CN105173126A - 一种有效载荷模块地面更换试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有效载荷模块地面更换试验装置，由试验基台、安装角板、锁紧组件、载荷模块、滑轨组件组成；试验基台为各组件提供支撑，安装角板和滑轨组件固定在试验基台上，锁紧组件与安装角板固连，滑轨组件为载荷模块直线移动提供支撑，载荷模块与锁紧组件配合安装。试验装置采用滑轨组件能近似模拟出空间失重滑动状态；采用燕尾块与锁紧块和解锁块相互配合，克服载荷模块装入或拔出时电插口处的摩擦力。试验装置结构简单，便于搭载不同的载荷模块；通过检测载荷模块与锁紧组件之间有无数据传递，证明载荷模块是否正常接通。试验装置工作平稳，可重复进行试验；适合于模拟航天器模块化载荷在轨更换的地面功能性验证试验。

Description

一种有效载荷模块地面更换试验装置

技术领域

本发明涉及一种试验装置，具体地说，涉及一种用于实现航天器有效载荷模块地面更换试验装置。属于机械设计与机械制造加工技术领域。

背景技术

模块化航天器是近年来提出并发展的一种新型航天器。常用的航天器有效载荷被设计成标准的模块单元。通过在轨更换模块单元，航天器完成在轨燃料补给、组件更换、设备升级等任务，显著地提高了航天器在轨服务与空间生存能力；特别是有效载荷的模块化设计及其更换是模块化航天器研究的重点。

中国专利CN102837831B中公开了“一种模块化航天器组成模块在轨更换的机械装置”，该装置包括多个模块化航天器组成模块与模块安装结构，通过空间机械臂或航天员对更换装置进行简单的夹持操作，可完成功能模块或故障模块的插拔式更换。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种有效载荷模块地面更换试验装置；该装置结构简单，工作平稳，可重复有效地进行载荷模块地面的试验，适合于模拟航天器模块化有效载荷在轨更换的地面功能性验证试验。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括试验基台、安装角板、锁紧组件、载荷模块、滑轨组件，试验基台为各组件提供支撑，安装角板和滑轨组件固定在试验基台上，锁紧组件与安装角板固连，载荷模块与滑轨组件配合，滑轨组件为载荷模块直线移动提供支撑，载荷模块位于锁紧组件的后面，且与锁紧组件配合安装；其特征在于所述锁紧组件包括安装板、限位开关、接近开关、挡片、燕尾块、丝杠、电机、电机安装座、导向锥，所述安装板为矩形薄板，安装板与安装角板的竖板固连，电机通过电机安装座固定在安装板的中间部位，两燕尾块位于电机的两端，燕尾块与电机通过丝杠连接，燕尾块与固定在安装板凸台上的燕尾槽配合，燕尾块下侧固定有挡片，两个导向锥位于电机安装座的两侧，垂直固定在安装板上，导向锥与安装板上的导向孔相通，插孔位于电机安装座的下面，两个接近开关分别固定在两燕尾块侧面的安装板上；

所述载荷模块包括上壳板、前壳板、锁紧块、解锁块、导向杆、电插口，上壳板和前壳板组成搭载不同载荷的壳体，两根导向杆垂直固定在前壳板上，且与锁紧组件的导向锥配合，实现载荷模块与锁紧组件安装时的定位，导向杆直径与导向锥等直径圆孔的内径相等，导向杆端头锥角为15～45°；锁紧块与解锁块固定在前壳板上，锁紧块中间内方孔和解锁块上均加工有斜面，锁紧块和解锁块与燕尾块配合，实现载荷模块的锁定和解锁，电插口与安装板上的插孔配合；

所述滑轨组件包括滑块、导轨、连接板、调节螺母、连杆、安装座板、导轨架板,导轨架板与安装座板固连，安装座板固定在试验基台上，导轨与导轨架板固连，滑块与导轨配合,连接板上端与滑块固连，连接板下端与调节螺母通过螺纹配合连接，调节螺母与连杆连接，载荷模块固定在连杆下端，滑块沿导轨运动带动载荷模块移动。

所述导向锥一段为等直径圆孔，另一段为圆锥孔，圆锥孔倾斜角度为15～45°。

所述锁紧块内孔单侧斜面倾角为30～45°。

所述解锁块单侧斜面倾角为30～60°。

所述调节螺母的调节范围为10mm。

所述导向杆与所述导向锥同轴。

工作过程:

