專用汽車自動(dòng)調(diào)平支承裝置的結(jié)構(gòu)與分類

杭州恒宏機(jī)械有限公司 張繼剛 王國(guó)忠 紹益龍

無(wú)論是載有高水平度要求的精密儀器車輛，還是一般水平度要求的應(yīng)急移動(dòng)通訊車、應(yīng)急電源車、臨時(shí)指揮車、流動(dòng)醫(yī)療急救車或其他帶斗載人舉高作業(yè)車等，都必須配備穩(wěn)定可靠的調(diào)平地面支撐，以保證車身在作業(yè)過(guò)程中釋放輪胎并使車身保持穩(wěn)定可靠的水平狀態(tài)。對(duì)于帶斗載人舉高作業(yè)車來(lái)說(shuō)，在舉升高度或幅度較大的極限工況下作業(yè)時(shí)，整車的水平度、穩(wěn)定性都是不容忽視的安全因素，而且為了增加其作業(yè)穩(wěn)定性、可靠性和平穩(wěn)性，還需布置支腿方位，盡管支腿的形式多種多樣，但大都是沿用手動(dòng)調(diào)平方式，分別調(diào)整各支腿的高低，根據(jù)水平儀目測(cè)整車的水平度。這種調(diào)平方法時(shí)間長(zhǎng)、精度差、且不易控制，在操作不妥時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)支腿到達(dá)極限行程，而整車仍未符合調(diào)平要求的情況，這樣就必須進(jìn)行二次調(diào)平，調(diào)平時(shí)間則會(huì)更長(zhǎng)。隨著國(guó)內(nèi)外特種車輛的日益增加，手動(dòng)調(diào)平方式與快速滿足水平度調(diào)節(jié)要求不相適應(yīng)，而一種具有觸屏控制（按鍵控制、遙控控制）的電動(dòng)千斤頂，并兼有微調(diào)功能的車輛自動(dòng)調(diào)平支承裝置已由杭州恒宏機(jī)械有限公司研制成功。為此，本文將對(duì)這種專用汽車自動(dòng)調(diào)平支承裝置的結(jié)構(gòu)與分類進(jìn)行介紹，并簡(jiǎn)略分析其行業(yè)現(xiàn)狀與市場(chǎng)前景。

專用汽車自動(dòng)調(diào)平支承裝置的分類形式

專用汽車自動(dòng)調(diào)平支承裝置按支腿形式分類可分為轉(zhuǎn)角腿及直伸腿兩類（見(jiàn)圖1），轉(zhuǎn)角腿主要考慮車輛行駛過(guò)程中的通過(guò)性；按負(fù)載分類可分為2 t、4 t、6 t、8 t、12 t五個(gè)規(guī)格，除了12 t使用伺服電機(jī)外，其余所有規(guī)格均使用直流12/24V有刷電機(jī)；按調(diào)平精度分類可分為高精度（精度在0.01°以上），中等精度（精度在0.01°～0.09°），低精度（精度在0.1°～0.5°）；按使用功能分類，可分為靜、動(dòng)態(tài)調(diào)平兩大類。

自動(dòng)調(diào)平支承裝置的組成及工作方式

自動(dòng)調(diào)平支承裝置系統(tǒng)由人機(jī)界面、控制系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)三大部分組成，如圖2所示。

1.調(diào)平支腿系統(tǒng)總體構(gòu)架

系統(tǒng)總體構(gòu)架分為四個(gè)主要部分，如圖3所示。調(diào)平支腿系統(tǒng)主要由電動(dòng)千斤頂及調(diào)平執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，下位機(jī)控制系統(tǒng)主要由單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成，液晶屏服務(wù)系統(tǒng)主要由嵌入式系統(tǒng)和觸摸液晶屏組成，遙控器無(wú)線系統(tǒng)主要由無(wú)線收發(fā)模塊和指令系統(tǒng)組成。

2.支腿機(jī)械傳動(dòng)

支腿機(jī)械傳動(dòng)由動(dòng)力系統(tǒng)、減速系統(tǒng)、頂升系統(tǒng)、轉(zhuǎn)角系統(tǒng)、信號(hào)傳輸系統(tǒng)和垂直定位系統(tǒng)六部分組成。

