新型稳定平台

新型稳定平台（共7篇）

新型稳定平台 篇1

0 引言

稳定平台广泛应用于机载、舰载、车载武器等军事领域和空间遥感探测、公安消防、环境监测等民用领域。为了实现运动载体设备的稳定以保证对目标的精确跟踪, 稳定平台集惯性导航、微惯性传感器、数据采集及信号处理、精密机械建模仿真和设计、电机运动控制、图像处理和光学仪器应用等多项技术于一身[1]。现有的这些稳定平台基本上都是串联结构, 由于其结构特点是本体过重和驱动力小, 使得其在大负载场合的应用存在难于控制的问题。因此, 承载大, 具有大工作空间和高动态响应的并联稳定平台成为热点问题。但是, 由于少自由度并联机器人机构运动学、动力学分析的复杂性和理论研究的滞后, 限制了采用这类机构作为新型的稳定平台机构的发展。对球面并联机构的研究大多集中在球面3自由度并联机器人机构上[2,3], 球面二自由度机器人特别适用于空间姿态变化的地方。纯粹软件仿真很难真正模拟实际机构的特性[4]。

本论文研制一套新型稳定平台装置, 根据稳定平台工作原理和物理特性设计平台伺服控制系统, 对稳定平台系统进行深入的研究。根据稳定平台运动学关系和驱动装置的动态模型, 以增量式光电编码器作为位置反馈和倾角传感器作为目标偏差检测、以光纤陀螺 (FOG) 作为惯性速率敏感元件, 建立基于计算力矩的稳定平台伺服控制系统。通过在Matlab中嵌入Qua RC实时控制软件编程实现半实物仿真。

1 系统构成

1.1 硬件

机构简图如图1所示。

图1中, 支架1与支架2轴线垂直交于一点, 电机1和电机2安装于底座上, 并通过平行四边形A1B1C1D1和A2B2C3D2分别驱动支架1和支架2, 构成二自由度球面并联机构。引入平行四边形结构可改变电机的安装位置, 改善机构整体的紧凑性。支架3长度较大, 保证操作台有更大的俯仰范围。电机3安装于支架2内, 构成串联结构, 顶端安装工作台, 可以360度旋转。选用NI PCI-6230控制卡。Advantech IPC进行数据采集、处理、与控制算法运行, 该板卡为Quanser实时软件产品所兼容, 可以利用Matlab中丰富的软件资源。

1.2 软件

在稳定平台进行半实物仿真时, 为了给高速、高精度控制算法研究提供一个理想平台, 本研究中采用了在Matlab软件中嵌入Qua RC的方式实现, 这样可在Simulink中可方便调用Matlab中丰富的软件模块或算法。并通过Qua RC提供的编译环境, 对Simulink程序进行编译[5], 生成可实时运行的控制程序。可以直接访问NI PCI-6230多功能通用控制卡, 减少系统控制器的开发周期。

1.3 控制系统设计

1.3.1 系统模型

1) 3-DOF稳定平台机构

根据3-DOF稳定平台机构工作原理, 以刚体空间运动学为基础, 借助欧拉角法与向量法[5,6]建立该机构执行电机输入转角和工作台输出横滚角、俯仰角和方位角之间关系如下。

其中, θ1, θ2, θ3为电机1、电机2和电机3的输入转角, θp, θr, θy稳定平台输出的俯仰角、滚转角和方位角。稳定平台雅可比矩阵:

2) 驱动装置的动态数学模型

本系统驱动采用伺服电机, 只存在电磁转矩直接耦合, 伺服电机动态电压方程为:

其中, Udo电机电压, R电枢回路总电阻, L电枢回路总电感, Id电枢中电流, E额定励磁下的感应电动势。

如果, 忽略粘性磨擦及弹性转矩, 电机轴上的动力学方程为:

额定励磁下的感应电动势和电磁转矩分别为:

式中, LT为负载转矩, GD2为电机转子和减速箱总的转动惯量, Cm为转矩系数, n为电机转速。定义

在零初始条件下, 得电机的动态数学模型如下:

把传动部分和支架的转动惯量折算到电动机转子上, 得到用于控制的电磁转矩直接耦合机电系统动力学方程为:

其中t电动机输出电磁转矩, τf z电动机传动轴的等效负载转矩 (摩擦转矩) , M (θ) 为电机转子、传动部分和支架折算到电机轴上的总转动惯量。q为电动机转轴的转角。通过 (1) 、 (2) 和 (3) 式导出系统被控量θp, θr, θy。

1.3.2 控制方案

对于3-DOF稳定平台机电系统, 由于有很多干扰影响控制系统的运动, 因此计算力矩动态控制的方法[7]实现系统的角位置和角速率控制是合适的, 如下设计控制器:

其中为角位置误差, 是摩擦力矩, 与运动反向, 为阻力矩, 有:

(11) 代入到 (10) 有系统误差方程为:

跟踪给定, 增益k P、k D和kI根据希望响应速度设定。基于系统数学模型 (10) 的参数M (θ) , 可以计算控制算法 (11) , 通过计算力矩设计控制器可以使系统成为线性化系统。

2 系统半实物仿真实验

2.1 系统模型参数

根据选用的MAXON的118746型号电机, 在 (11) , (12) 电机模型中参数为:转矩常数Cm=44m Nm/A, 电枢回路总电阻R=.731Ω, 电枢回路总电感L (28) .0832m H, Ce (28) .01047Cm, GD2=112.gcm2=.112×10-4kgm2, 则有:

系统动力学方程中参数M (θ) 为:

其中x, y是关于平台输出转角的函数, 如下:

其他参数如表1所示。

2.2 仿真程序设计

在进行半实物仿真时, 控制程序和指令通过在PC机编程实现, 编程软件是在Simulink中搭建仿真程序, 如图2所示。

图2中, HIL Initialize模块完成对控制卡PCI6230的初始化。Pitch_generator中采集基座俯仰角, 并转化为球面机构俯仰角补偿量, Closeloop_Pitch通过对电机2进行位置控制[6], 实现对基座俯仰分量的补偿, 保持其在俯仰方向分量的水平。基座横滚角分量的运动补偿通过Roll_generator模块和Closeloop_Roll实现。

根据 (15) 式取:

2.3 实验结果

通过锁定其它轴系, 分别对其施加周期为10s, 幅值为0.5rad俯仰激励、横滚激励, 验证3-DOF稳定系统构建的有效性。将两轴对角度的跟踪曲线进行绘制, 如图3、图4所示。

图4、5中, 实线分别为横滚和俯仰角跟踪曲线, 从图中可看出, 在5.0rad的运动范围内, 对俯仰轴, 1秒之后进入稳定状态, 横滚轴2秒后进入稳态, 横滚超调比较小。

3 结论

所设计研制的3-DOF并串联稳定平台能够在实验室条件下模拟车载光电成像跟踪系统等运动学特性和空间运行姿态。基于开放式结构、标准模块化控制器的稳定平台伺服系统的建立, 为光电稳定跟踪系统相关技术的研究和验证提供了一个有效的、与实际系统比较相似的模拟环境, 为进一步研究宽频带、高性能的此类伺服系统的精度提供了良好的平台, 可为实际系统的研制和改进提供参考依据和实验数据。

