一種新型快速精確定位的供彈機研究

翟少波，楊建民，郭 振，付永年

（西北機電工程研究所，陜西 咸陽 712099）

隨著自動裝填技術在中大口徑火炮上的應用，勢必存在一些機構(gòu)需要快速、準確定位。如某火炮的平移供彈、彈丸（裝藥）的射角協(xié)調(diào)等。以前好多火炮采用了伺服控制技術，但該技術應用帶來的缺點就是驅(qū)動器設計復雜，成本高，另外這類驅(qū)動器在后續(xù)使用中維護也相對復雜。本文介紹一種利用直流電機做為驅(qū)動元件，利用電氣控制和液壓緩沖器共同作用達到快速、準確定位的供彈機，為其它類似機構(gòu)的快速、精確定位提供一種思路。

1 系統(tǒng)組成及作用

該供彈機由機械及控制系統(tǒng)兩大部分組成。

機械部分由架體、導桿、帶保險離合器的變速箱、絲杠螺母副、電機、滑座和液壓緩沖器等組成。架體為供彈機安裝機架，固定在搖架上；導桿兩端固連在架體上，通過滑套與滑座相連，對滑座平動起導向作用；帶保險離合器的變速箱起匹配電機與絲杠轉(zhuǎn)速關系，同時保險離合器對電機進行過載保護；絲杠螺母副的絲杠為變速箱輸出軸，通過固連在滑座上的螺母，驅(qū)動滑座左右平動。液壓緩沖器缸體固連在滑座上，在架體兩側(cè)與活塞桿同軸處分別安裝有左、右限位桿。

液壓緩沖器［1－2］由缸體、端蓋、活塞、活塞桿和螺堵及密封件組成，活塞上加工有阻尼孔。工作原理為緩沖器缸體內(nèi)腔內(nèi)注滿了液壓油，當活塞桿右端面受力時，活塞向左運動，壓迫液壓油由缸體左側(cè)腔體通過阻尼孔及活塞與缸體之間縫隙向缸體右側(cè)腔體運動，這樣就可以由液壓阻尼消耗掉大量能量。螺堵的作用是為了給緩沖器缸體內(nèi)腔加注液壓油時排氣用。反向同理。該緩沖器特點有：為無源元件不需要控制參與；對高速運動時阻力大，低速阻力小，阻尼大小與速度平方成正比；可雙向作用且運動到位后無反彈力。

控制部分由操作盒、控制驅(qū)動器、各傳感器、線纜和帶測速發(fā)電機的直流拖動電機等組成。操作盒為人機界面，通過它進行各項操作，同時顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)；控制驅(qū)動器主要由PLC、PWM板、橋式驅(qū)動電路等組成，電機調(diào)速原理為測速發(fā)電機實時將電機轉(zhuǎn)速反饋給PWM板，PWM板控制電機轉(zhuǎn)速，PLC控制PWM板使電機以高速或低速（約0.2倍速）旋轉(zhuǎn)，在供彈機進行供彈運動時開關K1、K2、K3、K4順序給出信號，PLC接收到信號進行不同的控制。

供彈機組成圖見圖1，液壓緩沖器結(jié)構(gòu)圖見圖2。

2 工作原理

傳感器定義：K1供彈初位；K2供彈準初位；K3供彈準到位；K4供彈到位。

供彈機控制系統(tǒng)原理圖見圖3，以供彈為例，在操作面板上選擇供彈工作方式，按下啟動按鈕，這時PLC接到信號按既定程序控制PWM板，PWM板輸出控制信號給智能模塊Q1、Q4，由智能模塊組成的橋式電路對角導通給電機供電，電機高速帶動絲杠旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動滑座運動。當滑座運動到供彈準到位位置時，傳感器K3給出信號，同時限位桿與活塞桿端面貼合，隨著供彈機平移，液壓緩沖器活塞在限位桿作用下起機械緩沖減速作用，這時PLC先將橋式電路上端模塊Q1切斷，然后使下端智能模塊Q3、Q4同時導通0.1s，即電機兩端短接0.1s進行能耗制動，這時電機轉(zhuǎn)速在機械及電氣共同作用下降低，隨后再控制繼電器KA1線包吸合，速度調(diào)節(jié)器負端電壓拉低，電機以0.2倍速低速旋轉(zhuǎn)，當滑座平移到輸彈位置后，限位桿與液壓緩沖器缸體端面貼合，供彈機在機械限位的作用下供彈機停止，傳感器K4給出信號，PLC斷掉電機電源，同時控制制動器抱閘，返回同理。

驅(qū)動電路［3］具有電流反饋及速度反饋，電流反饋的作用為在電機啟動時控制啟動電流，減小對電網(wǎng)的沖擊，同時起到保護電機的作用；速度反饋實現(xiàn)了控制供彈機運動速度在外網(wǎng)電壓浮動范圍內(nèi)基本一致；在電機減速過程中采用了能耗制動及液壓緩沖器組合減速，停位采用了機械限位，同時能耗制動對電機能量在電機與智能模塊之間進行了消耗，電路省掉了吸收電路，大大簡化了驅(qū)動器結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)可靠性。

3 試驗曲線

利用上述原理進行了樣機設計并在試驗裝置上進行驗證，試驗測試數(shù)據(jù)表明該供彈機帶載67 kg，供彈行程為300mm，工作電壓為22V時，工作時間約600ms，工作電壓為30V時，工作時間約500ms，定位精度在0.3mm以內(nèi)。

以下對照圖4的樣機試驗曲線對供彈過程作進一步講說明。

試驗曲線上半部分為供彈曲線，下半部分為供彈返回曲線。

圖中oa段為在控制系統(tǒng)限定的最大電流控制情況下供彈機加速段，當供彈速度達到了設定速度值后，供彈機以設定的速度向輸彈位置平移，形成曲線的ab段，供彈機運動到b時，開關K3給出信號后，這時供彈機上的液壓緩沖器活塞桿左端面正好與左翼板上的限位桿端面貼合，這時控制驅(qū)動器通過智能模塊將電機兩極短接0.1s，供彈機在能耗制動和液壓緩沖器共同作用下快速減速，形成曲線bc段，此時，輸彈機已近輸彈到位位置，控制驅(qū)動器再控制電機低速旋轉(zhuǎn)，形成曲線cd段，當開關當K4給出信號后，驅(qū)動器斷掉電機施能，液壓緩沖器左端蓋與左限位桿端面貼合后，供彈機到達供彈到位位置，停止運動，形成de段，反向同理。

4 結(jié) 論

本文通過對雙向快速精確定位系統(tǒng)進行研究，設計的電氣、液壓組合定位機構(gòu)工作穩(wěn)定，該供彈機采用電氣控制和液壓緩沖器相結(jié)合的組合定位方式，可方便實現(xiàn)快速運動及精確定位，大大簡化了驅(qū)動電路，提高了可靠性。該電液組合定位的供彈機為其它類似機構(gòu)的快速、精確定位提供一種思路。

（References）

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