一 選題背景1課題的來源、目的及意義： 很多國防及工程機(jī)械，如導(dǎo)彈發(fā)射車、各種機(jī)動雷達(dá)天線座車、重型起重機(jī)、打樁機(jī)等，到達(dá)預(yù)定位置后, 為了增加其作業(yè)穩(wěn)定性要求快速架設(shè)精確的水平基準(zhǔn)使車身在工作過程中保持水平狀態(tài)。這些車載平臺一般都設(shè)有液壓支腿，支腿的形式和液壓系統(tǒng)的組成多種多樣，以往采用手動調(diào)整螺桿或液壓千斤頂，通過觀察水泡,由多人反復(fù)操作調(diào)節(jié)各螺桿支腿達(dá)到水平，這種方法調(diào)整時間長、精度低，操作難度大，且需要多人配合操作。近年來，自動調(diào)平方法發(fā)展得很快，包括液壓調(diào)平和機(jī)電調(diào)平系統(tǒng)，大大縮短了調(diào)平的時間,提高了調(diào)平的精度，只需要啟動電源即可完成全部架設(shè)與調(diào)平。常見的調(diào)平機(jī)構(gòu)有螺旋支腿和液壓支腿兩種形式, 將多個支腿對稱布置在發(fā)射系統(tǒng)兩側(cè), 通過支腿的上下伸縮, 實(shí)現(xiàn)發(fā)射系統(tǒng)的調(diào)平。而常用的支臂形式一般有折疊式支臂、收縮式支臂和仿生式支臂。需要選擇一種合適的調(diào)平方法，合適的支腿形式以及其布置結(jié)構(gòu)達(dá)到高精度高可靠地調(diào)平，穩(wěn)定地受力和支腿能輕松展開收攏的目的。如今車載平臺的調(diào)平應(yīng)用得非常廣泛，在軍事上應(yīng)用于雷達(dá)野戰(zhàn)車，導(dǎo)彈發(fā)射車及火炮等高科技武器裝備，在工業(yè)上應(yīng)用于起重機(jī)，高空作業(yè)機(jī)，打樁機(jī)，挖掘機(jī)，攤鋪機(jī)等多種工程機(jī)械。如果能設(shè)計(jì)出一種更快速，更穩(wěn)定，更高精度的調(diào)平機(jī)構(gòu)將會大大增加這些武器快速投入戰(zhàn)斗的能力和工程上的效率，可使我國的國防力量在這個方面得到很大的提高，工業(yè)經(jīng)濟(jì)方面也會得到很高的收益。2應(yīng)解決的主要問題及技術(shù)指標(biāo)：主要問題：（1）雙軸水平傳感器實(shí)現(xiàn)四點(diǎn)追逐式調(diào)平：在該方式下需要考慮控制系統(tǒng)與執(zhí)行系統(tǒng)的精度問題（2）支腿的展開及布置形式：要易于操作，保證整車的通過性（3）支腿的受力分析：由于負(fù)載較大要考慮結(jié)構(gòu)的剛性問題，影響調(diào)平精度，還要使四個支撐點(diǎn)的受力均勻避免其中有一腿不受力或懸空（4）液壓缸的鎖緊：由于液壓缸的內(nèi)泄漏不可避免，為保證長時間工作不出現(xiàn)軟腿現(xiàn)象要在液壓缸停止工作時將其鎖緊。技術(shù)指標(biāo)：（1）整車自重小于4t,支腿展開及收攏采用自動控制式，展開5m x 5m（2）支腿收攏狀態(tài)下離地高度大于車輪半徑（約為250mm）（3）可在坡度小于2的地面架設(shè)（4）調(diào)平時間小于2min3國內(nèi)外發(fā)展概況及存在的問題：由于車載調(diào)平機(jī)構(gòu)在軍事及工業(yè)上的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，目前國外研究自動調(diào)平裝置的國家很多，比較領(lǐng)先的有德國，日本，美國等。自20世紀(jì)六七十年代液壓技術(shù)日漸成熟后國外大多開始使用液壓調(diào)平技術(shù)，隨著傳感器的廣泛應(yīng)用機(jī)電調(diào)平技術(shù)也成熟起來，在導(dǎo)彈發(fā)射車，雷達(dá)車和很多工程機(jī)械上都得到了應(yīng)用。例如德國Rheinmetal DeTec AG公司研制的35MM自行高炮采用雙軸四輪炮架，射擊時炮架由3個液壓千斤頂支撐，并可自動調(diào)平。戰(zhàn)斗時液壓泵旋臂向外轉(zhuǎn)動并鎖定，調(diào)平軸伸長，火炮抬起，炮輪翻起離地呈傾斜位置，火炮降到所需的高度并自動調(diào)平，自動化程度很高，我國也引進(jìn)了部分技術(shù)。美國GOMAO公司和德國的Wrtgen公司在混凝土攤鋪機(jī)上都使用了電液調(diào)平系統(tǒng)和機(jī)液調(diào)平系統(tǒng)，突破了過去以固定模板修筑水泥混凝土路面的老方法，使其能夠高質(zhì)量、高速度地修建水泥混凝土高等級公路路面。在國內(nèi)調(diào)平技術(shù)成熟相對較晚，目前比較領(lǐng)先的有中國電子科技集團(tuán)公司（CETC）第14研究所研制的YLC-20雷達(dá)，它的機(jī)動性非常好，系統(tǒng)采用車載運(yùn)輸方式，運(yùn)用液壓自動調(diào)平，天線電動升降等技術(shù)，可在1小時內(nèi)完成系統(tǒng)架撤及調(diào)平，實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)移，投入作戰(zhàn)的效率非常高。我國在防空火炮，起重機(jī)及高空作業(yè)機(jī)上機(jī)液及電液調(diào)平技術(shù)也用得比較多，自動調(diào)平控制將影響到國內(nèi)的很多行業(yè)，目前在雷達(dá)車上用得最為廣泛，有很大的發(fā)展前景。4本設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想：本課題就是要設(shè)計(jì)一種可靠的能快速調(diào)平并能長期穩(wěn)定工作的調(diào)平機(jī)構(gòu)，安裝在車載平臺上使上面機(jī)構(gòu)能正常準(zhǔn)確地工作。二 方案論證1調(diào)平系統(tǒng)的選擇調(diào)平系統(tǒng)的特性及要求：（1）在移動狀態(tài)下車載自動調(diào)平系統(tǒng)平臺由載車運(yùn)載,進(jìn)入工作狀態(tài)時,平臺由支撐系統(tǒng)支撐并與地面脫離; （2）車載自動調(diào)平系統(tǒng)平臺應(yīng)在一定時間內(nèi)（少于2分鐘）調(diào)平, 滿足一定的精度要求（平面度要求）; （3）車載自動調(diào)平系統(tǒng)平臺一旦調(diào)平后, 應(yīng)對其位置進(jìn)行鎖定, 以保證平臺上的精密裝置正常工作; （4）當(dāng)車載自動調(diào)平系統(tǒng)平臺偏離水平狀態(tài)時, 應(yīng)及時進(jìn)行調(diào)平, 滿足車載自動調(diào)平系統(tǒng)平臺的水平要求;（5）當(dāng)車載自動調(diào)平系統(tǒng)平臺進(jìn)入移動狀態(tài)時,其支撐腳能快速升起。目前在車體水平調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，主要是使用液壓驅(qū)動、電機(jī)驅(qū)動調(diào)平。在選擇方案時不僅要考慮對調(diào)平時間的要求,還必須注意平臺的穩(wěn)定性。機(jī)電調(diào)平方案：自動調(diào)平系統(tǒng)由4套撐腿、1套水平傳感器和1套控制箱組成.撐腿由滾珠絲桿、減速機(jī)和帶光電編碼器的伺服電機(jī)組成;水平傳感器采用雙軸電子水平監(jiān)測器;控制箱由4 套撐腿電機(jī)驅(qū)動器、低壓電源、接口轉(zhuǎn)換板、狀態(tài)文本顯示器、PLC控制器、繼電器、溫控加熱器、風(fēng)扇以及保護(hù)開關(guān)等機(jī)電器件組成。