Динамический стенд
Динамический стенд относится к техническим средствам динамических тренажеров для обучения и подготовки операторов (наводчиков) и водителей бронетанковой техники и может быть использован для имитации динамического подобия движения подвижного наземного объекта в условиях пересеченной местности и имитации отдачи при «выстреле».
Динамический стенд обеспечивает колебания подвижной платформы в трех направлениях: по вертикали, по тангажу и крену, обладает широкими функциональными возможностями и высокими динамическими характеристиками по частоте, амплитуде, линейным и угловым скоростям качения, что позволяет максимально приблизить имитируемые колебания к реальным.
Динамический стенд содержит управляющую ЭВМ 1, три частотных преобразователя 2, 3 и 4, неподвижное основание 5, три мотор-редуктора 6, 7 и 8, три исполнительных механизма 9, 10 и 11, три датчика обратной связи, три шарнирных соединения 15, 16 и 17 и подвижную платформу 18.
Каждый из исполнительных механизмов 9, 10 и 11 включает в себя прямоугольную раму 19, стойки 20, основание 21, кинематическую развязку 22, ползун 23, опору 24, два кривошипно-шатунных механизма 25 и 26 и редуктор 27.
В ОАО «Тулаточмаш» разработан, изготовлен и испытан с положительными результатами стенд СДУ-01, который рекомендован для дальнейшего использования в составе тренажера 9Ф68М1-1 боевого отделения танка Т-80У.
Предлагаемая полезная модель относится к техническим средствам динамических тренажеров с подвижными платформами для обучения и подготовки операторов и водителей бронетанковой техники и может быть использована для имитации динамического подобия движения подвижного наземного объекта в условиях пересеченной местности и имитации отдачи при «выстреле».
Известны динамические платформы, используемые для моделирования различных дорожных условий и внешних воздействий при обучении наводчиков, водителей и командиров боевых расчетов в тренажерах самоходных артиллерийских установок и бронетанковой техники, содержащие гидравлический привод с силовой энергоустановкой, систему гидроцилиндров и клапанов, блок управления и сопряжения с управляющей ЭВМ (см., например, динамические платформы «ПДМ-02-МВ», «ПДМ-01-БОУ», разработчик - СКТБ ИПП НАН Украины г. Киев). Указанные динамические платформы используются соответственно в тренажере «МХТБК» для обучения вождению механиков-водителей танка Т-72 и в комплексном тренажере «ТБО-72» боевого отделения танка Т-72С.
Известны также динамические платформы с электрогидравлическим приводом, используемые в динамических тренажерах для обучения и тренировки экипажей танков Т-72, Т-90 и И-80У (см., например, соответственно тренажеры ДТЭ-172, ДТЭ-188 и ДТЭ-219К, разработчик и изготовитель - ОАО «Муромский машзавод» г. Муром Владимирской обл.).
Однако приведенные динамические платформы не обеспечивают в полной мере динамического подобия движения имитируемого подвижного объекта бронетанковой техники, т.к. имеют только две степени свободы, характеризуются малыми скоростями перемещения платформы и небольшими углами прокачки, а также значительными массогабаритными и энергетическими параметрами.
Наиболее близким к заявленному динамическому стенду является стенд имитации движения подвижного объекта из состава тренажера для обучения водителей базовых машин ГМ352 комплекса «Тунгуска», содержащий управляющую ЭВМ, три мотор-редуктора, установленные на неподвижном основании и подключенные через соответствующие блоки управления к соответствующим выходам ЭВМ, и через соответствующие кривошипно-шатунные механизмы соединенные с подвижной платформой, установленной на карданном подвесе, при этом кривошипно-шатунные механизмы дополнительно соединены с осью соответствующего датчика обратной связи, выход каждого из которых подключен ко второму входу соответствующего блока управления (см., например, динамический стенд тренажера 9Ф698-5, разработчик - ОАО «Муромское СКБ» г. Муром Владимирской обл., 2000 г.)
Указанный динамический стенд также имеет только две степени свободы (в продольно-угловом и поперечно-угловом направлениях) и не имеет возможности совершать колебаний подвижной платформы в вертикальном направлении, что не позволяет использовать его, например, при имитации отдачи при «выстреле». Кроме того, при установке имитируемой кабины водителя на подвижную платформу стенда требуется тщательная балансировка прилагаемой нагрузки, что приводит к снижению динамического диапазона требуемых углов и амплитуд качания подвижной платформы и функциональных возможностей стенда в целом.
Перед авторами стояла задача создания конкурентоспособного стенда с широкими динамическими характеристиками и функциональными возможностями его использования в динамических тренажерах подготовки операторов и водителей бронетанковой техники и с возможностью имитации отдачи при «выстреле».
Поставленная задача решена за счет введения в динамический стенд дополнительных устройств, их связей между собой и известными блоками.
