四点液压驱动式自动调平技术研究

1 引言

随着地面装备领域的技术发展，对装备的机动性有了更高的要求，人工架设、调平、撤收已不能满足装备快、精、准的需求。采用自动调平系统技术，装备进入阵地后可快速架设，精准的调整到水平状态，任务结束后迅速撤收离开，从而提高装备的机动性。自动调平有液压驱动和电机驱动两种驱动方式。液压驱动利用液压油压驱动液压油缸支腿伸缩达到装备的水平状态；电机驱动使用电动缸驱动支腿伸缩达到装备水平状态。根据不同车辆的质量和底盘的刚性，支撑调平方式有三点支撑调平，四点支撑调平，六点支撑调平，八点支撑调平。支撑点越多，调平技术越复杂。四点支撑的液压驱动式调平方法，4 个支腿构成对称式矩形分布形式，具有稳定性好，抗倾覆能力强，调平相对容易。

2 驱动方式的选择

目前主流驱动方式主要有三种，气压驱动 , 液压驱动和电机驱动。气压驱动一般采用空气驱动 , 其来源方便 , 用后直接排出 , 无污染。其空气黏度小，气体在传输中摩擦力较小，可以集中供气和远距离输送。在工作场所方面，气压驱动对环境适应性好，尤其在易燃易爆，多尘埃，强磁，辐射及振动等恶劣环境中，其安全可靠性优于液压驱动和电机驱动。气压驱动气动动作迅速，反应快，调节方便，可利用气压信号实现自动控制。气压驱动工作速度稳定较差，同时空气净化处理比较复杂，气源中的杂质及水蒸气必须净化处理干净，有较大的排气噪声。

液压驱动一般采用油液作为传动介质，因此液压元件具有良好的润滑条件；工作液体可以用管路输送到任何位置，允许液压执行元件和液压泵保持一定的距离；液压传动能方便地将原动机的旋转运动变为直线运动，同时在运行过程中实现大范围的无级调速。控制方面易于实现载荷控制，速度控制及方向控制，可以集中控制，遥控和实现自动控制，运动惯性小，响应速度快。液压驱动驱动源具有一定的可压缩性，配合表面也不可避免有泄漏存在，其液体对污染很敏感，污染后的液体对其他元件产生危害。同时液压系统故障比较难查找，对操作和维修人员技术水平有较高的要求。液压驱动发展时间早，经过多年的技术沉淀，产品和相应的技术成熟，市面上可供选择的元件较多，价格方面相对电机驱动方式更便宜，产品设计阶段可选择方案更多。

电机驱动精确度高，伺服电机作为动力源，由滚珠丝杠和同步皮带等组成结构简单而效率很高的传动机构，重复误差是 0.01% ；在节省能源方面，可将工作循环中的减速阶段释放的能量转换为电能再次利用，从而减低运行成本，连接的电力设备消耗的成本相对液压驱动消耗的成本更低；在控制方面，根据设定参数实现精确控制，在高精度传感器，计量装置，计算机技术支持下，能够大大超过其他控制方式能达到的控制精度；在环境污染方面，由于使用能源品种的减少及其优化的性能，污染源减少了，噪音降低了，为装备的良好操作环境，提供了更好的保证。电机驱动起步相对较晚，产品和技术成熟度比不上液压驱动，市面上可供选择的元件较少，且价格较为昂贵，产品设计阶段选择方案较少。

在考虑系统性能稳定，备件替换及价格方面的前提下，选择液压驱动方式优于电机驱动方式和气动驱动方式。

3 自动调平系统组成

自动调平系统主要由 PLC 控制器，液压油缸支腿，比例阀，水平传感器，压力传感器，操作面板（含显示屏）及线缆网组成。显示屏可实时显示当前压力传感器、水平传感器数值及调平精度。

3.1 自动调平液压系统组成

自动调平系统液压系统由能源装置，执行装置，控制调节装置就和辅助装置组成。

能源装置就是把机械能转换成油液压能的装置，一般最常见的形式就是液压泵。在该自动调平系统中，选择一组双联齿轮泵来为系统提供压力油，其整个系统的压力能够满足调平的需要。

