淺談精密導(dǎo)電滑環(huán)在大型回轉(zhuǎn)支撐轉(zhuǎn)動(dòng)天線中的應(yīng)用

王冠中

1　概述

導(dǎo)電滑環(huán)又稱為集電環(huán)、旋轉(zhuǎn)節(jié)、轉(zhuǎn)接器等，是一種能在相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)物體上傳遞能量、控制、通信等信號(hào)裝置，利用滑動(dòng)滑環(huán)與電刷滑動(dòng)接觸實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳遞，是各種精密轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、慣導(dǎo)裝置等設(shè)備關(guān)鍵部件之一，特別是360度無(wú)限制的不停旋轉(zhuǎn)，同時(shí)滿足信號(hào)的傳輸，可廣泛應(yīng)用于航空航天、軍事、設(shè)備自動(dòng)化、大型轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、風(fēng)力發(fā)電等一些設(shè)備上。

我單位大型回轉(zhuǎn)支撐轉(zhuǎn)動(dòng)天線采用的精密導(dǎo)電滑環(huán)部件，是我臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)天線轉(zhuǎn)動(dòng)部分內(nèi)器件的電力供給以及天線控制信號(hào)傳輸?shù)闹袠?，是轉(zhuǎn)動(dòng)天線的三大核心部件之一。該旋轉(zhuǎn)節(jié)性能穩(wěn)定，具有導(dǎo)電率高、接觸電阻小、磁阻高、阻抗匹配好、精度高、噪聲低的特點(diǎn)。

2　導(dǎo)電滑環(huán)的結(jié)構(gòu)原理

精密導(dǎo)電滑環(huán)由滑環(huán)體、電刷、固定支架、軸承及其它輔助元件組成。精密導(dǎo)電滑環(huán)是利用導(dǎo)電環(huán)的滑動(dòng)接觸、靜電耦合或電磁耦合，在固定座架轉(zhuǎn)動(dòng)部件與滾動(dòng)或滑動(dòng)元件之間傳遞電能、控制、通信等信號(hào)的精密傳輸裝置?；h(huán)體通常安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的旋轉(zhuǎn)軸線中心，由旋轉(zhuǎn)裝置部分和固定裝置部分組成。其中，上端旋轉(zhuǎn)裝置部分連接轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的旋轉(zhuǎn)部分，跟隨其轉(zhuǎn)動(dòng)，所以稱為“轉(zhuǎn)子”：固定裝置部分連接轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的底座支撐固定部分，稱為“定子”。導(dǎo)電滑環(huán)整體依靠彈力接觸搭接技術(shù)、良好的滾動(dòng)搭接技術(shù)、精確的選材、嚴(yán)密的密封保護(hù)等級(jí)、巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等，構(gòu)成穩(wěn)定可靠的旋轉(zhuǎn)傳輸系統(tǒng)。通過(guò)滑動(dòng)接觸將信號(hào)傳遞到上方旋轉(zhuǎn)部分，解決無(wú)導(dǎo)電滑環(huán)而產(chǎn)生的線路纏繞等問(wèn)題，同時(shí)又不影響設(shè)備狀態(tài)的檢測(cè)和控制。

3　轉(zhuǎn)動(dòng)天線導(dǎo)電滑環(huán)的主要技術(shù)指標(biāo)

滑環(huán)的主要技術(shù)指標(biāo)有：絕緣性、接觸電阻、動(dòng)態(tài)接觸電阻、保護(hù)等級(jí)、抗瞬斷能力、抗電磁干擾性能、摩擦力矩等。

3.1滑環(huán)的絕緣性

滑環(huán)由許多環(huán)道組成，其絕緣性能要良好，環(huán)間距離過(guò)大會(huì)導(dǎo)致滑環(huán)的總體尺寸太長(zhǎng)，距離過(guò)小會(huì)導(dǎo)致絕緣、耐壓低，一般取1.5～3mm為宜，根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)天線對(duì)滑環(huán)環(huán)道的要求其絕緣電阻要大于100MΩ，耐壓500V而不被擊穿；其抗電強(qiáng)度能夠達(dá)到：功率環(huán)2000MΩ，通信、控制環(huán)500MΩ的要求。

