歐定國 馮永具
摘 要: 滅火彈射擊時,為保證車載發(fā)射系統(tǒng)連續(xù)射擊的精度,其底盤必須處于水平狀態(tài)。以PLC為控制器、伺服電機、傳動機構(gòu)為執(zhí)行元件、雙軸傾角傳感器、壓力傳感器作為反饋元件,采用“追逐式”最高點不動調(diào)平方法,設(shè)計了一種適用于滅火彈發(fā)射車自動調(diào)平系統(tǒng).并介紹了該系統(tǒng)組成及原理以及調(diào)平方式.該系統(tǒng)具有調(diào)平速度快,調(diào)平精度高,自鎖性好的特點,有效提高滅火彈發(fā)射車的機動性。
關(guān)鍵詞: 滅火彈發(fā)射車;調(diào)平策略;自動調(diào)平系統(tǒng)
1引言
由于森林火災(zāi)具有擴散速度快得特點,迫切需要發(fā)射車到達現(xiàn)場后,并能快速自動地實現(xiàn)較高精度水平基準(zhǔn)的調(diào)整,提高滅火彈射擊精度,對于水平基準(zhǔn)的調(diào)整,過去往往采用人工手動調(diào)平方式,依靠人眼觀察基準(zhǔn)水泡,由多人反復(fù)操作調(diào)節(jié)各螺桿支腿才能達到水平要求,調(diào)平時間較長、操作難度大,且需要多人配合操作,而且調(diào)平精度受到人為因素干擾較大。近年來,隨著自動調(diào)平技術(shù)的發(fā)展,主要形成了機電調(diào)平系統(tǒng)和電液調(diào)平系統(tǒng)兩大類,電液調(diào)平系統(tǒng)可承載較大的負載,但液壓系統(tǒng)復(fù)雜,難控制,且液壓油易泄漏,維護較難。機電調(diào)平系統(tǒng)的負載適中,易控制,成本相對較低,維護容易。兩類自動調(diào)平系統(tǒng)都可大大縮短了調(diào)平的時間,提高了調(diào)平的精度,操作時只需要啟動電源按下調(diào)平按鈕即可完成調(diào)平,無需人工干涉。鑒于滅火彈發(fā)射車的負載不大,本文主要涉及到機電調(diào)平系統(tǒng)在發(fā)射車中的設(shè)計。
2 車載調(diào)平系統(tǒng)的構(gòu)成
機電式自動調(diào)平系統(tǒng)主要由供電系統(tǒng)、機械支撐傳動系統(tǒng)和平臺測量控制系統(tǒng)組成,如圖1所示。供電系統(tǒng)主要由汽車發(fā)動機、夾心式取力器和軸帶發(fā)電機組成;平臺機械支撐傳動系統(tǒng)主要由支腿、伺服電機、電機驅(qū)動器、傳動機構(gòu)等組成,其中傳動機構(gòu)采用渦輪蝸桿減速裝置,支腿由絲桿、螺母和套筒組成,工作時伺服電機驅(qū)動渦輪渦桿,絲桿與渦輪通過平鍵連接,隨渦輪一起轉(zhuǎn)動,螺母帶動套筒做直線運動,從而完成支腿的支撐和收起的動作。由于渦輪蝸桿減速裝置本身具有自鎖性,因此該傳動具有鎖緊功能;平臺測量控制系統(tǒng)主要由車載電源、壓力傳感器、雙軸傾角傳感器、A/D模塊、PLC控制器以及操控面板等組成,其中雙軸傾角傳感器主要用來判斷是否調(diào)平,安裝在車箱主要平面上,有一定安裝精度要求。壓力傳感器主要用來判斷是否有虛腿。
2.1 調(diào)平方式選擇
根據(jù)不同車輛的質(zhì)量和車輛底盤的剛性,支撐調(diào)平方式有3點支撐調(diào)平、4點支撐調(diào)平、6點支撐調(diào)平、8點支撐調(diào)平等,支撐點越多,調(diào)平技術(shù)越復(fù)雜。一般而言針對1t~4t的車輛,采用4點支撐機電式調(diào)平技術(shù)較好。滅火彈發(fā)射車總重不超過3t,因此采用4點支撐的機電式調(diào)平方法,4個支撐腿構(gòu)成對稱矩形分布形式,具有穩(wěn)定性好、抗傾覆能力強,調(diào)平控制相對容易,支腿與車輛底盤的安裝示意如圖2所示。
2.2 調(diào)平策略設(shè)計