（1）動(dòng)力系統(tǒng)：由DC12V或DC24V直流有刷（無(wú)刷）電機(jī)承擔(dān)（電機(jī)功率根據(jù)頂升負(fù)載不同而有所不同）。動(dòng)力系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)動(dòng)力的供給，考慮到產(chǎn)品的工作、使用特點(diǎn)，系統(tǒng)采用DC12V或DC24V的直流有刷電機(jī)，根據(jù)產(chǎn)品使用功能、精度要求、使用場(chǎng)所、額定頂升載荷的不同，也可使用直流無(wú)刷電機(jī)、伺服電機(jī)。

（2）減速系統(tǒng)：通過(guò)齒輪箱減速，使系統(tǒng)轉(zhuǎn)速由電機(jī)輸出的較高轉(zhuǎn)速減至設(shè)計(jì)要求的較低轉(zhuǎn)速，同時(shí)傳遞增大了的扭矩。減速系統(tǒng)的主要任務(wù)是把電機(jī)輸出的較高轉(zhuǎn)速降低至適宜于系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)要求的低轉(zhuǎn)速，同時(shí)逐級(jí)傳遞并放大系統(tǒng)的扭矩，使各項(xiàng)參數(shù)符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的數(shù)值，以保證系統(tǒng)處于正常、平穩(wěn)的工作狀態(tài)。

（3）頂升系統(tǒng)：由減速系統(tǒng)輸出軸帶動(dòng)絲桿副運(yùn)動(dòng)，絲桿副使系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)，達(dá)到頂升需要的運(yùn)動(dòng)形式。頂升系統(tǒng)的主要工作是把動(dòng)力系統(tǒng)經(jīng)過(guò)減速系統(tǒng)后的低轉(zhuǎn)速、大扭矩的工況轉(zhuǎn)化成上下的舉升運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到系統(tǒng)要求的運(yùn)動(dòng)工況；考慮到系統(tǒng)使用的是有限的車載電源，因此在這里撇開(kāi)了傳統(tǒng)的磨擦傳動(dòng)副，而使用了高效率的滾動(dòng)傳動(dòng)副，以提高效率，降低能源消耗。

（4）轉(zhuǎn)角系統(tǒng)：根據(jù)設(shè)計(jì)需要，使支腿在一定的位置通過(guò)特定的裝置，使支腿轉(zhuǎn)角，以達(dá)到預(yù)定的運(yùn)動(dòng)需要。由于車架離地高度有限，因此系統(tǒng)在不工作時(shí)支腿應(yīng)收起并緊貼在車架下面，以保證支腿與地面保持一定的距離。

（5）信號(hào)傳輸系統(tǒng)：根據(jù)電子控制的需要，在一些特定的位置設(shè)置電信號(hào)傳送裝置，以告知控制系統(tǒng)支腿的運(yùn)動(dòng)狀況。如在支腿運(yùn)動(dòng)到極端位置時(shí)，設(shè)置了位置信號(hào)，以配合電氣控制系統(tǒng)正確判斷支腿的工作狀態(tài)及工作進(jìn)程，防止系統(tǒng)的誤動(dòng)作。

（6）垂直定位系統(tǒng)：轉(zhuǎn)角腿垂直定位系統(tǒng)的設(shè)置，可保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性，以避免橫向受力對(duì)系統(tǒng)平衡的破壞。為保證系統(tǒng)在正常工作時(shí)支腿的垂直、穩(wěn)定、可靠，避免支腿工作過(guò)程中向同一方向傾倒而發(fā)生危險(xiǎn)，因此在機(jī)構(gòu)中須設(shè)置垂直定位裝置，當(dāng)系統(tǒng)在垂直方向受力后，支腿會(huì)自動(dòng)鎖定垂直方向，以避免任一方向橫向力的施加而使系統(tǒng)失衡。一旦系統(tǒng)退出工作狀態(tài)，鎖定則自行解除。

3.電子控制系統(tǒng)

電子控制系統(tǒng)分為四部分：下位機(jī)、液晶屏控制、遙控器和遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)。