調(diào)平方法： 圖 1 水平傳感器方向四點(diǎn)支撐的工作平臺的X 軸、Y 軸是根據(jù)水平傳感器的安裝位置確定的工作平臺面上互相垂直的兩個軸向。調(diào)節(jié)一個平面到水平狀態(tài)的調(diào)節(jié)過程可以有單向調(diào)節(jié)和多點(diǎn)調(diào)節(jié)兩種方案。若采用多點(diǎn)調(diào)節(jié),則各點(diǎn)都同時運(yùn)動,調(diào)整到一個預(yù)定點(diǎn),其特點(diǎn)是速度快,但算法復(fù)雜. 由于四點(diǎn)支撐的工作平臺是一剛性結(jié)構(gòu),其平衡處于靜不定狀態(tài),多點(diǎn)調(diào)節(jié)時因每個撐腿的位移、速度均不相同,四個撐腿的運(yùn)動相互制約,具體控制算法難以實(shí)現(xiàn),而且由于每個撐腿的受力不一致而容易發(fā)生伺服電機(jī)過載。因此這里采用單向調(diào)節(jié)的方案,即先將X 軸方向調(diào)平,再將Y 軸方向調(diào)平。雖調(diào)節(jié)時間稍長,但協(xié)調(diào)性好.調(diào)平過程中調(diào)節(jié)的是四點(diǎn)的相對高度, 為了有效消除伺服傳動系統(tǒng)的反向間隙和死區(qū)影響,提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度, 具體調(diào)節(jié)過程中采用向最高點(diǎn)看齊的方法,即保持相對最高點(diǎn)不同,把低點(diǎn)調(diào)高,這樣工作臺就只有上升運(yùn)動。調(diào)平過程：在工作平臺的撐腿著地后, 控制系統(tǒng)開始進(jìn)行調(diào)平。通過水平傳感器的檢測信號,可以找出工作平臺的最高點(diǎn)。將水平傳感器按如圖 1所示方向安置于工作平臺上,傳感器輸出含有X 和Y 軸信號,它們是與水平誤差(角度) 成線性關(guān)系的模擬直流電壓信號。最高點(diǎn)判斷：當(dāng)X 值大于0 , Y 值小于0 時,撐腿1 為最高點(diǎn); X 值小于0 , Y 值小于0 時,撐腿2 為最高點(diǎn);X 值小于0 , Y 值大于0 時, 撐腿3 為最高點(diǎn); X值大于0 , Y 值大于0 時,撐腿4 為最高點(diǎn)。假設(shè)撐腿著地后撐腿1 為最高點(diǎn)(其他撐腿為最高點(diǎn)的情況相似) , 根據(jù)水平傳感器的信號,可以分別進(jìn)行X 軸和Y 軸方向的調(diào)節(jié)。如先進(jìn)行X 軸調(diào)節(jié),其過程如下:撐腿1 和4 不動, 撐腿2和3 同時上升一定位移, 即工作平臺繞撐腿1 和4 為軸線旋轉(zhuǎn),撐腿2 和3 同時上升,如圖(a) 所示,上升的數(shù)值由控制系統(tǒng)根據(jù)水平傳感器的X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,如圖(b) 所示。若工作臺的X 軸和Y 軸調(diào)節(jié)成水平狀態(tài),則可認(rèn)為工作臺已處于水平狀態(tài)。調(diào)平控制原理：根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際情況,可以考慮兩種調(diào)平算法:a. 開環(huán)調(diào)節(jié),即計(jì)算出工作低邊與高邊的垂直高度差,直接控制低邊撐腿上升到這一高度;b. 閉環(huán)調(diào)節(jié),在低邊撐腿上升過程中不斷地測量工作臺的傾角,且不斷調(diào)整,當(dāng)工作臺的傾角符合調(diào)平要求時,撐腿停止運(yùn)動,調(diào)平過程結(jié)束。開環(huán)調(diào)節(jié)算法要求工作臺是一理想的剛性平面,工作臺無扭曲變形,四條撐腿安裝一致且與工作臺面垂直,調(diào)節(jié)過程中工作臺絕對無變形。上述條件在實(shí)際中是無法保證的。 而閉環(huán)調(diào)節(jié)算法對控制對象的一些軟參數(shù)要求不高,實(shí)際調(diào)節(jié)效果好。因此,調(diào)平控制系統(tǒng)采用閉環(huán)調(diào)節(jié)方法,其控制框圖如圖2 所示。控制器根據(jù)工作平臺的水平傳感器來控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作和位移,工作臺的調(diào)平精度完全由水平傳感器決定,使調(diào)平系統(tǒng)成為一閉環(huán)控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)硬件組成：控制系統(tǒng)由控制器、通信、檢測、執(zhí)行機(jī)構(gòu)4個部分組成,具體包括可編程控制器,中慣量帶抱閘交流伺服電機(jī)、雙軸水平傳感器等。通信部分：包括PLC 與操作員面板之間的通信和PLC 與上位機(jī)之間的通信兩個部分。傳感器檢測：系統(tǒng)需要檢測工作平臺水平狀態(tài)、撐腿力矩的大小、撐腿絲桿的位移。工作平臺水平狀態(tài)來自雙軸水平傳感器。它能檢測平面坐標(biāo)X 軸和Y 軸方向上兩路水平誤差信號, 輸出與水平誤差(角度) 呈線性關(guān)系的模擬直流電壓信號和角度顯示信號。水平傳感器是整個調(diào)平系統(tǒng)中一個極為關(guān)鍵的傳感器,其性能的好壞直接影響整個系統(tǒng)的調(diào)平時間和調(diào)平精度。檢測撐腿力矩的大小主要是防止撐腿內(nèi)部故障或外部因素導(dǎo)致?lián)瓮瓤ㄋ罆r,強(qiáng)行驅(qū)動撐腿運(yùn)動而導(dǎo)致伺服電機(jī)過載或撐腿絲桿損壞。 撐腿絲桿位移(撐腿行程) 的檢測是通過伺服電機(jī)自帶的旋轉(zhuǎn)編碼器的反饋來實(shí)現(xiàn)的,伺服電機(jī)驅(qū)動器輸出A ,B 相脈沖,經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換后,通過PLC 上的雙向高速計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)換為撐腿行程。執(zhí)行機(jī)構(gòu)： 本系統(tǒng)四條撐腿的驅(qū)動采用全數(shù)字交流伺服電機(jī),控制模式為模擬電壓速度控制,其優(yōu)點(diǎn)在于定位速度快,精度高。采集驅(qū)動器上的編碼器信號和轉(zhuǎn)矩信號送至PLC ,可以方便地實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的位置閉環(huán)和轉(zhuǎn)矩閉環(huán)。液壓調(diào)平方案：六點(diǎn)支撐液壓式平臺自動調(diào)平系統(tǒng)：平臺上安放有一套精密的光學(xué)瞄準(zhǔn)裝置, 平臺尺寸為3 m9 m , 平臺重量加上負(fù)載超過30t, 并且調(diào)平精度為3。平臺控制方式：三點(diǎn)即可確定一個平面。因此, 三條腿就能支撐平臺。但由于平臺面積大, 負(fù)載大, 其上設(shè)備要求基準(zhǔn)精度高, 故剛度成為一個突出問題。為了提高剛度,系統(tǒng)采用六腿支撐。支撐腿的分布由負(fù)載情況及強(qiáng)度、剛度條件確定。這樣, 平臺的支撐就成為三次超靜定問題。故提高剛度是以增加靜不定次數(shù)、加大控制難度為代價的。平臺的六個支撐點(diǎn)如圖3 所示。