执行装置就是把油液能转换为机械能的装置。即选择四个液压缸作为执行装置，通过液压缸的伸缩实现支腿的伸缩。

控制调节装置是控制液压系统中油液的压力，流量及流动方向的装置。主要有压力传感器，换向阀，节流阀，背压阀以及液控单向阀等液压元件。

辅助装置主要是指油箱，滤油器及油管等。

4 自动调平系统工作原理

在自动调平系统中，机械执行机构受液压系统的驱动，液压系统中液压油的流向又受电磁换向阀的控制。调平开始前，液压油从各支腿液压缸的上腔流入；调平中，压力传感器将各液压支腿承受的压力数据反馈至 PLC 控制器，倾角传感器也将测得的 X 和 Y 方向的水平角度数值反馈至 PLC 控制器。控制器对采集的数据进行处理，并依据相应的控制方案控制各液压支腿伸出长度，直至地面装备水平。

在自动调平系统中，PLC 控制器、水平传感器、压力传感器及比例阀采用CAN 通讯，系统实时采集压力传感器和水平传感器的反馈值，实时处理数据并依据控制策略给出控制量控制比例阀驱动液压油缸动作，直至满足调平精度要求。

5 自动调平系统控制技术

调节一个平面到水平状态的调节过程有单向调节和多点调节两种方案。单向调节，所需时间较长，但协调性好，实际上调平过程中调节的是四个液压支腿的相对高度，可有效减少调节误差，提高调平精度。调节过程中根据 PLC 控制器采集水平传感器的反馈值判断出最高点，按照“只升不降”的原则，采用支腿上升调节，向当前最高点调节，即保持当前最高点支腿不动，把低点支腿抬升，这样整个调节过程只有上升过程，可有效避免产生虚腿现象。多点调节，即各支腿同时动作，调整到系统预设点，调节速度快，所需时间较短，但相对单向调节，其控制策略更为复杂。

6 自动调平系统实现方法

依据 PLC 采集压力传感器数值，给定一个固定值作为判断支腿是否着地。在软件代码中写入一段判断代码，四条支腿压力传感器反馈的数值大于该固定值时，此时认为四条支腿全部着地。驱动液压支腿伸出，当四条支腿都着地后，支腿整体抬升一小段距离，避免产生虚腿现象，然后根据水平传感器倾角方向判断最低支腿。PLC 控制器采集水平传感器 X 轴及 Y 轴方向的反馈值，根据数值的正负，可判断出相应区域的支腿的情况。采集的 X 和 Y 轴方向的数值均为正值，可判断出倾斜方向在 IV 区域 ; 采集的 X 轴方向的数值为正值 ,Y 轴方向数值为负值，可判断出倾斜方向在Ⅱ区域；采集的 X 轴方向的数值为负值 ,Y轴方向数值为负值 , 可判断出倾斜方向在Ⅰ区域；采集的 X 轴方向的数值为负值 ,Y 轴方向数值为正值 , 可判断出倾斜方向在Ⅲ区域。 判断出相应区域支腿情况后，给出控制量控制该区域支腿伸出。设 PLC 控制器采集水平传感器 X 轴数值为 α，Y 轴数值为 β，当值小于调平精度时，可以认为装备已经处于水平状态，已完成调平动作。

根据车辆底盘的倾斜度，整个调平过程可分为粗调和精调，当车辆倾斜度大于一定角度时（如倾斜度大于 1^∘ °），系统执行粗调过程，给出一个较大的控制量驱动液压油缸，各液压支腿的动作速度较快；当倾斜度小于某个角度时（如倾斜角小于 0.5^∘ ），系统执行精调过程，给出一个较大的控制量驱动液压油缸，各液压支腿的动作速度较慢。

7 结论

该自动调平系统已应用多型号地面装备，经过多次现场实际操作使用，该系统性能稳定，自动化程度高，调平精度高，调平撤收速度快，可靠性高，性能满足要求。

参考文献

[1] 姚舜才，张艳兵 . 基于 PLC 的自动调平系统 [J]. 华北工学院学报，2003,24(1):14-17.

陈文斌，男，（1991，4—），本科，汉族，湖南省衡阳市，工程师，主要研究电气控制。