（1）下位機(jī)：下位機(jī)主要負(fù)責(zé)四個(gè)支腿電壓電流信息的采集、支腿位置狀態(tài)的采集和支腿接觸器的繼電器控制，由Atmega64單片機(jī)總體負(fù)責(zé)下位機(jī)的運(yùn)行，下位機(jī)軟件流程如圖4所示。

（2）液晶屏控制：提供四個(gè)支腿狀態(tài)信息的顯示和四個(gè)支腿動(dòng)作的控制，以Atmel ARM9為處理核心，提供自動(dòng)控制和手動(dòng)控制兩種方式。液晶屏的軟件編程基于WINCE操作系統(tǒng)，采用EVC編程工具進(jìn)行。液晶屏EVC軟件流程如圖5所示。

（3）遙控器：提供手動(dòng)控制按鈕，即支腿上行、支腿下行、停止等功能按鈕。遙控器選用聲表面波模塊進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，并利用PT2262和PT2272實(shí)現(xiàn)對(duì)按鍵的編碼解碼。接收模塊采用高性能的超外差接收芯片，外加低噪聲前置高頻放大電路和窄帶陶瓷濾波器，本振采用聲表面諧振器，使其性能全面超越目前市面上所有的調(diào)幅接收模塊。具有極高的接收靈敏度和極強(qiáng)的抗干擾能力（已廣泛應(yīng)用于要求較高的工業(yè)控制場(chǎng)合）高頻可以分別工作在315 M和433.92 M，具有良好的電磁兼容性，很容易通過(guò)FCC、CE國(guó)際認(rèn)證。

（4）遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)：如圖6為遠(yuǎn)程通訊結(jié)構(gòu)圖，7英寸液晶屏控制部分與下位機(jī)通過(guò)RS485通信，與MCU接口板通過(guò)RS232通信，主要負(fù)責(zé)下位機(jī)參數(shù)采集、下位機(jī)控制、遙控器命令轉(zhuǎn)發(fā)和系統(tǒng)維護(hù)等。

行業(yè)現(xiàn)狀與市場(chǎng)前景

目前，從行業(yè)特點(diǎn)及市場(chǎng)情況來(lái)看，精度要求較高的專用汽車自動(dòng)調(diào)平支承裝置只在軍工行業(yè)需求較大，且現(xiàn)在的情況基本上是自產(chǎn)自銷，成本奇高；而在要求調(diào)平精度不高的低端市場(chǎng)，只需求低精度的專用汽車自動(dòng)調(diào)平支承裝置，比如房車行業(yè)、民用特種車行業(yè)等，且數(shù)量龐大，但基本上是靠進(jìn)口或手動(dòng)裝置，效率低、成本高。隨著專用汽車行業(yè)持續(xù)多樣化發(fā)展，專用汽車自動(dòng)調(diào)平支承裝置的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)越來(lái)越廣，前景可觀。

目前國(guó)內(nèi)已有多家企業(yè)生產(chǎn)專用汽車自動(dòng)調(diào)平支承裝置，他們大多采用的是電流采樣方式調(diào)平，其調(diào)平精度及穩(wěn)定性方面還需要進(jìn)一步的提升。杭州恒宏機(jī)械有限公司是國(guó)內(nèi)一家長(zhǎng)期專注于電（手）動(dòng)千斤頂?shù)难邪l(fā)與制造的企業(yè)，其產(chǎn)品在歐美等國(guó)家和地區(qū)已有一定的市場(chǎng)份額。該公司已開(kāi)發(fā)研制出具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專用汽車自動(dòng)調(diào)平支承裝置，其產(chǎn)品特點(diǎn)是可利用多個(gè)電動(dòng)千斤頂協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)特種車輛的手動(dòng)或自動(dòng)平衡狀態(tài)調(diào)整，集電動(dòng)千斤頂、單片機(jī)技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)、WINCE、無(wú)線通信技術(shù)等高新技術(shù)于一身，實(shí)現(xiàn)對(duì)特種車輛的自動(dòng)或手動(dòng)水平調(diào)節(jié)。該套系統(tǒng)具有安全可靠、結(jié)構(gòu)合理、工藝嚴(yán)謹(jǐn)、操作便捷等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景廣泛。