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新型稳定平台 篇2

空空导弹与地地导弹和地空导弹相比,具有反应快、机动性能好、尺寸小、重量轻和使用灵活等特点,对导引头性能要求很高[1,2]。稳定平台是导引头的重要组成部分,以美国和西方为代表的军事强国都加强了导引头新型稳定平台的研究且发展极为迅速,传统的动力陀螺稳定平台已逐渐被速率陀螺平台和捷联稳定平台所取代[3]。因新型稳定平台具有结构小型化、数字化和智能化的特点,使其在空空弹导引头上具有广泛的应用前景,美国的AIM-9X空空导弹和欧洲六国的IRIS-T空空导弹导引头为新型稳定平台的典型产品[3,4,5],如图1所示。

1 新型稳定平台的框架结构

按框架结构划分,新型稳定平台包括三自由度框架、两自由度直角坐标和两自由度极坐标框架[3]。三轴框架结构含有外环、中环和内环框架三个自由度,一般内环和中环对应导弹的俯仰和方位运动,外环对应导弹的滚转运动,光电探测器或雷达天线安装在内环中心的平台上,结构示意图如图2所示。导弹飞行中因平台包括三个转动自由度,可以解决大离轴角和耦合问题,但结构复杂,使导引头体积偏大,影响导弹性能;两轴框架结构仅有两个转动自由度,因此对于弹体自身的三轴运动形成的对视线跟踪的扰动缺少一个自由度,但由于目标跟踪实质是探测器光轴在像平面内对目标像点运动的跟踪,因此两个自由度本质上可以满足在像平面内对目标的跟踪。两轴直角坐标结构的内环和外环框架可以实现高低和水平偏转,结构简单紧凑,两通道相互独立、耦合少,是一种广泛应用的稳定平台结构;两轴极坐标的外环是滚转框,内环为高低或水平偏转框,因滚转/高低或滚转/水平偏转组成的综合跟踪能力使其具有大离轴探测角度的特点,受到近程小型空空导弹的广泛青睐;结构示意图如图3所示。综上,从结构的小型化和复杂度来看,两自由度优于三自由度,极坐标式优于直角坐标式,极坐标式两自由度稳定平台作为导引头新型稳定平台结构具有广泛的应用前景。

2 新型稳定平台的视线稳定技术

根据陀螺安装位置不同,视线稳定技术可以分别直接视线稳定和间接视线稳定[6-7]。

直接视线稳定又称机械稳定,是在机械上增加一套能够隔离弹体方位、俯仰和滚转姿态变化的稳定平台,进而实现视线稳定。具体操作方法为:利用装在被控对象上的速率陀螺,测量目标跟踪轴相对于惯性空间的运动,目标跟踪轴相对惯性空间的运动起闭合伺服控制回路的作用。当弹体扰动和弹体姿态变化时产生干扰力矩作用于平台,引起台体存在的附加角速度输出被速率陀螺敏感后,其输出电压经控制电路、功放电路传动到力矩电机,力矩电机产生相反方向上的卸荷力矩来平衡外部干扰力矩。其稳定原理框图如图4所示。

间接视线稳定,也称数学稳定或捷联稳定。间接稳定中,惯性器件不是直接安装在被控负载上,而是直接安装在负载的基座上,然后在伺服控制器中采用数字稳定技术,修正或补偿载体姿态变化的影响,从而实现视线稳定。具体操作方法为:利用弹体惯性测量装置测量弹体相对于惯性空间的运动,通过数字解算形成光轴或天线运动控制指令,抵消弹体运动对视线的影响,这种情况下,目标跟踪轴相对弹体的运动其闭合伺服控制回路作用。其稳定原理框图如图5所示。间接视线稳定可以分为半捷联式和全捷联式,两种实现方式都没有独立的闭环陀螺稳定回路,但是半捷联仍然存在框架结构,是在已有的速度或位置回路基础上,通过数字解算来补偿弹体扰动;而全捷联式则是完全没有框架结构,是在电子角跟踪的基础上,利用数字解耦方式实现视线稳定。

直接视线稳定将速率陀螺安装在内框上增加了平台负载,加大了伺服电机的力矩要求,加大了平台的结构质量,这种方式比较适合对平台质量限制要求较为宽松的场合;间接视线稳定控制方法较为复杂,但平台结构更为小型化和轻量化,在微电子技术和计算机控制技术快速发展的今天,已成为近距空空导弹导引头稳定平台的发展趋势。

3 新型稳定平台的控制方法

国内外关于稳定平台控制方法的研究数不胜数,主要针对速率稳定平台的稳定回路设计,包括有经典控制方法和现代控制方法[8,9]。

1)经典控制方法:主要采用频率域设计的超前滞后串联校正网络,为了提高系统性能,加入前馈控制也取得了很好的效果,因经典控制方法理论成熟、算法简单、可靠性高和实时性好,在工程上得到了广泛应用。

2)现代控制方法:鲁棒稳定控制器、最优控制器和干扰观测与补偿等控制设计方法在稳定回路中已有应用[10,11]。其中,鲁棒稳定控制器主要针对稳定回路模型的不确定性设计,主要包括LQG/LTR算法和H∞鲁棒控制控制;最优控制器针对确定模型展开设计,使稳定回路快速性达到最优值,进而提高稳定精度;干扰观测与补偿利用状态空间方法对干扰信号模型进行合理假设,将干扰作为系统的增广状态变量,进而构成增广系统,再采用常规的极点配置设计方法设计状态观测器和状态反馈控制器。

4 新型稳定平台的应用状况

世界各国导弹导引头都采用了雷达/红外/电视等光电探测平台,以红外/光电探测平台为例,新型稳定平台在国外近距空空导弹上获得了广泛引用[10,11,12],如表1所示,伴随着导引头小型化、轻量化的发展趋势,新型稳定平台将更具生命力。

5 借鉴和学习

高精度陀螺稳定平台稳定回路设计 篇3

1 稳定回路原理分析

两轴陀螺稳定平台由两个轴系构成:方位轴和俯仰轴,为光电探测设备提供2个自由度的角运动。方位框架通过轴承与基座相连,俯仰框架安装在方位框架上,随方位框架一起转动。当载体产生扰动角速度时,首先通过平台环架轴间几何约束和摩擦约束耦合到方位框架,再由方位框架耦合到俯仰框架,俯仰框架与负载刚性连接,直接导致探测器视轴指向发生偏移[2,3,4]。系统为抵消视轴的偏移,采用整体稳定方式,结构形式及原理见图1。

图1a为两轴稳定平台结构示意图。G1为方位陀螺,G2为俯仰陀螺,G3为方位光栅,G4为俯仰光栅。M1为方位轴力矩电机,M2为俯仰轴力矩电机。探测器视轴与y轴平行。图1b为稳定回路闭环控制原理图。在视轴稳定过程中,速率陀螺作为惯性空间速率测量元件,敏感平台在惯性空间内的角运动速率,作为速度负反馈进入稳定回路中,构成稳定回路闭环控制。在稳定回路的设计中,陀螺的补偿、滤波运算,伺服控制方法及各环路的设计校正均在速度控制器中以数字化形式实现,因此也可称作“数字稳定回路”。当稳定平台产生的补偿角速度与惯性空间内扰动角速度大小相等、方向相反时,即实现了视轴的空间指向稳定[5]。