圖3 平臺支撐點(diǎn)示意圖電液伺服系統(tǒng)是由電氣的信號處理部分與液壓的功率輸出部分組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。它綜合了電氣和液壓兩方面的優(yōu)點(diǎn), 因此, 在負(fù)載大, 又要求響應(yīng)速度快, 控制精度高的場合, 使用電液伺服系統(tǒng)最為合適。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)日益得到廣泛應(yīng)用, 用計(jì)算機(jī)對電液伺服系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時控制是液壓技術(shù)發(fā)展的一個重要趨勢。調(diào)平機(jī)構(gòu)電液伺服系統(tǒng)工作原理方塊圖如圖4 所示。由計(jì)算機(jī)控制六套完全相同的閥控液壓缸裝置。水平傳感器安裝在平臺上。按與平板長度方向平行的方向布置A、B水平儀, 如圖1 所示。水平儀輸出的位置信號經(jīng)過放大和電平變換后, 送給CPU 的A/D通道, 轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后, 參與平臺調(diào)整算法。調(diào)平結(jié)束執(zhí)行鎖定。圖4 調(diào)平機(jī)構(gòu)電液伺服系統(tǒng)工作原理方塊圖調(diào)平機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)：為使平臺調(diào)平后能立即鎖定, 并在一定的時間內(nèi)保持精度, 系統(tǒng)采用了液壓鎖和帶機(jī)械鎖定裝置的液壓缸。液壓缸上裝有自鎖機(jī)構(gòu), 通高壓控制油時開鎖, 活塞可自由移動, 不通控制油時, 活塞便鎖定在任意位置上。在運(yùn)輸狀態(tài)下, 平臺固定在載車上, 平臺與載車間加有減振彈簧。此時,六 條腿收起并鎖定。進(jìn)入工作狀態(tài)時, 系統(tǒng)工作原理如下：啟動泵 增壓器產(chǎn)生高壓 解鎖 差動回路六支腿快速著地 伺服閥作用6液壓缸同時上升，帶動平臺上升到設(shè)定的高度 進(jìn)入微調(diào)階段，啟動調(diào)平程序（根據(jù)水平傳感器信號 相應(yīng)伺服閥產(chǎn)生一定的開口使對應(yīng)液壓缸產(chǎn)生一定位移閉環(huán)控制直到達(dá)到調(diào)平精度 當(dāng)車體的水平度在誤差范圍內(nèi)時,調(diào)平過程結(jié)束,用機(jī)械鎖將支腿缸鎖緊。）調(diào)平結(jié)束，設(shè)備可以進(jìn)入工作狀態(tài)，此后，在設(shè)備工作中，平臺水平度波動，如果超差，傳感器信號報(bào)警，啟動泵，產(chǎn)生高壓解鎖，然后啟動調(diào)平程序，可以實(shí)時控制水平度，保障平臺的水平精度。當(dāng)需要將腿收上時, 只要輸入收上信號, 對應(yīng)伺服閥即反向開啟, 電液伺服閥右位接入系統(tǒng), 缸體帶動平臺下移。下移到運(yùn)載車上后, 支撐腿收回并被鎖定。然后, 關(guān)閉所有電源即可。調(diào)平策略：調(diào)平過程采用四點(diǎn)調(diào)平, 即1、3、4、6 腿參與調(diào)平,并且遵循只上升不下降的原則。最高點(diǎn)保持不動, 其他點(diǎn)向高位點(diǎn)趨近。當(dāng)滿足終止條件 (調(diào)平精度) 時, 調(diào)平結(jié)束。由于三點(diǎn)即可確定一個平面, 采用六點(diǎn)支撐就會出現(xiàn)有的腿離地懸空或承載力不夠而產(chǎn)生虛腿現(xiàn)象。為了保證各腿不產(chǎn)生虛腿現(xiàn)象, 采取檢測各腿承載力的措施。這樣, 在每個缸的油路上就要加裝壓力傳感器。首先, 算出在平衡狀態(tài)下每個腿應(yīng)該承受的力。在控制過程中, 實(shí)際腿承載力可由壓力傳感器實(shí)測出。當(dāng)采用四點(diǎn)調(diào)平滿足精度要求時, 可由壓力傳感器檢測每條腿是否有虛腿現(xiàn)象。若有, 則虛腿的承載力必定小于希望值, 可打開相應(yīng)的閥門, 使此腿承載力增大。因閥控制缸運(yùn)動有一定的滯后, 為了防止虛腿運(yùn)動過頭,破壞平臺的調(diào)平狀態(tài), 承載希望值設(shè)定為理想的90%。至此, 調(diào)平結(jié)束, 每個支撐腿鎖定。比較兩種驅(qū)動形式：液壓驅(qū)動可以直接使用車輛本身的發(fā)動機(jī)作為一次能源，進(jìn)而大大減少作戰(zhàn)準(zhǔn)備時間，但缺點(diǎn)也很明顯必須啟動車輛發(fā)動機(jī)才能實(shí)現(xiàn)調(diào)平。液壓系統(tǒng)具有驅(qū)動力大、工作平穩(wěn)、反應(yīng)快、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、控制方便等優(yōu)點(diǎn)。如果一個電氣系統(tǒng)能夠搬送1424 kg載荷,則相同體積的液壓系統(tǒng)就可搬送100140 kg的載荷,而且還有與電氣系統(tǒng)相當(dāng)?shù)木群晚憫?yīng)速度。液壓驅(qū)動機(jī)構(gòu)可得到很大的速度范圍,其低速性能比電動機(jī)好;液壓系統(tǒng)定位剛度較大,位置誤差小;液壓缸是直線位移驅(qū)動機(jī)構(gòu),其運(yùn)動與支腿要求的運(yùn)動相吻合,易獲得較高的控制性能。 因此,從功率、結(jié)構(gòu)和控制精度等方面看,大噸位載荷的平臺控制采用電液伺服并聯(lián)機(jī)構(gòu)驅(qū)動最為合適。但是液壓系統(tǒng)存在價格高、能量損失大、對溫度變化較為敏感、故障難排除、存在泄漏和維護(hù)問題等缺點(diǎn)，調(diào)平時間還不夠短,響應(yīng)不靈敏。總體而言,目前的調(diào)平系統(tǒng)大多采用液壓調(diào)平,實(shí)現(xiàn)的調(diào)平精度大多達(dá)到6采用自動電動調(diào)平比起液壓傳動調(diào)平有著以下優(yōu)點(diǎn):調(diào)平時間短,調(diào)平精度高,可靠性好,便于維護(hù)等等。由于系統(tǒng)平臺在調(diào)平后, 要求對其位置進(jìn)行鎖定, 以保證平臺上的精密裝置正常工作。機(jī)電傳動采用絲杠螺母副可以可靠的自鎖，而液壓調(diào)平由于泄漏問題，則需要設(shè)置機(jī)械鎖和專門的高壓解鎖回路，增加了成本和調(diào)整時間。伺服電機(jī)驅(qū)動一般需加減速器,同樣的承載能力下機(jī)構(gòu)尺寸大于液壓系統(tǒng)機(jī)構(gòu)尺寸,一般用于單腿承載能力7t以下的調(diào)平系統(tǒng), 低溫環(huán)境下(-40)系統(tǒng)成本成倍增加。由于本課題設(shè)計(jì)的調(diào)平系統(tǒng)需要非常穩(wěn)定的工作，且承受較大的載荷，運(yùn)輸過程中為保證能正常通過尺寸也不宜過大，控制性能較好，針對這些要求在此采用電液伺服驅(qū)動，將支腿打開時由于不需要精確的定位直接用普通液壓缸打開，支腿撐起調(diào)平時則采用伺服液壓缸，可以保證非常精確的定位，高精度高可靠地調(diào)平。 支腿布局方案： 支撐平臺的支腿數(shù)可以是三個，四個或者六個。圖5 給出了三腿支撐平臺的方案。因?yàn)橐粋€平臺可以由三點(diǎn)或兩條相交線確定，當(dāng)兩條相交線在平臺上水平時我們可以得出平臺水平的結(jié)論。