ШЕСТИСТЕПЕННАЯ ДИНАМИЧЕСКАЯ ПЛАТФОРМА

Предлагаемая полезная модель относится к техническим средствам динамических тренажеров на подвижных платформах, предназначенная 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, повороте башни в процессе моделирования движений объектов бронетанковой техники необходима динамическая платформа, обеспечивающая 6 степеней свободы и управляемая от электронно-вычислительной машины (ЭВМ).
Известны шестистепенные динамические платформы (см., например, выпускаемый отечественной промышленностью многостепенный динамический стенд типа КТС ТУ-204, использующие гидроцилиндры в качестве приводов управления, патент РФ № 2129305, МПК G09В 9/08, F15В 9/17, 1996 г. - прототип), которые сложны в управлении и эксплуатации, имеют высокую стоимость и значительные массогабаритные характеристики. Поэтому использование таких гидроприводов для тренажеров бронетанковой техники не представляется возможным. К недостаткам динамических стендов с использованием гидроприводов можно отнести также высокую стоимость гидроцилиндров, сложность системы подготовки и подачи рабочей жидкости, высокую стоимость линейных датчиков, сложность в эксплуатации (необходим специалист по гидравлике), а также необходимость в специальном оборудованном помещении из-за возможных протечек рабочей жидкости.
Также имеются ограничения по динамическим характеристикам таких платформ. Так, например, воспроизведение необходимых амплитуд ускорений и скоростей оказывается недостаточным для имитации движения бронетанковой техники.
Известный многостепенной динамический стенд КТС ТУ-204, предназначенный для имитации акселерационных нагрузок, имеет источник гидравлического питания, шесть взаимно связанных силовых гидроцилиндров (следящих гидроприводов), закрепленных на основании, каждая пара которых образует треугольник с вершинами на рабочей платформе. Каждый из трех пар гидроцилиндров на краях имеет шаровые опоры, которые связаны с рабочей платформой и основанием. Каждый из следящих гидроприводов состоит из последовательно соединенных чувствительного элемента, сумматора, усилителя мощности, гидроусилителя и силового цилиндра. Чтобы обеспечить точность и качество работы гидроприводов, высокое качество регулирования, синхронность их работы, равенство переходных процессов без перерегулирования и автоколебаний при скачках управляющего воздействия, в состав динамического стенда включены вычислительное устройство и две параллельно соединенные цепи, состоящие из детектора и управляемого усилителя-ограничителя, включенные между сумматором и усилителем мощности, причем детекторы в параллельных цепях имеют разную полярность, а управляющие входы управляемого усилителя-ограничителя соединены с выходом вычислительного устройства, входы которого соединены с выходами чувствительных элементов гидроприводов многостепенного стенда.
Сложная и насыщенная структура многостепенного стенда с гидравлическими приводами оказывается дорогой и сложной в эксплуатации, поэтому использование гидроприводов для построения шестистепенных платформ возможно в основном в авиационных тренажерах.
Перед авторами стояла задача разработать недорогую шестистепенную динамическую платформу, предназначенную для обеспечения имитации угловых и линейных перемещений кабин и создания динамических нагрузок на рабочих местах обучаемых, адекватных динамическим нагрузкам на рабочих местах членов экипажа реальных образцов бронетанковой техники.
Поставленная задача решена за счет введения принципиально новых исполнительных механизмов, устройств и их связей между собой.
Конкретно, задача решена за счет того, что в шестистепенную динамическую платформу, содержащую промежуточную плиту, неподвижное основание с установленными на нем через соответствующее шарнирно-рычажное соединение шестью линейными исполнительными механизмами, выходной вал каждого из которых механически соединен через соответствующее шарнирно-рычажное соединение с промежуточной плитой и через редуктор - с осью соответствующего датчика обратной связи, управляющую ЭВМ и шесть частотных преобразователей, выходы которых подключены к соответствующим электродвигателям линейных исполнительных механизмов, первые входы частотных преобразователей соединены с выходами соответствующих датчиков обратной связи, вторые входы соединены с выходами концевых выключателей соответствующих линейных исполнительных механизмов, дополнительно введен блок аналого-цифрового преобразования, входы которого подключены к выходам соответствующих датчиков обратной связи, а выход подключен к соответствующему входу управляющей ЭВМ, при этом каждый из трех выходов управляющей ЭВМ соединен с управляющими входами двух частотных преобразователей, объединенных попарно.
