ТРЕХСТЕПЕННАЯ ДИНАМИЧЕСКАЯ ПЛАТФОРМА

Предлагаемая полезная модель относится к техническим средствам динамических тренажеров на подвижных платформах, предназначенных для обучения и подготовки механиков-водителей, наводчиков и командиров боевых расчетов бронетанковой техники, и может быть использована для создания достоверных нагрузок на обучаемых при моделировании движения подвижного объекта бронетанковой техники по пересеченной местности.
Для создания достоверных нагрузок при воздействии силы тяжести, ускорения, имитации отдачи при выстреле, разгоне, торможении в процессе моделирования движения автобронетанковой техники необходима платформа, обеспечивающая три степени свободы, управляемая от ЭВМ по цифровому каналу связи.
Известны трехстепенные динамические платформы (например разработанный АО «Тулаточмаш» трехстепенной динамический стенд СДУ-01, 2006 г.) использующие аналоговый сигнал от ЭВМ для управления каждым из трех исполнительных механизмов. Несмотря на простоту технического решения, известные динамические платформы характеризуются низкими функциональными возможностями, т.к. не имеют возможности управления по цифровому каналу связи и выбору типа цифрового интерфейса при установке динамической платформы в тренажеры автобронетанковой техники разных разработчиков и производителей, а также когда динамическая платформа используется в качестве испытательного вибрационного стенда, где могут применяться различные цифровые интерфейсы. К существенным недостаткам динамических платформ следует отнести также отсутствие тормозных устройств в исполнительных механизмах, что значительно снижает надежность и безопасность их эксплуатации, и невозможность экстренной блокировки динамической платформы при возникновении аварийных ситуаций.
Наиболее близким к заявляемой динамической платформе является трехстепенной динамический стенд, предназначенный для имитации акселерационных нагрузок, содержащий управляющую ЭВМ, подвижную раму, неподвижное основание, на котором установлены три мотор-редуктора, три датчика обратной связи, три частотных преобразователя, три шарнирных соединения и три исполнительных механизма, каждый из которых механически соединен с выходным валом соответствующего мотор-редуктора и через соответствующее шарнирное соединение с подвижной рамой, а дополнительный выход каждого исполнительного механизма механически соединен с валом соответствующего датчика обратной связи, при этом два мотор-редуктора с соответствующими исполнительными механизмами установлены на неподвижном основании симметрично его продольной оси, а третий расположен на продольной оси неподвижного основания и развернут по отношению к двум другим на 180° (патент РФ № 66096 «Динамический стенд», G09B 9/08, 2006 г.)
Перед авторами стояла задача, сохранив достоинства известной трехстепенной динамической платформы, создать конкурентноспособную платформу с широкими функциональными и техническими возможностями, предназначенную для обеспечения имитации угловых и линейных перемещений кабин в тренажерах бронетанковой техники и создания динамических нагрузок на рабочих местах обучаемых, адекватных реальным образцам техники.
Поставленная задача решена за счет того, что в трехстепенную динамическую платформу, содержащую управляющую ЭВМ, подвижную раму, неподвижное основание, на котором установлены три мотор-редуктора, три датчика обратной связи, три частотных преобразователя, три шарнирных соединения и три исполнительных механизма, каждый из которых механически соединен с выходным валом соответствующего мотор-редуктора и через соответствующее шарнирное соединение с подвижной рамой, дополнительный выход каждого исполнительного механизма механически соединен с валом соответствующего датчика обратной связи, выход каждого из которых подключен к одному из входов соответствующего частотного преобразователя, выходы каждого из которых подключены к соответствующему мотор-редуктору, при этом два мотор-редуктора с соответствующими исполнительными механизмами установлены на неподвижном основании симметрично его продольной оси, а третий расположен на продольной оси неподвижного основания и развернут по отношению к двум другим на 180°, дополнительно введены блок цифроаналогового преобразования, первый, второй и третий выходы которого подключены соответственно к второму входу соответствующего частотного преобразователя, программируемое реле управления тормозами мотор-редуктора, вход которого подключен к четвертому выходу блока цифроаналогового преобразования, и преобразователь цифрового интерфейса, подключенный к выходу управляющей ЭВМ и к информационному входу блока цифроаналогового преобразования, дополнительный выход блока цифроаналогового преобразования подключен к кнопке аварийной блокировки динамической платформы.