兩個傳感器分別放在兩個相交的方向上，用來檢測A，B，C三點(diǎn)的相對高度。當(dāng)三點(diǎn)處于同一高度，平臺即完全水平。平臺不能承受大的負(fù)荷，而且抵抗翻倒的能力非常有限。遇到風(fēng)大的時候，平臺不能保持水平而且很難調(diào)節(jié)水平，所以帶有三個支腿的平臺只用于一些簡單的不重要的平臺。 圖5 三腳平臺 圖6 展示了一個四支腿平臺。兩個傳感器分別放在兩個交叉的方向上，可以檢測A，B，C，D四點(diǎn)的相對高度。這個四支腿平臺能夠承受很大負(fù)載，而且能抵抗很大的翻轉(zhuǎn)力量，所以其應(yīng)用非常廣。但是，由于四條支腿支撐一個平臺是一個靜不定結(jié)構(gòu)，也許一只腳沒有到達(dá)地面而懸在空中。所以，事實(shí)上平臺只有三條支腿支撐。在設(shè)計(jì)四腳平臺時必須解決這個問題。 圖6 四腳平臺 圖7 X方向調(diào)平六腳或更多腳平臺將增加靜不定程度， 會使得設(shè)計(jì)計(jì)算十分復(fù)雜, 所以只用于負(fù)載很大,而其他方法不符合要求的場合。一般來說，平臺上的負(fù)載小于30噸，所以與其他方案比較后本文選擇了四腳平臺。B調(diào)平方法與過程這里有兩個平臺調(diào)平方法，敘述如下： 圖8 Y方向調(diào)平調(diào)平方法與過程：1）一個方向調(diào)整。先調(diào)整X方向，然后調(diào)Y方向，或者反過來。對于這種方法，支腿的行動是協(xié)調(diào)的，但是需要太多時間。2）多個方向調(diào)整。所有支腿同時開始動作并達(dá)到同一給定高度。用這種方法調(diào)整的速度高，但由于每條支腿的速度和位移不相等且動作相互限制，造成控制算法非常復(fù)雜。此外，每條支腿承受不同的壓力會發(fā)生超載。所以在本文四腳平臺是用一個方向調(diào)整的方法。 調(diào)整平臺水平度的過程是調(diào)整四個點(diǎn)的相對高度，所以有如下三種調(diào)平方法。1） 最高點(diǎn)固定調(diào)平方法。最高點(diǎn)不動，其他點(diǎn)上升到與最高點(diǎn)同一高度。2） 最低點(diǎn)固定調(diào)平方法。讓最低點(diǎn)固定不動，把其他點(diǎn)下降到與最低點(diǎn)同一高度。3） 中間點(diǎn)固定調(diào)平方法。讓平臺中間點(diǎn)保持固定，把較高點(diǎn)降低較低點(diǎn)升高，直到所有點(diǎn)處于同一高度。至于考慮到效率，第三種方法最好，但會產(chǎn)生一個虛腿，也就是一條支腿沒有負(fù)重或懸在空中，第二種方法同樣存在類似的問題。在用第一種方法時，每條支腿的移動方向是相同的，動力裝置消除造成的影響可以避免，所以調(diào)平精度要高一些。當(dāng)四條支腿都到達(dá)地面承受負(fù)載時，調(diào)平過程開始。首先，最高點(diǎn)由傳感器的值確定。依照圖7 和圖8 ，傳感器放置在X和Y方向。根據(jù)X和Y的值，最高點(diǎn)可以確定如下：1) X >0, Y <0. A點(diǎn)最高2) X <0, Y <0. B點(diǎn)最高3) X <0, Y >0. C點(diǎn)最高4) X >0, Y >0. D點(diǎn)最高例如，A點(diǎn)是最高點(diǎn)，根據(jù)水平傳感器的信號，X方向和Y方向可以依次調(diào)整。當(dāng)首先調(diào)整X方向時，調(diào)平過程如下：支腿1和4保持不動，支腿2和3同時上升到給定高度，如圖7 所示。支腿的位移由X方向傳感器的值確定。在X方向調(diào)整水平之后，Y方向應(yīng)該根據(jù)Y方向傳感器的值來調(diào)整，如圖8 所示。 其過程和方法與X方向相同。當(dāng)X和Y方向同時達(dá)到水平時，平臺即完全水平。水平傳感器：水平傳感器是一個雙軸液體擺,可用來測量擺殼繞兩個正交軸偏離水平面的角度。液體擺的頂蓋上裝有一個中心電極(N)和四個與其距離相等的勻布電極(L1、L2、L3、L4)。四個勻布電極成為十字交叉,中心電極用來測量擺殼繞兩個正交軸偏離水平面的角度。在液體擺頂蓋上裝有一個中心電極與殼體相通,四個勻布電極則與殼體絕緣。殼體內(nèi)注有大電阻系數(shù)的電解液 ,充滿空腔,但殼頂保持有一氣泡。當(dāng)液體擺處于水平位置時,氣泡的周界正好處于四個均勻分布電極的中心,因此從中心電極到四個勻布電極的電阻相等。而當(dāng)液體擺偏離水平位置時,空氣泡仍處于電解液的最高點(diǎn),電極所覆蓋的面積發(fā)生變化,因而從中心電極到四個勻布電極的電阻也發(fā)生變化。這種電阻差便形成了液體擺的輸出信號,表示了天線工作平臺所處的不同的水平度。 所以本文采取了電液調(diào)平系統(tǒng)，采用雙軸傳感器四點(diǎn)追逐式的調(diào)平方法，穩(wěn)定可靠，調(diào)平精度高。2調(diào)平機(jī)構(gòu)的選擇常見的調(diào)平機(jī)構(gòu)有螺旋支腿和液壓支腿兩種形式, 將多個支腿對稱布置在發(fā)射系統(tǒng)兩側(cè), 通過支腿的上下伸縮, 實(shí)現(xiàn)發(fā)射系統(tǒng)的調(diào)平。螺旋支腿及其驅(qū)動裝置該裝置由螺旋支腿(螺旋千斤頂) 、減速器、電動驅(qū)動機(jī)構(gòu)或液壓驅(qū)動機(jī)構(gòu)等組成。工作時, 由電動驅(qū)動機(jī)構(gòu)或液壓驅(qū)動機(jī)構(gòu)帶動減速器轉(zhuǎn)動, 減速器再帶動螺旋千斤頂里的螺桿轉(zhuǎn)動,螺旋支腿上升或下降, 從而達(dá)到發(fā)射系統(tǒng)調(diào)平的目的。電動驅(qū)動機(jī)構(gòu)一般為電機(jī),液壓驅(qū)動機(jī)構(gòu)通常為電機(jī)和液壓馬達(dá)。減速器有多種類型, 常見的有諧波減速器、行星齒輪減速器、擺線齒輪減速器等類型。采用螺旋支腿作為調(diào)平機(jī)構(gòu)時, 其主要優(yōu)點(diǎn)是: 可以承受較大的載荷, 調(diào)平過程平穩(wěn)、可靠; 其缺點(diǎn)是調(diào)平時間長, 而且當(dāng)螺旋千斤頂或齒輪減速機(jī)構(gòu)發(fā)生銹蝕以后, 將造成操作困難。采用液壓支腿作為調(diào)平機(jī)構(gòu)時, 它不僅承載能力大, 而且操作靈活方便、反應(yīng)時間短、精度高, 易于調(diào)平。采用液壓支腿調(diào)平時,多個液壓支腿對稱布置在系統(tǒng)需要調(diào)平的兩側(cè), 并將傳感器安裝在系統(tǒng)的基準(zhǔn)平面上。工作時,調(diào)平液壓支腿在液壓系統(tǒng)壓力油的作用下伸出, 著地后將發(fā)射系統(tǒng)頂起并進(jìn)行調(diào)平。在液壓支腿調(diào)平方式中由于控制原理、控制方式及側(cè)重點(diǎn)的不同, 液壓系統(tǒng)有不同的組成及結(jié)構(gòu)形式。以常見的四支腿調(diào)平為例, 其液壓系統(tǒng)主要由液壓支腿、雙向液壓鎖、壓力繼電器、電磁換向閥等組成,調(diào)平時, 壓力油P口經(jīng)換向閥、雙向液壓鎖分別進(jìn)入四個調(diào)平液壓支腿的無桿腔, 四個調(diào)平液壓支腿活塞桿在壓力油的作用下低壓空載伸出?；钊麠U觸地后, 控制系統(tǒng)根據(jù)角度檢測裝置檢測到的發(fā)射系統(tǒng)左右及前后不平角度, 控制相應(yīng)的液壓支腿動作, 經(jīng)多次反復(fù)調(diào)平后, 最終將發(fā)射系統(tǒng)調(diào)平在要求的范圍內(nèi)。