Конкретно задача решена за счет того, что динамический стенд, содержащий подвижную платформу, неподвижное основание с установленными на нем тремя мотор-редукторами, управляющую ЭВМ, три датчика обратной связи и три частотных преобразователя, первый вход каждого из которых соединен с
соответствующим выходом управляющей ЭВМ, вторые входы частотных преобразователей соединены с выходами соответствующих датчиков обратной связи, а выходы подключены к входам соответствующих мотор-редукторов, дополнительно введены 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 платформой, а дополнительный выход каждого исполнительного механизма механически соединен с валом соответствующего датчика обратной связи.
Исполнительный механизм включает в себя прямоугольную раму, установленную одной из своих коротких сторон на двух стойках, жестко закрепленных на основании, второй короткой стороной через кинематическую развязку соединенной с ползуном, установленным одним концом в опоре основания, а вторым соединенным с шарнирным соединением, при этом своими длинными сторонами прямоугольная рама через соответствующие кривошипно-шатунные механизмы соединена с валом мотор-редуктора, а одна из длинных сторон прямоугольной рамы дополнительно через редуктор соединена с валом датчика обратной связи.
Для обеспечения высокой степени подобия динамическим характеристикам различных реальных объектов и имитации отдачи при «выстреле» в предлагаемом динамическом стенде 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°.
Предлагаемый динамический стенд обладает совокупностью существенных признаков, неизвестных из уровня техники для стендов 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 структурная схема динамического стенда;
- на фиг.2 - кинематическая схема исполнительного механизма;
- на фиг.3 - схема расположения мотор-редукторов с исполнительными механизмами на неподвижном основании;
- на фиг.4 - эпюры напряжений управления на одном из выходов управляющей ЭВМ и соответствующие им напряжения обратной связи.
Динамический стенд (фиг.1) содержит 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 и подвижную платформу 18.
Каждый из исполнительных механизмов 9, 10 и 11 (фиг.2) включает в себя прямоугольную раму 19, установленную одной из коротких сторон на основании 21, второй короткой стороной соединенную с кинематической развязкой 22, связанной с ползуном 23, один конец которого установлен в опоре 24, а второй соединен с шарнирным соединением 15 (16, 17). Своими длинными сторонами прямоугольная рама 19 через соответствующие кривошипно-шатунные механизмы 25 и 26 соединена с валом мотор-редуктора 6 (7, 8), установленным на основании 21. Через редуктор 27 прямоугольная рама 19 соединена с осью датчика 12 (13, 14) обратной связи, позволяющий осуществлять резистивную связь на всем диапазоне хода ползуна 23. На фиг.3 изображена схема расположения мотор-редукторов 6, 7 и 8 с соответствующими исполнительными механизмами 9, 10 и 11 на неподвижном основании 5, при этом исполнительные механизмы 9 и 11 через соответствующие шарнирные соединения 15 и 17 обеспечивают движение подвижной платформы 18 (на фиг.3 не показана) в поперечно угловом направлениях, а исполнительный механизм 10 через шарнирное соединение 16 - в продольно-угловом направлении. Мотор-редуктор 7 с исполнительным механизмом 10 расположен на продольной оси неподвижной платформы 5 и развернут по отношению к мотор-редукторам 6 и 8 на 180°.
В качестве управляющей ЭВМ 1 в динамическом стенде может быть использована, например, вычислительная машина РАМЭК, выпускаемая НПО «ИМПУЛЬС» г. Санкт-Петербург, а в качестве частотного преобразователя 2 (3, 4) преобразователь типа ATV-31, поставляемый ООО «Инжэлектрокомплект» г. Москва.
Частотные преобразователи 2, 3 и 4 имеют в своем составе устройства суммирования, вычитания и сравнения с сигналом управления. В качестве примера на фиг.4 представлены эпюры управляющего напряжения (Uупр.) на одном из выходов управляющей ЭВМ 1 и соответствующий ему сигнал обратной связи. Сигналы управления с выходов ЭВМ 1 имеют одну и ту же полярность, но изменяются как по амплитуде, так и по частоте.
В качестве мотор-редуктора 6 (7, 8) в динамическом стенде может быть использован 3-х фазный асинхронный двигатель типа AIS80B0,75 с червячным редуктором типа RMI 85 1:28 РАМ80, поставляемый ООО «Пневмоэлектронсервис» г. Санкт-Петербург.
Динамический стенд работает следующим образом.
Для моделирования движения объекта по пересеченной местности с учетом работы его двигателя и трансмиссии в управляющую ЭВМ 1 закладывается программа, в соответствии с которой на ее выходах 1, 2 и 3 формируются управляющие сигналы случайного характера для обеспечения колебаний подвижной платформы 18 стенда в поперечно-угловом (крене), продольно-угловом (тангаж) и вертикальном направлениях.
Управляющие сигналы с выходов ЭВМ 1 поступают на первые входы соответствующих частотных преобразователей 2, 3, 4, которые преобразуют эти сигналы в изменяющиеся по частоте 3-х фазные напряжения для питания соответствующих мотор-редукторов 6, 7, 8.