需要注意的是,俯仰框架与方位框架垂直(俯仰轴零位)时,两个陀螺的敏感轴分别与稳定平台的方位轴和俯仰轴平行。当俯仰框架转动一个角度θ后,方位陀螺G1的敏感轴指向也随俯仰框架转动了θ角,即方位陀螺敏感轴与平台方位轴夹角为θ。此时方位陀螺G1的输出量将不再是平台方位轴角速度,需要进行正割补偿[6]:即平台方位轴角速度。俯仰陀螺G2的敏感轴与俯仰轴始终为平行,因此G2输出值始终等于平台俯仰角速度。

当载体姿态变化引起平台产生绕Y轴的角速度时,会导致光电探测系统视轴发生旋转,但二轴稳定平台的局限性导致此方向扰动无法被隔离,需要三轴或三轴以上的稳定平台来完成[7]。

2 数字稳定回路建模及设计

2.1 设计中需要解决的问题

经分析,陀螺稳定平台伺服系统的稳定回路设计需要着重解决以下问题[8]:(1)机械摩擦、轴间力矩耦合等固有扰动的存在;(2)干扰速率来自载体运动的随机耦合,具有很强的随机性;(3)速率陀螺传感器内部的漂移和噪声;(4)外部扰动换向时的“平顶”现象;(5)速率偏差较大时,系统电器元件的饱和,导致系统产生畸变现象。

以上问题使稳定回路具有很大的非线性和随机性,难以进行精确的建模分析。因此要求稳定回路具有快速动态响应特性和较高的稳定精度,同时对模型参数的变化具有一定的鲁棒性和自适应性。

2.2 稳定回路控制方法的选择

针对稳定回路存在的几个主要问题,为了增强控制系统的抗干扰性和鲁棒性,在设计中摒弃了传统的单速度环控制方法,采用双速度环控制。所谓双速度环就是用速率陀螺测量平台惯性空间内扰动速率,作为速率反馈构成稳定环(速度外环);用测速机或光栅、角编码器等同轴测量装置测量轴系转动速率作为速率反馈构成速度环(速度内环)。内外环均有自己的校正函数,内环主要用于抑制摩擦力矩的影响,外环主要用于克服平台的惯性空间扰动。系统采用的是串级校正方法[9],因此也叫做双内环串级控制法,数学模型如图2所示。

将图2中电机和负载的等效传递函数用Gp(S)表示。ωb为载体运动给稳定平台带来的扰动角速度,将轴系摩擦力矩给电机转速带来的影响等效为一种扰动力矩ud[10]。ωin为稳定回路的输入指令角速度;ωout为平台框架角速度;Ka d为陀螺信号A/D转换环节等效增益;Kf为滤波环节等效增益;Kg为陀螺自身比例因子的等效增益;Kc为光栅角度差分环节等效增益;Kpwm为PWM功放电路等效增益。由此,ωout的变化取决于ωin和ωb、ud以及伺服回路传递函数,稳定环等效传递函数如下

从式(1)可以看出,ωb的抑制只由稳定环的校正函数G1(S)完成,不受Gp(S)以及G2(S)的影响。稳定平台特性参数变化对稳定精度不产生影响,使系统的鲁棒性较传统的单速度环系统有所增强。同时,轴系摩擦力矩的克服和对载体扰动的隔离可以实现分层设计,分别由内环校正环节G2(S)和外环校正环节G1(S)进行调节,两者不存在互相牵制,系统的抗干扰性能更强,可以更好地提高稳定精度。

2.3 双速度环伺服控制器设计

双速度环伺服控制器分为速度内环和速度外环两部分,全部采用数字化设计,运算校正环节和反馈回路均在主控制单元(PC104)内由软件完成。数字系统采样频率为1 k Hz,远高于稳定回路系统带宽,因此可以将数字离散化系统近似为连续系统,采用连续系统的方法进行分析。

2.3.1 速度内环设计[11]

速度内环主要作用是抑制平台轴系间的摩擦力矩,因此要保证系统刚度以及快速的动态响应和频带宽度。以陀螺稳定平台的方位轴系为例,电机与负载的传递函数可以等效为

其中,为机电时间常数;为电气时间常数。

通过UG软件对方位俯仰轴系建立三维模型,估算出方位轴系的转动惯量为:J=1.5 kg∙m2。根据所选电机的各项参数,不难得出方位轴系的开环传递函数为

利用波德(bode)图法对方位轴速度内环开环传递函数进行频域分析,为保证系统稳定性以及速度环带宽,并在希望的带宽范围内通过校正环节尽量提高系统增益。通过频域设计,加入了一阶滞后校正环节。校正后增加了速度内环闭环带宽,使系统符合稳定性判据。

2.3.2 速度外环设计

速度外环主要作用是抑制外部扰动角速度。在充分考虑到速度外环路的非线性和不确定性后,采用了分段式PID控制。在速率误差的绝对值大于某一设定好的阈值εm时,速度外环输出给定值Vm或-Vm,使速率误差在控制范围内迅速减小。当速率误差降到阈值以下,进入线性段区域,采用经典PID控制方法,提高系统精度、稳定性和快速性。分段式PID控制原理如图3,ωin为速度外环的输入角速度,ωo为速度外环输出给速度内环的角速度值。

3 陀螺稳定平台性能测试

在实验室内对两轴陀螺稳定平台样机进行了稳定性指标测试,测试系统如图4所示,主要由两轴陀螺稳定平台、光电探测器,跟踪器、平行光管、两自由度摇摆台组成。

测试方法是利用一台两自由度摇摆台,将稳定平台固定在摇摆台工作平面上,放置平行光管作为模拟靶标。稳定平台在初始位置时,探测器视轴对准靶标,开启跟踪器实时计算目标脱靶量。调转稳定平台方位俯仰角度,使靶标位于图像中心,二轴脱靶量均为零,将此时视轴在惯性空间内的指向作为稳定基准。平台进入稳定工作状态,设定二轴摇摆台方位、俯仰轴系运动参数幅度均为5°,周期为2 s。摇摆台带动稳定平台基座进行周期性运动,观测并记录探测器上靶标的方位和俯仰脱靶量数值,并通过计算得出平台视轴稳定精度。

数据处理方法如下:方位脱靶量为△X、俯仰脱靶量为△Y,通过公式计算稳定误差,即为平台视轴稳定精度。随机抽取n组数据,计算稳定误差的均方根值。在2个测试周期内,分别测试了使用传统的单速度环方法和双速度环方法的稳定精度。测试数据如表1所示。

以上试验数据表明,该两轴陀螺稳定平台极大地减小了载体角运动对探测器视轴的影响,可以使视轴在惯性空间内基本保持稳定。并且通过使用双速度环控制,使系统稳定精度较单速度环控制有了大幅提高。