采用液壓支腿能較好實(shí)現(xiàn)快速自動調(diào)平的要求。它的缺點(diǎn)是在長期重載荷及溫差變化較大的工作環(huán)境條件下, 對液壓支腿的自鎖性能和液壓系統(tǒng)的密封性能有較高的要求。所以本文選用液壓支腿形式，通常將多個液壓支腿對稱布置在發(fā)射系統(tǒng)需要調(diào)平的兩側(cè), 并將角度檢測裝置安裝在發(fā)射系統(tǒng)的基準(zhǔn)平面上。系統(tǒng)工作時,調(diào)平液壓支腿在水平液壓缸的作用下伸出, 著地后安裝在支腿上的垂直伺服缸將平臺頂起并進(jìn)行調(diào)平。3支臂的形式選擇目前,地面雷達(dá)支臂的形式一般有折疊式支臂、收縮式支臂和仿生式支臂。折疊式支臂雖然結(jié)構(gòu)簡單但在收攏狀態(tài)時占用了運(yùn)輸寬度,加裝調(diào)平撐腿后影響載車的通過性能,而且其懸臂式結(jié)構(gòu)承載能力差,加載后變形撓度大,不易實(shí)現(xiàn)動態(tài)高精度調(diào)平；收縮式支臂由于套筒間存在間隙,因而支臂剛性差,而且加裝調(diào)平撐腿后亦影響運(yùn)輸通過性能；仿生式支臂,又名螃蟹腿, 其特點(diǎn)是抗風(fēng)穩(wěn)定性高,抗傾覆半徑大,陣地適應(yīng)性好,容易與載車分離或結(jié)合。在此選用仿生式支臂，如圖9 所示，展開過程：由于支臂處運(yùn)輸狀態(tài)時,整個支臂的重心在轉(zhuǎn)軸的外側(cè),因此在連桿機(jī)構(gòu)的牽引下,支臂的前臂和后臂自動向外展開。但由于與前臂連接鋼絲繩的長度是不變的,因此支臂的前臂在向外展開的同時自動與后臂收攏合為一體。收攏過程:首先是調(diào)平撐腿自動收回到極限即運(yùn)輸狀態(tài),其次仿生支臂完成解鎖動作,最后仿生支臂腿自動收攏至運(yùn)輸狀態(tài)。由于仿生支腿的受力狀態(tài)視其跨度和支點(diǎn)的位置關(guān)系而變化，為了滿足機(jī)動式雷達(dá)對仿生支臂重量的要求,要選用高強(qiáng)度的材料,而且在滿足系統(tǒng)剛度和強(qiáng)度的條件下,還要進(jìn)一步進(jìn)行重量和截面尺寸的優(yōu)化設(shè)計(jì)。 圖 9 仿生支臂的展開和收攏在初步選擇了仿生式支臂結(jié)構(gòu)后，我和指導(dǎo)老師討論了方案的可行性，這個機(jī)構(gòu)在支臂收攏時完全在平臺的上方，不占整車通過空間，展開時的距離也足夠大，穩(wěn)定可靠，同時垂直液壓缸的行程也可以選得較小。對于將支臂撐開的機(jī)構(gòu)原打算用一個六桿組合鎖緊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，但設(shè)計(jì)過程過于復(fù)雜，并且桿件需要承受很大的力，對于材料強(qiáng)度等都要求很高，可能難以實(shí)現(xiàn)，各桿件間的連接也需要做一些處理，根據(jù)導(dǎo)師的建議，我直接選了一個液壓缸，但是需要一個帶鎖緊裝置的液壓缸，其原理后面會再介紹。垂直液壓缸支起整個平臺調(diào)平完畢需要進(jìn)入正常工作狀態(tài)時，需要把液壓缸牢固地鎖緊，在這里單獨(dú)設(shè)計(jì)了一套手動鎖緊裝置安裝在垂直液壓缸的缸蓋上，由于采用的是雙活塞桿伺服缸，只需要將另一端的活塞桿穩(wěn)定地鎖緊即可。支腿的結(jié)構(gòu)和鎖緊機(jī)構(gòu)如圖10 ：圖10 支腿和鎖緊機(jī)構(gòu)采取這種鎖緊裝置，結(jié)構(gòu)大大的簡單化了，同時在系統(tǒng)調(diào)平完成后，只須人工向上擰緊螺栓頂?shù)芥i緊機(jī)構(gòu)上盤面即可實(shí)現(xiàn)鎖緊；解鎖時只須將螺栓擰松，活塞桿即可自由地升降。這種鎖緊結(jié)構(gòu)方便可靠，適合野戰(zhàn)環(huán)境下使用。4虛腿的防止方法四點(diǎn)和多點(diǎn)調(diào)平面臨的主要問題是虛腿現(xiàn)象, 即有一個腿不受力或者懸空, 這是不能允許的。當(dāng)平臺的負(fù)載均勻時,四個支撐點(diǎn)的受力應(yīng)該均勻。目前的調(diào)平方式為了避免虛腿問題, 都是采用向最高支撐靠攏的方法, 這種方法使得調(diào)節(jié)的余量越來越小, 而且不能徹底解決虛腿問題。解決辦法：如果平臺的著地面一般為泥土, 由于平臺本身的重力和土質(zhì)的變化會使原來著地結(jié)實(shí)的腿變得不結(jié)實(shí), 虛腿問題更加嚴(yán)重。借助力傳感器也很難解決虛腿問題, 因?yàn)槠脚_載荷不是一成不變的。可采用逐個伸展支撐的方法成功解決了虛腿問題, 方法如下: 在調(diào)平完后, 逐個測試每個支撐的虛實(shí), 將要圖11 球鉸支座測試的支撐往下伸展, 直到水平傳感器x 軸和y 軸任意一個方向的變化到一定范圍(對6m長的平臺來說一般設(shè)為0.15,如果平臺小可以減小范圍) 后,再將該支撐收縮,直到水平傳感器恢復(fù)原狀。該方法十分有效,能檢測出每個虛腿,檢測過程就使其結(jié)實(shí)著地。為了應(yīng)對地面沉降,控制系統(tǒng),每隔30 m in 檢測水平狀態(tài)和支撐著地結(jié)實(shí)狀態(tài),在支撐允許的行程范圍的沉降可以通過自動控制解決,如果超過支撐的行程范圍則給出報(bào)警。如果著地面為較為結(jié)實(shí)的底面，通常采用支撐壓力反饋法解決虛腿問題：采用壓力反饋和壓差反饋式電液伺服閥，利用其對復(fù)雜壓力的敏感，特別是產(chǎn)生懸空狀態(tài)前后，負(fù)載壓力的變化，使懸空的子系統(tǒng)由不可控到可控，壓力傳感器的使用還可以使對稱支撐受力均勻，平臺運(yùn)動平穩(wěn)，平臺升降過程四個支撐速度趨于一致。 如圖11 ，我所設(shè)計(jì)的是將一個電行程開關(guān)安裝在球鉸支座底盤的側(cè)面上，底座可以自適應(yīng)小于5的坡度，當(dāng)行程開關(guān)的觸頭接觸地面時就會將信號傳給控制中心，然后再進(jìn)行下一步動作。這種結(jié)構(gòu)非常簡單，只需要買一個電行程開關(guān)裝上去就能達(dá)到非常好的檢測效果。5液壓缸鎖緊裝置的選擇系統(tǒng)調(diào)平后，液壓缸停止工作時需要被鎖定，即在外負(fù)載作用下無位移對于要求不高的系統(tǒng)，傳統(tǒng)的方法是設(shè)計(jì)鎖緊回路，但執(zhí)行元件的內(nèi)泄漏是無法解決的。對于要求較高的系統(tǒng)，如導(dǎo)彈發(fā)射車、雷達(dá)天線車及其他戰(zhàn)備系統(tǒng)，則需要設(shè)計(jì)特殊具有機(jī)械鎖定裝置的液壓缸。常用的機(jī)械鎖定裝置：（1） 套筒式鎖緊裝置圖12 套筒式鎖緊裝置1鎖緊套筒 2.活塞桿液壓缸的前端蓋上帶個鎖緊套筒1，它與活塞桿2過盈配合，且此套筒用一定的彈性材料制成，因此可使活塞桿鎖緊在任意位置。當(dāng)解鎖高壓油進(jìn)入套筒后，在壓力油作用下，徑向膨脹產(chǎn)生間隙，使活塞桿可以移動。（2） 剎片式鎖緊裝置圖12 剎片式鎖緊裝置1制動剎片 2.蹀形彈簧 3.活塞桿在液壓缸的端蓋上帶有一制動剎片1，它在碟形彈簧2的作用下被緊緊壓在活塞桿3上，依靠摩擦力抵消軸向負(fù)載力，從而使活塞桿鎖緊在任意位置上，當(dāng)解鎖壓力油進(jìn)入A腔后，在液壓力作用下，將制動剎片頂起，使之脫離活塞桿，達(dá)到解鎖目的。當(dāng)油壓卸去后，又能自動鎖緊。（3）鋼球摩擦鎖圖13 鋼球摩擦鎖1活塞桿 2.鋼球 3.