車載機(jī)械自動(dòng)調(diào)平機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李浩東

摘 要：車載自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)是高精度車載工作平臺的重要組成部分，它既實(shí)現(xiàn)了高精度工作平臺的水平精度，又縮短了系統(tǒng)的調(diào)平時(shí)間。本文介紹了車載自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)的組成及功能、工作原理、優(yōu)勢及技術(shù)特點(diǎn)、現(xiàn)實(shí)意義及市場前景。文中研制了可使戰(zhàn)車高炮系統(tǒng)到達(dá)各種凹凸路面地點(diǎn)后底盤快速精確達(dá)到水平的調(diào)平系統(tǒng)，使戰(zhàn)車高炮系統(tǒng)迅速轉(zhuǎn)換為作戰(zhàn)狀態(tài)或者常規(guī)狀態(tài)，確保發(fā)出精確的炮彈角度，提高系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)性。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)調(diào)平；控制系統(tǒng)；PLC；調(diào)平系統(tǒng)

0 引言

隨著國內(nèi)外軍事形勢和國防技術(shù)的發(fā)展，越來越多的軍用設(shè)備需要根據(jù)任務(wù)需求隨時(shí)變更工作地點(diǎn)。對于裝備各種重型武器的戰(zhàn)車，必須保證在各種惡劣的地理環(huán)境下完成精確打擊，并且保證這些軍用設(shè)備的機(jī)動(dòng)性能。為了確保坦克火炮的連續(xù)射擊精度，采用軍用卡車底盤高射炮系統(tǒng)。戰(zhàn)場地形不均勻，如果僅僅使用輪胎支撐，水平誤差將直接影響射擊精度，彈性效果也會影響連續(xù)射擊的穩(wěn)定性。因而火炮射擊時(shí)，其底盤必須處于水平狀態(tài)。當(dāng)卡車到達(dá)指定地點(diǎn)后，利用調(diào)平系統(tǒng)迅速將底盤調(diào)至水平狀態(tài)，這樣設(shè)備才能快速進(jìn)入工作，工作完成后也能迅速轉(zhuǎn)移。此舉既保證了設(shè)備的正常工作，又大大提高了設(shè)備的機(jī)動(dòng)性。

1.調(diào)平系統(tǒng)組成及功能

調(diào)平系統(tǒng)具備以下功能：平臺全升、全降，撐腿落地自動(dòng)檢測，撐腿行程自動(dòng)反饋，撐腿過行程和過載保護(hù)，水平監(jiān)測，自動(dòng)調(diào)平，撐腿自動(dòng)鎖定、解鎖，本控、遙控等。調(diào)平系統(tǒng)由4套水平展開機(jī)構(gòu)、4套撐腿、1套雙軸水平檢測器、1套溫控裝置、1套控制箱、1套車外操作盒、電纜組等組成。撐腿有電液式和機(jī)電式；控制箱由PLC控制器、低壓電源、操作員面板、中間繼電器和保護(hù)設(shè)備等組成。各部分作用如下

1）水平展開機(jī)構(gòu)：實(shí)現(xiàn)撐腿水平展開和收回。

2）撐腿：車載自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

3）可編程控制器PLC：車載自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)的控制核心。控制命令通過PLC發(fā)出，同時(shí)采集反饋信號，使各個(gè)物理量構(gòu)成一個(gè)個(gè)相對獨(dú)立的閉環(huán)控制系統(tǒng)。

4）水平傳感器：自動(dòng)測量工作平臺與水平面的夾角（X軸/Y軸）。

5）撐腿到位檢測和報(bào)警裝置：實(shí)現(xiàn)撐腿到位情況檢測和報(bào)警。

6）車外操作裝置：實(shí)現(xiàn)車內(nèi)外操作。

7）操作員面板：人機(jī)交流界面。用于輸入控制命令，顯示系統(tǒng)狀態(tài)及傾角信息。

8）低壓電源：用于系統(tǒng)各部分低壓供電。

2.調(diào)平系統(tǒng)工作原理

調(diào)平系統(tǒng)由雙軸水平傳感器實(shí)時(shí)檢測工作平臺與水平面的傾角信息，通過電纜傳送給可編程控制器PLC。當(dāng)檢測到工作平臺與水平面的傾角超出工作要求時(shí)，可編程控制器PLC根據(jù)自動(dòng)調(diào)平算法，采用模糊控制理論，指令控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)撐腿做相應(yīng)運(yùn)動(dòng)，自動(dòng)調(diào)整工作平臺與水平面平行，滿足工作平臺的水平精度要求。當(dāng)工作平臺與水平面的水平精度達(dá)到設(shè)定要求時(shí)，可編程控制器PLC指令控制系統(tǒng)停止撐腿運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)平。

3.調(diào)平系統(tǒng)的優(yōu)勢及技術(shù)特點(diǎn)