4 结束语

在高精度陀螺稳定平台数字稳定回路的设计中,通过对陀螺稳定平台伺服系统的机理分析和数学建模,将设计的重点放在解决平台伺服系统的高随机性和非线性问题上,选择了抗干扰性和鲁棒性较好的双速度环控制方法。该方法将轴系摩擦干扰和载体角运动干扰通过内外两层环路分别予以抑制,使稳定精度较传统单速度环控制有了很大提高,并且易于实现,值得在工程中广泛应用。

摘要：介绍了两轴陀螺稳定平台隔离载体扰动的原理,对陀螺稳定平台的稳定回路进行了数学建模分析和设计。选择了双速度环控制方法,使稳定伺服系统较传统的单速度环方法具有更好的抗干扰性和鲁棒性,并通过样机测试数据表明,该稳定平台具有较高的稳定精度。

关键词：视轴稳定,PID控制,陀螺稳定平台,双内环控制

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机载光电稳定平台润滑 篇4

1 稳定平台润滑

1.1 稳定平台润滑方式

如图1所示,机载光电稳定平台通常由方位、俯仰框架构成,所携带可见光摄像机、前视红外仪、激

光测距仪、数码照相机等传感器安装固定在框架内,每个框架包含一组驱动组件、一组测角组件.为了减小飞行中的风阻,平台外形多采用沿轴心对称的球柱体形状;为有效利用空间,在布局时将驱动组件设计在框架一端、测角组件设计在框架的另一端.驱动组件采用分装式低速直流力矩电机,输出力矩/体积比大,质量轻,电机与框架轴直接连接传动驱动,减少传动路径提高功效.稳定平台通常采用旋转变压器或光电编码器作为测角元件,直接安装在框架的旋转轴上.框架的支撑采用滚珠轴承,承受各种负载及无人机降落时的冲击力.

根据稳定平台结构形式及其在无人机上使用环境分析,润滑脂是机载稳定平台所用轴承最合适的润滑剂.它具有综合的清洁、润滑、防锈性能;适合我国地域辽阔、气候特点差别显著的国情;采用直接涂抹方式,在高低速度下都有良好的润滑效果,也可适应不同的使用环境温度,无需供油装置,不易流失,不需经常添加,可以一次性终身润滑,维护管理方便、节省操作费用[1].此外,润滑脂可以填充固定和旋转零件之间的间隙,增强其密封性能,还可防止灰尘、水份和其他杂物的侵入,无需更换,能够减少润滑油对光学系统的污染,提高传感器的性能和指标,从而可以实现光电设备长期工作的要求.

1.2 润滑脂对轴承阻力矩影响

机载光电稳定平台某框架一端采用成对安装的角接触球轴承,为了增加支撑的刚性、减小振动和噪声,防止由于惯性力矩引起的轴承内外圈之间的相对运动,提高运动框架轴系旋转精度,需对轴承施加一定预紧力.选配的轴承采用轻预紧力,清洗后的轴承常温下其阻力矩约为34 mN·m;根据机械设计手册中关于滚动轴承润滑脂填充量推荐[2],用重庆一坪润滑脂公司生产特221号航空润滑脂添加2/3轴承腔后,其阻力矩约达到102 mN·m,增加3倍.

1.3 阻力矩对稳定精度影响

视线稳定精度就是指稳定平台在载体摇摆时保持视线稳定的精度.飞行中载机摇摆会引起光电稳定平台光学传感器视轴晃动.稳定精度是机载稳定平台重要指标,该指标的高低决定了对地面目标观察的清晰程度.

图1所示俯仰轴,安装成像传感器和速率陀螺,陀螺敏感稳定平台绕X轴、Y轴运动角速度信号,将该信号校正计算后再功率放大以驱动装在俯仰框架轴上的电机,完成对平台的稳定控制.对于机载光电稳定平台,采用合适的稳定控制回路和校正算法,当载机以0.5 Hz、±5°摆幅摆动时,用常温洁净轴承阻力矩34 mN·m作为干扰力矩,在MATLAB SIMULINK中仿真,观测框架的角运动,角运动摆动峰峰值为4 μrad,也就是说在这个动态的测量过程中,光学传感器的视轴晃动的最大幅度为4 μrad,光电稳定平台的稳定精度也就是4 μrad.稳定精度的大小随着干扰力矩的大小改变,呈线性比例关系,当轴承添加润滑脂,阻力矩达到102 mN·m后,不考虑其他因素,光电稳定平台的稳定精度是12 μrad.

随着无人机应用技术的不断发展,对机载光电设备的要求在不断提高,在执行一些精确光电探测时,对设备稳定精度的要求可高达20 μrad左右,上述轴承在添加特定型号润滑脂后对稳定精度影响高达40%,润滑脂对稳定精度影响不可忽略.稳定精度仿真结果见图2.

2 润滑脂的选择

稳定平台中的润滑主要是低速轴承润滑.总的工作特点是:低速,飞机降落时冲击性负荷大;工作环境温度变化幅度大,在一定飞行高度,地面与空中存在一定温差;稳定平台需要满足地面联试与空中飞行大气气象条件.因此,要提高润滑效果,满足使用环境及使用条件,保证良好的运动性能,延长使用寿命,稳定平台轴承对润滑脂的要求是:

(1) 适当的黏度

润滑脂的黏度-温度特性具有重要的使用价值,特别是在较低的温度下,如果相似黏度很大,则流动性很差[3],即不易进入摩擦部位的工作面,轴承的启动力矩会增大,产生很大的滑动转动阻力,运转时阻力也过大.而当环境和工作温度变高时,如果相似黏度迅速下降,在实际使用时可能发生流失现象,污染光学系统,影响传感器的性能和指标,从而无法实现光电设备长期工作的要求.

(2) 较低的启动转矩

启动转矩是指润滑脂阻滞低速滚动轴承转动的程度[3].启动力矩值越小,则对稳定精度影响越小,启动功率消耗也越小,即润滑脂的启动性能越好.某些脂在低温下的启动力矩值较大,甚至出现卡住现象,即脂的低温性能差,影响运动平稳性,造成稳定精度下降,不适合在低温下应用.启动转矩是低温用润滑脂和宽温度范围用润滑脂在机载光电稳定平台应用的重要性能指标.

(3) 较宽的温度使用范围

在低温环境下,使用不合适的润滑脂最直观的结果是使又稠又软的油脂冻结,进而使得光电设备起动力矩大起动困难,运动时产生较高的摩擦,功率损耗增大.

润滑脂受热后性质可能发生许多变化,从不流动状态变为流动状态,出现蒸发/氧化/析油等,这些改变都会影响润滑脂在高温下的使用性能.

(4) 严格的杂质含量

润滑脂内存在了机械杂质,使用过程中就会带入机械摩擦部位,它不但会降低润滑脂的减摩作用,而且加剧了摩擦交点和工作面的磨损,并能造成摩擦面擦伤等等,致使被润滑的滚珠轴承迅速丧失精度,降低运动精度,从而缩短使用寿命.

