自动调平系统简介

1前言

自动调平系统是高精度工作平台的重要组成部分。其主要功能是：自动、快捷地调节工作平台的水平，缩短调平工作时间，提高设备的快速反应能力。常用的自动调平方式有机电式调平方式和电液式调平方式。机电式调平系统适合于供电方便或自带移动电站的设备，调平精度高，结构紧奏，安装方便；电液式自动调平系统适合于自带液压系统的设备，调平速度快，负载能力大，结构简洁，可充分利用设备的液压动力源。

2机电式自动调平系统

2.1机电式自动调平系统的组成及原理

该系统主要由如下机构组成：控制箱、撑腿（四套）、水平展开机构（两套）、双轴水平检测器、连接电缆等。交流伺服电机及其驱动器、滚珠丝杆组件、撑腿本体、水平展开机构等构成执行机构， PLC 控制器，双轴水平检测器,光电编码器等组成反馈控制系统。其原理如图1机电式调平系统原理框图。

2.2机电式调平系统的主要性能

    调平系统应具备以下性能指标：平台全升、全降，撑腿落地自动检测，撑腿行程自动反馈，撑腿过行程和过载保护，水平监测，自动调平，撑腿自动锁定、解锁，本控、遥控等操作功能。具体指标如下。

1.调平精度≤ 6 ′。

2.调平时间≤ 1min。

3.撑腿行程：400 mm。

4单腿承载：8 t 。

       5可靠性寿命：15年

图1 机电式自动调平系统原理框图

6平均无故障时间： MTBF＞5000 h 。
7平均修复时间： MTTR＜20 min。
8预热时间：在-20 ℃以下时预热时间应小于 5 min。
9温度：工作温度– 40-- +55 ℃，存贮温度– 50-- +70 ℃。
10工作高度：海拔 3000 m 能正常工作。
2.3机电式调平系统的试验情况
2.3.1环境适应性试验
2003年5月，机电式自动调平系统按其技术条件、试验大纲要求，进行了高低温试验、恒定湿热试验、冲击试验、振动试验、跑车试验、淋雨试验。产品的各项试验结果均达到了设计要求。
2.3.2承载试验
通过单腿承载 8ｔ的试验。
2.3.3调平性能试验
调平系统性能试验中，调平精度 2′5″（设计要求 6′）；调平时间 1′10″（设计要求 2 min ）。
2.4机电式调平系统的主要关键技术攻关情况
2.4.1滚珠丝杆传动
针对国内类似产品设计上的缺陷，我公司科技人员通过调研，巧妙地将滚珠丝杆和超越离合器结合，将其成功地应用到自动调平系统中，既提高了产品的机械效率，又克服了滚珠丝杆无法自锁的难题。
2.4.2调平系统的刚性锁定
目前，国内类似产品没有锁紧机构，系统调平一段时间后其精度会发生改变。为了保证在自动调平后，工作平台精度不再发生变化，我公司科技人员通过调研后，增设双向超越离合器，实现了工作平台的刚性锁定。并保护了伺服电机免受外力矩损伤。
2.4.3改进谐波减速器，提高其使用寿命
由于现有的谐波减速器和我们的调平撑腿配套后，输出钢轮定位、导向均不理想，会加速谐波减速器的磨损，降低其使用寿命。我公司科技人员和配套厂家的科技人员共同攻关，使改进后谐波减速器和调平撑腿的配套性能良好。
2.4.4采用先进的调平算法
由于控制系统采用了改进的调平算法，以及控制系统根据实时检测的数据对工作平台不断调平，工作平台的变形量可以得到一定的补偿，因此，对系统的刚性无特别要求。    
2.5机电式调平系统的主要配套产品、型号及供货情况
2.5.1谐波减速器 
本公司选用的谐波减速器，传动比为 1 ：120 ，输出转矩 220 Nm ，是该公司和与我公司配套的产品。该公司为国家谐波传动重点实验基地，交货及时，质量可靠。
2.5.2双向超越离合器
本公司选用的超越离合器，输出转矩 200 Nm 。该公司为我国主要超越离合器生产厂家之一。交货及时，质量可靠。
2.5.3 伺服电机及驱动器
日本松下公司生产，型号为 MSMA082A1G，功率 750 w 。
2.5.4滚珠丝杆组件
    南京装配工艺厂根据我公司设计图纸生产的三列内循环滚珠丝杆，公称尺寸 63 mm 。螺距 12 mm 。该厂为国内最大的滚珠丝杆生产厂家。
2.5.5水平传感器
本公司选用的水平检测器为航天电子公司研制，产品代号： SPD-1 。是该公司根据我公司要求，专门研制的水平检测器，产品性能稳定，供货及时。
2.5.6　PLC 
    可编程控制器，选用德国西门子公司产品。产品性能稳定，供
货及时。
2.6机电式调平系统达到的性能指标 

