车辆平台液压自动调平装置方案

车辆平台液压自动调平方案

1 引言

特种车辆在到达预定位置后,要求能快速架设精确的水平基准。高水平度的稳定平台对于车辆特种仪器操作有重要影响。以往车辆平台主要采用手动调整螺杆或手动液压千斤顶,通过目测气泡水平仪,由多人反复操作调节各螺杆支腿达到水平,这种方法调节时间长、水平精度低,操作难度大,且需要多人配合操作。近年来,车辆平台的调平采用了自动调平系统,其中主要有机电调平系统和电液调平系统,大大缩短了调平的时间,提高了调平的精度,只需要启动电源即可完成全部架设与调平。本方案论述电液调平的关键技术。

2 调平方案

2.1 调平系统

调平系统由检测、执行机构和控制系统3部分组成,具体包括双轴水平传感器、阀控液压缸和基于DSP的数字液压控制系统及相关连接电缆等组成。

(1) 检测装置为角度检测器,用来检测平台左右及前后的不平度。其检测值的大小是系统判断是否进行调平的依据,其检测精度的高低直接决定了系统的最终调平精度。

(2) 调平执行机构采用4 个带有自锁功能的液压支腿,将其对称布置在车辆底座的两侧,由相应的电液阀控制,通过支腿的上下伸缩,实现车辆的调平。

(3) 控制系统是自动调平系统的核心组成部分,本方案采用基于DSP处理器的数字控制系统完成控制算法，采用智能功率驱动模块替代传统的继电器方式对液压缸电磁阀进行控制；通过数字控制器的软件程序控制

液压机构动作，完成车辆的自动调平。

本方案设计考虑到安装的便利性将角度传感器集中在数字控制器内。 自动调平控制原理图如下：

2.2 水平度误差分析

图2 是4 点式承载平台示意图,采用4 个垂直液压缸来支撑平台。

图2 平台支撑示意图

水平传感器沿X 、Y 方向布置, X 、Y 两个方向的水平倾角为α和β,两传感器间的夹角为γ,则平台的倾斜角度θ可由α和β合成为:

给 定 控 制 精 度

DSP 模块

电平 转换 驱动 模块

电磁阀 1 2 3 4

液压缸1 液压缸2 液压缸3 液压缸4

车 辆 平 台

两自由度角度传感器

数据采集模块 液压泵

电源模块

图 1 液压自动调平系统原理框图

CPLD 逻辑 控制

如果两个方向的控制精度为±δ,则调平后平台的水平误差为:

从上式可以得出,控制精度δ给定,当γ= 90°时,即两传感器垂直布置,平台的水平误差θ有最小值,此时:θ= 2δ。也就是说,两边的水平控制精度应为整个平台水平控制精度的1/2 。

2.3 调平方法

调节一个平面到水平状态的调节过程可以有单向调节和多点调节

两种方案。若采用多点调节,即各点都同时运动,调整到一个预定点,其特点是速度快,但会出现相互干涉耦合现象且算法复杂。本方案采用单向调节的方案,即先将X 轴方向调平,再将Y 轴方向调平。虽然调节时间稍长,但协调性好。

调平过程中调节的实际上是4 点的相对高度,为了避免虚腿的产生,提高系统的调节精度,调节过程采用向最高点看齐的方法(通过水平传

感器的检测信号可以找出平台的最高点),即保持相对最高点不动,把

低点调高,这样平台就只有上升运动。

2.4 调平控制算法流程

在车辆平台的4个支腿全部着地后, 控制系统开始进行调平,调平

过程如图3所示。

图3 调平控制流程图

以上方案为自动调平系统的原理方案论述。