CN103253607A

CN103253607A - 真空热试验环境提升机系统

Info

Publication number: CN103253607A
Application number: CN2013101576358A
Authority: CN
Inventors: 钱北行; 孙兴华; 周艳; 张丽娜; 李烨
Original assignee: Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering
Current assignee: Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering
Priority date: 2013-05-02
Filing date: 2013-05-02
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2033-05-02
Also published as: CN103253607B

Abstract

本发明公开了一种真空热试验环境提升机系统，包括设置在空间环境模拟器内的动力系统、传动系统、热控系统以及设置在空间环境模拟器外的控制系统。其中，动力系统采用三相混合式步进电机，并对其润滑方式进行了改造；传动系统包括蜗轮蜗杆减速器、钢丝绳卷筒以及为满足系统可靠性而设计的滑轮器、张紧器和吊具；热控系统主要控制空间环境模拟器内其它部件工作温度满足要求；控制系统主要实现对整个系统的集中操作和控制。与现有技术相比，本发明的提升机系统实现了如红外加热笼等的工装在试验工况期间的升降，克服了高真空、超低温环境影响，工装移动平稳、可靠。

Description

真空热试验环境提升机系统

技术领域

本发明属于真空热试验环境机械制造技术领域，具体涉及一种在航天器真空热试验环境下实现工装垂直升降的驱动系统。

背景技术

真空热试验是航天器研制过程中必不可缺的试验项目，试验一般在空间环境模拟器中完成，空间环境模拟器提供模拟太空的真空、冷黑背景，随着真空热试验发展的要求，现实中需要根据型号研制一种驱动系统以实现试验工况期间，工装能够在空间环境模拟器中移动。虽然在普通环境下类似的驱动系统非常普遍，无论是动力系统还是传动系统的选择都是多种多样的，但是考虑到高真空（小于1×10^－4Pa）、超低温（低于－190℃）的环境影响，在系统方案的选择上会受到很大限制，需要克服结构应变、真空润滑、电机热控等诸多技术难题。

因此，设计和研制一种能够适应航天器真空热试验环境的驱动系统，实现工装的移动具有积极的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在真空热试验环境下实现工装升降的机械系统，旨在克服高真空、超低温环境对于机械系统设计的影响，实现工装在空间环境模拟器中平稳、可靠的升降。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

本发明的真空热试验环境提升机系统，包括设置在空间环境模拟器内的动力系统、传动系统、热控系统以及设置在空间环境模拟器外的控制系统，动力系统中电机输出动力给传动系统，并通过传动系统实现工装的升降运动。热控系统能够对空间模拟器内相应部件工作环境温度进行控制。设置在空间环境模拟器外的控制系统分别与动力系统、传动系统、热控系统进行通信连接，以实现升降运动控制和温度控制。其中，传动系统包括蜗轮蜗杆减速器、卷筒、钢丝绳、滑轮器、张紧器和吊具，动力系统电机输出轴与蜗轮蜗杆减速器输入轴（蜗杆）相连，蜗轮蜗杆减速器输出轴（蜗轮）与卷筒转轴相连，钢丝绳一端与卷筒相连，另一端绕过滑轮器定滑轮与张紧器连接，张紧器下端设有用于提升真空热试验工装的吊具。

滑轮器包括安装板、固定有定滑轮的T形结构件、固定板、触发板、压紧弹簧和微动开关。其中，用于固定安装滑轮器的安装板与固定板一侧相连，固定板与T形结构件（T形结构件由上部横板和下部夹设定滑轮的竖板构成，夹设定滑轮的竖板的中心线构成其纵轴）上部横板两侧通过螺栓螺母机械连接且两者纵轴与水平面成45度倾角从而在提升试件时沿纵轴方向产生合力。此外，固定板一侧还安装有微动开关，微动开关在T形结构件一侧固定的触发板作用下处于常闭状态，当定滑轮接入负载后，产生斜向45度合力，使T形结构件两侧下方螺栓上所套的压紧弹簧受力压紧并带动触发板松开微动开关，此时向控制系统发出加载信号，同理当负载卸下时，可以发出卸载信号。

张紧器用于当工装下降到位时，保证钢丝绳仍处于绷紧状态，避免摆动，张紧器采用类似活塞式结构，主要包括钢丝绳固定环、套杆、张力弹簧、导杆和吊具固定环，其中钢丝绳固定环与套杆通过螺纹和定位销双重连接方式，导杆上套有张力弹簧共同位于套杆内，导杆下端焊接有吊具固定环。使用时钢丝绳固定环与钢丝绳固定连接，吊具固定环通过吊具接入负载，此时，导杆在负载重力作用下通过其上端螺母将张力弹簧压紧，而当负载下降到位时，张力弹簧慢慢恢复，在完全恢复之前能够确保钢丝绳始终处于绷紧状态。

