【正文】 6）靈敏度調(diào)節(jié)電位器，通過電位器阻值的變化調(diào)節(jié)鋸。4）誤差放大器其作用是對(duì)傳感器送來的電壓信號(hào)與設(shè)定角度電壓信號(hào)的差值加以放大，并判定極性。2）反饋檢測(cè)元件可連續(xù)輸出模擬量電信號(hào)的傳感器。1）調(diào)平傳感器是調(diào)平系統(tǒng)的采樣環(huán)節(jié)，直接影響調(diào)平系統(tǒng)的精度和可靠性，其檢測(cè)值的大小是判斷是否進(jìn)行調(diào)平的依據(jù)，其檢測(cè)精度的高低直接決定系統(tǒng)的最終調(diào)平精度。調(diào)平控制系統(tǒng)是由PLC控制器、水平傳感器、反饋檢測(cè)元件、誤差放大器、電壓比較器、靈敏度調(diào)節(jié)電位器，如圖5所示。對(duì)比每種控制器的優(yōu)缺點(diǎn)，本論文選擇PLC作為自動(dòng)調(diào)平控制系統(tǒng)的主控制器。該類型可靠性高、編程簡(jiǎn)單易學(xué)、功能強(qiáng)、接口模塊豐富、安裝簡(jiǎn)單、使用方便。PLC是工程機(jī)械中普遍采用的控制器，它可根據(jù)調(diào)平控制程序控制支腿液壓油缸油路流向和流量，從而控制支腿升降，將車身調(diào)整為水平。PLC把微型計(jì)算機(jī)技術(shù)和繼電器控制技術(shù)融合在一起，兼具計(jì)算機(jī)的功能完備、靈活性強(qiáng)、通用性好以及繼電接觸器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂、維修方便的特點(diǎn)。3）基于可編程控制器型可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)簡(jiǎn)稱PLC，是在微處理器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型的控制器，是一種基于計(jì)算機(jī)技術(shù)、專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的電子控制裝置。嵌入式系統(tǒng)不能使用通用型計(jì)算機(jī)，而且運(yùn)行的是固化的軟件，用術(shù)語表示就是固件(Firmware)，終端用戶很難或者不可能改變固件。此類型優(yōu)點(diǎn)為人機(jī)交互界面好，適用于數(shù)個(gè)子系統(tǒng)的整合，多用于復(fù)雜多子系統(tǒng)控制系統(tǒng)；缺點(diǎn)是操作系統(tǒng)耗費(fèi)CPU大量資源，體積、重量大、功耗高等。系統(tǒng)啟動(dòng)所需時(shí)間較長(zhǎng)，這在現(xiàn)代對(duì)時(shí)間要求比較緊迫的工作環(huán)境下是一個(gè)很大的劣勢(shì)，同時(shí)系統(tǒng)較為復(fù)雜，自身重量和占用空問也較大，這對(duì)底盤承載能力尤其是承載空間提出了較高要求，且其硬件部分也不容易擴(kuò)展。但是其存在操作系統(tǒng)耗費(fèi)CPU大量資源，體積重量大，功耗高等缺點(diǎn)。登高平臺(tái)救援消防車自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)的控制器有三類，即基于工控機(jī)+運(yùn)動(dòng)控制卡型、基于嵌入式系統(tǒng)型、基于可編程控制器PLC型。登高平臺(tái)救援消防車要求調(diào)平精度高，因此調(diào)平系統(tǒng)需采用閉環(huán)反饋控制，要求配置高精確傳感器；要求調(diào)平速度快，因此調(diào)平系統(tǒng)控制方法的收斂性要好；要求承載能力大，因此調(diào)平系統(tǒng)優(yōu)先采取液壓執(zhí)行設(shè)備；要求過程平穩(wěn)，因此調(diào)平步距不能太大，最好采取多次循環(huán)調(diào)整；要求全自動(dòng)化控制，因此調(diào)平系統(tǒng)的工作需通過自動(dòng)控制系統(tǒng)完成。由于具有完整的壓力檢測(cè)和分配功能，并且改變了傳統(tǒng)的“點(diǎn)”調(diào)整方式，采用“線”調(diào)整方式，該系統(tǒng)避免了車輛結(jié)構(gòu)的扭曲、變形和支腿“虛支撐”現(xiàn)象。