CN104326368B - 一种用于太阳翼低温展开试验的重力补偿装置 - Google Patents

一种用于太阳翼低温展开试验的重力补偿装置 Download PDF

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Abstract

一种用于太阳翼低温展开试验的重力补偿装置，能够实现-120°低温环境下太阳翼1/6重力及零重力重力补偿，并且模拟着陆时月面与水平面呈15°的极限位置完成太阳翼多角度重复展收试验。该装置采用平衡杆进行重力补偿，全金属结构以适应低温环境；采用一根导轨和吊杆的摆动完成太阳翼质心的三维轨迹运动，突破传统太阳翼纵向导轨和横向导轨组合的双向导轨结构，降低了系统复杂性，提高了展开运动的可靠性；采用水平转动组件实现主梁水平面内的自由转动，突破太阳翼与水平面呈15°极限工况下的重力补偿技术；采用滑轮和滑车结构，降低运动阻力；采用工字铝结构的主梁，减少活动部件的质量，有效降低了太阳翼运动展开和收拢时的惯性力。

Description

一种用于太阳翼低温展开试验的重力补偿装置
技术领域
本发明涉及一种重力补偿装置，特别是一种用于太阳翼低温展开试验的重力补偿装置，能够实现-120°低温环境及低重力环境下太阳翼多种姿态的展开，属于深空探测领域。
背景技术
在某深空探测器太阳翼研制过程中，需模拟月球表面工况进行-120°低温环境下太阳翼1/6重力及零重力展开试验，同时需模拟探测器着陆时的极限位置即太阳翼与水平面呈15°，进行多姿态、多角度重复展收。
传统的太阳翼展开重力补偿装置包括气球悬挂重力补偿式及双导轨重力补偿式：前者在低温环境下气球内囊塑料可能破裂，并且气球惯性力可能导致太阳翼末端收拢时电机收拢到位信号无法触发，最终展开和收拢步进数不一致，影响展开可靠性；后者采用纵向导轨和横向导轨组合的双向导轨运行结构，活动部件多，系统复杂，设计过程中为防止横向导轨运动过程中发生卡死现象，采用了直线轴承，该直线轴承含有塑料元件，低温情况下会断裂失效，并且由于结构局限性，传统双向导轨结构不能实现太阳翼质心三维运动，无法完成太阳翼多种姿态、多种角度的调整。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种用于太阳翼低温展开试验的重力补偿装置，采用一根导轨、滑车组件、定滑轮和主梁的摆动完成了太阳翼质心三维轨迹运动，突破了传统太阳翼的双向导轨运行结构，实现了太阳翼多种姿态调整，并且采用全金属结构以适应低温环境，采用定滑轮配重来实现1/6重力及零重力补偿，同时活动部件的减少，降低了系统复杂性，提高了展开运动的可靠性。
本发明的技术解决方案是：一种用于太阳翼低温展开试验的重力补偿装置，包括：展开架组件、导轨组件、滑车组件、水平转动组件、主梁组件和定滑轮组件；
展开架组件为龙门框架，导轨组件通过展开架组件上的过渡槽铝安装在展开架组件上；
所述展开架组件包括：加强拉杆、立柱、脚轮、升降机构、横梁、纵梁和底座；
立柱的个数为4，横梁的个数为2，横梁的两端分别与立柱固定连接，两个横梁相互平行，纵梁的两端与两个横梁呈工字型固定连接，立柱、横梁和纵梁均为桁架结构；
每个立柱的顶端有两个加强拉杆与纵梁连接，增加整个展开架组件的刚度；
每个底座通过四个升降机构与一个立柱连接，通过调节每个立柱底部的四个升降机构来调节纵梁的高度并使得纵梁与地面平行，每个底座的底部安装有四个脚轮；
水平转动组件安装在主梁组件上，并沿着主梁组件轴向滑动，水平转动组件通过滑车组件和导轨组件连接；
所述滑车组件包括：滑车座、深沟球轴承、盘钩、吊杆、第一连接螺栓、套筒和第二连接螺栓；
滑车座的一端通过个深沟球轴承与导轨组件连接并通过深沟球轴承沿着导轨组件的轴向滑动，滑车座的另一端通过盘钩与吊杆连接；
套筒的两端分别与第一连接螺栓和第二连接螺栓连接，第一连接螺栓、套筒和第二连接螺栓组成套筒组件；
吊杆通过套筒组件与水平转动组件连接；
所述水平转动组件包括：吊盒、球心滚子轴承和连接板；