有效载荷模块地面更换试验装置试验时，首先将试验基台水平放置，将安装角板固定在试验基台上，再将锁紧组件固定安装在安装角板上；将滑轨组件固定在试验基台上，再将载荷模块安装在连杆上，使得载荷模块可随滑块在导轨上自由移动。安装时应保证导轨垂直于安装板，导向杆与导向锥同轴。装入载荷模块时，燕尾块外端斜面与锁紧块内孔斜面的相互作用，产生沿导向杆的轴向力，该轴向力可克服载荷模块装入时，电插口、导向锥处的摩擦力，完成载荷模块的可靠安装。拔出载荷模块时，燕尾块内端斜面与解锁块的斜面相互作用，产生一个沿导向杆的轴向力，该轴向力可克服载荷模块在拔出时，电插口、导向锥处的摩擦力，完成载荷模块的解锁拔出。

有益效果

本发明提出的有效载荷模块地面更换试验装置，由试验基台、安装角板、锁紧组件、载荷模块、滑轨组件组成，试验基台为其它组件提供支撑；安装角板和滑轨组件固定在试验基台上，锁紧组件与安装角板固连，载荷模块与滑轨组件配合，滑轨组件为载荷模块直线移动提供支撑，载荷模块位于锁紧组件的后面，且与锁紧组件配合安装。试验装置采用滑轨组件能近似模拟出空间失重滑动状态；采用燕尾块与锁紧块和解锁块的相互配合，可克服载荷模块装入或拔出时，电插口处的摩擦力。试验装置结构布局方式便于搭载不同的有效载荷；通过检测载荷模块与锁紧组件之间有无数据传递，可简单有效地证明载荷模块是否正常接通。

本发明有效载荷模块地面更换试验装置结构简单，工作平稳，能够重复有效地进行试验，适合于模拟航天器模块化有效载荷在轨更换的地面功能性验证试验。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种有效载荷模块地面更换试验装置作进一步详细说明。

图1为本发明试验装置结构示意图。

图2为本发明试验装置的安装角板轴测图。

图3为本发明试验装置的锁紧组件轴测图。

图4为本发明试验装置的载荷模块轴测图。

图5为本发明试验装置的滑轨组件轴测图。

图6为本发明试验装置的安装板示意图。

图7为本发明试验装置的燕尾块轴测图。

图8为本发明试验装置的导向锥轴测图。

图9为本发明试验装置的锁紧块轴测图。

图10为本发明试验装置的解锁块轴测图。

图11为本发明试验装置的导向杆轴测图。

图12为本发明试验装置的连杆轴测图。

图13为本发明试验装置的调节螺母轴测图。

图14为本发明试验装置的连接板轴测图。

图15为本发明试验装置的载荷模块与锁紧组件装配轴测图。

图16为本发明试验装置的载荷模块与锁紧组件分离状态示意图。

图中:

1.试验基台2.安装角板3.锁紧组件4.载荷模块5.滑轨组件6.底板7.角钢8.竖板9.安装板10.限位开关11.接近开关12.挡片13.燕尾块14.丝杠15.电机安装座16.电机17.导向锥18.插孔19.上壳板20.前壳板21.锁紧块22.解锁块23.导向杆24.电插口25.安装座板26.连杆27.调节螺母28.连接板29.滑块30.导轨31.导轨架板

具体实施方式

本实施例是一种有效载荷模块地面更换试验装置。

参阅图1～图14，有效载荷模块地面更换试验装置由试验基台1、安装角板2、锁紧组件3、载荷模块4、滑轨组件5组成；试验基台1为各组件提供支撑，安装角板2和滑轨组件5固定在试验基台1上，锁紧组件3与安装角板2固定连接，载荷模块4与滑轨组件5配合，滑轨组件5为载荷模块4直线移动提供支撑，载荷模块4位于锁紧组件3的后面，且与锁紧组件3配合安装。

本实施例中，试验基台1是为各组件提供安装支撑的基础平台。试验基台1为六面体结构，试验基台1上横向均匀分布有10个T型槽，纵向上均匀分布有12个T型槽，试验基台1表面平整，可保证各组件安装的平整度要求。安装角板2由底板6、角钢7和两块竖板8组成；两块竖板8分别固定焊接在角钢7两端的侧面，竖板8上有安装孔；角钢7与底板6固定焊接，底板6通过螺栓固定安装在试验基台1上。

