆为CF310.UL.1500.01电源电缆，其主要性能参数如表1所示。

表1 电源电缆主要性能参数

由于现场电源电缆正常工作时通过的电流在250 A左右，考虑到因电压波动带来的影响，加载电流分别选取250 A，300 A和350 A进行试验。采用钳形电流表对电源电缆通过的电流进行检测，如图8所示。

图8 电缆通过电流测试

试验结果表明：测得电源电缆的通过电流与系统的加载电流数值基本一致(±5%内)，电缆无明显异常发热现象，证明该电源电缆的电流承载能力满足设计要求。

4.3 现场性能测试

为了进一步验证电缆转绕装置改进方案的实际效果，将电缆转绕装置装入雷达方位转台内部，进行现场性能测试。现场安装完成的电缆转绕装置如图9所示。

图9 安装完成的电缆转绕装置

对现场因故障发生破损的电源电缆进行全部更换，待完成所有电源电缆连接后，进行雷达系统通电开机测试。测试结果显示雷达系统开机正常，所有通电设备无异常故障发生。证明电源电缆连接无问题，且载流能力满足雷达使用要求。

随后对雷达方位转台进行了多次正、反向转动试验，转动角速度按要求设定为0.2 (°)/s。转动过程中，对电缆转绕装置的运行状态和转动角度范围等进行了测试。测试结果表明：在转动过程中电缆转绕装置运行状态良好，无运行不畅、轨道偏离等异常现象，且正、反向最大转动角度均满足雷达指标要求。

5 结束语

针对某大型雷达方位转台系统前期调试过程中出现的电缆转绕装置故障，提出了改进方案设计，并进行了相关的性能试验以及现场试验验证。试验结果表明，改进的电缆转绕装置运行状态良好，转动角度及电缆载流能力均满足雷达技术指标要求，证明此改进方案合理可行，可为今后电缆转绕装置在其他类似产品的结构设计及推广应用提供有益的参考依据。