一種高適應(yīng)性液壓支腿觸地支撐控制方法及裝置

王志勇，喬西寧，李博

（北京航天發(fā)射技術(shù)研究所，北京100076）

1 引言

展車調(diào)平控制是特種車輛的關(guān)鍵技術(shù)之一，在車輛到達(dá)預(yù)定地點(diǎn)后，控制支腿伸出、觸地支撐，以便于執(zhí)行后續(xù)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)液壓支腿可靠觸地支撐（后續(xù)簡(jiǎn)稱觸地）是保證后續(xù)一系列動(dòng)作平穩(wěn)的基礎(chǔ)。本文提出一種利用相對(duì)壓力判斷特種車輛支腿可靠觸地的控制方法及裝置，基于支腿觸地前后支腿壓力變化相對(duì)值，實(shí)現(xiàn)支腿在多種工況差異下的可靠觸地支撐。

2 常規(guī)方法分析

典型液壓支腿油缸如圖1 所示，圖1 中SP1 為壓力傳感器，用以測(cè)量支腿無(wú)桿腔壓力，單向節(jié)流閥用以支腿回收時(shí)平衡車輛負(fù)載；液壓鎖的作用是通過鎖止支腿的位置以保持車輛的調(diào)平精度；電磁換向閥通過電信號(hào)控制實(shí)現(xiàn)支腿的伸、收功能；PL1 為測(cè)試接頭，當(dāng)支腿油缸回路需要維修測(cè)試時(shí)，用以接入壓力儀表監(jiān)控支腿油缸腔的壓力值。

以往一般通過識(shí)別支腿無(wú)桿腔絕對(duì)壓力或監(jiān)測(cè)支腿伸出長(zhǎng)度的方法來(lái)判斷支腿的觸地狀態(tài)。采用識(shí)別支腿無(wú)桿腔絕對(duì)壓力值的方式，需實(shí)時(shí)采集支腿無(wú)桿腔絕對(duì)壓力值，并與該支腿的觸地壓力預(yù)設(shè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)對(duì)比，當(dāng)壓力達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，認(rèn)為支腿完成觸地動(dòng)作。此方法實(shí)現(xiàn)成本較低且能適應(yīng)復(fù)雜路面情況，但存在以下3 個(gè)問題：

1）受油缸加工誤差影響大。油缸活塞桿密封圈與油缸內(nèi)壁間的摩擦力因油缸加工的差異性而存在不同，故多臺(tái)車輛可能存在不同的支腿觸地壓力參數(shù)，且當(dāng)支腿長(zhǎng)時(shí)間使用后，油缸內(nèi)壁由于磨損使摩擦力變小，導(dǎo)致設(shè)定的觸地壓力參數(shù)不適用，需重新測(cè)試設(shè)定。

2）受液壓介質(zhì)影響大。特種車輛一般采用用10 號(hào)航空、15號(hào)、32 號(hào)、46 號(hào)等幾個(gè)品種的液壓油，由于液壓油黏度不同，液壓油的差異將導(dǎo)致支腿觸地壓力參數(shù)的差異性。

圖1 典型支腿油缸示意圖

3）受環(huán)境溫度影響大。環(huán)境溫度的變化導(dǎo)致液壓油黏度變化，對(duì)支腿壓力造成影響。在環(huán)境溫度變化時(shí)，支腿伸出過程可能出現(xiàn)觸地支撐誤判斷的問題，影響系統(tǒng)正常工作。

利用支腿伸出長(zhǎng)度判斷觸地的方式，需通過測(cè)試計(jì)算，預(yù)先設(shè)定某一支腿觸地時(shí)的伸出長(zhǎng)度，實(shí)時(shí)采集支腿位移，當(dāng)支腿位移達(dá)到設(shè)定值時(shí)，認(rèn)為支腿完成觸地動(dòng)作。此方式適用于對(duì)支腿伸出長(zhǎng)度有要求的情況，但由于需配置位移傳感器，成本較高，且在復(fù)雜路面下可能存在虛腿現(xiàn)象。