電液比例自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)是介于機(jī)電系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)之間，兼具兩者優(yōu)點(diǎn)，并將兩者缺點(diǎn)最小化的一種調(diào)平系統(tǒng)。最后，液壓傳動(dòng)裝置出現(xiàn)故障時(shí)不易追查原因、迅速排除。其次，液壓傳動(dòng)裝置對(duì)油溫和負(fù)載的變化都比較敏感，不宜在低溫及高溫條件下工作。但液壓傳動(dòng)裝置以液體為工作介質(zhì)，無法避免泄漏。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力性能好、系統(tǒng)體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、加速性好，可以得到很大的速度范圍，其低速性能比電動(dòng)機(jī)好；液壓系統(tǒng)定位剛度較大，位置誤差小，液壓缸是直線位移驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其運(yùn)動(dòng)與支腿要求的運(yùn)動(dòng)相吻合，易獲得較高的控制性能。這兩種傳動(dòng)方式是優(yōu)缺點(diǎn)并存的。液壓傳動(dòng)是靠密封容器內(nèi)受靜壓力的液體傳送動(dòng)力的。一般說來，機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)、電器控制電路以及電動(dòng)機(jī)和運(yùn)動(dòng)部件相互聯(lián)系的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。調(diào)平系統(tǒng)逐漸由手動(dòng)調(diào)平轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣?dòng)調(diào)平，自動(dòng)調(diào)平的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要有機(jī)電系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)兩種。無論采用哪種方式，都無法克服調(diào)整周期長(zhǎng)、精度低、變形大、重復(fù)性差、穩(wěn)定性不高等缺點(diǎn)。例如傳統(tǒng)支腿在進(jìn)行基準(zhǔn)平面的監(jiān)測(cè)時(shí)使用單軸水平儀，調(diào)平的時(shí)候費(fèi)時(shí)費(fèi)力，無法保證車輛的快速、準(zhǔn)確的水平調(diào)整要求。首先確定調(diào)平思路，然后探討調(diào)平所依據(jù)原理，建立調(diào)平數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上，對(duì)調(diào)平方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，選擇“向中心點(diǎn)看齊式”調(diào)平法，并完成調(diào)平策略的設(shè)計(jì)，最后對(duì)調(diào)平過程中可能會(huì)出現(xiàn)的問題進(jìn)行解決。因此，采用適當(dāng)?shù)目刂祁l率即可保證調(diào)平過程不出現(xiàn)振蕩。如果某個(gè)支腿上升過快，則其負(fù)載力增大，其他支腿負(fù)載力減小。2）調(diào)平過程振蕩支腿在調(diào)平過程中可能會(huì)由于不同步產(chǎn)生振蕩情況，對(duì)調(diào)平不利，可采用以下方法進(jìn)行解決：由于4個(gè)支腿油缸相同，因而各支點(diǎn)的上升速度也與各自的位置誤差成比例，則其他3個(gè)支腿“同步”上升，保證了調(diào)平過程的平穩(wěn)性。系統(tǒng)根據(jù)水平傳感器給出的數(shù)字信號(hào)，即可判斷出此時(shí)平臺(tái)的最高支腿位置，通過傳感器反饋的信號(hào)，三條較低支腿分組上升，最后達(dá)到同一高度。通常的方案是在四個(gè)支撐點(diǎn)上同時(shí)設(shè)置壓力傳感器，根據(jù)水平傳感器和壓力傳感器的撿測(cè)檢測(cè)信號(hào)。