3.2滑環(huán)的接觸電阻

滑動(dòng)環(huán)槽與電刷的接觸要可靠和適度，而且兩個(gè)材料的選材要匹配，當(dāng)設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)表面的線速度是電刷線速度的幾十至上千倍，相對(duì)來(lái)說(shuō)電刷更容易磨損；但當(dāng)電刷材料硬度遠(yuǎn)高于環(huán)槽硬度時(shí)，在環(huán)槽上會(huì)出現(xiàn)同樣的磨損，尤其是在高溫環(huán)境下，更易產(chǎn)生過(guò)度磨損，減少設(shè)備使用壽命，給維護(hù)帶來(lái)不便。

電刷對(duì)環(huán)槽的壓力也影響接觸電阻的大小，但壓力太大，超過(guò)摩擦力矩，接觸部分磨損較大，減少設(shè)備的使用壽命。

滑環(huán)的接觸電阻越大，信息傳輸效果越差，接觸壓降越大，溫度就越高，越容易熔毀滑環(huán)，我臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)天線滑環(huán)由黃銅制成，表面鍍覆多層貴金屬，具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、抗氧化、抗硫化、耐磨性、抗熔焊等性能，設(shè)計(jì)呈“II”型，便于電刷與環(huán)槽對(duì)稱雙接觸，利用電刷的彈性壓力與環(huán)槽滑動(dòng)接觸來(lái)傳遞信號(hào)。轉(zhuǎn)動(dòng)天線滑環(huán)采用的功率環(huán)分別為：11MΩ、35MΩ；控制、通信環(huán)210MΩ的要求。

3.3滑環(huán)的動(dòng)態(tài)接觸電阻

滑環(huán)的表面光潔度、滑環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度、環(huán)道直徑等都會(huì)影響滑環(huán)的動(dòng)態(tài)阻抗，動(dòng)態(tài)接觸電阻越小，設(shè)備運(yùn)行越穩(wěn)定，轉(zhuǎn)動(dòng)天線滑環(huán)采用的功率環(huán)分別為：5MΩ、10MΩ；控制、通信環(huán)15MΩ的要求。

3.4滑環(huán)的保護(hù)等級(jí)

滑環(huán)要求全屏蔽全密封，屏蔽材料選用1J79，滑環(huán)保護(hù)等級(jí)：IP54；其中63A和16A滑環(huán)接地必須內(nèi)部鉚接在定子和轉(zhuǎn)子上確保接地的持續(xù)性。定子和轉(zhuǎn)子的外部需要有50mm²的接地點(diǎn)。為了保證良好的接觸，該點(diǎn)必須是平整的，不能有涂漆和絕緣處理。

3.5滑環(huán)的抗瞬斷能力

瞬斷是表征精密導(dǎo)電滑環(huán)性能的重要指標(biāo)，一般要求順段時(shí)間為小于10ms。

3.6滑環(huán)的抗電磁干擾性能

在我單位的大型轉(zhuǎn)動(dòng)裝置中，精密導(dǎo)電滑環(huán)是處在通過(guò)大電流、高功率、高頻的條件下工作，該裝置本身又是一個(gè)線路密集、空間狹小的密封裝置內(nèi)，因此各個(gè)信號(hào)間存在互感、互容現(xiàn)象，易產(chǎn)生靜電感應(yīng)、磁場(chǎng)感應(yīng)，我臺(tái)設(shè)備線路輸出高頻3MHz-30MHz，功率高達(dá)750kW的能量，采用對(duì)保護(hù)信號(hào)的辦法進(jìn)行保護(hù)，并將干擾源本身加屏蔽以削弱干擾，并將屏蔽線屏蔽層接地。當(dāng)干擾源電壓較高，頻率較高時(shí)，宜采用電磁屏蔽，可用導(dǎo)電材料做屏蔽；轉(zhuǎn)動(dòng)天線滑環(huán)的電噪聲性能，功率環(huán)分別為：10、20（1kHz，uV/mA）；控制、通信環(huán)30（1kHz，uV/mA）的要求。

結(jié)語(yǔ)

與其它精密導(dǎo)電滑環(huán)的相比，轉(zhuǎn)動(dòng)天線的導(dǎo)電滑環(huán)工作在高頻、大功率、高電壓狀態(tài)下，其本身尺寸大，技術(shù)要求高，對(duì)其維護(hù)水平要求較高，所以定期進(jìn)行指標(biāo)測(cè)試是設(shè)備處于良好狀態(tài)的基本保證。

（來(lái)源：中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品）