其中，蜗轮蜗杆减速器的油润滑方式更换为真空脂润滑方式。

优选地，钢丝绳选用无油防扭不锈钢钢丝绳。

优选地，电机为三相混合式步进电机，且其润滑脂采用真空润滑脂。

优选地，电机供电及信号线缆为聚四氟导线并配备航天器真空热试验通用的Y2型电连接器。

其中，热控系统采用铝合金制的控温箱，通过表面粘贴航天器真空热试验专用薄膜加热片以及铂电阻温度传感器配合控温仪进行温度的测量与控制。

其中，控制系统能够驱动步进电机实现机械系统的起停，还集成了速度控制、位移监测、温度控制、卸载感应、限位报警、急停等功能，分别用以调整执行机构的升降速率，监视位移量，监控机械系统所处环境温度、感应负载是否升降到位以及紧急情况下的制停。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

本发明所提供的真空热试验环境提升机系统，已经在多个航天型号真空热试验中使用，结果表明：该系统实现了如红外加热笼等工装在试验工况期间的升降，克服了高真空、超低温环境影响，工装移动平稳、可靠，满足型号需求。

附图说明

图1为本发明真空热试验环境提升机系统结构示意图。

图2为本发明真空热试验环境提升机系统中传动系统示意图。

其中，1为动力系统中的电机；2为蜗轮蜗杆减速器；3为卷筒；4为钢丝绳；5为滑轮器；6为张紧器；7为吊具。

图3为本发明真空热试验环境提升机系统传动系统中滑轮器正视图。

图4为本发明真空热试验环境提升机系统传动系统中滑轮器侧视图。

其中，8为安装板；9为固定板；10为定滑轮T型结构件；11为微动开关；12为压紧弹簧；13为触发板。

图5为本发明真空热试验环境提升机系统传动系统中张紧器结构示意图。

其中，14为钢丝绳固定环；15为套杆；16为张力弹簧；17为导杆；18为吊具固定环。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的真空热试验环境提升机系统进行详细说明，具体实施方式仅为示例的目的，并不旨在限制本发明的保护范围。

参照图1，图1给出了本发明的真空热试验环境提升机系统的结构示意图，其中，该真空热试验环境提升机系统，包括设置在空间环境模拟器内的动力系统、传动系统、热控系统以及设置在空间环境模拟器外的控制系统。动力系统中电机输出动力给传动系统，并通过传动系统实现工装的升降运动。热控系统能够对空间模拟器内相应部件工作环境温度进行控制。设置在空间环境模拟器外的控制系统分别与动力系统、传动系统、热控系统进行通信连接，以实现升降运动控制和温度控制。

在一实施方式中，热控系统采用铝合金制的控温箱，通过表面粘贴航天器真空热试验专用薄膜加热片以及铂电阻温度传感器配合控温仪进行温度的测量与控制。

在又一实施方式中，控制系统能够驱动步进电机实现机械系统的起停，还集成了速度控制、位移监测、温度控制、卸载感应、限位报警、急停等功能，分别用以调整执行机构的升降速率，监视位移量，监控机械系统所处环境温度、感应负载是否升降到位以及紧急情况下的制停。

与现有技术相比，本发明的主要改进在于传动系统的设计，特别是滑轮器和张紧器的结构设计和改进。参见图2，图2显示了本发明的真空热试验环境提升机系统的传动系统，包括蜗轮蜗杆减速器2、卷筒3、钢丝绳4、滑轮器5、张紧器6和吊具7，动力系统中的电机1为蜗轮蜗杆减速器2提供动力，蜗轮蜗杆减速器2的输出驱动卷筒3转动以卷绕钢丝绳4的一端，钢丝绳4的另一端绕过滑轮器5的定滑轮与张紧器6连接，张紧器的下端设有用于提升真空热试验试样的吊具7。在一优选实施方式中，蜗轮蜗杆减速器的油润滑方式更换为真空脂润滑方式。在另一优选实施方式中，钢丝绳选用无油防扭不锈钢钢丝绳。