此外,机载光电稳定平台对润滑脂还要求一定的安定性,防止在与空气的接触中氧化;一定的抗水性,在与水及水蒸气接触后不会生成乳化体;一定的机械稳定性,在受机械作用后其稠度改变很小.

对于所用润滑脂的选择,除了以上各方面的阐述之外,还有其他许多制约条件,应对整个系统有一定了解,根据使用寿命、载机飞行高度、速度、使用场合是陆地还是海上等因素进行综合选择,使机械润滑更加合理完善.

参考文献

[1] 颜志光.润滑材料与润滑技术[M].北京:中国石化出版社,2000.

[2] 徐灏.机械设计手册[M].北京:机械工业出版社,1991.

[3] 王煊军,曹小平,张有智.军事装备润滑剂应用技术[M].北京:国防工业出版社,2005.

参考文献

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[2]徐灏.机械设计手册[M].北京:机械工业出版社,1991.

转子稳定温度场分析平台 篇5

转子是汽轮机组的关键部件之一, 工作时承受着高温高压, 因此对其温度场进行分析是对它进行强度校核和研究其热膨胀的基础, 这对汽轮机的研发工作是十分必要的。本课题以机组为例完成了转子稳态温度场分析平台的搭建, 包括了程序扩充、模型简化、换热系数计算程序编制、边界温度选取、程序分析、有限元分析和程序输出结果可视化研究。

1 模型简化

高中压转子稳态换热分析首先需进行模型简化, 认为其温度场分布是轴对称的, 以机组为例, 简化模型如图1所示。

边界点根据换热区域计算的要求选取, 共选取144个点。

2 换热系数计算

高中压转子稳态换热分析首先需计算换热系数, 其换热系数计算分以下几种类型, 现分述如下:

2.1 无限空间中旋转圆盘

此种类型换热系数计算公式一般用于蒸汽进汽侧的第一级叶轮和排汽侧的末级叶轮, 在本分析算例中区域25~26, 64~65, 70~71, 74~75, 75~76, 85~86, 123~124, 125~126, 130~131, 132~133, 138~139, 140~141, 142~143, 17~18, 14~15, 23~24, 81~82正是此种类型。

此计算公式已编为程序, 程序名为a14.f90由程序计算区域的换热系数为:

h=123.3099Btu/ (hr·ft2·0F) (换热系数的英制单位, 如变成公制则需乘以5.82, 如下以此为准)

2.2 同轴转动圆盘

此种类型换热系数计算公式一般用于由间隙分开的2个同轴转动圆盘, 在本分析算例中区域87~88, 89~90, 91~92, 93~94, 95~96, 97~98, 99~100, 101~102, 103~104, 105~106, 107~108, 109~110, 111~112, 113~114, 115~116, 117~118, 119~120, 121~122正是此种类型。

计算公式为:

2.3 直汽封

此种类型换热系数计算公式一般用于直汽封下的转子表面, 在本分析算例中区域63~64, 60~61, 57~58, 54~55, 51~52, 48~49, 45~46, 42~43, 39~40, 36~37, 33~34, 30~31正是此种类型。

此种类型换热系数计算公式如下:

此计算公式已编为程序, 程序名为pha04.f90, 由程序计算区域的换热系数为:h=3 426.214Btu/ (hr·ft2·0F) 。

3 中压第一级轮槽处换热系数计算

在机组中压第一级轮槽处, 在本分析算例中为86~87区域, 该级动叶叶根和轮槽处存在较大间隙, 气流由此流过冷却轮槽, 该轮槽和动叶叶根的间隙近似为矩形, 可用管道中过热蒸汽的湍流流动的换热系数计算公式进行计算, 由于转子沿周向均布轮槽, 且本算例中按轴对称计算, 所以近似将所计算的换热系数乘以全部的轮槽周向长度, 再除以该处的转子圆周长度, 即得该处的平均换热系数。

管道中过热蒸汽的湍流流动的换热系数计算公式如下:

管道中过热蒸汽的湍流流动的计算公式已编为程序, 程序名为pha1.f90, 由程序计算区域86~87的换热系数为:h=1 751.255Btu/ (hr·ft2·0F) 。

4 无轴向流动的旋转同心圆柱

此种类型换热系数计算公式一般用于由间隙分开的2个旋转同轴圆柱, 间隙中无轴向流动, 在本分析算例中区域71~72正是此种类型。

此种类型换热系数计算公式如下:

此计算公式已编为程序, 程序名为ea19.f90, 由程序计算区域的换热系数为:h=245.373 100Btu/ (hr·ft2·0F) 。

T形叶根和调节级叶根的换热系数

在本分析算例中区域73~74为调节级的轮槽简化区域, 61~63, 58~60, 55~57, 52~54, 49~51, 46~48, 43~45, 40~42, 37~39, 34~36, 31~33, 28~30为高压1~12级的轮槽简化区域, 此处动叶叶根为T形叶根, 此种类型换热系数计算公式如下:

此计算公式已编为程序, 程序名为em1772.f90, 由程序计算区域的换热系数为:h=234.409 3Btu/ (hr·ft2·0F) 。

5 温度场分析

用大型有限元分析软件ANSYS10.0和程序PH8147分析了机组高中压转子稳态温度场, 结果如下:

5.1 程序分析

用程序分析了机组高中压转子的温度场, 求得的高中压转子中心孔表面和外表面温度沿轴向长度分布如图2所示。

5.2 ANSYS10.0分析

用ANSYS10.0分析的温度场云图如图3所示。

由图3可看出转子中压第一级轮槽处的冷却效果。

6 程序输出结果可视化研究

程序的输出结果为数据, 可输出二维坐标点及对应该坐标点的温度值。为了便于对结果进行分析处理, 本课题还进行了输出数据的可视化研究, 主要是采用Tecplot9.0软件由程序的输出结果绘制温度场云图。

Tecplot 9.0软件具有强大的结果分析能力, 可以显示二维/三维变量云图、等温线等。使用过程如下:

1) 建立*.txt文本文件, 输入格式灵活多样。例如, 输入可采用下面格式:

2) 将数据导入Tecplot中, 选择2D进行画图, 在Field菜单中选择Contour, 在Contour Plot Type中选择Line, 就可以显示等值线分布情况。采用Tecplot9.0软件绘制的机组高中压转子稳态温度场的云图如图4所示。

7 结语

本课题以机组为例完成了转子稳态温度场分析平台的搭建, 为转子稳态温度场的分析提供了系统深入的方法, 填补了我公司设计分析手段的空白, 下一步将研究转子瞬态温度场分析, 从而为转子的低周疲劳分析奠定坚实的基础。

摘要：汽轮机发电机正向着高速、重载、超临界的机组发展, 而汽轮机转子稳定温度问题备受关注, 文中主要针对转子稳定温度场进行分析。

浅谈稳定塘污水处理新型工艺 篇6

关键词：稳定塘,新型工艺,处理,系统

1 前言

稳定塘是一种人工修整或修建的污水池塘, 以太阳能为初始能源, 借助水体自然净化功能处理污水的生物处理措施, 适于中低污染物浓度的污水处理。稳定塘虽然结构较为简单, 投资成本较低, 运行维护方便、但是存在处理负荷较小、水力停留时间较长、占地面积过大、淤泥积留严重、污染地下水、散发臭味和滋生蚊虫等问题, 处理效果随季节的变化波动较大。