活塞活塞桿1上面有斜面槽，每個斜面槽內(nèi)防止一個鋼球2，并用彈簧圈擋住。兩斜面間的活塞3是能游動的。當(dāng)沒有液壓力作用時，如活塞在外力作用下有左移的趨勢，則左面剛求將與液壓缸內(nèi)壁相卡，如果活塞桿有右移的趨勢，則右面剛球與缸壁相卡，即為上鎖狀態(tài)。當(dāng)活塞左面進(jìn)油時，活塞右移，使右面剛球沿槽下滑，即為解鎖狀態(tài)。（4）內(nèi)漲式鎖緊缸圖14 鎖緊油缸結(jié)構(gòu)圖1活塞 2.缸體缸體1和缸體2之間采用過盈配合，產(chǎn)生巨大的鎖緊力，活塞桿3能承受很大的軸向載荷，而不發(fā)生位移，油缸的解鎖機(jī)理：高壓油從解鎖油口a經(jīng)導(dǎo)桿內(nèi)孔b最終到達(dá)活塞與缸體之間，使缸體膨脹，實(shí)現(xiàn)解鎖。當(dāng)卸除高壓油時，活塞重新被缸體內(nèi)壁卡緊，實(shí)現(xiàn)鎖定。在本文所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)中，為保證支腿打開撐離地面時不會導(dǎo)致支腿反轉(zhuǎn)，水平液壓缸必須有強(qiáng)大的鎖緊力，活塞桿需承受很大的軸向載荷，且要保證系統(tǒng)在長期不工作和長期工作的狀態(tài)下處于鎖緊狀態(tài)，只是在展開收攏支腿時活塞桿能移動，所以在此采用了內(nèi)漲式鎖緊缸，能保證系統(tǒng)正常地工作。三 設(shè)計(jì)過程論述1液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)（1）垂直伺服液壓缸的參數(shù)設(shè)計(jì)先估計(jì)整車的自重為4t，加上雷達(dá)及油箱等機(jī)構(gòu)后的總重是8t，雷達(dá)架起高度10m，支腿展開，足夠抵抗翻轉(zhuǎn)扭矩。每條支腿承受的重量為2t，液壓缸負(fù)載，查手冊得其工作壓力P=2MPa，取其機(jī)械效率為0.9，則最大負(fù)載 采用的是雙桿式雙作用液壓缸，初定缸徑取為桿徑的2倍，有效作用面積 而 (3.1) 把D=2d代入上式得：d= 52.1, D=104.2 根據(jù)GB/T2348-1993圓整成標(biāo)準(zhǔn)值： d= 50mm, D=100mm 所以 工作壓力 查手冊根據(jù)需要取活塞行程S=350mm 查金油壓液壓公司產(chǎn)品手冊選擇缸的型號為： 各項(xiàng)參數(shù)如下： 缸徑D=100mm,活塞桿徑d=50mm,行程S=350mm,矩形缸蓋122mm x122mm,缸蓋厚37mm,螺母M14P1.5，活塞桿螺紋M36初定球鉸支座接觸到地面并撐起平臺的粗調(diào)速度，行程為200mm，則用時 精確調(diào)平時間取為則總的調(diào)平時間流量（2）水平液壓缸的參數(shù)設(shè)計(jì)先估計(jì)支腿和垂直液壓及鎖緊機(jī)構(gòu)的質(zhì)量：支腿截面積支腿質(zhì)量垂直液壓缸取70kg,鎖緊機(jī)構(gòu)取30kg，則水平液壓缸對支腿的作用點(diǎn)離平臺的水平高度h=150mm，支腿重心距支腿與平臺鉸接點(diǎn)的水平距離取，垂直液壓缸鎖緊機(jī)構(gòu)鉸接點(diǎn)距支腿與平臺的水平距離為，水平液壓缸剛開始將支腿拉攏時受到的負(fù)載最大，對支腿與平臺鉸接點(diǎn)取矩求得最大負(fù)載 液壓缸兩邊受力相等，根據(jù)受力分析缸的最大負(fù)載還是28747N。查手冊取其工作壓力為P=3.9MPa，取其機(jī)械效率為0.9，則最大負(fù)載，初取其缸徑為桿徑的2倍，采用回油節(jié)流調(diào)速，取回油背壓選用雙作用單活塞桿缸，有效作用面積 而 把D=2d代入上式得：d= 63.2, D=126.4 根據(jù)GB/T2348-1993圓整成標(biāo)準(zhǔn)值： d= 70mm, D=140mm 所以 工作壓力查手冊根據(jù)需要取活塞行程S=600mm，選缸頭有耳環(huán)的缸，活塞桿上裝一個帶有襯套的耳環(huán)，襯套上的螺紋為M52。初定推開支腿的平均速度，則推開支腿時間所以加上之前的調(diào)平時間得出從調(diào)平機(jī)構(gòu)開始工作至調(diào)平結(jié)束的總時間 流量（3）系統(tǒng)液壓圖的擬定垂直液壓缸、水平液壓缸和舉升液壓缸都是不同時工作的，垂直液壓缸是伺服缸，直接用電液比例溢流閥來控制動作，水平缸采用回油節(jié)流調(diào)速，舉升缸采用回油節(jié)流調(diào)速，另外需要單獨(dú)給水平缸通高壓解鎖油，為便于調(diào)節(jié)壓力，在液壓泵出口處設(shè)置電磁比例溢流閥，還可以安全卸荷，并分別在泵出口處設(shè)置多點(diǎn)壓力表開關(guān)，系統(tǒng)圖設(shè)計(jì)如下所示：1濾油器；2.主泵；3.單向閥；4.三位四通電磁閥；5.節(jié)流調(diào)速閥；6.水平缸；7.濾油器；8.高壓泵；9.電磁比例溢流閥；10.壓力表；11.壓力繼電器；12.三位四通電磁閥；13.節(jié)流調(diào)速調(diào)；14.舉升缸；15.壓力表；16.壓力繼電器；17.垂直缸；18.電液比例換向閥；19.電磁比例溢流閥圖15 液壓系統(tǒng)圖注：高壓泵8出口的高壓油是通向水平缸6的一個單獨(dú)的油口，不與缸正常的進(jìn)油口相通。（4）液壓泵，電機(jī)及其他元件的選擇泵：設(shè)進(jìn)油壓力損失為0.5MPa，工作時最大壓力為3.69MPa，則主泵的出口壓力要為，速度最大時，泵出口流量也最大：由于溢流閥的最小穩(wěn)定流量為3所以由P及Q查手冊選擇YB-63，轉(zhuǎn)速為960r/min，額定壓力為6.3MPa，流量為63，容積效率為0.9，驅(qū)動功率為10Kw，則泵出口流量為，所以泵適用。電機(jī)：設(shè)泵的總效率為0.8，則 由 (3.2)得，查手冊選擇Y132M2-6，功率為5.5Kw,轉(zhuǎn)速為960r/min。液壓元件的選擇如下表序號元件名稱最大通過流量（L/min）最大壓力（MPa）型號1濾油器636.3XU-22x1002主泵636.3YB-633單向閥636.31-63B4三位四通電磁閥506.334DY-63BYZ5節(jié)流調(diào)速閥506.36水平缸506.3I-63B7濾油器1631.5XU-22x1008高壓泵1631.5T6C-169電磁比例溢流閥325EDG-0110壓力表40Y-10011壓力繼電器31.5DP1-6812三位四通電磁閥506.334DY-63BYZ13節(jié)流調(diào)速閥506.314舉升缸636.3GB826-6615壓力表10Y-10016壓力繼電器6.3DP1-6817垂直缸636.3MOB-L1100x350-FA18電液比例換向閥636.34WRZ16ET100-3019電磁比例溢流閥325EDG-012支腿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)支腿的主體采用截面為矩形的鋼件，其結(jié)構(gòu)如圖16 ，與平臺的鉸接點(diǎn)和與圖16 支腿水平缸的鉸接點(diǎn)間的連線成45度，可以保證水平液壓缸比較穩(wěn)定地運(yùn)動，支腿收攏與展開狀態(tài)之間正好是轉(zhuǎn)了90度，方便設(shè)計(jì)與計(jì)算。與其他構(gòu)件結(jié)合的地方都鑄造有凸臺，只需要局部加工即可滿足要求。