优选地，电机为三相混合式步进电机，且其润滑脂采用真空润滑脂，此外，电机供电及信号线缆和各种通信线路为聚四氟导线并配备航天器真空热试验通用的Y2型电连接器。

参见图3-4，图3和4分别显示了本发明的真空热试验环境提升机系统中滑轮器正视图和侧视图。其中，滑轮器5包括安装板8、固定板9、固定有定滑轮的T形结构件10、微动开关11、压紧弹簧12和触发板13，用于固定安装滑轮器的安装板8与固定板9一侧相连，固定板8与T形结构件10（T形结构件由上部横板和下部夹设定滑轮的竖板构成，夹设定滑轮的竖板的中心线构成其纵轴）上部横板两侧通过螺栓螺母机械连接且两者纵轴与水平面成45度倾角从而在提升试件时沿纵轴方向产生合力。此外，固定板9一侧还安装有微动开关11，微动开关11在T形结构件10一侧固定的触发板13作用下处于常闭状态，当定滑轮接入负载后，产生斜向45度合力，使T形结构件10两侧下方螺栓上所套的压紧弹簧12受力压紧并带动触发板13松开微动开关11，此时向控制系统发出加载信号，同理当负载卸下时，可以发出卸载信号。

本发明进一步的改进在于张紧器，参见图5。张紧器用于当工装下降到位时，保证钢丝绳仍处于绷紧状态，避免摆动，张紧器采用类似活塞式结构，主要包括钢丝绳固定环14、套杆15、张力弹簧16、导杆17和吊具固定环18，其中钢丝绳固定环14与套杆15通过螺纹和定位销双重连接方式，导杆17上套有张力弹簧16共同位于套杆15内，导杆17下端焊接有吊具固定环18。使用时钢丝绳固定环14与钢丝绳固定连接，吊具固定环18通过吊具接入负载，此时，导杆17在负载重力作用下通过其上端螺母将张力弹簧16压紧，而当负载下降到位时，张力弹簧16慢慢恢复，在完全恢复之前能够确保钢丝绳始终处于绷紧状态。

本发明工作流程如下：

（1）系统准备与调试：将图3-4所示滑轮器5通过安装板8固定在空间环境模拟器内合适位置，并将图2所示钢丝绳4绕过滑轮器5上的定滑轮与图5所示张紧器钢丝绳固定环14相连，张紧器吊具固定环18与图2所示吊具7连接后，将执行机构（提升对象）与吊具连接，并根据提升对象实际升降行程确定起始和终点位置。

接着将图2所示电机1和滑轮器5上的微动开关11的供电及信号线缆以及热控系统温度传感器和薄膜加热片引线通过航天器真空热试验通用Y2型电连接器经空间环境模拟器穿墙法兰接入设置在空间环境模拟器外的控制系统，并在控制系统中设置升降行程起点、终点信息以及温控箱的控制目标温度，完成后即可对执行机构（提升对象）进行升降控制，通过控制面板上的拨动开关还可实现自动和手动控制的切换，通过面板上的信号灯和液晶屏可以获取当前温度、升（降）速率、位移量、限位触发等系统工作信息。

（2）动作过程：当进行提升操作时，图2所示电机1输出轴正转带动蜗轮蜗杆减速器2输入轴（蜗杆）转动，而蜗轮蜗杆减速器2输出轴（蜗轮）随之转动并带动卷筒3转动，钢丝绳4逐渐随着卷筒3转动而绕在卷筒上，钢丝绳4水平绕过滑轮器5的定滑轮并通过与之相连的垂直方向的张紧器6上钢丝绳固定环14带动套杆15上升，水平和垂直方向的钢丝绳在定滑轮上的产生的合力正好是斜向45度，在此合力作用下，滑轮器5上压紧弹簧12被压紧，并带动触发板13释放微动开关11，从而发出加载信号，同时套杆15内部的张力弹簧16逐步被压紧，当弹簧完全压紧时，导杆17逐渐上升，从而连接在吊具固定环18上的吊具及工装也逐步上升；

同样，当进行下降操作时，图2所示电机1输出轴反转带动蜗轮蜗杆减速器2输入轴（蜗杆）转动，而蜗轮蜗杆减速器2输出轴（蜗轮）随之转动并带动卷筒3转动，钢丝绳4逐渐随着卷筒3转动而释放，水平绕过滑轮器5的定滑轮并与垂直方向的张紧器6上钢丝绳固定环14相连的钢丝绳逐渐下降，从而吊具及工装也下降，当负载下降到位而卸载时，套杆15内部的张力弹簧16逐渐恢复，在张力弹簧16完全恢复之前，与钢丝绳固定环14相连的钢丝绳连同套杆15始终受弹簧张力作用处于绷紧状态而避免了摆动，同时滑轮器5上被压紧的压紧弹簧12已经恢复，带动触发板13触发微动开关11，并向控制系统发出卸载信号，从而实现下降卸载感应和控制。