锁紧组件3包括安装板9、限位开关10、接近开关11、挡片12、燕尾块13、丝杠14、电机16、电机安装座15、导向锥17、插孔18，安装板9为矩形薄板，安装板9上有导向孔和凸台，两个燕尾槽分别固定在两个凸台上。安装板9与安装角板2的竖板8通过螺栓固定连接。电机16通过电机安装座15、螺栓固定在安装板9的中间部位，两个燕尾块13位于电机16的两端，燕尾块13与电机16通过丝杠14连接，燕尾块13与固定在安装板9凸台上的燕尾槽配合安装，燕尾块13下侧固定有挡片12，电机16带动丝杠14驱动燕尾块13直线移动，固定在燕尾块13下侧的挡片12随之一起运动，阻挡限位开关10的信号，实现电路的通断。两个导向锥17分别位于电机安装座15的两侧，导向锥17垂直固定在安装板9上，导向锥17与安装板9上的导向孔相通。导向锥17一段为等直径圆孔，另一段为圆锥孔，圆锥孔倾斜角度为15～45°。插孔18位于电机安装座15的下面,两个接近开关11分别固定在两个燕尾块13侧面的安装板9上。接近开关11用来检测物体与其探头距离，当所检测的距离达到某一阈值时，会发出一个电信号。

载荷模块4包括上壳板19、前壳板20、锁紧块21、解锁块22、导向杆23、电插口24，上壳板19和前壳板20固定连接组成可搭载不同载荷的壳体。两根导向杆23垂直固定在前壳板20上，且与锁紧组件3的导向锥17配合，实现载荷模块4与锁紧组件3安装时的定位，保证载荷模块4上的电插口24、数据接口能正确与航天器本体上的相应接口相连接。导向杆23直径与导向锥17等直径圆孔的内径相等，导向杆23端头锥角为15～45°。锁紧块21与解锁块22固定安装在前壳板20上，锁紧块21中间内方孔加工有斜面，锁紧块21内方孔单侧斜面倾角为30～45°。解锁块22上加工有斜面，解锁块22单侧斜面倾角为30～60°。锁紧块21和解锁块22上的斜面与燕尾块13上的斜面相互作用配合,实现载荷模块4的锁定和解锁。电插口24与安装板9上的插孔18配合。

滑轨组件5包括滑块29、导轨30、连接板28、调节螺母27、连杆26、安装座板25、导轨架板31,导轨架板31与安装座板25通过螺栓固定连接，导轨架板31位于安装座板25的上面，安装座板25通过螺栓固定在试验基台1上。导轨30与导轨架板31固定连接，滑块29与导轨30配合安装。连接板28上端与滑块29固连，连接板28下端与调节螺母27通过螺纹配合连接，调节螺母27与连杆26连接。连杆26、调节螺母27和连接板28相互配合，其中,连接板28圆柱形凸台上有外螺纹与调节螺母27的内螺纹配合，调节载荷模块4的高度，调节范围最大为10mm。连杆26为圆柱形阶梯轴，直径较大的一端安装在调节螺母27的台阶孔内，直径较小的一端有内螺纹，用来连接载荷模块4的上壳板19，滑块29沿导轨30运动带动载荷模块4移动。

有效载荷模块地面更换试验装置的锁定试验过程:

如图15所示，所需装入锁定的有效载荷被放置在载荷模块4的壳体内。将试验基台1水平放置，利用螺栓螺母将安装角板2中的底板6固定在试验基台1上，同样，利用螺栓螺母将滑轨组件5中的安装座板25固定在试验基台1上。安装时应该保证导轨30所在直线垂直于安装板9，两根导向杆23与两个导向锥17同轴。当装入载荷模块4时，机械臂夹持着载荷模块4。在试验开始时载荷模块4与锁紧组件3已经进行了对中，因此机械臂只需推动载荷模块4沿着导轨30向前滑动。当载荷模块4到达预定位置后，接近开关11发出触发信号，使得电机16驱动丝杠14转动，丝杠14将电机16的旋转运动转换为燕尾块13的直线运动；由于燕尾块13上外端过渡斜面与锁紧块21方孔内侧斜面的相互作用，会产生一个沿导向杆23轴向的力，可克服载荷模块4装入时，电插口、导向锥处的摩擦力，即插拔力，使得机械臂无需施加沿轴向的作用力，此外，由于两个斜面的相互作用，载荷模块4会继续向前进入一段距离，即电插口24与插孔18之间的配合深度，此时，燕尾块13下侧的挡片12会阻挡外侧限位开关10发射的电信号，使电路断开，电机16停止工作并且自锁，机械臂松开载荷模块4。在燕尾块13外端过渡斜面与锁紧块21方孔内侧斜面的相互作用下，载荷模块4与锁紧组件3有效贴合而不会使载荷模块4发生松动，实现载荷模块4的可靠安装，完成了载荷模块4的装入锁定试验过程。

