CN105252242B - 大型构件移动及位姿调整平台 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于大型构件移动及位姿调整平台，包括：试件小车，作为一个可移动的承载平台；轨道对接架车，用以便于轨道对接架车的移动；动力小车，采用电机为动力源，通过减速器减速，最后通过链传动，产生沿容器轴向的推动力，推动试件小车进出容器；调平机构，采用的工作原理为四点调平方式，从而达到调整矩形水平台及固定在矩形水平台上的卫星试件水平度的目的。本发明能够有效解决现有技术中大型装配构件移动失衡的问题，真实、高效的实现大型机械的水平移动与对准定位，减少装配过程的对位误差，并且安装定位十分方便，通用性强，在实际应用中为提高大型机械的装配精度和产品质量提供参考依据，整套机械系统结构巧妙，安装定位十分方便，具有开放性、精度高等诸多优点。
Description
技术领域
本发明属于机械技术领域，特别是涉及一种大型构件移动及位姿调整平台。
背景技术
大型机械设备的安装调试以及安装过程中的调平移动是国家装备制造业的重要工序，也是很多国家安全及国家经济命脉的重大科研项目中不可或缺的一个技术环节，其发展水平往往与一个国家综合国力同步。随着我国科技水平及机械行业的飞速发展，企业对于大型设备的需求也越来越多，对大型设备安装的要求也不断提高。但大型设备构件的装配一般是靠吊装、人推来实现移动对准的，经常会出现因移动装配构件出现左右或前后倾斜的情况，而且装配过程难以定位对准，费时费力，甚至在装配过程中经常出现磕伤、定位面别劲等现象，影响装配的定位精度，从而影响产品的装配性能。可见对于大型构件在装配过程的移动与定位无疑成为影响其产品性能的一个关键性问题之一，因此解决大型设备的水平移动与对准定位问题是非常必要的。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种大型构件移动及位姿调整平台，有效解决现有技术中大型设备构件在装配过程中移动失衡及难以对准定位的问题，减少装配过程中对构件的损伤，该平台的安装定位十分方便，通用性强，在实际应用中大幅提高大型设备的装配精度及装配效率。
根据本发明的目的提出一种大型构件移动及位姿调整平台，包括：试件小车，作为一个可移动的承载平台；轨道对接架车，实现轨道移动、调平、对接；动力机构，采用链传动，推动试件小车沿轨道移动；调平机构，采用四点位姿调整方式，实现试件小车及载体的水平位姿调整。
试件小车，包括：试件小车框架、轨道轮和轨道轮轴承等，所述试件小车框架由箱形梁焊接而成，在与调平机构相连的四个连接位置均采用局部整体结构，并设计有定位止口，连接部位采用适当挖空去重的方式，进一步增强试件小车的刚度和强度；试件小车底面安装有12个轨道轮，轨道轮轴承设计为无油润滑轴承，所述轨道轮轴承是以钢板为基体，中间烧结球形青铜粉，表面轧制聚四氟乙烯和铅的混合物，由卷制而成的滑动轴承，实现无润滑转动，杜绝了对环境的污染，满足特殊工件无尘环境的使用要求。
所述试件小车调平机构的载荷作用点与试件小车底部轨道轮支撑点布置在同一直线上，以减小结构所须承受的弯曲力矩，利于整体强度、刚度提高。
轨道对接架车，包括：车体、架车轨道、螺旋升降支撑机构和万向轮等，所述轨道对接架车的车体主要结构为箱形梁焊接的框架结构；车体底部安装4个带有刹车定向功能的万向轮，便于轨道对接架车的移动；车体底部设计有螺旋升降支撑机构，所述螺旋升降支撑机构包括手轮、蜗轮丝杠、蜗轮以及自位机构，当架车运行到指定位置，与对接轨道对接后，转动手轮带动蜗轮及蜗轮丝杠运动，将轨道对接架车支起，并与对接轨道找平，采用水平仪测试，使架车轨道水平度达到调整要求；轨道对接架车上部的轨道间距设计与对接轨道间距一致，两条导轨间距采用垫片调整及压块固定，轨道对接架车与对接轨道直接采用楔形对接，极大地增加了对接精度。
作为优选，4个万向轮具有锁紧装置，锁紧后只能直线运动，必要时可以解锁，可以减小车体的转弯半径。
作为优选，支撑机构调整过程中架车上部没有加载试件，考虑到受力分布不均，按3个撑杆受力，优化转动手轮结构，使得转动手轮的转动力不超过10kgf，方便手动操作。
作为优选，架车轨道前端设计为斜面，这两个轨道斜面相对放置，组成一个凹形锥体；对接轨道端部亦设计成斜面，但两个斜锥面组成为凸形锥面；使得架车轨道与对接轨道的准确对接且简单易行，同时在架车轨道对接端部的下面设计有托盘，防止使用螺旋升降支撑机构进行与对接轨道找平时过操作。
作为优选，在轨道对接架车设计中将受力点与支撑点置于同一个垂直于地面的平面内，使其结构受力以压力为主，弯曲应力极小。
动力机构，包括：电机、减速器、传动小车、链条、牵引杆、轨道轮、直线滑轨、锁扣、行程限位开关及限位块等，所述动力机构采用电机及两级减速器组合形式，实现试件小车运行速度的无级调速；传动小车与链条直接连接，实现对传动小车的动力传递，产生沿轨道方向的推动力；动力机构中传动小车与牵引杆采用十字铰连接，传动小车底部安装4个轨道轮，并沿敷设在轨道对接架车上的直线滑轨进行运动，保证其运转平稳；在动力机构用直线导轨及其托板的行程两端安装四只行程限位开关及限位块，实现链传动的容余限位，起到安全保护及定位作用。
