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河南省新一代天气雷达社会化保障思路探索

  中图分类号:TP311 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2016)01(a)-0083-02
  1 河南省新一代天气雷达现状
  河南省现建成新一代天气雷达7部,在建2部,其中已建成的郑州、洛阳为CINRAD/SA型,三门峡、濮阳、驻马店、商丘和南阳为CINRAD/SB型,在建的平顶山、信阳均为CINRAD/SA型。随着河南省新一代天气雷达网的建成,组成了一个实时、高时空分辨率的立体探测系统。
  在已建成的七部雷达中,郑州站2006年9月通过了中国局的现场验收,至今已运行9年,三门峡站2005年11月投入业务使用,至今已运行10年,濮阳站2006年2月投入业务使用,至今已运行9年,驻马店站2007年4月通过了中国局的现场验收,至今已运行8年,南阳站2006年12月通过中国局的现场验收,至今已运行9年,商丘站2007年6月通过中国局的现场验收,至今已运行8年。新一代天气雷达大修年限一般为10至15年,根据运行情况而定,河南省已建成的这些新一代天气雷达已进入了故障多发时期,雷达元器件老化现象较为严重,在雷达出现故障时修复时间较长。
  2 河南省新一代天气雷达的维修现状
  2.1 省级保障部门维护维修职责
  组织河南省新一代天气雷达季、年维护和巡检工作,承担该省雷达系统设备省级故障范围的维修和排除,为雷达站技术保障人员提供技术指导和技术咨询,雷达站3 h内处理不了的故障,必须在12 h内到雷达现场解决问题,负责省级雷达保障仪器仪表工具的管理、维护、保养。负责该省雷达系统运行、维护、故障检修和备件使用情况的统计与上报工作。
  随着省内新一代天气雷达的元器件老化程度的加重,省级保障部门在实际维护维修工作中常常处于四处“救火”的状态,同一电子元器件在不同台站出现故障造成雷达的故障停机。
  2.2 台站级维护维修职责
  承担该站雷达日、周、月维护保养、监控和巡视工作,参与雷达季、年维护和巡检工作,负责雷达系统的台站级故障的诊断,要求做到“可更换单元”,根据技术说明书自行更换与调整。利用随机仪表和雷达站备件,对一些台站级雷达故障进行排除,并及时向省级业务管理和保障部门报告故障。负责雷达系统操作、数据采集、存储、产品生成及传输软件的维护,按要求生成和传输相关产品。负责油机、UPS、配电以及防雷、消防等相关附属设备设施的维护、检查和保养,并做好相关记录备查。负责站级雷达维修测试仪器仪表工具的管理、维护、保养。
  2.3 省内现行的维护维修模式存在的问题
  目前省内新一代天气雷达保障分为三级保障,分别为中国局探测中心、省局保障中心及市局业务保障部门,雷达备件也相应的分为了三级备件。在雷达出现故障无法正常开机时,台站级对故障部位进行初步分析定位,然后告知省保障中心,在有备件的情况下省保障中心会带备件前往台站进行更换工作,如无相应备件或故障需要厂家人员进行协助维修,则联系雷达生产厂家协助解决故障。在此情况下造成了雷达出现故障后及时更换了相应备件,而对故障备件没有进行进一步的维修工作,甚至是整个备件中的一个小元器件出现故障,要求整个更换备件的事情发生,如郑州市雷达站波导加压机因加压机中的连接管出现故障,厂家要求整机进行更换,一部波导加压机厂家售价为五万余元。
  在这种维修模式下造成了“重更换、轻修理”的现象,同时省市两级的保障人员在维修水平上没有得到进一步的提高,仅仅是判断处故障部位之后进行了直接更换工作。如何改变只更换不修理,进一步提高省市两级保障人员的理论及动手能力,进一步提高雷达的业务可用性,也是目前省级保障部门重点调研及期待解决的问题。
  3 探索与高校联合的保障及开发应用模式
  3.1 探索与郑州大学的合作
  为了进一步提高省内保障人员的理论和维修水平,中心试验与省内知名高校联合,依托高校丰富的资源和人才优势,来进一步提高省级保障的维修水平。为什么选择了郑州大学进行合作,郑州大学由原郑州大学、郑州工业大学、河南医科大学于2000年7月10日合并组建而成,是一所涵盖理学、工学、医学、文学、历史学、哲学、法学、经济学、管理学、教育学、农学、艺术学12大学科门类的综合性大学,是河南省唯一的国家“211工程”重点建设高校,是河南省惟一一所入选国家“中西部高校综合实力提升工程”的高校,拥有55个一级学科硕士点,237个二级学科硕士点;21个一级学科博士点,124个二级学科博士点。另有1个专业博士学位点,19种专业硕士学位点,23个博士后科研流动站。