Кроме того, шестистепенная динамическая платформа содержит дополнительно три линейных пружинных аккумулятора, три верхних шарнирно-рычажных механизма и три нижних шарнирно-рычажных механизма, при этом каждый из трех линейных пружинных аккумуляторов через соответствующее шарнирно-рычажное соединение подсоединен к промежуточной плите и неподвижному основанию.
На фиг. 1 представлена функциональная схема шестистепенной платформы.
На фиг. 2 и 3 представлены кинематические схемы динамической платформы и исполнительного механизма.
На фиг. 4 изображена шестистепенная платформа с имитатором нагрузки.
Шестистепенная динамическая платформа включает в себя (фиг. 1, 2, 3) управляющую ЭВМ 1, шесть частотных преобразователей 2, неподвижное основание 3, шесть исполнительных механизмов 4 (линейных приводов) с охлаждающими вентиляторами, шесть датчиков 5 позиционной обратной связи с редукторами, шесть верхних шарнирно-рычажных механизмов 6, шесть нижних шарнирно-рычажных механизмов 7, промежуточную плиту 8. В платформу введены три линейных пружинных аккумулятора 9, которые имеют также три верхних шарнирно-рычажных механизмов 10 и три нижних шарнирно-рычажных механизмов 11. В состав исполнительных механизмов 4 входят магнитные концевые выключатели 12. Управление осуществляется от шкафа управления 13, содержащий ЭВМ 1, шесть частотных преобразователей 2 и блок 14 аналого-цифрового преобразования. Каждый исполнительный механизм 4 и разгрузочное устройство 9 через шарнирно рычажные механизмы 6, 7, 10 и 11 кинематически связан с промежуточной плитой 8 и неподвижным основанием 3. Исполнительный механизм 4 представляет собой линейный частотно управляемый сервомеханизм. Линейные пружинные аккумуляторы 9 представляют собой разгрузочные устройства, закрытые кожухом. В цепь обратной связи введен блок 14 аналого-цифрового преобразования, который предназначен для сбора, преобразования и передачи информации на управляющую ЭВМ 1 о величине выдвижения штоков, линейных сервомеханизмов 4. На промежуточной плите 8 крепится кабина имитатора объекта автобронетанковой техники.
Основой создания перспективной конструкции шестистепенной платформы является шесть линейных частотно управляемых, электрических сервомеханизмов 4 UBA5 RV1 (BS32×20) С600 BA FCP исполнение 4 IEC90B14 SP в производства ООО НПП «Сервомеханизмы» г. Челябинск.
Конструкция устойчива от опрокидывания, скручивания более 30° относительно вертикальной оси и других неуправляемых перемещений. Каждая пара линейных взаимно связанных сервомеханизмов 4 образует треугольник с вершинами, расположенными на промежуточной плите 8 (см. фиг. 2). Каждая пара линейных сервомеханизмов 4 соединена в одной точке опоры для обеспечения синхронности их работы с учетом угла наклона, при этом управляющее воздействие каждой парой сервомеханизмов 4 от управляющей ЭВМ 1 осуществляется от своего выхода (фиг. 1). Управляющее воздействие в виде последовательности цифрового кода поступает от управляющей ЭВМ 1 на частотные преобразователи 2 типа ATV312 (поставщик ООО «Инжэлектрокомплект», Москва), где происходит сравнение с сигналом обратной связи, поступающим с датчиков 5 позиционной обратной связи. Для повышения точности отработки входного сигнала и компенсации действия кабин тренажера и полезной нагрузки, действий неуравновешенности за счет точного позиционирования величины выдвижения штоков сервомеханизмов 4 введены шесть датчиков 5 позиционной обратной связи (резистор переменный СП5-21А) и блок 14 аналого-цифрового преобразования. Блок 14 аналого-цифрового преобразования установлен в цепи обратной связи и предназначен для сбора и передачи информации на ЭВМ 1 о величине выдвижения штоков линейных сервомеханизмов 4, а также для увеличения быстродействия обработки сигналов обратной связи, и выполнен с использованием микроконтроллера. Управляющее напряжение, изменяющееся по частоте, в виде 3-фазного напряжения с выхода частотных преобразователей 2 поступает на линейные сервомеханизмы 4. Линейные сервомеханизмы 4 имеют в своем составе концевые магнитные выключатели 12, выходы которых соединены с каждым частотным преобразователем 2 соответственно, а также охлаждающие вентиляторы (на чертеже условно не показаны). При задании управляющего воздействия изменяется длина выдвижения штоков линейных сервомеханизмов 4, тем самым задается движение промежуточной плиты 8 с установленной кабиной тренажера в соответствии с математической моделью разложения управляющих сигналов по координатным осям, записанных в ЭВМ, в зависимости от выполняемой задачи движения по пересеченной местности.