2 稳定塘的新型工艺

通过研究分析传统稳定塘存在的不足, 并对其进行技术改善, 从而出现了各种新型稳定塘和组合塘工艺, 这些技术既弥补传统稳定塘的不足, 同时又强化了稳定塘的优势。目前新型稳定塘工艺包括高效藻类塘、生态塘系统、水生植物塘、超深厌氧塘、移动式曝气塘和生物滤塘等。

2.1 高效藻类塘

高效藻类塘是利用藻类的繁殖, 形成更适合菌类生长和繁殖的环境, 并且形成更加紧密的藻菌共生系统。利用塘中藻类光合作用提供溶解氧有效的帮助机污染物的分解和转化, 而且在藻类的生长繁殖过程中吸收氮、磷等, 又可以提高氮、磷等污染物的去除效率。高效藻类塘比传统稳定塘占地面积小。

2.2 生态塘系统

生态塘也称为深度处理塘, 进水污染物浓度较低, 一般用于污水的深度处理, 是一种通过塘内养殖贝、螺、浮游动物、鱼、鸭、鹅等形成食物链的生态系统。能够充分利用现状地质情况, 结构相对简单, 投资建造的费用较低, 在处理污水的同时又获得经济收益, 处理能耗较低, 运行维护简便。

2.3 水生植物塘

水生植物塘是通过塘中养殖的植物处理污水, 同时植物也可以作为优良的饲料和肥料回收利用。塘内使用的植物可去除水体中的悬浮物, 可去除水中部分氮、磷物质, 并可抑制藻类的大量生长, 具有较好的经济价值。

2.4 超深厌氧塘

超深厌氧塘是通过对塘内深度的加大, 在污水停留时间不变的情况下对污水进行处理, 因超深厌氧塘一般处在厌氧状态, 使得塘中厌氧微生物的生存条件得以改善, 从而提高厌氧微生物的浓度, 达到快速处理有机物的效果。超深厌氧塘在加大塘深的同时也减少了占地面积, 同时减少因季节性变化表面热量的散失, 起到了一定的保温效果, 并且降低因季节性温度变化影响污染物处理效率。在相同运行条件下, 超深厌氧塘比常规厌氧塘有机污染物的去除率更高。

2.5 移动式曝气塘

移动式曝气塘是利用曝气器在稳定塘中的循环移动, 使含氧水也随着移动式曝气器的移动而迁移, 减少氧分子的扩散时间, 使得塘中各处的溶解氧达到均匀分布的要求, 并使整个塘体基本处于完全混合状态, 促使微生物和有机污染物能充分接触, 从而提高污水净化效率。传统的曝气塘为使塘内的溶解氧浓度全部达到要求, 需根据稳定塘的规模设置多个曝气器, 因放置位置需固定, 容易产生溶解氧分布不均匀的情况。移动式曝气塘与传统的稳定塘技术相比具有较多的优越性, 即减少了设备和运行的投资费用, 避免管理维修的不便, 又可提高稳定塘内污水处理效率。

2.6 生物滤塘

生物滤塘是在塘底增加设置卵石层和滤层, 通过增加微生物的附着面积, 使稳定塘体形成好氧和厌氧的交替带, 能更好达到去除氮、磷的效果, 并且采用底部分散式进水, 可减少水力停留时间。该工艺是在结合厌氧生物膜法、吸附过滤法和稳定塘技术提出并改良的新型技术。

3 稳定塘的前景

现如今传统稳定塘占地面积大;气候对处理效果影响较大;容易造成二次污染, 产生臭味和滋生蚊蝇, 污染地下水;淤泥不易处理利用。针对稳定塘存在的缺点, 将通过不断对其进行改良, 进一步强化了稳定塘的优势, 并弥补原有技术上的不足, 使稳定塘技术成为一种高效实用的污水处理技术。

3.1 加强研究

稳定塘是以菌类和藻类的活动为主体, 与水生植物和动物相结合, 建立各类反应之间的联系, 形成更加复杂的系统。因此应该开始重视以科学的角度去解决稳定塘存在的问题, 加强对稳定塘整体系统的研究, 全面认知稳定塘的反应原理, 并应用在稳定塘的实践当中, 进一步提高稳定塘功能设计的合理性, 必将会更快发展和提高稳定塘技术。

3.2 提高效率

最近几年出现的大部分高效新型塘, 基本都是以节省占地面积和提高处理效率为目标进行研究。在这些高效新型塘中, 有些是改良了稳定塘的形状, 通过对稳定塘型进行修整, 进一步分隔和组合, 使稳定塘可以更加符合高效反应的机理结构;有些是在塘内引入强化技术, 改善生物生存环境, 并利用各种生物的综合反应, 使稳定塘的处理负荷得以提高。如今, 有的在塘中设置曝气器, 使整个稳定塘处于混合状态, 加快反应速度;有的在稳定塘中放置填料等, 增加了稳定塘中的微生物数量, 提升了对污水反应速度。以上措施均是以提高稳定塘处理效率为目的。

3.3 改善设施

如今的稳定塘都先进行现场实际勘察, 研究并确定最可行的处理技术后, 再进行最准确的设计。设计上不仅仅只注重稳定塘内主要工艺模块, 在其他的常规设施上也进行深入研究, 配备如预处理、充氧设备和浮渣挡板等附属设施。目前有的通过在塘前设置水解池进行预处理, 使污水当中的有机物不但在数量上发生了较大的变化, 而且在理化性质上发生了更大的变化, 使得污水更加适宜后继的处理, 可以在较短的污水停留时间内利用较少的氧气量完成净化, 提高了对有机污染物的去除效率。有的通过在稳定塘系统中选择并设置合适的曝气设备, 从而增加了稳定塘内溶解氧的浓度, 提高了塘内微生物对有机污染物的处理效率。

3.4 优化系统

通过对稳定塘处理工艺改良, 起先出现各种普通稳定塘之间的组合系统, 然后出现了各种高级综合塘系统, 接着又出现了各种生态综合塘系统, 与单一的稳定塘工艺相比较, 目前出现并开始运行的各种新型组合稳定塘优势更加突出, 处理速度更快, 处理性能更稳定。未来的稳定塘也必将集各种预处理措施、各种合理组合塘、各种人工强化基质、各种充氧设备、各类水生生物和生态养殖等为一体, 形成更加强大且处理效果更好的高级组合塘系统。

3.5 综合利用

在传统稳定塘中, 常因藻类大量生长造成水体二次污染, 致使需要引入更加复杂和昂贵的去除技术。经研究表明, 出水中浮游生物浓度对出水水质的处理效率有较大的影响, 浮游生物对处理藻类有较好的效果, 目前已突破传统的稳定塘型式, 出现新型生态系统塘, 可以在系统塘内建立各种食物链, 使塘内具有更加稳固的生态结构, 并使有机物处理达到更好的净化效果。通过在塘内种植水葫芦、水花生等水生植物, 对有机污染物有较为明显的净化效果, 特别是对磷、氮具有极强的降解能力。同时对塘内各种生物或植物进行综合回收利用, 具有更好的经济价值。