  郑州大学共承担各级各类科研项目9 000多项,其中国家科技攻关、863、973、国家自然科学基金、国家社会科学基金、国家杰出青年基金等国家级项目160余项,教育部留学归国人员基金、教育部科技攻关、河南省重大科技攻关、河南省杰出人才创新基金等省(部)级重点项目400多项,获科研经费近2亿元,产出科研成果8 500余项,其中700多项成果通过国家和省(部)级鉴定,800多项成果获厅(局)级以上科研奖励,589项成果获国家级和省(部)级科研奖励。
  3.2 与郑州大学合作的优势
  郑州大学具有较强的理论基础和相对应的学术研究人员,具有完备的实验室和检验模拟装置,根据中心提出的具体要求,可以解决问题,在解决问题的过程中培养郑州大学自己的研究生,中心的实际问题如果较为复杂需要多学科多院系进行共同分析时,郑州大学可以依托自身的力量进行相关的“会诊”工作,这样不仅解决了中心一些技术问题也有利于郑州大学产研结合培养自身人才。并且与郑州大学的合作中郑大不以利益为首位目标,其非营利性的学术研究机构确定了收费的合理性。   4 中心目前与郑州大学合作的项目简介
  4.1 雷达传动轴系改进
  在新一代CINRAD-SA型气象雷达的技术保障中,机械伺服系统运行的准确性和稳定性也一个重要的环节,其直接影响雷达的方位角和仰角,从而影响到气象目标空间位置和特性测定的准确性。
  郑州市新一代CINRAD-SA型气象雷达在运行过程中,出现了检测装置齿轮传动轴的断裂现象,直接导致雷达无法正常工作。项目“雷达检测装置齿轮传动轴断裂分析与结构优化设计”以齿轮传动轴为研究对象,基于材料力学及断裂力学,通过宏观、微观的深入分析,探讨齿轮传动轴断裂失效的原因。针对产生断裂的原因,基于疲劳强度相关理论及机械优化设计技术提出改进方案,并优化设计齿轮传动轴机械结构。采用有限元分析工具验证改进方案的有效性,通过加工试件及对其重复性试验,验证改进方案的正确性。研究结果对气象雷达机械伺服运动系统的稳定性提供了直接的参考,对保障气象雷达连续运行的可靠性起到具有重要作用。
  中心通过郑州大学机械学院的实验室数据仿真实验,并且结合理论数据,分析了该齿轮传动轴实际工作状况和作用,通过对断裂轴的外观、材料力学性能及断口形貌等的综合分析,并从传动轴的几何形状因素、尺寸效应、加工表面质量、装配误差等方面进行深入探讨,可基本断定传动轴断裂失效的原因是疲劳断裂,其性质为扭转及弯曲疲劳断裂。确定初步机械结构优化方案,采用有限元分析工具(ANSYS Workbench软件)进行验证分析。仿真齿轮传动轴的实际工况,进行传动轴结构优化前后的受力分析(仅受扭矩、仅受弯矩、综合作用3种情况),通过对比,分析了原传动轴的应力集中的主要原因,以及结构改进后的有效性。
  4.2 气象雷达电机冷却监控系统
  雷达电机冷却监控系统包括硬件和软件两部分。硬件系统包括传感器(光纤传感器、温度传感器)、高速计数采集模块、无线数传模块、单片机、RS232串口输入输出、开关电源、外围电路、PC机等构成。软件系统包括:信号采集程序、信号滤波程序、计数、转速计算、串口通讯协议、报警逻辑显示、人机交互界面等。通过硬件与软件系统的有机结合实现雷达电机冷却系统实时监控功能。雷达电机风扇转速监控方式采用光纤探测头及光纤放大器非接触式感应叶片,当风扇转动时,光纤探测头将脉冲信号发送给计数采集模块,系统进行计数并计算转速,当转速低于预先设定阈值时,监控系统给予报警提示。雷达电机温度监控方式采用单片机实时采集温度及数据处理,通过设定温度阈值,监控系统给予报警提示。针对俯仰电机及方位电机的安装结构及运动方式,系统采用无线数据传输方式(GFSK调制)进行通讯,高速计数/频率模块及单片机采集处理后的数据,通过无线数传模块与PC机进行实时无线通讯。基于VB高级语言环境开发系统人机交互界面,界面便于操作、可视化程度高。系统具有测量精确、稳定可靠、安装简单等特点。
  根据郑州大学的设计,可以有效地监控散热风扇的转速,在出现散热风扇因使用寿命无法正常工作的状态时及时更换,防止损伤雷达电机。
  5 结语
  和郑州大学的合作之后,深有感悟的是在实际维修工作中,认真细致将会发现许多原先厂家并未告知的很多细节问题和故障,认真对待每次维修工作,在故障元器件维修更换后对其进行研究而不是换过之后就不管不问。只有自身认真细致地去研究一些常发的故障和一些不起眼的细节问题,那就会在工作中得到很多属于自己的技术特征,而不是一味地依赖于厂家的技术支持。提高省级保障能力和实际动手维修能力,以认真细致的心态对待每一次故障,认真研究一些常发故障,那么作为全省保障重点单位将会发现很多可以改进的维修方法,并且提升实际工作能力。

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