吊盒为凸台结构，球心滚子轴承安装在吊盒凸台结构的凸台内并与第二连接螺栓同轴固定连接；
连接板为长方形金属板，吊盒通过连接板与主梁组件固定连接；
定滑轮组件安装在主梁组件的下端，太阳翼通过定滑轮组件与重力补偿装置连接，重力补偿装置在太阳翼的展开和收拢过程中为太阳翼提供不同姿态下的1/6重力及零重力。
所述定滑轮组件包括：定滑轮、配重和连接线；
两个定滑轮分别安装在主梁组件的两端，连接线穿过两个定滑轮，一端与配重连接，另外一端与太阳翼连接，通过改变配重的质量来模拟1/6重力或者零重力，同时实现太阳翼的上升或下降。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明采用全金属结构以适应-120°低温环境，解决了气球悬挂重力补偿及双向导轨重力补偿方式下塑料元件在低温下破裂失效的问题；
(2)本发明采用单根导轨及工字铝主梁结构，简化了结构，比起原不锈钢横向导轨与纵向导轨结合的方式，有效减小了活动部件的质量，降低了太阳翼展开和收拢时的惯性力，提高了太阳翼展开可靠性；
(3)本发明采用滑车组件实现太阳翼质心在重力方向上的移动，采用水平转动组件实现主梁组件在水平面方向上的旋转，采用定滑轮组件实现太阳翼竖直方向上的移动，通过这三点拟合出太阳翼质心轨迹，突破了太阳翼在与水平面呈15°极限条件下传统导轨组件和滑车结构无法实现质心的三维运动的局限，同时这种结构降低了太阳翼与导轨的空间相对位置精度要求，无需使用精密测量仪器来保证太阳翼与导轨的空间相对位置精度，使太阳翼与导轨位置度调整操作方便快捷；
(4)本发明采用定滑轮来实现1/6重力及零重力，只需加减配重即可完成1/6重力及零重力补偿，无需更换工装，方便可行，此外定滑轮可随太阳翼展开角度大小相应地上升或下降，不存在卡死现象。
附图说明
图1是本发明重力补偿装置示意图；
图2是本发明展开架组件结构图；
图3是本发明局部结构图；
图4是本发明水平转动组件剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。
发明的重力补偿装置主要包括：展开架组件1、导轨组件2、滑车组件3、水平转动组件4、主梁组件5和定滑轮组件6，如图1所示。采用滑车组件3实现太阳翼质心在重力方向上的移动，采用水平转动组件4实现主梁组件5在水平面上的旋转，采用定滑轮组件6实现太阳翼竖直方向上的移动，通过这三点拟合出太阳翼质心轨迹，实现多种姿态调整，并通过改变定滑轮组件6中配重质量实现1/6重力或者零重力模拟，所有组件材料为金属结构，以适应-120°低温环境。
所述展开架组件1为龙门框架，为重力补偿装置提供整体支撑，龙门框架均由标准的桁架杆和球型接头装配而成网状单元，整个网状架体是由每跨架体为500mm×500mm单元组建成的桁架结构，所述展开架组件1包括：加强拉杆11、立柱12、脚轮13、升降机构14、横梁15、纵梁16和底座17；
立柱12的个数为4，横梁15的个数为2，横梁15的两端分别与立柱12固定连接，两个横梁15相互平行，纵梁16的两端与两个横梁15呈工字型固定连接，立柱12、横梁15和纵梁16均为桁架结构；
每个立柱12的顶端有两个加强拉杆11与纵梁16连接，增加整个展开架组件1的刚度；
每个底座17通过四个升降机构14与一个立柱12连接，通过调节每个立柱12底部的四个升降机构14来调节纵梁16的高度并使得纵梁16与地面平行，每个底座17的底部安装有四个脚轮13；
图2是本发明展开架组件结构图；如图2所示，导轨组件2通过展开架组件1上的过渡槽铝安装在展开架组件1上，二者共同为太阳翼运动提供滑动轨道，过渡槽铝与展开架用特制可调螺钉紧固，通过调节螺钉与展开架的相对位置即可精调纵向导轨的水平度，纵向导轨上开设腰形孔以保证调节导轨直线度；水平转动组件4安装在主梁组件5上，并沿着主梁组件轴向滑动，水平转动组件4通过滑车组件3和导轨组件2连接；定滑轮组件6安装在主梁组件5的下端，太阳翼通过定滑轮组件6与重力补偿装置连接，在太阳翼的展开和收拢过程中为太阳翼提供不同姿态下的1/6重力及零重力。
