Analyse und Verbesserung des Wasserleckfehlers eines Bodenradar-Wasserscharniers. Wissen über Scharniere

Zusammenfassung: Dieser Artikel bietet eine detaillierte Analyse des Leckageproblems in einem Wasserscharnier eines Bodenradars. Es identifiziert den Ort der Störung, ermittelt die Hauptursache der Störung und schlägt Verbesserungsmaßnahmen vor. Die Wirksamkeit dieser Maßnahmen wird dann durch mechanische Simulationsanalysen und Tests überprüft.

Da sich Radartechnologiesysteme ständig weiterentwickeln, steigt der Bedarf an Radarübertragungsleistung, insbesondere mit der Entwicklung hin zu größeren Arrays und Big Data. Herkömmliche Luftkühlungsmethoden reichen nicht mehr aus, um den Kühlbedarf dieser größeren Radargeräte zu decken. Die Kühlung der Radarfront ist unerlässlich, auch wenn moderne Bodenradare von der mechanischen Abtastung zur Phasenabtastung übergehen. Allerdings ist weiterhin eine mechanische Azimutdrehung erforderlich. Diese Rotation und die Übertragung des Kühlmittels zwischen Oberflächengeräten wird durch Flüssigkeitsdrehgelenke, auch Wasserscharniere genannt, erreicht. Die Leistung des Wasserscharniers wirkt sich direkt auf die Gesamtleistung des Radarkühlsystems aus, weshalb es von entscheidender Bedeutung ist, die Zuverlässigkeit und Langlebigkeit des Wasserscharniers sicherzustellen.

Fehlerbeschreibung: Der Leckagefehler im Radarwasserscharnier ist durch einen Anstieg der Leckagerate mit längerer kontinuierlicher Rotationszeit der Antenne gekennzeichnet. Die maximale Leckrate beträgt 150 ml/h. Darüber hinaus variiert die Leckagerate erheblich, wenn die Antenne an verschiedenen Azimutpositionen stoppt, wobei die höchste Leckagerate in der Richtung parallel zur Fahrzeugkarosserie beobachtet wird (ca. 150 ml/h) und die niedrigste in der Richtung senkrecht zur Fahrzeugkarosserie (ca. 10 ml). /H).

Fehlerort und Ursachenanalyse: Um den Ort des Leckagefehlers zu bestimmen, wird eine Fehlerbaumanalyse durchgeführt, die die innere Struktur des Wasserscharniers berücksichtigt. Die Analyse schließt aufgrund von Drucktests vor der Installation bestimmte Möglichkeiten aus. Es wird festgestellt, dass der Fehler in der dynamischen Dichtung 1 liegt, die durch ein Verbindungsproblem zwischen dem Wasserscharnier und dem Sammelring während des Montagevorgangs verursacht wird. Der Verschleiß des gezahnten Schleifrings übersteigt die Kompensationsfähigkeit des O-Rings, was zu dynamischem Dichtungsversagen und Flüssigkeitsleckage führt.

Mechanismusanalyse: Tatsächliche Messungen zeigen, dass das Startdrehmoment des Schleifrings 100 N·m beträgt. Ein Finite-Elemente-Modell wird erstellt, um das Verhalten des Wasserscharniers unter idealen Bedingungen und unausgeglichenen Belastungen, die durch das Drehmoment und den Gierwinkel des Schleifrings verursacht werden, zu simulieren. Die Analyse zeigt, dass die Durchbiegung der Innenwelle, insbesondere im oberen Bereich, zu Schwankungen der Kompressionsrate zwischen den dynamischen Dichtungen führt. Die dynamische Dichtung 1 erfährt aufgrund der exzentrischen Belastung, die durch die Verbindung zwischen dem Wasserscharnier und dem Umlenkring verursacht wird, den größten Verschleiß und die größte Leckage.

Verbesserungsmaßnahmen: Basierend auf den identifizierten Fehlerursachen werden die folgenden Verbesserungen vorgeschlagen. Erstens wird die strukturelle Form des Wasserscharniers von einer radialen Anordnung zu einer axialen Anordnung geändert, wodurch seine axialen Abmessungen reduziert werden, während die ursprüngliche Form und Schnittstellen unverändert bleiben. Zweitens wird die Abstützung der Innen- und Außenringe des Wasserscharniers durch den Einsatz von Schräglagern mit paarweiser Verteilung an beiden Enden verbessert. Dies verbessert die Anti-Schwankungsfähigkeit des Wasserscharniers.

Mechanische Simulationsanalyse: Ein neues Finite-Elemente-Modell wird erstellt, um das Verhalten des verbesserten Wasserscharniers, einschließlich der neu hinzugefügten Exzentrizitätseliminierungsvorrichtung, zu analysieren. Die Analyse bestätigt, dass die Hinzufügung der Exzentrizitätseliminierungsvorrichtung die durch die Verbindung zwischen dem Umlenkring und dem Wasserscharnier verursachte Durchbiegung effektiv eliminiert. Dadurch wird sichergestellt, dass der Innenschaft des Wasserscharniers nicht mehr durch exzentrische Belastungen beeinträchtigt wird, was die Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Wasserscharniers verbessert.

Verifizierungsergebnisse: Das verbesserte Wasserscharnier durchläuft eigenständige Leistungstests, Drucktests nach integrierter Rotationskombination mit dem Umlenkring, Installationstests für die gesamte Maschine und umfangreiche Feldtests. Nach 96 Stunden Kopiertests und einem Jahr Debugging-Tests vor Ort zeigt das verbesserte Wasserscharnier eine hervorragende Leistung ohne Ausfälle.

Durch die Implementierung struktureller Verbesserungen und das Hinzufügen einer Vorrichtung zur Beseitigung der Exzentrizität wird das Problem der Durchbiegung zwischen dem Wasserscharnier und dem Sammelring effektiv kontrolliert. Dies gewährleistet die Langlebigkeit und Zuverlässigkeit des Wasserscharniers und verringert das Risiko von Undichtigkeiten. Die mechanische Simulationsanalyse und Testverifizierung bestätigen die Wirksamkeit dieser Verbesserungen.