一种新型快速精确定位的供弹机研究

翟少波，杨建民，郭 振，付永年

（西北机电工程研究所，陕西 咸阳 712099）

随着自动装填技术在中大口径火炮上的应用，势必存在一些机构需要快速、准确定位。如某火炮的平移供弹、弹丸（装药）的射角协调等。以前好多火炮采用了伺服控制技术，但该技术应用带来的缺点就是驱动器设计复杂，成本高，另外这类驱动器在后续使用中维护也相对复杂。本文介绍一种利用直流电机做为驱动元件，利用电气控制和液压缓冲器共同作用达到快速、准确定位的供弹机，为其它类似机构的快速、精确定位提供一种思路。

1 系统组成及作用

该供弹机由机械及控制系统两大部分组成。

机械部分由架体、导杆、带保险离合器的变速箱、丝杠螺母副、电机、滑座和液压缓冲器等组成。架体为供弹机安装机架，固定在摇架上；导杆两端固连在架体上，通过滑套与滑座相连，对滑座平动起导向作用；带保险离合器的变速箱起匹配电机与丝杠转速关系，同时保险离合器对电机进行过载保护；丝杠螺母副的丝杠为变速箱输出轴，通过固连在滑座上的螺母，驱动滑座左右平动。液压缓冲器缸体固连在滑座上，在架体两侧与活塞杆同轴处分别安装有左、右限位杆。

液压缓冲器［1－2］由缸体、端盖、活塞、活塞杆和螺堵及密封件组成，活塞上加工有阻尼孔。工作原理为缓冲器缸体内腔内注满了液压油，当活塞杆右端面受力时，活塞向左运动，压迫液压油由缸体左侧腔体通过阻尼孔及活塞与缸体之间缝隙向缸体右侧腔体运动，这样就可以由液压阻尼消耗掉大量能量。螺堵的作用是为了给缓冲器缸体内腔加注液压油时排气用。反向同理。该缓冲器特点有：为无源元件不需要控制参与；对高速运动时阻力大，低速阻力小，阻尼大小与速度平方成正比；可双向作用且运动到位后无反弹力。

控制部分由操作盒、控制驱动器、各传感器、线缆和带测速发电机的直流拖动电机等组成。操作盒为人机界面，通过它进行各项操作，同时显示系统工作状态；控制驱动器主要由PLC、PWM板、桥式驱动电路等组成，电机调速原理为测速发电机实时将电机转速反馈给PWM板，PWM板控制电机转速，PLC控制PWM板使电机以高速或低速（约0.2倍速）旋转，在供弹机进行供弹运动时开关K1、K2、K3、K4顺序给出信号，PLC接收到信号进行不同的控制。

供弹机组成图见图1，液压缓冲器结构图见图2。

2 工作原理

传感器定义：K1供弹初位；K2供弹准初位；K3供弹准到位；K4供弹到位。

供弹机控制系统原理图见图3，以供弹为例，在操作面板上选择供弹工作方式，按下启动按钮，这时PLC接到信号按既定程序控制PWM板，PWM板输出控制信号给智能模块Q1、Q4，由智能模块组成的桥式电路对角导通给电机供电，电机高速带动丝杠旋转，驱动滑座运动。当滑座运动到供弹准到位位置时，传感器K3给出信号，同时限位杆与活塞杆端面贴合，随着供弹机平移，液压缓冲器活塞在限位杆作用下起机械缓冲减速作用，这时PLC先将桥式电路上端模块Q1切断，然后使下端智能模块Q3、Q4同时导通0.1s，即电机两端短接0.1s进行能耗制动，这时电机转速在机械及电气共同作用下降低，随后再控制继电器KA1线包吸合，速度调节器负端电压拉低，电机以0.2倍速低速旋转，当滑座平移到输弹位置后，限位杆与液压缓冲器缸体端面贴合，供弹机在机械限位的作用下供弹机停止，传感器K4给出信号，PLC断掉电机电源，同时控制制动器抱闸，返回同理。

驱动电路［3］具有电流反馈及速度反馈，电流反馈的作用为在电机启动时控制启动电流，减小对电网的冲击，同时起到保护电机的作用；速度反馈实现了控制供弹机运动速度在外网电压浮动范围内基本一致；在电机减速过程中采用了能耗制动及液压缓冲器组合减速，停位采用了机械限位，同时能耗制动对电机能量在电机与智能模块之间进行了消耗，电路省掉了吸收电路，大大简化了驱动器结构，提高了系统可靠性。

3 试验曲线

利用上述原理进行了样机设计并在试验装置上进行验证，试验测试数据表明该供弹机带载67 kg，供弹行程为300mm，工作电压为22V时，工作时间约600ms，工作电压为30V时，工作时间约500ms，定位精度在0.3mm以内。

以下对照图4的样机试验曲线对供弹过程作进一步讲说明。

试验曲线上半部分为供弹曲线，下半部分为供弹返回曲线。

图中oa段为在控制系统限定的最大电流控制情况下供弹机加速段，当供弹速度达到了设定速度值后，供弹机以设定的速度向输弹位置平移，形成曲线的ab段，供弹机运动到b时，开关K3给出信号后，这时供弹机上的液压缓冲器活塞杆左端面正好与左翼板上的限位杆端面贴合，这时控制驱动器通过智能模块将电机两极短接0.1s，供弹机在能耗制动和液压缓冲器共同作用下快速减速，形成曲线bc段，此时，输弹机已近输弹到位位置，控制驱动器再控制电机低速旋转，形成曲线cd段，当开关当K4给出信号后，驱动器断掉电机施能，液压缓冲器左端盖与左限位杆端面贴合后，供弹机到达供弹到位位置，停止运动，形成de段，反向同理。

4 结 论

本文通过对双向快速精确定位系统进行研究，设计的电气、液压组合定位机构工作稳定，该供弹机采用电气控制和液压缓冲器相结合的组合定位方式，可方便实现快速运动及精确定位，大大简化了驱动电路，提高了可靠性。该电液组合定位的供弹机为其它类似机构的快速、精确定位提供一种思路。

（References）

［1］郑建辉，王卫.某火炮自动装装填系统专用试验装置的功能结构分析［J］.火炮发射与控制学报，2006（4）：42－45.ZHENG Jian－hui，WANG Wei.Function－construction analysis of a special experiment machine for automatic loader system of some type of gun weapon［J］.Journal of Gun Launch ＆ Control，2006（4）：42－45.（in Chinese）

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［3］胡寿松.自动控制原理［M］.北京：科学出版社，2001：4－9.HU Shou－song.Automatic controlling principle［M］.Beijing：Science Press，2001：4－9.（in Chinese）