尽管上文对本发明的具体实施方式进行了详细的描述和说明，但应该指明的是，我们可以对上述实施方式进行各种改变和修改，但这些都不脱离本发明的精神和所附的权利要求所记载的范围。

Claims

1.真空热试验环境提升机系统，包括设置在空间环境模拟器内的动力系统、传动系统、热控系统以及设置在空间环境模拟器外的控制系统，动力系统中的电机输出动力给传动系统，并通过传动系统实现试验工装在空间环境模拟器内的升降运动，热控系统能够对空间模拟器内相应部件工作环境温度进行控制，设置在空间环境模拟器外的控制系统分别与动力系统、传动系统、热控系统进行通信连接，以实现升降运动控制和温度控制；其特征在于，所述传动系统包括蜗轮蜗杆减速器、卷筒、钢丝绳、滑轮器、张紧器和吊具，所述动力系统中电机输出轴与蜗轮蜗杆减速器输入轴相连，蜗轮蜗杆减速器输出轴与卷筒转轴相连，钢丝绳一端与卷筒相连，另一端绕过滑轮器定滑轮与张紧器连接，张紧器下端设有用于提升真空热试验工装的吊具。

2.如权利要求1所述的真空热试验环境提升机系统，其中，所述滑轮器包括安装板、固定有定滑轮的T形结构件、固定板、触发板、压紧弹簧和微动开关，用于固定安装滑轮器的安装板与固定板一侧相连，固定板与T形结构件上部横板两侧通过螺栓螺母机械连接且两者纵轴与水平面成45度倾角从而在提升试件时沿纵轴方向产生合力；固定板一侧还设置有微动开关，微动开关在T形结构件一侧固定的触发板作用下处于常闭状态，当定滑轮接入负载后，产生斜向45度合力，使T形结构件两侧下方螺栓上所套的压紧弹簧受力压紧并带动触发板松开微动开关，此时向控制系统发出加载信号，同样当负载卸下时，发出卸载信号。

3.如权利要求1所述的真空热试验环境提升机系统，其中，所述张紧器用于当工装下降到位时，保证钢丝绳仍处于绷紧状态，避免摆动，张紧器采用类似活塞式结构，主要包括钢丝绳固定环、套杆、张力弹簧、导杆和吊具固定环，其中钢丝绳固定环与套杆通过螺纹和定位销双重连接，导杆上套有张力弹簧共同位于套杆内，导杆下端焊接有吊具固定环，使用时钢丝绳固定环与钢丝绳固定连接，吊具固定环通过吊具接入负载，导杆在负载重力作用下通过其上端螺母将张力弹簧压紧，而当负载下降到位时，张力弹簧慢慢恢复，在完全恢复之前能够确保钢丝绳始终处于绷紧状态。

4.如权利要求1-3任一项所述的真空热试验环境提升机系统，其中，T形结构件由上部横板和下部夹设定滑轮的竖板构成，夹设定滑轮的竖板的中心线构成其纵轴。

5.如权利要求1-3任一项所述的真空热试验环境提升机系统，其中，蜗轮蜗杆减速器的油润滑方式更换为真空脂润滑方式。

6.如权利要求1-3任一项所述的真空热试验环境提升机系统，其中，钢丝绳选用无油防扭不锈钢钢丝绳。

7.如权利要求1-3任一项所述的真空热试验环境提升机系统，其中，电机为三相混合式步进电机，且其润滑方式采用真空润滑脂。

8.如权利要求1-3任一项所述的真空热试验环境提升机系统，其中，电机供电及信号线缆为聚四氟导线并配备航天器真空热试验通用的Y2型电连接器。

9.如权利要求1-3任一项所述的真空热试验环境提升机系统，其中，热控系统采用铝合金控温箱，通过表面粘贴航天器真空热试验专用薄膜加热片以及铂电阻温度传感器配合控温仪进行温度的测量与控制。

10.如权利要求1-3任一项所述的真空热试验环境提升机系统，其中，控制系统能够驱动步进电机实现机械系统的起停，还集成了速度控制、位移监测、温度控制、卸载感应、限位报警、急停等功能，用以调整执行机构的升降速率，监视位移量，监控机械系统所处环境温度、感应负载是否升降到位以及紧急情况下的制停。