4 小结

综上所述, 随着生态环境的不断变化, 应该改变对传统污水处理中旧的思想观念, 以高效化、系统化、生态化和资源化的理念为指导, 利用现在高速发展的科学技术, 本着多种处理模式并存的综合处理原则, 因地制宜, 分类处置, 研究和解决稳定塘存在的问题, 在传统稳定塘污水处理技术的基础上, 研究更多的新型稳定塘工艺以及各种稳定塘之间的组合工艺。未来稳定塘技术将继续在加强研究、提高效率、改善设施、优化系统和综合利用的方向上发展, 也必将继续重视资源综合开发利用和生态发展之间的平衡, 注重协调社会发展和环境保护之间的关系, 形成良性的社会经济发展循环。

参考文献

[1]李圭白, 张杰.水质工程学[M].北京:中国建筑工业出版社, 2005∶548-563.

[2]况琪军, 谭渝云.活性藻系统对氮磷及有机物的去除研究[J].中国环境科学, 2001, 21 (3) :212-216.

[3]樊新源, 高和气, 汤峰, 等.水生植物塘预处理巢湖源水中试研究[J].中国给水排水, 2010-21-014.

[4]汪慧贞, 吴俊奇, 曹秀芹.超深厌氧塘的技术特性[J].环境工程, 1997, 15 (3) :l6-l8.

新型稳定平台 篇7

登机桥的行走机构承担着大部分登机桥的负荷并带动登机桥移动完成接泊飞机功能。普通登机桥行走机构如图1所示, 通常由圆柱支承、轮架、行走轮等组成, 这种设计具有结构简单、运动灵活等特点, 而广泛被采用。但因外形呈哑铃状, 其中间的圆柱支承与行走轮架之间采用铰接, 整体上构成为对登机桥中部铰接式单点支撑, 通道水平位置保持仅靠通道后部的两个铰接座实现, 普通登机桥因高度不是太高, 登机桥的稳定性可得到满足。

但A380登机桥的高度远大于普通桥, 且更长一般达40多米, 由三个通道及多组滚轮构成能伸缩结构, 以及通道升降机构都是较大的焊接结构件构成, 精度不高, 必须有较大的配合间隙, 来保证运动的灵活性, 加之较大高度和长度造成受到外力时产生的弹性变形也会大些。所以这种铰接单支承的行走机构的A380登机桥在接泊飞机时, 会出现晃动现象, 给旅客造成安全上心理压力。

1 解决方案

方案一:四轮支撑结构

花了不少人力和物力进行了新的结构设计并进行了研制。曾设计、试制了四轮支撑方式来增强了登机桥的稳定性。行走装置, 包括轮架、二个行走轮、二个转向电机和二个转向减速机;还包括一个从动轮系;行走轮设置在主轮架的前部, 从动轮系设置在底盘的后部。转向机构也采用过四个油缸及链条与链轮来实现转向功能的结构。

因采用四轮支撑, 登机桥的整体稳定性好, 但转向机构采用电动需大减速比的行星减速器, 国外客户常要求用进口品牌, 成本太高, 而采用液控方式, 增加了四个油缸, 液控系统变动很大, 整个液压系统要重新设计制造。

四轮支承方案中的两驱动轮的转向需进行同步控制, 其控制程序不仅要考虑两个行走轮的转速、方向, 还要与两个转向驱动配合, 且两个转向驱动的转角需协调, 这样控制软件的算法很复杂, 造成控制系统也复杂, 降低了可靠性, 如用来对已在机场的登机桥进行改造, 工程量将相当大, 周期长, 除了登机桥的通道、接机口不变, 整个行走机构、升降机构、控制系统、液控系统及液压站都要重新做, 成本是相当高。

方案二:增加稳定装置

传统的行走机构由圆柱支撑、轮架、行走轮及驱动电机和行星减速器组成, 每个电机均由变频器驱动, 带动行走轮转动。两个电机不同的正转与反转的组合方式, 就可完成登机桥向前、向后或向左、向右运动的功能, 这样结构和控制都简单, 经不断探索, 认为还是用两轮支承加类似支腿形式妥当, 现有支腿按结构有蛙式支腿、H型支腿、X型支腿和辐射型支腿, 结合到登机桥使用状况, 如有双桥位、服务梯等情况的制约, 支腿跨度不能太大, 有些在已有登机桥专利的圈地范围内。只能创新设计出全新“支腿”。

经对各种方案进行斟酌, 从中确定了不会与现有专利冲突的A380登机桥稳定装置方案, 在进行试制同时, 并申报了专利[1], 并得到了批准。此稳定装置外观如图2所示。

2 方案介绍

(1) 机械部分组成及零部件设计

稳定装置机械部分主要由:联接法兰、稳定装置本体、减速机、尾轴带手柄电机、驱动轴、凸轮、双金属轴承、定位螺钉、安全护圈等组成, 稳定装置构成如图3所示。

联接法兰与装置本体用螺栓连接, 联接孔是腰形孔, 因为登机桥在结构上, 保证不了横梁能处于水平状态, 桥体难免有一定的倾斜, 加之机坪坡度不规则, 所以稳定装置本体在高度方向需要有一定调节范围。

在后期产品中, 还加长了腰形孔, 腰形孔方便了高度调节, 这样联接强度不易保证。为了稳定装置能牢固、可靠地固定在升降行走机构的横梁侧面, 在本体的侧面焊接有螺纹板, 装两螺M30的螺钉, 顶在横梁的端部法兰上, 用来承受地面的反作用力。本体方管上部开了大倒角, 方便调节、固定本体离地面的高度, 并配有防护盖板。

减速机内藏在本体方管中, 初样是采用带有自锁功能的蜗轮蜗杆减速器, 但考虑到可能受到较大载荷而损坏, 后改为减速比大、结构紧凑、传递扭矩大、效率高的斜齿轮-螺旋锥齿轮减速机, 制动力由电机尾部盘式制动器来提供。

轴承初选滚动轴承, 考虑可能的承载, 尺寸将很大, 而实际使用是处于低速摆动运动, 且时间很短。为此改为广泛使用于矿山机械、汽车、建筑机械、轧钢机械等的双金属滑动轴承, 它是以碳钢为基体, 表面烧结铜铅锡锌粉, 适用于高载低速下的旋转、摇摆运动, 铜粉面加工有油孔。其静承载250 N/mm2, 动承载140 N/mm2。

凸轮的支承方式可采用单边支承结构, 这样凸轮可360度旋转, 可调节的高度范围大, 但因轴处于悬臂状态, 零件受力不平衡。因此采用了凸轮两边用轴承支承的结构形式, 调节范围通过合理设计凸轮的轮廓曲线来保证。