我最初的設(shè)計(jì)是將垂直缸鉸接在只腿的一側(cè)，因?yàn)檫@樣設(shè)計(jì)比較簡單，裝鎖緊機(jī)構(gòu)很容易后來考慮到銷軸及支腿都會受一定扭矩，強(qiáng)度上可能存在問題，同時銷軸還不能直接從缸蓋中部穿過，會與活塞桿干涉，只能將銷軸裝在偏心的地方，可以在缸蓋的一側(cè)做一個耳環(huán)，但由于整個運(yùn)動過程中垂直缸必須始終保持垂直，所以還要在缸上加一定的配重，因?yàn)檫@樣從計(jì)算到加工都很復(fù)雜，所以就放棄了這種方案。最后確定的方案是將整個液壓缸和鎖緊機(jī)構(gòu)放在支腿的中間，為防止上面伸出的活塞桿及鎖緊機(jī)構(gòu)與支腿產(chǎn)生干涉，在支腿的前端與鎖緊機(jī)構(gòu)及垂直液壓缸相連處焊接有一塊強(qiáng)度很高的鋼板，且中間有加強(qiáng)塊，在整個運(yùn)動中剛好能避免和鎖緊機(jī)構(gòu)及垂直液壓缸的干涉，還可以承受較大的壓力和剪切力。3鎖緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)簡單地說就是設(shè)計(jì)一個將垂直缸上面伸出的活塞桿固定的機(jī)構(gòu)，在完全調(diào)平后將整個平臺鎖定在固定高度而不發(fā)生位移。首先，鎖緊支架應(yīng)安裝在和垂直缸沒有相對運(yùn)動的構(gòu)件上，所以在此只能將支架裝在垂直缸上，利用缸自帶的螺桿穿在鎖緊機(jī)構(gòu)的底盤上，再用螺母將底盤與缸固定成一體。由于活塞桿受力有相對于平臺向上的運(yùn)動趨勢，所以需要用支架支起一個上盤面，讓鎖緊構(gòu)件頂在上盤面的下表面，達(dá)到固定的效果。圖17 鎖緊機(jī)構(gòu)連接如圖17 所示在此采用了鎖緊螺母，活塞桿桿頭的螺紋直徑過大，直接將鎖緊螺母連在上面需要一個很大直徑的螺母，調(diào)節(jié)不方便也沒有必要，所以在這里將活塞桿的頭部加工了一個直徑為20mm的螺紋孔，用一根直徑20mm的螺桿與其連接，并用螺母鎖緊，防止兩者之間發(fā)生軸向位移，為了方便安裝，還要在螺桿的中部加工一小段平口，這樣在調(diào)平完成需要鎖緊的時候只需要將鎖緊螺母擰到最上方頂在上盤面時就能可靠地鎖緊整個系統(tǒng)了。工作完后將鎖緊螺母往反方向擰即可解鎖，垂直液壓缸恢復(fù)自由動作。這個手動鎖緊裝置穩(wěn)定可靠，在野戰(zhàn)中非常使用。 下面對螺桿的強(qiáng)度進(jìn)行校核：螺桿受到預(yù)緊力和軸向載荷的的共同作用，軸向載荷N，殘余預(yù)緊力，由 (3.3)得總拉力選取的材料為45鋼，性能級別取6.8，查有關(guān)手冊得。設(shè)不要求嚴(yán)格控制預(yù)緊力，取安全系數(shù)S=2.5，則螺桿的許用應(yīng)力為 螺紋小徑為 （3.4） 得 ，顯然強(qiáng)度足夠。然后再校核四根支撐桿的螺紋強(qiáng)度，支撐桿的螺紋為M14，受到預(yù)緊力和軸向載荷的共同作用，軸向載荷N，平均分配到每根桿上的軸向力，受到的殘余預(yù)緊力 總拉力選取的材料為45鋼，性能級別取6.8，查有關(guān)手冊得。設(shè)不要求嚴(yán)格控制預(yù)緊力，取安全系數(shù)S=2.5，則支撐桿的許用應(yīng)力為 螺紋小徑為 顯然也滿足強(qiáng)度要求。4垂直液壓缸底座的設(shè)計(jì)且方便調(diào)平，在這里采用了球型支撐，如圖18 所示。球型支撐可以保證底座適應(yīng)小于5度的坡度，用一個端蓋將其擋住，安裝時是將一個完整的端蓋對稱地分成兩半，然后夾在球型支撐上的，用四個M5的螺釘將其固定在底座上。行程開關(guān)為了避免復(fù)雜的結(jié)構(gòu)直接采取了電行程開關(guān)，在底座的側(cè)面開一個槽，直接將開關(guān)固定在槽中，開關(guān)觸頭伸出底座10mm，這樣就可以達(dá)到檢測底座接觸地面的要求。由于支撐要適應(yīng)地面一定的不平度，保證垂直液壓缸始終豎直，以便底座受力均勻 圖 18 球鉸支座 由于活塞桿頭的螺紋尺寸是M36，所受的軸向力是20009.8=19600N，根據(jù)上面對螺桿的校核可以肯定強(qiáng)度滿足要求，在此不必再校核。而四個螺釘只承受底座和行程開關(guān)的重力，M5的螺栓強(qiáng)度也足夠了。5鉸支座螺栓的強(qiáng)度校核在此主要校核支腿上的鉸支座的螺栓強(qiáng)度，支座上用的是4個M16的螺釘，位置如圖19 所示： 圖19 鉸支座的尺寸（1）受力分析 計(jì)算螺釘組所受的工作載荷 水平液壓缸的最大拉力F=28747N，作用在銷軸中心上 載荷F可分解為 垂直于作用面的軸向載荷 平行于作用面的橫向載荷 將、向螺釘組連接的結(jié)合面形心處簡化，得翻轉(zhuǎn)力矩 計(jì)算單個螺釘所受的最大工作拉力P 在軸向力的作用下，各螺釘所受的工作拉力為 在翻轉(zhuǎn)力矩M的作用下，使鉸支座有逆時針翻轉(zhuǎn)的趨勢，則上面的螺釘受加載作用，下面的螺釘受減載作用，所以上面的螺釘受力較大，則M引起的工作拉力由 （3.5）得因此上面螺釘所受的最大工作拉力為按不滑移條件計(jì)算螺釘?shù)念A(yù)緊力 在橫向力的作用下，鉸支座連接接合面可能產(chǎn)生滑移，應(yīng)按鉸支座接合面不滑移的條件確定預(yù)緊力。要注意的是，受軸向力作用時，其接合面間的壓力為殘余預(yù)緊力。翻轉(zhuǎn)力矩M的影響一般不考慮，因?yàn)樵贛的作用下，支座一邊的壓力雖然增大，但另一邊卻以同樣程度減小，故而支座不滑移的條件為 取,則有 計(jì)算螺釘所受的總拉力 由 （3.8）得（2）按拉伸強(qiáng)度條件校核螺釘直徑 選擇螺釘材料為強(qiáng)度級別9.8的45鋼，查手冊得=720MPa，安全系數(shù)S=2.5，則。所以，螺釘危險(xiǎn)剖面直徑為所以選用的螺釘符合強(qiáng)度要求。（3）校核螺釘組連接的工作能力 按連接接合面下端不壓潰的校核 接合面下端所受應(yīng)力由兩部分疊加，其一是由殘余預(yù)緊力產(chǎn)生的壓應(yīng)力，其二是由彎矩M產(chǎn)生的壓應(yīng)力，可得 （3.9） 查手冊得 故連接接合面下端不會壓潰。連接接合面上端不出現(xiàn)間隙的校核 同樣，接合面上端所受應(yīng)力由兩部分疊加，其一是由殘余預(yù)緊力產(chǎn)生的壓應(yīng)力，其二是由彎矩M產(chǎn)生的拉應(yīng)力，即 （3.10） 故接合面上端受壓最小處不會產(chǎn)生間隙。6銷的強(qiáng)度校核（1）支腿與平臺連接鉸接處銷軸的強(qiáng)度校核 銷軸的有兩個截面受剪切力，且剪切力相等，當(dāng)支腿將整個平臺撐離地面時銷軸受的力最大，為車載系統(tǒng)的總重，此時每個銷軸受剪力為,所以危險(xiǎn)截面的剪切力F=19600/2=9800N,所選銷軸的直徑為d=30mm,根據(jù)銷軸的切應(yīng)力計(jì)算公式 （3.11） 得MPa 取安全系數(shù)S=2，銷軸的材料為45鋼，查手冊得許用剪切應(yīng)力 而，所以銷軸的強(qiáng)度符合要求。（2）水平缸與支腿鉸接處銷軸的強(qiáng)度校核同樣銷軸的有兩個截面受剪切力，且剪切力相等，當(dāng)水平缸將已展開的支腿拉攏的瞬間液壓缸提供的拉力最大，；當(dāng)平臺被撐起后，水平缸鎖緊，支腿同樣會給銷軸一個很大的力，先計(jì)算這個力的大小，再和比較。對支腿進(jìn)行受力分析，所有力對支腿與平臺的鉸接點(diǎn)取矩，求得 由于F2<F1 ，所以應(yīng)選最大剪應(yīng)力F=28747/2=14374N進(jìn)行校核，所選銷軸的直徑為 d=30mm ,根據(jù)銷軸的切應(yīng)力計(jì)算公式 求得 MPa 取安全系數(shù)S=2，銷軸的材料為45鋼，查手冊得許用剪切應(yīng)力 而所以銷軸的強(qiáng)度符合要求。