在調(diào)平系統(tǒng)工作過程中，會(huì)遇到虛腿問題和調(diào)平振蕩問題，需要采取合適的措施以防止這兩種情況的出現(xiàn)。該系統(tǒng)在安裝時(shí)對(duì)傾角傳感器與它們各自相對(duì)應(yīng)邊的平行度作山了要求。車架不可能達(dá)到完全的水甲，而是有一個(gè)傾角范圍，所以只要最終結(jié)果達(dá)到這范圍即可。而影響這一精度的因素主要有3個(gè)：車架的變形、傾角傳感器的安裝精度、機(jī)械支腿的安裝精度。調(diào)平流程如圖68所示。采用定位方式同時(shí)升橫傾方向的兩條支腿，使它們升相等的距離，使橫傾角度達(dá)到設(shè)定精度的要求。4）粗、精調(diào)平通過傾角儀測(cè)得的傾角與支腿的間距，運(yùn)用正弦函數(shù)關(guān)系計(jì)算出其它三條支腿需要升的垂直高度，升三條支腿到所需高度，完成車體的粗調(diào)平。雖然調(diào)節(jié)時(shí)間稍長(zhǎng)，但協(xié)調(diào)性好。若采用多點(diǎn)調(diào)節(jié)，即各點(diǎn)都同時(shí)運(yùn)動(dòng)，調(diào)整到一個(gè)預(yù)定點(diǎn)，其特點(diǎn)是速度快，但會(huì)出現(xiàn)相互干涉耦合現(xiàn)象且算法復(fù)雜。預(yù)支承包括兩個(gè)部分：支腿擴(kuò)出和支腿伸出?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)水平傳感器的值判定登高平臺(tái)救援消防車的傾斜情況，然后按向中心點(diǎn)看齊式調(diào)平法進(jìn)行調(diào)平。第二階段為調(diào)平階段。調(diào)平開始后，控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)支撐腿伸出，同時(shí)根據(jù)壓力傳感器數(shù)值判斷各支撐腿是否著地，當(dāng)某一支撐腿著地后該腿停止動(dòng)作。對(duì)支腿調(diào)平控制系統(tǒng)傾斜工況進(jìn)行分析，調(diào)平過程主要有對(duì)角線傾斜和單邊傾斜兩種工況。根據(jù)以上判斷規(guī)則即可以通過傳感器判斷出最低支腿，從而為后面的調(diào)平做好準(zhǔn)備。繼續(xù)判斷，上升B、D支腿中任意一個(gè)支腿，假設(shè)上升B支腿，①水平傳感器隨著支腿上升Y方向發(fā)生變化，則最低支腿為D支腿；②水平傳感器不隨著支腿上升Y方向不發(fā)生變化，則最低支腿為B支腿。圖 210平臺(tái)傾角示意設(shè)傾角傳感器給出的坐標(biāo)為(x,y)；1)x0，y0，最高點(diǎn)為D支腿；2)x0，y 0，最高點(diǎn)為C支腿；3)x0，y 0，最高點(diǎn)為B支腿；4)x0，y 0，最高點(diǎn)為A支腿。雖然這四種方法中“最高點(diǎn)追逐式”不動(dòng)調(diào)平法的調(diào)節(jié)距離較長(zhǎng)，但由于這種方法在調(diào)解過程中系統(tǒng)最穩(wěn)定，因而本設(shè)計(jì)選擇 “最高點(diǎn)追逐式”調(diào)平方法。平臺(tái)上各支撐點(diǎn)在平臺(tái)坐標(biāo)系統(tǒng)中的坐標(biāo)為B1 (a/2，b/2，0)，B2(a/2，b/2，0)，B3(a/2，b/2，0)，B4(a/2，b/2，0)，幾何中心的坐標(biāo)O(0，0，0)。保證該支腿的高度保持一定，在登高平臺(tái)救援消防車到達(dá)目的地后預(yù)支撐到這一高度。圖33 最低點(diǎn)追逐法3）“向中心點(diǎn)看齊式”調(diào)平法該方法是指保持平臺(tái)的幾何中心不變，即設(shè)定一個(gè)平臺(tái)的固有高度，調(diào)節(jié)各個(gè)支腿的長(zhǎng)度使平臺(tái)最后與該選定點(diǎn)高度一致，從而使平臺(tái)達(dá)到水平狀態(tài)，如圖34所示。圖67 最高點(diǎn)追逐法2）“最低點(diǎn)追逐式”調(diào)平法該方法跟最高點(diǎn)調(diào)平法類似，它是保持最低支腿不動(dòng)，其余各個(gè)支腿向最低點(diǎn)對(duì)齊。位置誤差控制調(diào)平法主要有最高點(diǎn)追逐法、最低點(diǎn)追逐法、中心點(diǎn)不動(dòng)追逐法和設(shè)定點(diǎn)不動(dòng)追逐法四種。