Каждый мотор-редуктор снабжен тормозным устройством, соединенным с выходом программируемого реле управления тормозами, состоящее из соединенных последовательно программируемого устройства и силового контактора.
Каждый из исполнительных механизмов включает в себя закрепленный на валу соответствующего мотор-редуктора кривошип с шатуном, шарнирно соединенным с ползуном, расположенным в направляющей стойке, одним концом жестко закрепленной на неподвижном основании, и жестко соединенным с дополнительно введенным разгрузочным устройством, состоящим из планки и двух пружин, жестко соединенных с ползуном, при этом вторыми концами пружины жестко закреплены к неподвижному основанию.
Предлагаемая трехстепенная динамическая платформа обладает совокупностью существенных признаков, неизвестных из уровня технических решений подобного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "новизна" для полезной модели.
Сущность полезной модели поясняется с помощью чертежей, где на
фиг. 1 представлена функциональная схема трехстепенной динамической платформы;
фиг. 2 представлена кинематическая схема трехстепенной динамической платформы;
фиг. 3-общий вид трехстепенной динамической платформы.
Трехстепенная динамическая платформа содержит (фиг. 1) управляющую ЭВМ 1, первый, второй и третий частотные преобразователи 2, 3 и 4, неподвижное основание 5 с установленными на нем первым, вторым и третьим мотор-редукторами 6, 7 и 8, первым, вторым и третьим исполнительными механизмами 9, 10 и 11, дополнительные выходы которых механически соединены с осями соответствующих датчиков 12, 13 и 14 обратной связи, а также первое, второе и третье шарнирное соединение 15, 16, и 17, кинематически связанное с подвижной рамой 18. В динамическую платформу дополнительно введены блок 19 цифроаналогового преобразования, в котором реализован специальный протокол обмена информацией с управляющей ЭВМ 1, и программируемое реле 20 управления тормозными устройствами, состоящее из соединенных последовательно программируемого устройства и силового контактора (на чертеже условно не показаны), преобразователь 21 цифрового интерфейса, который преобразует широко применяемый интерфейс USB 2.0 в RS-232, кнопка 22 аварийной блокировки, по сигналу которой блок 19 цифроаналогового преобразования выдает сигнал блокировки вала каждого мотор-редуктора 6, 7, 8, каждый из которых снабжен тормозным устройством 23, 24, 25, состоящим из тормозного диска, электромагнита и инвертора (на чертеже условно не показаны).
Каждый из исполнительных механизмов 9, 10 и 11 включает в себя (фиг. 2) закрепленный на валу соответствующего мотор-редуктора 6, 7, 8 кривошип 26 с шатуном 27, шарнирно соединенным с ползуном 28, расположенным в направляющей стойке 29. Ползун 28 одним концом жестко закреплен на неподвижном основании 5, а вторым жестко соединен с планкой 30 дополнительно введенного разгрузочного устройства с двумя пружинами 31, жестко закрепленными вторыми концами к неподвижному основанию 5.
Подвижная рама 18 предназначена для закрепления на ней кабины механика-водителя или кабины боевого отделения объектов автобронетанковой техники.
С помощью мотор-редукторов 6 и 8 через соответствующие исполнительные механизмы 9 и 11 и шарнирные соединения 15 и 17 обеспечивается движение подвижной рамы 18 в поперечно-угловом направлении, а мотор-редуктором 7 через исполнительный механизм 10 - в продольно-угловом направлении. При этом мотор-редуктор 7 с исполнительным механизмом 10 расположен на продольной оси неподвижного основания 5 и развернут по отношению к мотор-редукторам 6 и 8 на 180° (фиг. 2).