Вращательное движение асинхронных двигателей мотор-редукторов 6, 7 и 8 через соответствующий понижающий редуктор передается кривошипно-шатунным механизмам 25 и 26, с помощью которых приводится в движение прямоугольная рама 19.
Движение прямоугольной рамы 19 через кинематическую развязку 22 передается ползуну 23, который начинает совершать возвратно-поступательное движение по вертикали, а вместе с ним через соответствующее шарнирное соединение 15, 16 или 17 передается подвижной платформе 18.
Для моделирования колебаний подвижной платформы 18 по крену сигналы управления с первого и третьего выходов управляющей ЭВМ 1 имеют сдвиг по фазе на 180°. Максимальному значению Umax (см. фиг.4) управляющего напряжения ЭВМ 1 соответствует максимальное перемещение ползунов 23 исполнительных механизмов 9, 10 и 11.
Через редуктор 27 (см. фиг.2) движение прямоугольной рамы 19 передается датчику 12 (13, 14) обратной связи, сигнал с которого в виде аналогового напряжения Uoc (см. фиг.4), пропорционального перемещению ползуна 23, поступает на второй вход соответствующего частотного преобразователя 2 (3, 4).
В частотном преобразователе 2 (3, 4) производится сложение сигнала управления ЭВМ 1 с сигналом обратной связи и выработка управляющих сигналов по частоте для обеспечения работы соответствующего мотор-редуктора 6 (7, 8).
Для имитации отдачи при «выстреле» на выходах 1 и 3 ЭВМ 1 формируются управляющие сигналы Umin (см. фиг.4), в соответствии с которыми ползуны 23 исполнительных механизмов 9 и 11 устанавливаются в крайнее нижнее положение (на чертежах не показано), а на втором выходе ЭВМ 1 формируется управляющий сигнал Umax (см. фиг.4) для установки ползуна 23 исполнительного механизма 10 в крайнее верхнее положение. Это является исходным положением подвижной платформы 18 перед проведением «выстрела», при котором платформа 18 наклонена вперед по направлению стрелки (см. фиг.3). В момент производства «выстрела» указанные управляющие сигналы скачкообразно изменяются по амплитуде на противоположные, т.е. на выходах 1 и 3 ЭВМ 1 появляется сигнал, равный Umax, а на выходе 2 ЭВМ 1 сигнал Umin, в соответствии с которыми ползуны 23 исполнительных механизмов 9 и 11 резко устанавливаются в крайнее верхнее положение, а ползун 23 исполнительного механизма 10 - в крайнее нижнее
положение, т.е. подвижная платформа 18 устанавливается в положение с наклоном назад.
Отличительной особенностью мотор-редуктора 6 (7, 8) является то, что используемый в нем редуктор имеет два выходных вала (см. фиг.2), что позволяет в значительной мере обеспечить равномерность нагрузки на выходном валу из-за отсутствия дополнительных изгибающих моментов при работе, увеличить срок службы и уменьшить габариты используемого мотор-редуктора 6 (7, 8) в целом.
Установка подвижной платформы 18 на шаровых опорах 15, 16 и 17 позволяет обеспечить работу динамического стенда в широком диапазоне углов прокачки и в разных направлениях, а также исключает заклинивание ползуна 23 и влияние изгибающих сил на него при движении платформы 18.
По сравнению с известными предлагаемый динамический стенд обладает широкими функциональными и методическими возможностями, имеет три степени свободы, обеспечивает колебания подвижной платформы по вертикали, углам тангажа и крена и возможность имитации отдачи при «выстреле», что позволяет повысить уровень динамического подобия движения наземных объектов в тренажерах для обучения наводчиков и водителей как бронетанковой, так и другой наземной техники.
1. Динамический стенд, содержащий подвижную платформу, неподвижное основание с установленными на нем тремя мотор-редукторами, управляющую ЭВМ, три датчика обратной связи и три частотных преобразователя, первый вход каждого из которых соединен с соответствующим выходом управляющей ЭВМ, вторые входы частотных преобразователей соединены с выходами соответствующих датчиков обратной связи, а выходы подключены к входам соответствующих мотор-редукторов, отличающийся тем, что в него дополнительно введены 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 платформой, а дополнительный выход каждого исполнительного механизма механически соединен с валом соответствующего датчика обратной связи.
2. Динамический стенд по п.1, отличающийся тем, что каждый из исполнительных механизмов включает в себя прямоугольную раму, установленную одной из своих коротких сторон на двух стойках, жестко закрепленных на основании, второй короткой стороной соединенной через кинематическую развязку с ползуном, установленным одним концом в опоре основания, а вторым соединенным с шарнирным соединением, при этом своими длинными сторонами прямоугольная рама через соответствующие кривошипно-шатунные механизмы соединена с валом мотор-редуктора, а одна из длинных сторон прямоугольной рамы дополнительно через редуктор соединена с валом датчика обратной связи.
3. Динамический стенд по п.1, отличающийся тем, что 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°.