2）角度誤差調(diào)平法：角度誤差調(diào)平法的工作原理是直接控制橫向、縱向傾角a、β，通過支腿的伸長(zhǎng)或縮短使傾角減少，直到傾角為0176。先求繞Y軸的變換矩陣，設(shè)OXYZ坐標(biāo)系中的點(diǎn)(i, j, k)在OX0Y0Z0的坐標(biāo)為(i′,j′,k′)，兩坐標(biāo)的幾何關(guān)系如圖2所示，可得方程組： （1）寫成矩陣形式為： （2）式中：為平臺(tái)繞Y軸的旋轉(zhuǎn)矩陣，則： （3）圖2 繞Y軸的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換同理可求出平臺(tái)繞X軸旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)變換方程： （4）式中：——平臺(tái)繞X軸的旋轉(zhuǎn)矩陣，則可知： （5）由此可見，從平臺(tái)坐標(biāo)到水平坐標(biāo)的位姿變換矩陣為： （6）常用的支腿調(diào)平方法主要有位置誤差控制調(diào)平法和角度誤差控制調(diào)平法。平臺(tái)的調(diào)平過程，就是兩坐標(biāo)系不斷接近的過程，利用空間機(jī)構(gòu)的分析方法，可推導(dǎo)平臺(tái)在兩坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換矩陣。根據(jù)兩條相交直線決定—個(gè)平臺(tái)的原理，建立圖l所示的坐標(biāo)系，其中OXYZ為平臺(tái)坐標(biāo)系，表示平臺(tái)的實(shí)際位置，O—X0Y0Z0函為水平坐標(biāo)系，表示水平位置。根據(jù)兩個(gè)交叉方向上的水平傳感器測(cè)得的水平傾斜角誤差，就可以判斷各個(gè)支撐點(diǎn)的相對(duì)高低，從而驅(qū)動(dòng)各支撐腿運(yùn)動(dòng)。為了保證登高平臺(tái)救援消防車作業(yè)工況穩(wěn)定，救援人員安全施救，首先對(duì)登高平臺(tái)救援消防車支承系統(tǒng)調(diào)平方法及策略進(jìn)行研究。最后利用Solidworks軟件根據(jù)所設(shè)計(jì)副車架及支腿系統(tǒng)進(jìn)行支承系統(tǒng)的三維建模及利用ANSYS軟件進(jìn)行支承系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)合理性。圖11 結(jié)構(gòu)分析流程 支撐系統(tǒng)模型建立 支撐系統(tǒng)有限元分析 支撐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)本章完成了對(duì)登高平臺(tái)救援消防車支承系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。CAD/CAE軟件的綜合運(yùn)用，目的在于充分發(fā)揮各軟件的長(zhǎng)處，避免其不足，從而使軟件幾何建模、網(wǎng)格劃分、分析計(jì)算及其結(jié)果處理的整個(gè)過程高速高效、條理清楚、不易出錯(cuò)，且容易操作和修改。運(yùn)用ANSYS進(jìn)行靜力學(xué)分析，不僅可以進(jìn)行線性分析，而且還可以進(jìn)行非線性分析，如塑性、蠕變、膨脹、大變形、大應(yīng)變及接觸分析。SolidWorks是法國達(dá)索（Dassault Systemes）公司一款優(yōu)秀的CAD軟件，擁有強(qiáng)大的實(shí)體和曲面造型功能，應(yīng)用廣泛，易于操作，可移植性強(qiáng)，可以提供一個(gè)完整的3D產(chǎn)品設(shè)計(jì)解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程人員對(duì)機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)化使得分析結(jié)果與實(shí)際相差甚遠(yuǎn)，如果可以把不同專業(yè)軟件集成起來，發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，則可以提高分析效率和分析結(jié)果的可信度[44,45]。 