滅火彈發(fā)射車調(diào)平系統(tǒng)設計

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)較高精度水平基準的調(diào)整，提高滅火彈射擊精度，對于水平基準的調(diào)整，過去往往采用人工手動調(diào)平方式，依靠人眼觀察基準水泡，由多人反復操作調(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系上的z軸坐標值之差，各支腿在水平面坐標系的值需利用坐標系間的旋轉(zhuǎn)變換矩陣.由于坐標系XYZ是由坐標系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：

假設當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，為降低森林火災的危害贏得了時間。

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