1）實(shí)時(shí)檢測，避免人為誤判。水平傳感器對高精度水平要求的工作平臺與水平

面的夾角實(shí)時(shí)檢測，只要角度發(fā)生變化，系統(tǒng)可及時(shí)判斷是否需要調(diào)平，確

保平臺的高精度水平。

2）自動(dòng)調(diào)平，避免人為誤動(dòng)。當(dāng)可編程控制器PLC發(fā)現(xiàn)工作平臺的傾角超出要

求時(shí)，根據(jù)調(diào)平算法，指令控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，根據(jù)調(diào)平算法進(jìn)行自動(dòng)

調(diào)平。

3）雙重自保，安全性高。采用人工手動(dòng)急停和程序自判急停雙重保護(hù)，當(dāng)出現(xiàn)

誤動(dòng)，傾角越來越大，可能導(dǎo)致車體傾覆時(shí)，既可人工手動(dòng)急停；又可通過

PLC判斷傾角不斷變大或超過設(shè)定值時(shí)自動(dòng)停機(jī)。

4）剛性鎖定，可靠性高。由于采用雙向超越離合器，只有主動(dòng)軸才能驅(qū)動(dòng)從動(dòng)軸，故外力不能驅(qū)動(dòng)撐腿，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的剛性鎖定，確保系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)平后精度可靠。

5）雙速調(diào)平，高精高效。由于控制程序采用大傾角時(shí)高速調(diào)平，傾角小于設(shè)定值時(shí)低速精確調(diào)平，既保證了調(diào)平精度，又縮短了調(diào)平時(shí)間。

調(diào)平系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)檢測、自動(dòng)調(diào)平、雙重自保、剛性鎖定、雙速調(diào)平等功能，因而處于國內(nèi)同類產(chǎn)品的領(lǐng)先水平。

4.調(diào)平系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

西門子SIMATIC S7-200系列PLC主要包含一個(gè)中央處理器單元（CPU226），數(shù)字輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、模擬量輸入模塊。是擁有高速和中等規(guī)模I/O配置的中央處理單元（CPU226），可用于中等規(guī)模和中等程序指令執(zhí)行速度的程序安裝；32點(diǎn)輸入的數(shù)字輸入模塊運(yùn)用光耦合器來與總線隔離；模擬量輸入模塊有兩個(gè)輸入和反向極性保護(hù)。此外，模擬輸入端的電平傳感器電路包括集成運(yùn)算放大器和相敏整流器。因此，我們選擇它作為主控元件。

中央處理單元（CPU226）的詳細(xì)參數(shù)為：CPU226功耗為11 W，有10 240 B的數(shù)據(jù)存儲器。本機(jī)具有24位數(shù)字量輸入，16位數(shù)字量輸出的I/O特性，允許最大的擴(kuò)展I/O模塊為7個(gè)。共有256個(gè)定時(shí)器，布爾量運(yùn)算執(zhí)行時(shí)間為0.22μs。輸入電壓為20.4～28.8 V DC，輸入電流在24 V DC并連接最大負(fù)載時(shí)可達(dá)1 050 mA。

水平傳感器系統(tǒng)采用玻璃液位開關(guān)三極管，它有一個(gè)公共電極與兩個(gè)控制用電極。當(dāng)水平面為0時(shí)，電極輸出相同的電流，為9 mA；當(dāng)失去水平狀態(tài)時(shí)，相應(yīng)的控制電極輸出信號之間的差異；當(dāng)傾斜度大于15度時(shí)，傳感器飽和，此時(shí)電極的輸出電流為12 mA。

系統(tǒng)的每只腳上設(shè)有一個(gè)液體電壓力開關(guān)，用于反映各腿的情況。其最大工作壓力為350 MPa，切換頻率為每分鐘80次。當(dāng)支撐腿接地時(shí)，電壓力開關(guān)閉合，當(dāng)支撐腿離開地面時(shí)，液體的電壓力開關(guān)斷開。通過電磁鐵操作的直接作用完成了腿的升降運(yùn)動(dòng)，開關(guān)頻率為15 000次/小時(shí)。

5.調(diào)平系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用西門子公司生產(chǎn)的PLC STEP7 V5.1與西門子編程軟件的使用匹配。SIMATIC STEP7 V5.1編程軟件提供三種編程工具，分別為語句表（STL），功能圖（FBD）和梯形圖（LAD）。根據(jù)各模塊的功能，系統(tǒng)采用梯形圖完成軟件設(shè)計(jì)。

6.結(jié)語

本文闡述了自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)在我們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾浴２⒅亟榻B了自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。最后簡述了在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中遇到的問題。由于調(diào)平系統(tǒng)可用于各個(gè)方面，因此調(diào)平系統(tǒng)的優(yōu)化既可造福社會，又可為企業(yè)帶來可觀的收益。

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