雙層單點自動調整水平基準平臺的研制

殷劍萍

(南京電表廠，江蘇南京210000)

0 引言

車載水平基準平臺在很多領域有著廣泛的需求和應用，如一些測量儀器需要用高精度水平平臺作基準，一些軍用裝備如兩坐標雷達天線等也需要水平平臺作基準。目前調整車載水平平臺的方法，都是對承載車輛進行整體調平。在車身四角安裝支撐腿，通過對支撐點高度的調整，使平臺達到水平。結構按支撐點分為三點調平、四點調平和六點調平等，結構笨重，調整復雜。這些方法只適用于那些質量在十幾甚至幾十噸的重載裝備，對于質量在幾十至幾百千克重的荷載就顯得不太合適。雙層單點自動調整水平基準平臺，采用了與目前不同的調平支撐結構，其結構輕巧、安裝固定可靠，調平方式簡便，是一種只對車載設備本身進行調平的車載平臺，雙層單點自動調整水平基準平臺的研制，彌補了目前使用的調平方法存在的不足，滿足了輕量化裝備對水平基準平臺的需求。

1 平臺結構的設計

為了滿足水平基準平臺固定安裝于運載車輛上的要求，平臺結構必須輕巧，安裝固定可靠，調平快速、簡便。平臺設計為上下兩層，每層由兩平行軸鉸接支撐固定，由伺服電動機驅動蝸桿絲杠減速升降機升降調平。設計的平臺結構如圖1所示。

圖1 基準平臺結構示意圖

下層平面(B)上的y1軸與y1'軸是平行的二軸，以鉸接方式分別與固定在機座上的支架和升降機(Ⅰ)連接，升降機(Ⅰ)以鉸接方式固定在機座上。上層平面(A)上的x軸與x'是平行的二軸，以鉸接方式分別與固定在下層平板上的支架和升降機(Ⅱ)連接，升降機(Ⅱ)以鉸接方式固定在下層平面上。下層平面在升降機(Ⅰ)的上下運動作用下可繞y1轉動一定的角度。上層平面在升降機(Ⅱ)的上下運動作用下可繞x轉動一定的角度。下層的升降機(Ⅰ)與上層的升降機(Ⅱ)各控制一個方向的傾斜角度，上層平面在x軸方向的傾斜角度，隨著下層平面的調整而調整，上層平面在y軸方向的傾斜角度由升降機(Ⅱ)調整，這樣上層平面就可實現在x軸和y軸兩個方向上傾斜角的調整。上層為承載層，設備安裝于上層。

如圖1所示，結構采用一個固定點和三個鉸接點支撐，其優點在于：鉸接點支撐的層面傾斜角度，隨著升降機的上下運動而變化，升降機自身也隨著層面傾斜角度的變化而改變支撐角度，并且支撐穩定，不會發生支撐不實情況，也不會出現搖擺倒伏、干涉咬死等現象。

根據需要，在每層平面上也可選用兩個升降機安裝在平面的兩個角上來頂推平面，用以分擔平面載荷，升降機傳動配置為串聯組合來實現同步升降，因其調平原理與單個升降機在中間位置頂推平面相同，故在此不作討論。

升降機采用蝸桿絲杠減速機構，電動機驅動蝸桿轉動(也可以手動)，蝸桿帶動蝸輪旋轉，蝸輪帶動絲杠旋轉，絲杠推動活動螺母上下運動。蝸桿絲杠減速機構具有結構緊湊，工作可靠，靜止時自鎖性能好，電動、手動兩用，制造成本低等優點。結構見圖2。

圖2 升降機結構圖

式中：P1——輸入功率(kW);T1——輸入扭矩(Nm);n1——輸入轉速(r/min)。

式中：W——單臺升降機當量載荷(N);L1——絲杠螺距(mm);i——減速比;π——圓周率;η——升降機的綜合效率;T0——空載扭矩(Nm)。

式中：V——升降機活動螺母升降速度mm/min;

