殷劍萍

(南京電表廠，江蘇南京210000)

0 引言

車載水平基準(zhǔn)平臺在很多領(lǐng)域有著廣泛的需求和應(yīng)用，如一些測量儀器需要用高精度水平平臺作基準(zhǔn)，一些軍用裝備如兩坐標(biāo)雷達天線等也需要水平平臺作基準(zhǔn)。目前調(diào)整車載水平平臺的方法，都是對承載車輛進行整體調(diào)平。在車身四角安裝支撐腿，通過對支撐點高度的調(diào)整，使平臺達到水平。結(jié)構(gòu)按支撐點分為三點調(diào)平、四點調(diào)平和六點調(diào)平等，結(jié)構(gòu)笨重，調(diào)整復(fù)雜。這些方法只適用于那些質(zhì)量在十幾甚至幾十噸的重載裝備，對于質(zhì)量在幾十至幾百千克重的荷載就顯得不太合適。雙層單點自動調(diào)整水平基準(zhǔn)平臺，采用了與目前不同的調(diào)平支撐結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)輕巧、安裝固定可靠，調(diào)平方式簡便，是一種只對車載設(shè)備本身進行調(diào)平的車載平臺，雙層單點自動調(diào)整水平基準(zhǔn)平臺的研制，彌補了目前使用的調(diào)平方法存在的不足，滿足了輕量化裝備對水平基準(zhǔn)平臺的需求。

1 平臺結(jié)構(gòu)的設(shè)計

為了滿足水平基準(zhǔn)平臺固定安裝于運載車輛上的要求，平臺結(jié)構(gòu)必須輕巧，安裝固定可靠，調(diào)平快速、簡便。平臺設(shè)計為上下兩層，每層由兩平行軸鉸接支撐固定，由伺服電動機驅(qū)動蝸桿絲杠減速升降機升降調(diào)平。設(shè)計的平臺結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 基準(zhǔn)平臺結(jié)構(gòu)示意圖

下層平面(B)上的y1軸與y1'軸是平行的二軸，以鉸接方式分別與固定在機座上的支架和升降機(Ⅰ)連接，升降機(Ⅰ)以鉸接方式固定在機座上。上層平面(A)上的x軸與x'是平行的二軸，以鉸接方式分別與固定在下層平板上的支架和升降機(Ⅱ)連接，升降機(Ⅱ)以鉸接方式固定在下層平面上。下層平面在升降機(Ⅰ)的上下運動作用下可繞y1轉(zhuǎn)動一定的角度。上層平面在升降機(Ⅱ)的上下運動作用下可繞x轉(zhuǎn)動一定的角度。下層的升降機(Ⅰ)與上層的升降機(Ⅱ)各控制一個方向的傾斜角度，上層平面在x軸方向的傾斜角度，隨著下層平面的調(diào)整而調(diào)整，上層平面在y軸方向的傾斜角度由升降機(Ⅱ)調(diào)整，這樣上層平面就可實現(xiàn)在x軸和y軸兩個方向上傾斜角的調(diào)整。上層為承載層，設(shè)備安裝于上層。

如圖1所示，結(jié)構(gòu)采用一個固定點和三個鉸接點支撐，其優(yōu)點在于：鉸接點支撐的層面傾斜角度，隨著升降機的上下運動而變化，升降機自身也隨著層面傾斜角度的變化而改變支撐角度，并且支撐穩(wěn)定，不會發(fā)生支撐不實情況，也不會出現(xiàn)搖擺倒伏、干涉咬死等現(xiàn)象。

根據(jù)需要，在每層平面上也可選用兩個升降機安裝在平面的兩個角上來頂推平面，用以分擔(dān)平面載荷，升降機傳動配置為串聯(lián)組合來實現(xiàn)同步升降，因其調(diào)平原理與單個升降機在中間位置頂推平面相同，故在此不作討論。

升降機采用蝸桿絲杠減速機構(gòu)，電動機驅(qū)動蝸桿轉(zhuǎn)動(也可以手動)，蝸桿帶動蝸輪旋轉(zhuǎn)，蝸輪帶動絲杠旋轉(zhuǎn)，絲杠推動活動螺母上下運動。蝸桿絲杠減速機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，靜止時自鎖性能好，電動、手動兩用，制造成本低等優(yōu)點。結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 升降機結(jié)構(gòu)圖

式中：P1——輸入功率(kW);T1——輸入扭矩(Nm);n1——輸入轉(zhuǎn)速(r/min)。

式中：W——單臺升降機當(dāng)量載荷(N);L1——絲杠螺距(mm);i——減速比;π——圓周率;η——升降機的綜合效率;T0——空載扭矩(Nm)。

式中：V——升降機活動螺母升降速度mm/min;