2.7机电式调平系统的设计定型
在各部门的积极配合协作下,经过机电式自动调平系统项目组全体科技人员的共同努力，完成了机电式自动调平系统样机的研制，并顺利通过了设计鉴定的环境试验前的功能测试、环境试验、环境试验后的功能测试、可靠性试验、承载能力试验工作。现已经成功应用于×××G、×××H、×××E（B）等雷达，用户反映良好。
2.8如何正确装配和使用机电式自动调评系统。
为了确保自动调平系统的功能及其使用寿命，在自动调平系装配
过程中，必须注意如下事项。
2.8.1滚珠丝杆和滑柱的装配
自动调平系统中的调平撑腿采用结构紧凑、运行平稳的内循环三列滚珠丝杆，由于滚珠丝杆配合精度高，因此装配时必须根据丝杆及螺母的尺寸来选择相应尺寸的滚珠。目前，我公司的自动调平系统采用的滚珠丝杆为南京工艺装配制造厂生产，该厂根据测量结果选配了滚珠，并组装成滚珠丝杆组件。

图2 滑柱和滚珠丝杆装配示意图

由于调平撑腿的滑柱在另外一家外协厂加工，且滑柱和螺母装配后，必须保证它们的外圆柱面的同轴度小于0.11mm，以利螺母和滑柱在导向套上滑动顺畅。用薄型平键将螺母和滑柱连接后，用铜榔头轻打到位；再以螺母的销孔为基准，加工滑柱上的销孔，铰孔后装上圆柱销；最后以螺母的键槽为基准，加工滑柱上的键槽，使二者的键槽方向完全一致，确保导向键在二者的键槽上滑动顺畅、无卡滞现象。
在加工滑柱的销孔时，由于会导致铁屑进入滚珠丝杆及螺母的球面螺纹槽内，如果不加以清洗，就会加速滚珠丝杆的磨损，因此必须将加工销孔后的滚珠丝杆组件拆开来，清洗干净。待其干燥后涂覆半流体润滑脂。特别强调，不得涂覆普通的润滑脂，否则在低温时，由于润滑效果降低，导致系统的机械效率下降，造成调平系统无法正常工作。

2.8.2谐波减速器及伺服电机的装配
MINAS-A系列伺服电机可实现高速定位并且环境适应性强；谐波减速器传动比大并且范围广，精度高，空回小，承载能 力大，效率高，体积小，重量轻，传动平稳，噪音小；因此调平撑腿驱动部分选用了MINAS-A系列伺服电机和谐波减速器。



输入刚轮和安装座配装时，配钻并铰定位销孔后，必须清洗干净，不得有杂质进入刚轮和柔轮的结合面间，否则会加快谐波减速器的磨损。
定位套和轴承内圈为小过盈配合，装配时不要采用敲击的方式，最好采用热套或压装的方法。装配前在轴承上涂覆半流体润滑脂，并将轴承压装到位。
由于MINAS-A系列伺服电机的光电编码器受敲击后极易损坏，因此在装配伺服电机时，不得敲击，而应用手轻轻压装到位。
由于谐波减速器刚轮和柔轮的轮齿模数小，因此在配装刚轮和柔轮时，不得用力打击，在将刚轮和柔轮上涂覆半流体润滑脂后，用手轻轻压装。当刚轮和柔轮的轮齿啮合上后，再收紧螺栓，以免损坏轮齿。