（3）支腿與鎖緊機(jī)構(gòu)鉸接處的銷的強(qiáng)度校核這里用了兩根完全相同的圓柱銷，當(dāng)支腿將整個平臺撐離地面時銷受的力最大，為車載系統(tǒng)的總重，此時每根銷受剪力為,每根銷只有一個截面受剪力，所以危險(xiǎn)截面的剪切力F=9800N,所選銷軸的直徑為d=30mm,根據(jù)銷軸的切應(yīng)力計(jì)算公式 求得 MPa 取安全系數(shù)S=2，銷軸的材料為45鋼，查手冊得許用剪切應(yīng)力 而所以銷的強(qiáng)度符合要求。四 結(jié)果分析與總結(jié)分析：本文所設(shè)計(jì)的支腿結(jié)構(gòu)展開，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，這種仿生式支腿可以很簡單地將支腿部分做長達(dá)到更高更穩(wěn)定的要求，而在收攏時不會占用載車的通過空間，所以方便擴(kuò)展。同時調(diào)平時間也控制得不錯，理論上在一分鐘內(nèi)即可完成整個架設(shè)調(diào)平過程。車載系統(tǒng)可以滿足在小于2.3的坡面上架設(shè)的要求，適應(yīng)地面能力也滿足要求，各連接件支撐件經(jīng)過校核都符合要求，而且有的余量較大，可以將部分尺寸做得更小或者選用更廉價的材料同樣可以滿足要求?？偨Y(jié)：本文主要介紹了車載系統(tǒng)的調(diào)平，對液壓系統(tǒng)及支腿的布置形式及結(jié)構(gòu)做了詳細(xì)的設(shè)計(jì)和說明。共分五大部分：1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算；2 分析了調(diào)平的方案，選擇了液壓調(diào)平；3 分析了支腿的布置形式，采用了仿生式支腿；4 對支腿的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和校核；5 設(shè)計(jì)了一套手動鎖緊機(jī)構(gòu)。我所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)滿足了幾個要求：1 支腿展開；2 支腿收攏時能通過2m寬的空間；3 調(diào)平時間小于1min；4 可在小于2.3的坡面上架設(shè)；5 調(diào)平完成后能手動鎖緊。支腿及其附屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是本文的核心，采取的是一種仿生式的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有自身的優(yōu)點(diǎn)，首先從載車的通過性來看，由于支腿收攏運(yùn)輸?shù)臅r候是架設(shè)在平臺的上方，不用再去考慮載車本來寬度方向上的通過空間；其次，展開支腿的距離比較容易調(diào)整，不需要在結(jié)構(gòu)上做大的變動就可以實(shí)現(xiàn)；然后，兩條支腿由一個液壓缸動作也減少了缸的數(shù)量，在支腿展開后可以調(diào)整球鉸底座和地面的距離以減少垂直液壓缸的行程，一般的將支腿收攏在載車側(cè)面的結(jié)構(gòu)需要離地面比較高的距離，直接增加了缸的行程；還有對于水平液壓缸的鎖緊采取的是內(nèi)漲式的液壓缸，鎖緊力大，將系統(tǒng)在非展開的情況完全鎖定，在停機(jī)狀態(tài)下可以鎖定支腿避免出現(xiàn)事故或者故障，符合系統(tǒng)需要可靠固定的要求；最后，設(shè)計(jì)的垂直液壓缸的手動鎖緊機(jī)構(gòu)很簡單，方便調(diào)整，也能滿足鎖定可靠的要求。同時我的設(shè)計(jì)也存在很多問題，首先對于調(diào)平的控制部分如伺服缸和傳感器的連接控制等沒有做出具體的設(shè)計(jì)；其次系統(tǒng)中用的是液壓驅(qū)動，在控制調(diào)平精度上會存在一定問題；然后在設(shè)計(jì)過程中把一些問題理想化了，如要保證垂直液壓缸始終豎直可能不太容易，難免會受一些其他因素的影響；最后在一些連接部分會經(jīng)常受到摩擦或者沖擊導(dǎo)致部件受損或者使精度降低，等等這些都需要進(jìn)一步的改進(jìn)和再設(shè)計(jì)。對車載系統(tǒng)的調(diào)平機(jī)構(gòu)還是有很大的發(fā)展空間，控制部分可以再提高精度，盡量使控制系統(tǒng)簡單，操作方便，還可以將一些手動的動作自動化，縮短調(diào)平的時間，機(jī)構(gòu)部分也可以再優(yōu)化設(shè)計(jì)，將支腿設(shè)計(jì)成全部聯(lián)動的，減少液壓元件的數(shù)量，提高系統(tǒng)的可靠性。本文針對課題的要求做了一些設(shè)想和不成熟的理論研究，聯(lián)系現(xiàn)有的研究成果進(jìn)行了初步的設(shè)計(jì)，離真正能實(shí)際使用的產(chǎn)品還存在很大差距，需要更進(jìn)一步的實(shí)質(zhì)性研究，如果有可能希望在以后的工作中將這個系統(tǒng)完善，爭取投入到實(shí)際應(yīng)用中去。致謝經(jīng)過幾個月的制作，論文基本完成了，在整個過程中通過唐老師從選題分析、方案討論到最后的論文寫作的指導(dǎo)，我回顧了大學(xué)四年所學(xué)的專業(yè)知識，對于自己專業(yè)的發(fā)展方向有了一定的認(rèn)識，自身的實(shí)際動手能力和創(chuàng)新思維都有了很大的提高，我收獲到了很多。首先非常感謝我的指導(dǎo)老師 對我的關(guān)心和教誨，從始至終都悉心地指導(dǎo)我，讓我進(jìn)步。唐老師淵博的知識、豐富的經(jīng)驗(yàn)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度和大膽的創(chuàng)新精神都對我產(chǎn)生了很大的影響，他平易近人，關(guān)心學(xué)生，從他的一言一語中無不流露著他的人格魅力。由于我的經(jīng)驗(yàn)不足，在設(shè)計(jì)中總會出現(xiàn)一些實(shí)際的問題，都是唐老師幫我指出糾正的，對于我的每種設(shè)想他都幫我逐個分析其中的利弊，給我列舉了很多實(shí)際的例子提供了一些可行的方案，在這個過程中我學(xué)到了很多東西，相信在我今后的學(xué)習(xí)和工作中都會有很大的幫助，在此向唐老師致以真誠的謝意和尊敬！感謝我的同學(xué)們在設(shè)計(jì)過程中給我的幫助，在方案的討論中和資料的查閱論文整理等方面都給了我很好的建議和幫助，我收獲到了親兄弟班的關(guān)心和感情，非常感謝他們陪我度過了四年難忘的大學(xué)時光。還要感謝我的學(xué)校，華中科技大學(xué)，給了我很好的學(xué)習(xí)環(huán)境和豐富的資源，還有我的老師、同學(xué)和家人，是他們讓我的思想走向成熟，修養(yǎng)得到提高，讓我以后在這個社會上有所作為，在此表示誠摯的謝意！ 附錄 車載平臺調(diào)平機(jī)構(gòu)支腿設(shè)計(jì)三維示意圖參考文獻(xiàn)1 馮儀， 陳柏金. 車載雷達(dá)機(jī)電式自動調(diào)平控制系統(tǒng). 華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，32(6): 66712 盛英，仇原鷹. 六點(diǎn)支撐液壓式平臺自動調(diào)平系統(tǒng). 液壓與氣動，1999(4):24253 Hongjun Yang and Gangyan Li, Research on an Automatically L