图3是本发明局部三维示意图，由图3可知，所述滑车组件3包括滑车座31、深沟球轴承32、盘钩33、吊杆34、第一连接螺栓35、套筒36和第二连接螺栓37；滑车座31的一端通过4个深沟球轴承32与导轨组件2连接并通过深沟球轴承32沿着导轨组件的轴向滑动，滑车座31的另一端通过盘钩33与吊杆34连接；套筒36的两端分别与第一连接螺栓35和第二连接螺栓37连接，第一连接螺栓35、套筒36和第二连接螺栓37组成套筒组件；吊杆34通过套筒组件与水平转动组件4连接。滑车组件3能够将水平组件4和主梁组件5与展开架纵向导轨连接起来，通过滑车在纵向导轨上的滑动实现太阳翼质心在重力方向上的移动。
所述水平转动组件4包括吊盒41、球心滚子轴承42和连接板43；吊盒41为凸台结构，球心滚子轴承42安装在吊盒41凸台结构的凸台内并与第二连接螺栓37同轴固定连接，可以实现主梁组件在水平面内的旋转，以适应太阳翼不同姿态展开；连接板43为长方形金属板，吊盒41通过连接板43与主梁组件5固定连接。所述水平转动组件通过钢丝绳与主梁组件的支撑轴连接，图4为水平转动组件剖面图，可以根据展开轨迹需要，实现主梁适应性旋转，以满足太阳翼多种姿态下展开需要。
所述主梁组件5包括主梁与加强片，主梁采用工字铝结构，通过定滑轮61实现太阳翼展开过程中各方向的灵活调节和定位，为了最大限度减小展开过程中惯性影响，对主梁进行了减重设计，采用厚度为2.5mm的工字铝结构并设有多处减轻孔，同时通过16个加强片增加强度，两端装有定滑轮。
所述定滑轮组件6包括定滑轮61、配重62和连接线63；两个定滑轮61分别安装在主梁组件5的两端，连接线63穿过两个定滑轮61，一端与配重62连接，另外一端与太阳翼连接，通过改变配重62的质量来模拟1/6重力或者零重力，同时实现太阳翼的上升或下降。
本发明的工作原理为：
采用平衡杆方式进行重力补偿，全金属结构以适应低温环境；采用水平转动组件实现主梁水平面内自由转动，突破太阳翼与水平面呈15°极限工况下的重力补偿技术；采用一根导轨、滑车组件、定滑轮组件和主梁的摆动完成了太阳翼质心三维轨迹运动，突破传统太阳翼纵向导轨和横向导轨组合的双向导轨运行结构，减少了活动部件，降低了系统复杂性，提高了展开运动的可靠性；采用滑轮和滑车结构，降低运动阻力；主梁采用工字铝，与传统不锈钢材料相比，有效减小活动部件质量，降低了太阳翼运动展开和收拢时的惯性力。
具体实施过程包括以下几个步骤：
(1)搭建展开架及导轨组件
将桁架杆和球型接头装配成展开架，立柱12下面通过底盘安装四个脚轮13，升降机构14用于整个展开架的地面支撑，并可调节纵梁16距地面的高度与纵梁16水平度，纵梁16通过过渡槽铝与展开架连接，过渡槽铝与展开架用特制可调螺钉紧固。
(2)安装滑车组件
滑车座31上安装4个深沟球轴承32，以实现组件在导轨上的滑动，滑车座31与吊杆34通过盘钩33连接，第一连接螺栓35、套筒36及第二连接螺栓37通过螺纹连接，将水平转动组件和主梁组件与展开架纵梁16连接，通过滑车在纵向导轨上的滑动实现太阳翼质心在重力方向上的移动。
(3)安装水平转动组件
水平转动组件通过连接板43与主梁连接，球心滚子轴承可以实现主梁组件在水平面内的旋转，以适应模拟墙不同水平度下太阳翼的展开。
(4)调节定滑轮组件
在主梁两端安装定滑轮61，定滑轮61通过滑轮座安装在主梁上，定滑轮61一边与太阳板连接，一边安装配重，通过改变配重62质量来模拟1/6重力或者零重力，同时，定滑轮61通过配重62实现主梁随太阳翼展开角度大小上升或下降的需求。主梁组件与定滑轮组件实现太阳翼展开过程中各方向的灵活调节和随动定位，最大限度减小展开过程中惯性影响。
(5)实施低温展开试验
采用滑车组件实现太阳翼质心在重力方向上的移动，采用水平转动组件实现主梁组件在水平面方向上的旋转，采用定滑轮组件实现太阳翼竖直方向上的移动，通过这三点拟合出太阳翼质心轨迹，通过改变配重质量来实现重力补偿，以此实现低温环境下太阳翼1/6重力及零重力展开，并且模拟着陆时月面与水平面呈15°的极限位置完成太阳翼不同姿态下的重复展收试验。