2.8.3调平撑腿的装配
双向超越离合器常与滚珠丝杆副配套，作为防止逆转机构。一端孔接主动轴，一端孔接从动轴。当外圈不动，主动轴顺时针或逆时针转动时，从动轴也同步转动；而从动轴受外力矩的作用时，顺时针和逆时针都不能转动。因此，将谐波减速器的输出轴和超越离合器的主动轴相连，超越离合器的从动轴和滚珠丝杆相接，就可保证只有伺服电机可以驱动滚珠丝杆转动，而外力矩无法驱动滚珠丝杆，从而实现系统的刚性锁定。装配超越离合器时，用手柄转动其主动轴端，应能灵活驱动滚珠丝杆机构运动。



在调平撑腿总装前，将驱动机构通电运行，空载时伺服驱动器检测到的伺服电机的力矩必须小于20%的设定力矩。如果检测到的力矩大于20%的设定力矩，必须重装驱动机构，直到检测到的力矩符合要求为止。将合格的驱动机构通电运行48小时后，拆开清洗干净，重新涂覆半流体润滑脂后装配。
在总装连接座和驱动机构、连接座和本体时，应保证运动件间的轴向间隙0.30—0.50mm，以确保其运动灵活。如果轴向间隙太小，应加装相应厚度的石棉垫。



2.8.4水平检测器的装配
航天电子的双轴水平检测器，根据一定的比例系数，将检测到的工作平台的X轴和Y轴方向的倾角信息转换成电压信号传送给PLC控制器。PLC控制器根据系统的调平算法，将结果传送给伺服电机驱动器，驱动执行机构，实现系统调平。
水平检测器总装时，必须保证水平检测器的基准面和安装座的安装平行，即用游标尺检测两者间的距离误差应小于0.05mm。





2.8.5调平控制箱的装配
调平控制箱的元器件装配必须对角、逐次拧紧连接螺钉，确保元器件装配可靠。

图10 控制箱装配示意图

2.8.6机电式调平系统的总装
水平检测器安装于天线座车时，必须确保其安装方向符合12调平系统安装示意图所示。如果水平检测器的X轴和Y轴的方向不对，将会导致系统调平时越调越不平。因为PLC的控制算法是按图6调平系统安装示意图的安装及接线的逻辑关系，水平检测器的方向装错后，PLC就会将错误的运算结果传送给伺服控制器，导致系统调平时，该伸的撑腿没伸，不该伸的撑褪却伸了。





调平撑褪安装时，也必须按照图12调平系统安装示意图的装配关系安装，否则会造成调平撑腿的误动作，同样无法实现系统的调平。四套调平撑褪的装配位置必须保证同一高度，因为高度不统一，会造成调平系统的有效行程减小，在坡度较大的工地上无法调平。这样对工地的要求就会提高，降低了设备的工地适应性。
在系统调平前，应先检查电缆连接是否正确，否则同样会因错误连接而无法实现系统调平。
2.9本公司机电式自动调平系统配套产品图片资料





3电液式自动调平系统
3.1电液式自动调平系统的组成及原理
本系统由一套PLC控制模块、两套液压水平展开机构、四套液压撑腿、一套双轴水平传感器、一套温控装置、收腿到位检测和报警装置、车外操作装置、液压换向和压力检测装置、连接电缆和液压管路附件等组成。其原理如图14电液式调平系统原理框图。
3.2电液式调平系统的主要性能
调平系统应具备以下性能指标：平台全升、全降，撑腿落地自动检测，水平监测，自动调平，撑腿自动锁定、解锁，本控、遥控等操作功能。具体指标如下：



1调平要求：调平精度≤±0.5°。
2调平时间：≤20s。
3单腿有效行程：400mm。
4单腿额定承载：15T。
5可靠性寿命：15年。
6预热时间：在-20℃以下预热时间应小于3Min。
7温度：工作温度：-40℃- +55℃，存储温度：-50- +70℃。
8工作高度：海拔3000m能正常工作。
9角度自动显示功能。
10工地倾角大于6°自动报警。
11车内外可操作功能。
3.4本公司电液式自动调平系统配套产品图片

图15电液式自动调平系统配套产品图片