凸轮外形曲线开始设计时, 参考标准[2]中4.9.3机坪坡度, 机坪纵、横坡度应能防止其表面积水, 并在符合排水要求的条件上, 尽可能平坦。飞机机位部分的最大坡度宜不大于0.8%。由此凸轮曲线整段设计成触地工作段。

在机场试装时, 原凸轮曲线一般是可应付符合标准的机坪坡度进行使用, 但有条桥要通过一个凸出油井盖有困难, 因油井盖造成调节难度大, 如图4所示。

考虑到机坪有可能出现异常状况, 提高登机桥的通过性, 对凸轮的曲线进行了合理分配, 重新设计时, 将凸轮摆动的角度范围分成三段, 即行走段、过渡段和触地工作段。按需要对曲线进行合理规划, 处于行走段时, 凸轮距地面距离尽可能高, 以提高登机桥的通过能力;处于触地工作段时, 凸轮受到的地面反作用力F应尽可能靠近凸轮转轴的轴心, 以提高稳定装置的承受负荷能力。理论上地面的支反力F越近轴心的, 稳定装置的承载力能力迅速增加, 但需要的曲线长度也随之增加, 需合理取舍。经综合考虑, 做出凸轮工作廓线分配规划图, 再对得到的凸轮廓线进行简化调整, 改进后凸轮曲线如图5所示。

组合凸轮结构如图6所示。触地工作段采用可更换耐磨尼龙块的嵌合形式, 尼龙块有一定的弹性能起缓冲作用, 避免刚性的钢铁与机场水泥地面碰触而损坏机坪。按新设计的凸轮在机场更换后, 经使用验证, 凸轮外形能满足行走时的通过性能, 也能较好起到稳定桥的作用。

凸轮轴既要与减速机输出轴联接, 又要带动凸轮转动, 为简化结构, 凸轮轴设计成了中空形式, 并在轴上开有油槽, 用于储存油脂, 利于润滑, 中心螺孔用于拆卸。

当发生紧急情况、登机桥出现故障 (如出现控制系统、驱动电机损坏等其他意外) 或停电的情况下, 机场通常要求在2分钟内将登机桥退回2~3米, 确保登机桥能安全撤离飞机, 不致延误航班。因此有手动退桥的要求, 为此定制的电机带尾轴, 并配有手轮。当要手动退桥时, 先将本体方管上的侧盖板取下, 按电机上标识释放制动器手动释放螺钉, 由人工盘动电机尾部的手轮, 使凸轮脱离接触地面, 再通过手动退桥装置就能实现手动退桥功能。如图8所示。

(2) 工作原理

原有液压支腿用的油缸, 推力较大, 在接机撑起时, 可像汽车吊的液压支腿那样, 将登机桥撑起来, 支腿可承受登机桥的全部或大部分的负荷。而新设计的凸轮稳定装置, 只是在停桥接泊飞机时, 通过转动凸轮将稳定装置与机坪的空间距离填上, 相当于在通道两边垫上垫块, 这样登机桥在接机时就不会晃动, 登机桥负荷主要是作用在两个行走轮上的, 稳定装置只起防止登机桥摇晃的作用。

稳定装置中的电机和减速器起的功能相当于接机时将两块垫块垫上, 阻止桥摇动, 要行走时再将垫块撤除的作用, 所以电机的功率可较小, 配的减速器尺寸也不大, 能设计在方管内, 这样整个装置可做得较轻巧、美观。

稳定装置工作原理如下。

登机桥行走时, 将凸轮回收:控制系统发出凸轮收回指令, 反转接触器触点闭合, 凸轮向上摆动到达限位位置, 被堵转, 这将导致电机负荷迅速增大, 流过电机的电流也随之增大, 电流采样信号与电流设定值进行比较。当电流大于过流调节旋钮设定值时, 中心控制电路输出信号使内置继电器动作、电子过流继电器迅速动作, 使得反转接触器触点断开, 电机停止转动, 此时凸轮处于回收状态。

登机桥行走到接机位时, 使凸轮触地:发出凸轮触地指令, 凸轮正转接触器触点闭合, 凸轮摆动并接触地面并被堵转, 同理, 经电子过流继电器控制, 使得正转接触器触点断开, 电动机供电被切断, 同时使电机制动器得电, 保持凸轮触地状态, 此时稳定装置处于工作状态。

因登机桥本身及机场地面有一定坡度等原因, 会造成两边凸轮距地面的距离不同, 有时差别还较大, 使得凸轮着地时的转角会不一致, 即使同时转动, 凸轮也不会同时着地, 故两边凸轮是分别由两个电子过流继电器控制, 从而能保证两边的凸轮都可靠触地, 这样凸轮稳定装置就可实现稳定登机桥的功能, 保持登机桥在旅客通行、或受到风载时不会出现摇晃现象。

凸轮触地的角度不会一致, 但凸轮回收状态位置可设定, 故可用接近开关等作回收位置的限位。接近开关属于一种有开关量输出的位置传感器, 电感式接近开关由LC高频振荡器和放大处理电路组成, 当金属凸轮在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时, 使凸轮内部产生涡流。这个涡流反作用于接近开关, 使接近开关振荡能力衰减, 内部电路的参数发生变化, 由此识别出有无金属物体接近, 进而控制开关的通或断。这样回收位置检测可用电感式接近开关代替电子过流继电器, 如图9所示。

凸轮式登机桥辅助稳定装置, 电缆、电机、减速器动力系统内藏于方管内, 外形简洁, 与原来的液压辅助支撑安装方式一样, 与登机桥组装方便、改造工作量小, 外形整体感协调。如图10所示。

改造只需将原液压辅助支撑及相关液控管路等拆下来, 用堵头封住液压站上的原液压支撑的出油口, 用联接螺钉将稳定装置联上, 接好电源及控制线路等, 调整好高度, 功能调试后即完成改造。通过改造后的A380登机桥投入了正常使用。改造后功能性测试及处于接机工作状态的A380登机桥如图11, 图12所示。

国外机场有的为了环保, 要求使用机电桥, 即整个登机桥的驱动都不能使用液压系统, 对此凸轮稳定装置可直接与机电升降机构以及机电行走机构组成全机电的登机桥。即使是新生产的A380登机桥使用该机电稳定装置, 其因可较大简化液压系统, 如图13所示, (a) 为带液压支撑的A380登机桥液压原理图, (b) 为采用A380登机桥凸轮稳定装置的液压原理图, 其性价比比液压支腿或四轮结构也有很大的优势。

3 结束语

稳定装置从申报专利时的方案, 到初样, 通过功能性验证发现一些设计缺陷、制造问题, 现场组装调试反馈的意见、客户的要求, 也为设计改进提供了第一手资料。经深入思考, 对结构、零部件作较大的改变、改良, 增加手动功能等, 这些说明新产品试验验证是产品开发极为重要的一环, 任何设计都要经过不断改进来完善。通过国内、外机场的使用, 证明A38登机桥新型稳定装置能满足功能要求, 得到了客户认可。

参考文献

[1]胡克明, 符平宣, 牛福维.一种登机桥稳定装置[P].中国专利:201320007563.4.