平臺系統(tǒng)的調(diào)平方法,從控制的量上來說,主要有位置高度控制調(diào)平法和角度控制調(diào)平法。兩種調(diào)平方法相比較而言,角度控制調(diào)平方法具有調(diào)平時間長,調(diào)平精度低等缺點,主要應(yīng)用在系統(tǒng)要求不高的場合,目前調(diào)平系統(tǒng)中最常用的是位置高度控制調(diào)平法中的“追逐式”最高點不動調(diào)平方法。該調(diào)平方法可以避免由于車載平臺自重和負載過大,在下降過程中產(chǎn)生較大的慣性力,而使平臺出現(xiàn)劇烈抖動,以致無法調(diào)平的現(xiàn)象。
車載平臺經(jīng)過預(yù)支撐后,一般是不水平的,這樣在有傾角的情況下,車載平臺肯定會有一個最高點,在調(diào)平時保持最高點不動,其他支撐點向上運動與之對齊,當(dāng)各點達到最高點位置時平臺即處于水平狀態(tài)。車載平臺傾斜示意圖見圖3。
平面X0Y0是水平面,XY平面是車載平臺平面,A、 B、C、D是車載平臺的4個支腿的支撐點.α表示車載平臺與水平面在X0軸方向的夾角;β表示車載平臺與水平面在Y0軸方向的夾角。
1) 最高點確定
由圖4及α、β的值,可得出不同情況下平臺最高支腿、最低支腿:
α>0, β>0時,A為最低,C為最高;
α>0,β<0時,D為最低,B為最高;
α<0,β>0時,B為最低,D為最高;
α<0,β<0時, C為最低,A為最高。
2)位置高度差的計算
最高支腿與最低支腿的高度差h也即車載平臺最高支腿與最低支腿水平面坐標(biāo)系上的z軸坐標(biāo)值之差,各支腿在水平面坐標(biāo)系的值需利用坐標(biāo)系間的旋轉(zhuǎn)變換矩陣.由于坐標(biāo)系XYZ是由坐標(biāo)系X0Y0Z0經(jīng)過繞X軸旋轉(zhuǎn)β角度,繞Y軸旋轉(zhuǎn)α角度得到.因此旋轉(zhuǎn)變換矩陣如下
3 調(diào)平系統(tǒng)工作過程
車輛駐車后,啟動夾心式取力器,控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速,使軸帶發(fā)電機發(fā)出電壓穩(wěn)定,啟動調(diào)平控制程序,根據(jù)車輛底盤的傾斜度,即停車位置地面不是水平狀態(tài),當(dāng)車輛傾斜度大于一定角度時(如傾斜度>10°),系統(tǒng)粗調(diào),各支撐腿的動作速度較快;當(dāng)傾斜度小于某個閾值時(如傾斜度<0.5°),系統(tǒng)精調(diào),各支撐腿的動作速度較慢。具體調(diào)平過程如下:
假設(shè)當(dāng)α>0, β>0時,則A為最低,C為最高, (其他支撐腿為最高點的情況相似),根據(jù)雙軸傾斜傳感器的信號,可分別進行X、Y軸方向的調(diào)節(jié)。如先進行X軸調(diào)節(jié),其過程為支撐腿C、D不動,支撐腿A、B同時上升一定位移,即工作系統(tǒng)繞支撐腿C、D為軸線旋轉(zhuǎn),支撐腿A、B同時上升,上升的數(shù)值由控制系統(tǒng)根據(jù)水平傳感器的z軸反饋值決定,直至X軸呈水平狀態(tài)。Y軸調(diào)節(jié)與X軸類似。若車輛底盤的X、Y軸調(diào)節(jié)成水平狀態(tài),則可認為車輛底盤已處于水平狀態(tài),調(diào)平結(jié)束,由于傳動系統(tǒng)采用了渦輪渦桿減速裝置,因此具有自鎖性,可使車輛長時間處于水平狀態(tài)。
4 結(jié)束語
滅火彈發(fā)射車由于負載不大,采用的4點支撐的機電式調(diào)平系統(tǒng),具有體積小,質(zhì)量輕,可靠性高,維修性好等特點,由于傳動系統(tǒng)采用了渦輪渦桿減速裝置,可保持長時間鎖定,調(diào)平策略采用了采用“只升不降”、“追逐式”最高點不動調(diào)平方法,調(diào)平速度快,調(diào)平精度高,采用了通過取力器向軸帶發(fā)電機輸出動力,解決了伺服電機電源驅(qū)動問題,減少了設(shè)備用量。通過采取上述方案有效提高滅火彈發(fā)射車的機動性,為降低森林火災(zāi)的危害贏得了時間。
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