確保PCR＞W×SF

式中：PCR——臨界載荷(N);d3——絲杠底徑(mm);fm——支撐系數(兩端支撐fm=105);La——作用點間距離(mm);W——單臺升降機當量載荷(N);SF——安全系數(一般SF=4)。

式中：nc——臨界轉速(r/min);d3——絲杠底徑(mm);fn——長度系數(軸端自由fn=0.36);Lb——支撐間距離(mm);ns——絲杠轉速(r/min);n1——輸入轉速 (r/min);i——減速比;確保：nc＞ns

2 調平原理及方法

已知，兩條相交直線或兩條平行線可確定一個平面，當一個平面上有兩條相交直線是水平的，就能確定該平面是水平平面。因此，只要將一個平面中的兩條相交直線調水平，這個平面就水平了。

雙層單點自動調整水平基準平臺(參見基準平臺結構示意圖)就是據此原理設計的。通過調整一個點(Ⅰ)的高低使得A平面上一條直線(x軸線、x'軸線)達到水平，再調整另一個不同方向的點(Ⅱ)，使得同一平面上的另一條與之垂直相交的直線(y軸線、y'軸線)達到水平，因為A平面上有兩條相交直線達到水平，所以A平面就調整水平了。

為了得知平臺與標準水平面的傾斜角度，采用雙軸液體擺式水平傳感器測量平臺在x軸方向和y軸方向的傾斜角θx和θy，計算機系統將傾斜角與設定誤差角δx、δy進行比較，依據比較結果判斷基準平臺A平面四個角的高低。由控制系統先控制升降機(Ⅰ)的上升或下降來調整B平面在x軸方向的傾斜角度，A平面在x軸方向的傾斜角隨B平面調整，直到使x軸和x'軸達到水平狀態。再控制升降機(Ⅱ)的上升或下降來調整A平面在y方向上的的傾斜角度，直到使y軸和y'軸達到水平狀態。A平面達到水平，至此調平結束。

3 控制系統原理

式中：ρ——電解液的電阻率;Lx——上下電極間形成的液體電阻等效導電距離;Sx——上下電極間形成的液體電阻等效面積。

圖3 雙軸水平傳感器結構圖

當殼體水平時，頂部四個電極浸入在電解液中的深度相同，四個電極與電解液的接觸面積相同，形成的四個電阻值相等，即Rx=R1=R2=R3=R4。當傳感器傾斜時，液面因為重力保持水平，這時，電極浸入在電解液中的深度發生了變化，電極與電解液的接觸面積也發生了變化，即Lx和Sx發生了變化，導致電極與電解液形成的電阻值Rx發生了變化。

將每個軸向的一對電極分別與兩個精密電阻組成一橋路電路，如圖4所示。

圖4 橋路電路示意圖

在公共電極和固定電阻的兩端加上電壓，當傳感器水平時，氣泡在中間位置，Rx=R0電橋平衡，輸出電壓U＇x=0。當傳感器傾斜時Rx發生了變化，此時Rx≠R0，電橋失去平衡，輸出電壓U＇x≠0，輸出電壓的極性與傳感器的傾斜方向有關，大小與傾斜角呈線性關系，dUx＇=Kdθ，式中K為比例常數。據此可以確定平臺的傾斜方向和傾斜多少，經計算機系統的比對判斷，確定升降機的運行方向。

4 結語

在一個平面上將一個傾斜平面調整水平，一般需要在三點上共同調整才能實現。在研制雙層單點自動調整水平基準平臺中，從調平的基本原理入手，簡化了問題的復雜性。將一個平面上兩個方向的傾斜角，分解成兩個層面上分別在x方向和y方向的單一方向傾斜角，通過每層只調整一個點就可以將上層傾斜平面調整至水平，實現在 2min內完成調平，水平精度優于2＇。平臺結構簡單可靠，調平精度高、方法簡便，適用于有較高水平精度要求的車載平臺。

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