CAD/CAE技術(shù)介紹隨著計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）技術(shù)的不斷發(fā)展，在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)及科學(xué)研究中，要對(duì)復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行比較精確的仿真研究，多采用CAD/CAE（ComputerAided Design/ Engineering）多軟件集成分析方法對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析[3]。為了使支承腳在承受壓力時(shí)不下陷，則要求支撐腿在承受最大支反力F的工況下有足夠的接地面積A，有：（m2）式中：[]—地基強(qiáng)度。圓形支承腳使用范圍最廣，因此，登高平臺(tái)救援消防車也采用截面形式為圓形的球形支承腳。根據(jù)市場(chǎng)分析，現(xiàn)有登高平臺(tái)救援消防車、高空作業(yè)車及起重機(jī)大多采用球形支撐的支承腳，可實(shí)現(xiàn)小坡度范圍內(nèi)自動(dòng)找正調(diào)平，如圖66所示。按負(fù)載選擇執(zhí)行元件的工作壓力如表81，各類液壓設(shè)備常用工作壓力如表82。=13125NG0=8994+6000=14994N，e0= G2=92000N e2= r0= M=14994*=53379 sina= cosa= cos(πa)= =13055N比較兩腿支反力的大小，F(xiàn)c較大，則F=13125N應(yīng)為計(jì)算載荷。如圖223（到這了）所示，設(shè)舉升臂在Ⅱ工況（圖222登高平臺(tái)救援消防車支腿跨距）位置作業(yè)時(shí)，支腿A不受力，支腿B、C、D受力，可求得支腿的支反力分別為： 651支腿的支撐位置 652三點(diǎn)支撐狀態(tài)當(dāng)舉升臂轉(zhuǎn)到Ⅰ工況位置作業(yè)時(shí)，角為鈍角，設(shè)支腿B不受力，支腿C、D、A受力，可求得受力最大的支腿D的壓力為：由圖31可知，當(dāng)舉升臂在工況Ⅱ的位置作業(yè)時(shí)，支腿C的受力最大，令dFc/d=0，可求出支腿C在承受最大支反力時(shí)的角值，令其為0有：0=即 0==176。若登高平臺(tái)救援消防車回轉(zhuǎn)部分的重力為G2，其重心O2在離支腿對(duì)稱中心（坐標(biāo)原點(diǎn)O）e2處，回轉(zhuǎn)重心O0離支腿對(duì)稱中心O的距離為e0。計(jì)算支腿壓力是確定登高平臺(tái)救援消防車在作業(yè)時(shí)所承受的最大支反力，該力是支撐強(qiáng)度計(jì)算的依據(jù)。理論上支腿跨距成方形，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，由于總體布置的需要，通常支腿縱向跨距大于橫向跨距。支腿縱向跨距的確定s和橫向跨距確定的原則一樣，應(yīng)使繞前、后傾覆邊的穩(wěn)定力矩大于傾覆力矩。（a） （b）圖222 支腿跨距計(jì)算示意圖參考北方奔馳ND1255B44底盤參數(shù)及已完成設(shè)計(jì)可知，G1=5000N，G2=92000N，250000N，Gb=8994N，q=2000N，Q=4000N，L1=，r=，R=。圖221登高平臺(tái)救援消防車支腿跨距登高平臺(tái)救援消防車支腿橫向外伸跨距的最小值應(yīng)保證其側(cè)向作業(yè)時(shí)的穩(wěn)定性，即全部載荷的重力合力落在側(cè)傾覆邊以內(nèi)，并使繞左右傾覆邊的穩(wěn)定力矩大于傾覆力矩。圖220支撐模型登高平臺(tái)救援消防車的支腿一般為前后設(shè)置，并向兩側(cè)伸出，如圖221所示。作業(yè)高度為25m的登高平臺(tái)救援消防車無需X型支腿，所以本論文采用H型支腿，支撐模型如圖220所示。1垂直液壓缸 2車架 3伸縮液壓缸 4固定腿 5伸縮腿 6支腿圖219 X型支腿結(jié)構(gòu)X型支腿在支起車體時(shí)，支承腳產(chǎn)生水平位移，對(duì)伸縮液壓缸也有推入的趨勢(shì)，使得垂直液壓缸油壓較高。 (a) (b)1垂直支承油缸 2水平伸縮油缸圖218 H型支腿H型支腿對(duì)地面的適應(yīng)性最好，易于調(diào)