В перспективной конструкции используется мотор-редуктор 300L2 41.5 PC JMK90 LB4 FD U1 S с встроенным тормозным устройством (поставщик ООО «ФАМ-Холдинг» г. Санкт-Петербург).
Движение в вертикальной плоскости осуществляется синхронным перемещением трех ползунов 28 по вертикали в направляющих стойках 29.
Трехстепенная динамическая платформа работает следующим образом. Управляющее воздействие в виде последовательного цифрового протокола интерфейса USB 2.0 поступает от управляющей ЭВМ 1, в качестве которой может быть использована универсальная вычислительная машина РАМЭК- 011-153.10 РАМГ.466216.011 ТУ (поставщик АО «РАМЭК-ВС» г. Санкт-Петербург) через преобразователь 21 интерфейса USB-RS232 (например кабель/переходник STLab U-224 поставщик АО «Радиант-ЭК» г. Москва) на блок 19 цифроаналогового преобразования.
При замене преобразователя 21 интерфейса USB-RS232 на другой преобразователь Ethernet-RS232, RS485-RS232, CAN-RS232 или др. возможен переход на управление с помощью любого известного интерфейса цифровой связи, (по требованию заказчика).
Блок 19 цифроаналогового преобразования преобразует последовательный код интерфейса RS232 в аналоговый сигнал управления для каждого из трех мотор-редукторов 6, 7, 8. Блок 19 может быть выполнен с использованием микроконтроллера например, типа Atmega16. С выходов 1,2 и 3 блока 19 сигналы поступают на частотные преобразователи 2, 3, 4 (например, типа ATV312HU22M2, поставщик ООО «Инжэлектрокомплект» г. Москва), которые имеют в своем составе схемы сравнения и суммирования сигналов управления и сигналов обратной связи, поступающих с датчиков 12, 13, 14 обратной связи, в качестве которых может быть использован резистор переменный СП5-21А. С выхода частотных преобразователей 2, 3, 4 управляющее трехфазное напряжение, модулированное по частоте, поступает на мотор-редукторы 6, 7, 8.
При задании управляющего воздействия изменяется положение трех ползунов 28 в направляющих стойках 29 в зависимости от заранее определенной математической модели движения объекта автобронетанковой техники по пересеченной местности.
Управление приводами динамической платформы осуществляется по спецпротоколу, обеспечивающему преобразование динамических характеристик движения подвижного объекта (скорость, ускорение, углы наклона и т.д.) в сигналы управления для каждого из приводов.
С целью повышения безопасности и надежной эксплуатации в динамическую платформу введены 22 кнопка аварийной блокировки и программируемое реле 20 управления тормозами, состоящее из программируемого устройства, выполненного, например, на базе силового реле Zelio logic SR3B261BD (поставщик ООО «Инжэлектрокомплект» г. Москва) и силового контактора ТКС103ОДЛ 8АО.361.404ТУ, имеющего три группы коммутации для каждого тормозного устройства 23, 24, 25. Силовое реле Zelio logic позволяет настроить различные режимы остановки, запуска приводов, отрегулировать временные интервалы и т.д.
Кнопка 22 аварийной блокировки и программируемое реле 20 управления тормозами позволяют предотвратить аварийную ситуацию при посадке и высадке обучаемых, при возникновении внештатной ситуации и заблокировать привода. Блокировка приводов может осуществляться при этом как от кнопки 22, так и от управляющей ЭВМ 1 по спецпротоколу.
В конструкцию платформы для повышения грузоподъемности, точности управляющих воздействий и обеспечения плавности хода ползунов 28 введены разгрузочные устройства, состоящие из планки 30 и двух пружин 31.
По сравнению с известными предлагаемая трехстепенная динамическая платформа характеризуется широкими функциональными и техническими возможностями, высокой эксплуатационной надежностью и безопасностью в работе и может быть использована в тренажерах для создания достоверных нагрузок на обучаемых при моделировании движения объектов автобронетанковой техники по пересеченной местности в реальном масштабе времени.