Claims (2)

1.一种用于太阳翼低温展开试验的重力补偿装置，其特征在于包括：展开架组件(1)、导轨组件(2)、滑车组件(3)、水平转动组件(4)、主梁组件(5)和定滑轮组件(6)；
展开架组件(1)为龙门框架，导轨组件(2)通过展开架组件(1)上的过渡槽铝安装在展开架组件(1)上；
所述展开架组件(1)包括：加强拉杆(11)、立柱(12)、脚轮(13)、升降机构(14)、横梁(15)、纵梁(16)和底座(17)；
立柱(12)的个数为4，横梁(15)的个数为2，横梁(15)的两端分别与立柱(12)固定连接，两个横梁(15)相互平行，纵梁(16)的两端与两个横梁(15)呈工字型固定连接，立柱(12)、横梁(15)和纵梁(16)均为桁架结构；
每个立柱(12)的顶端有两个加强拉杆(11)与纵梁(16)连接，增加整个展开架组件(1)的刚度；
每个底座(17)通过四个升降机构(14)与一个立柱(12)连接，通过调节每个立柱(12)底部的四个升降机构(14)来调节纵梁(16)的高度并使得纵梁(16)与地面平行，每个底座(17)的底部安装有四个脚轮(13)；
水平转动组件(4)安装在主梁组件(5)上，并沿着主梁组件轴向滑动，水平转动组件(4)通过滑车组件(3)和导轨组件(2)连接；
所述滑车组件(3)包括：滑车座(31)、深沟球轴承(32)、盘钩(33)、吊杆(34)、第一连接螺栓(35)、套筒(36)和第二连接螺栓(37)；
滑车座(31)的一端通过4个深沟球轴承(32)与导轨组件(2)连接，滑车座(31)利用所述4个深沟球轴承(32)沿着导轨组件的轴向滑动，滑车座(31)的另一端通过盘钩(33)与吊杆(34)连接；
套筒(36)的两端分别与第一连接螺栓(35)和第二连接螺栓(37)连接，第一连接螺栓(35)、套筒(36)和第二连接螺栓(37)组成套筒组件；
吊杆(34)通过套筒组件与水平转动组件(4)连接；
所述水平转动组件(4)包括：吊盒(41)、球心滚子轴承(42)和连接板(43)；
吊盒(41)为凸台结构，球心滚子轴承(42)安装在吊盒(41)凸台结构的凸台内并与第二连接螺栓(37)同轴固定连接；
连接板(43)为长方形金属板，吊盒(41)通过连接板(43)与主梁组件(5)固定连接；
定滑轮组件(6)安装在主梁组件(5)的下端，太阳翼通过定滑轮组件(6)与重力补偿装置连接，重力补偿装置在太阳翼的展开和收拢过程中为太阳翼提供不同姿态下的1/6重力及零重力。
2.根据权利要求1所述的一种用于太阳翼低温展开试验的重力补偿装置，其特征在于：所述定滑轮组件(6)包括：定滑轮(61)、配重(62)和连接线(63)；
两个定滑轮(61)分别安装在主梁组件(5)的两端，连接线(63)穿过两个定滑轮(61)，一端与配重(62)连接，另外一端与太阳翼连接，通过改变配重(62)的质量来模拟1/6重力或者零重力，同时实现太阳翼的上升或下降。
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