確保PCR＞W(wǎng)×SF

式中：PCR——臨界載荷(N);d3——絲杠底徑(mm);fm——支撐系數(shù)(兩端支撐fm=105);La——作用點間距離(mm);W——單臺升降機當(dāng)量載荷(N);SF——安全系數(shù)(一般SF=4)。

式中：nc——臨界轉(zhuǎn)速(r/min);d3——絲杠底徑(mm);fn——長度系數(shù)(軸端自由fn=0.36);Lb——支撐間距離(mm);ns——絲杠轉(zhuǎn)速(r/min);n1——輸入轉(zhuǎn)速 (r/min);i——減速比;確保：nc＞ns

2 調(diào)平原理及方法

已知，兩條相交直線或兩條平行線可確定一個平面，當(dāng)一個平面上有兩條相交直線是水平的，就能確定該平面是水平平面。因此，只要將一個平面中的兩條相交直線調(diào)水平，這個平面就水平了。

雙層單點自動調(diào)整水平基準(zhǔn)平臺(參見基準(zhǔn)平臺結(jié)構(gòu)示意圖)就是據(jù)此原理設(shè)計的。通過調(diào)整一個點(Ⅰ)的高低使得A平面上一條直線(x軸線、x'軸線)達到水平，再調(diào)整另一個不同方向的點(Ⅱ)，使得同一平面上的另一條與之垂直相交的直線(y軸線、y'軸線)達到水平，因為A平面上有兩條相交直線達到水平，所以A平面就調(diào)整水平了。

為了得知平臺與標(biāo)準(zhǔn)水平面的傾斜角度，采用雙軸液體擺式水平傳感器測量平臺在x軸方向和y軸方向的傾斜角θx和θy，計算機系統(tǒng)將傾斜角與設(shè)定誤差角δx、δy進行比較，依據(jù)比較結(jié)果判斷基準(zhǔn)平臺A平面四個角的高低。由控制系統(tǒng)先控制升降機(Ⅰ)的上升或下降來調(diào)整B平面在x軸方向的傾斜角度，A平面在x軸方向的傾斜角隨B平面調(diào)整，直到使x軸和x'軸達到水平狀態(tài)。再控制升降機(Ⅱ)的上升或下降來調(diào)整A平面在y方向上的的傾斜角度，直到使y軸和y'軸達到水平狀態(tài)。A平面達到水平，至此調(diào)平結(jié)束。

3 控制系統(tǒng)原理

式中：ρ——電解液的電阻率;Lx——上下電極間形成的液體電阻等效導(dǎo)電距離;Sx——上下電極間形成的液體電阻等效面積。

圖3 雙軸水平傳感器結(jié)構(gòu)圖

當(dāng)殼體水平時，頂部四個電極浸入在電解液中的深度相同，四個電極與電解液的接觸面積相同，形成的四個電阻值相等，即Rx=R1=R2=R3=R4。當(dāng)傳感器傾斜時，液面因為重力保持水平，這時，電極浸入在電解液中的深度發(fā)生了變化，電極與電解液的接觸面積也發(fā)生了變化，即Lx和Sx發(fā)生了變化，導(dǎo)致電極與電解液形成的電阻值Rx發(fā)生了變化。

將每個軸向的一對電極分別與兩個精密電阻組成一橋路電路，如圖4所示。

圖4 橋路電路示意圖

在公共電極和固定電阻的兩端加上電壓，當(dāng)傳感器水平時，氣泡在中間位置，Rx=R0電橋平衡，輸出電壓U＇x=0。當(dāng)傳感器傾斜時Rx發(fā)生了變化，此時Rx≠R0，電橋失去平衡，輸出電壓U＇x≠0，輸出電壓的極性與傳感器的傾斜方向有關(guān)，大小與傾斜角呈線性關(guān)系，dUx＇=Kdθ，式中K為比例常數(shù)。據(jù)此可以確定平臺的傾斜方向和傾斜多少，經(jīng)計算機系統(tǒng)的比對判斷，確定升降機的運行方向。

4 結(jié)語

在一個平面上將一個傾斜平面調(diào)整水平，一般需要在三點上共同調(diào)整才能實現(xiàn)。在研制雙層單點自動調(diào)整水平基準(zhǔn)平臺中，從調(diào)平的基本原理入手，簡化了問題的復(fù)雜性。將一個平面上兩個方向的傾斜角，分解成兩個層面上分別在x方向和y方向的單一方向傾斜角，通過每層只調(diào)整一個點就可以將上層傾斜平面調(diào)整至水平，實現(xiàn)在 2min內(nèi)完成調(diào)平，水平精度優(yōu)于2＇。平臺結(jié)構(gòu)簡單可靠，調(diào)平精度高、方法簡便，適用于有較高水平精度要求的車載平臺。

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