3 相對(duì)壓力判定方法

支腿油缸空行程中，無(wú)桿腔壓力由活塞桿密封圈與內(nèi)壁間的摩擦力、液壓介質(zhì)、環(huán)境溫度等多因素決定。支腿油缸觸地后，無(wú)桿腔壓力決定因素除了以上3 個(gè)條件外，還有車輛載荷，即動(dòng)作停止后的支腿靜態(tài)壓力。在支腿觸地前后，無(wú)桿腔壓力存在變化，利用壓力變化值，可以判斷支腿是否觸地，由于此壓力變化值主要由車輛載荷決定，且不隨支腿摩擦力、液壓介質(zhì)、環(huán)境溫度等因素影響而變化，在相同載荷條件下，此壓力相對(duì)變化值恒定。由此制訂技術(shù)方案如下：

1）相對(duì)壓力設(shè)定值的確定：計(jì)算支腿可靠觸地且處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，各支腿靜態(tài)壓力值，以此作為判斷支腿可靠觸地的相對(duì)壓力設(shè)定值。

2）支腿空行程壓力的確定：支腿伸出空行程階段，待無(wú)桿腔壓力平穩(wěn)后，利用壓力傳感器測(cè)量無(wú)桿腔壓力，濾波計(jì)算后作為支腿空行程壓力。

3）可靠觸地判定：后續(xù)支腿動(dòng)作過程中，繼續(xù)監(jiān)測(cè)支腿壓力，并與記錄的空行程壓力進(jìn)行比較，當(dāng)實(shí)時(shí)壓力與空行程壓力的差值達(dá)到相對(duì)壓力設(shè)定值時(shí)，判定支腿已可靠觸地。

該技術(shù)方案可實(shí)現(xiàn)特種車輛支腿油缸在復(fù)雜路面情況下的可靠觸地，在相同載荷條件下，多臺(tái)特種車輛共用一套參數(shù)，且不受油缸加工誤差、油缸內(nèi)壁長(zhǎng)時(shí)間使用磨損、液壓介質(zhì)、環(huán)境溫度等因素影響，實(shí)現(xiàn)成本低。

4 典型控制裝置實(shí)現(xiàn)及驗(yàn)證

4.1 搭建車輛4 條支腿油缸控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)包括壓力傳感器、主控制器、比例溢流閥、比例流量閥、比例換向閥。壓力傳感器分別安裝于4 條支腿無(wú)桿腔液壓管路中，用于測(cè)量無(wú)桿腔壓力；主控制器具備壓力傳感器信號(hào)采集電路，同時(shí)可驅(qū)動(dòng)比例溢流閥控制液壓系統(tǒng)壓力、驅(qū)動(dòng)比例流量閥控制支腿伸收動(dòng)作速度、驅(qū)動(dòng)電磁換向閥控制支腿伸收動(dòng)作方向。

4.2 確定相對(duì)壓力設(shè)定值

默認(rèn)車輛是左右對(duì)稱的，尺寸對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖2 所示，由載荷計(jì)算[1]推導(dǎo)得到左前、右前、左后、右后支腿的相對(duì)壓力設(shè)定值ΔPA、ΔPB、ΔPC、ΔPD計(jì)算算法。

式中，G 為車輛自重；N1為前兩輪胎支反力；N2為后兩輪胎支反力；2b 為前后支腿縱向跨距；e 為車輛自重質(zhì)心至4 條支腿幾何中心距離；c1為前輪軸至前支腿距離；c2為后輪軸至后支腿距離；D 為支腿油缸內(nèi)徑。

圖2 尺寸對(duì)應(yīng)關(guān)系

4.3 實(shí)際驗(yàn)證

利用此控制方法及裝置，特種車輛在支腿觸地支撐后，進(jìn)行一系列上裝動(dòng)作過程中，支腿壓力穩(wěn)定，支撐可靠。多臺(tái)車輛的交付以及幾種液壓油、各季節(jié)工況的實(shí)際應(yīng)用，證明此方法克服了油缸加工、油液介質(zhì)、環(huán)境溫度差異所帶來(lái)的影響，效果良好。

5 結(jié)語(yǔ)

為實(shí)現(xiàn)特種車輛在多因素影響下的可靠支撐，本文提出利用相對(duì)壓力判斷特種車輛支腿可靠觸地的控制方法及裝置，簡(jiǎn)單易行，并在工程實(shí)際應(yīng)用過程中取得了較好的效果。