Каждый линейный сервомеханизм 4 закреплен к промежуточной плите 8 и к неподвижному основанию 3 посредством верхних шарнирно-рычажных механизмов 6 и нижних шарнирно-рычажных механизмов 7, которые обеспечивают движение промежуточной плиты 8 на необходимые углы (см. фиг. 3). В конструкцию платформы для повышения грузоподъемности и устойчивости, для предотвращения опрокидывания введены линейные пружинные аккумуляторы 9, которые позволяют разгрузить привода и увеличить мощность при сохранении грузоподъемности. Линейные пружинные аккумуляторы также снабжены верхними 10 и нижними 11 шарнирно-рычажными механизмами.
Управление приводами динамической платформы осуществляется по спецпротоколу, обеспечивающему преобразование динамических характеристик движения подвижного объекта (скорость, ускорение, углы наклона и т.д.) в сигналы управления каждого из приводов.
Предлагаемая шестистепенная динамическая платформа ДП-02 обладает совокупностью существенных признаков, неизвестных из уровня техники для динамических платформ аналогичного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для полезной модели.
В настоящее время завершена разработка шестистепенной динамической платформы ДП-02, отличающейся от зарубежных и отечественных аналогов повышенной грузоподъемностью, улучшенными динамическими и массогабаритными характеристиками, повышенной точностью управляющих воздействий, меньшим энергопотреблением и стоимостью, повышенной надежностью, простотой конструкции и удобством в эксплуатации.
Шестистепенная динамическая платформа обеспечивает шесть степеней свободы со следующими характеристиками:
угловое перемещение кабины в продольной вертикальной плоскости (имитация тангажа):
максимальная амплитуда, град
±18
максимальная угловая скорость, град/с
40
максимальное угловое ускорение, град/с<sup>2</sup>
180,
угловое перемещение кабины в поперечной вертикальной плоскости (имитация крена):
максимальная амплитуда, град
±18
максимальная угловая скорость, град/с
40
максимальное угловое ускорение, град/с<sup>2</sup>
180,
угловое перемещение относительно вертикальной оси (имитация рыскания):
максимальная амплитуда, град
±22
максимальная скорость, град/с
30
максимальное ускорение, град/с<sup>2</sup>
80,
перемещение в продольной плоскости (вперед-назад):
максимальная амплитуда, м
±0,2
максимальная скорость, м/с
0,3
максимальное ускорение, м/с<sup>2</sup>
3,0,
перемещение в поперечной плоскости (вправо-влево):
максимальная амплитуда, м
±0,2
максимальная скорость, м/с
0,3
максимальное ускорение, м/с<sup>2</sup>
3,0,
перемещение кабины в вертикальной плоскости (вверх-вниз):
максимальная амплитуда, м
±0,2
максимальная скорость, м/с
0,55
максимальное ускорение, м/с<sup>2</sup>
3,0.
Применение предлагаемой динамической платформы позволяет обеспечить неизменно высокое качество имитации динамических нагрузок в учебно-тренировочных средствах (УТС), а также достичь снижения стоимости УТС, повысить унификацию ее изготовления и оптимизировать затраты на сервисное обслуживание в эксплуатирующих организациях. Разработанная в АО «Тренажерные системы» динамическая платформа ДП-02 ТШНИ 4.137.056 рекомендована для дальнейшего использования в динамических тренажерах для обучения боевых расчетов танков, БМП, БТР, БМД и их модификаций.