有效载荷模块地面更换试验装置的解锁试验过程:

如图16所示，利用螺栓螺母将安装角板2的底板6固定在试验基台1上，利用螺栓螺母将滑轨组件5中的安装座板25固定在试验基台1上。安装时应保证导轨30所在直线垂直于安装板9，两根导向杆23与两个导向锥17同轴。此时，载荷模块4已经安装在锁紧组件3的安装板9上，当拔出载荷模块4时，机械臂夹持着载荷模块4沿锁紧组件3的导向锥17拔出；电机16反向工作，驱动丝杠14反向转动，丝杠14将电机16的旋转运动转换为燕尾块13的直线移动，由于燕尾块13上内端过渡斜面与解锁块22上斜面的相互作用，会产生一个沿导向杆23轴向的力，可克服载荷模块4在拔出时，电插口24、导向锥处的摩擦力，使得机械臂无需施加轴向的作用力，可将载荷模块4快速从锁紧组件3中拔出。此外，由于两个斜面的相互作用，载荷模块4会继续退出一段距离，即电插口24与插孔18之间的配合深度，燕尾块13下侧的挡片12会阻挡内侧限位开关10发射的电信号，使电路断开；电机16停止工作并且自锁，机械臂夹持载荷模块4沿导轨30拔出，完成了载荷模块4的解锁拔出试验过程。

Claims (6)

1.一种有效载荷模块地面更换试验装置，包括试验基台、安装角板、锁紧组件、载荷模块、滑轨组件，试验基台为各组件提供支撑，安装角板和滑轨组件固定在试验基台上，锁紧组件与安装角板固连，载荷模块与滑轨组件配合，滑轨组件为载荷模块直线移动提供支撑，载荷模块位于锁紧组件的后面，且与锁紧组件配合安装；其特征在于:

所述锁紧组件包括安装板、限位开关、接近开关、挡片、燕尾块、丝杠、电机、电机安装座、导向锥，所述安装板为矩形薄板，安装板与安装角板的竖板固连，电机通过电机安装座固定在安装板的中间部位，两燕尾块位于电机的两端，燕尾块与电机通过丝杠连接，燕尾块与固定在安装板凸台上的燕尾槽配合，燕尾块下侧固定有挡片，两个导向锥位于电机安装座的两侧，垂直固定在安装板上，导向锥与安装板上的导向孔相通，插孔位于电机安装座的下面，两个接近开关分别固定在两燕尾块侧面的安装板上；

所述载荷模块包括上壳板、前壳板、锁紧块、解锁块、导向杆、电插口，上壳板和前壳板组成搭载不同载荷的壳体，两根导向杆垂直固定在前壳板上，且与锁紧组件的导向锥配合，实现载荷模块与锁紧组件安装时的定位，导向杆直径与导向锥等直径圆孔的内径相等，导向杆端头锥角为15～45°；锁紧块与解锁块固定在前壳板上，锁紧块中间内方孔和解锁块上均加工有斜面，锁紧块和解锁块与燕尾块配合，实现载荷模块的锁定和解锁，电插口与安装板上的插孔配合；

所述滑轨组件包括滑块、导轨、连接板、调节螺母、连杆、安装座板、导轨架板,导轨架板与安装座板固连，安装座板固定在试验基台上，导轨与导轨架板固连，滑块与导轨配合,连接板上端与滑块固连，连接板下端与调节螺母通过螺纹配合连接，调节螺母与连杆连接，载荷模块固定在连杆下端，滑块沿导轨运动带动载荷模块移动。

2.根据权利要求1所述的有效载荷模块地面更换试验装置，其特征在于:所述导向锥一段为等直径圆孔，另一段为圆锥孔，圆锥孔倾斜角度为15～45°。

3.根据权利要求1所述的有效载荷模块地面更换试验装置，其特征在于:所述锁紧块内孔单侧斜面倾角为30～45°。

4.根据权利要求1所述的有效载荷模块地面更换试验装置，其特征在于:所述解锁块单侧斜面倾角为30～60°。

5.根据权利要求1所述的有效载荷模块地面更换试验装置，其特征在于:所述调节螺母的调节范围为10mm。

6.根据权利要求1所述的有效载荷模块地面更换试验装置，其特征在于:所述导向杆与所述导向锥同轴。