所述传动小车通过牵引杆推动试件小车运动，所述牵引杆由四个杆焊接而成，外形为三角形，其中三个杆在传动小车一侧聚集在与传动小车连接的耳座上，在试件小车一侧均与一横杆连接，并通过锁扣机构可靠地固定在试件小车上，该结构形式的牵引杆传动稳定，与一个作用点传动相比，避免了传动力不均匀而造成别劲及导轨过度磨损等问题；所述锁扣机构通过螺栓固定在试件小车上，锁扣机构的压板压紧牵引杆后，锁扣轴插入压板一端的通孔，将压板牢靠固定。
调平机构采用的工作原理为四点调平方式，由四条支腿及置于其顶部的工字梁焊接而成的矩形水平台构成，其四支腿底部固定在试件小车上，高度可以上下调整，从而达到调整矩形水平台及固定在矩形水平台上的试件水平度的目的；所述四点调平原理如附图20、21所示，首先，A、C两支撑一上一下同步运动，使水平台绕BD轴转动，调整A-C直线的水平度；之后，以25A-C为轴，B、D两点同步上下调整，水平台绕A-C轴转动，调整B-D方向的水平度，从而完成一轮的调平工作；该调平方式相比其它调平方式具有以下优点：水平台中心点O在调平过程中位置始终不变，调整量小但效率较高，对试件的影响小，同步运动的控制相对容易实现，有利于“四点共面”的实现。
所述调平机构，包括：矩形水平台、真空波纹管、承力套筒、步进电机、涡轮-涡杆、滚珠丝杠-滚珠螺母等；调整装置的底部下支承法兰与试件小车相连接，上面是蜗轮蜗杆减速箱；步进电机通过双向止动离合器与蜗杆轴相连，双向止动离合器的作用是防止蜗轮蜗杆副在非电机驱动下的转动，步进电机驱动器放置在真空容器外部，根据控制器发出的控制指令产生电机驱动信号；蜗轮轴的上部为滚珠丝杠副，步进电机通过双向止动离合器带动蜗轮蜗杆减速器回转，进而带动丝杠转动，丝杠螺母将丝杠的旋转运动转化为轴向运动；固定在螺母上的承力套筒随螺母上下直线运动，承力套筒的顶部为球头结构，与水平台底部固定的球碗相配合。
作为优选，为防止螺母的转动，承力套与导向套间采用花键进行配合，同时也可为螺母的运动导向。
作为优选，平台运动采用轨道轮与压轮的组合形式，保证运动安全可靠，并防止其侧翻，平台的底部设计有锁紧钩装置，便于操作人员手动锁紧平台及轨道，防止活动平台的非期望运动。
本发明能够真实、高效的实现大型机械的移动与对准定位，减少装配过程的对位误差，安装定位十分方便，并且减少装配过程中对构件的损伤，通用性强，整套机械系统结构巧妙、高度集成化，在实际应用中大幅提高大型设备的装配精度及装配效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明的一个实施方式的大型构件移动及位姿调整平台轴测图1；
图2是根据本发明的一个实施方式的大型构件移动及位姿调整平台轴测图2；
图3是根据本发明的一个实施方式的大型构件移动及位姿调整平台主视图；
图4是根据本发明的一个实施方式的大型构件移动及位姿调整平台俯视图；
图5是根据本发明的一个实施方式的大型构件移动及位姿调整平台的螺旋升降支撑机构轴测图；
图6是根据本发明的一个实施方式的大型构件移动及位姿调整平台的螺旋升降支撑机构主视图；
图7是根据本发明的一个实施方式的大型构件移动及位姿调整平台的螺旋升降支撑机构剖视图；
图8是根据本发明的一个实施方式的大型构件移动及位姿调整平台的调整机构轴测图；
图9是根据本发明的一个实施方式的大型构件移动及位姿调整平台的调整机构剖视图1；
图10是根据本发明的一个实施方式的大型构件移动及位姿调整平台的调整机构剖视图2；
图11是根据本发明的一个实施方式的大型构件移动及位姿调整平台的调整机构剖视图3；
图12是根据本发明的一个实施方式的大型构件移动及位姿调整平台的移动机构轴测图1；
图13是根据本发明的一个实施方式的大型构件移动及位姿调整平台的移动机构轴测图2；
图14是根据本发明的一个实施方式的大型构件移动及位姿调整平台的锁扣机构轴测图1；
图15是根据本发明的一个实施方式的大型构件移动及位姿调整平台的锁扣机构轴测图2；
图16是根据本发明的一个实施方式的大型构件移动及位姿调整平台的动力机构轴测图1；
图17是根据本发明的一个实施方式的大型构件移动及位姿调整平台的动力机构轴测图2；
图18是根据本发明的一个实施方式的大型构件移动及位姿调整平台的动力机构轴测图3；
图19是根据本发明的一个实施方式的大型构件移动及位姿调整平台的试件小车框架轴测图；
图20是根据本发明的一个实施方式的大型构件移动及位姿调整平台的调平原理图1；
图21是根据本发明的一个实施方式的大型构件移动及位姿调整平台的调平原理图2；
图中：1、固定立柱；2、目标体；3、对接轨道；4、调平机构；5、承载平台；6、试件；7、动力机构；8、架车轨道；9、螺旋升降支撑机构；10、轨道对接架车；11、万向轮；12、试件小车；13、手轮；14、蜗轮丝杠；15、涡轮；16、自位机构；17、矩形水平台；18、波纹管；19、导向套筒；20、滚珠螺母；21、滚珠丝杠；22、涡轮蜗杆副；23、电机；24、架车轨道托盘；25、牵引杆；26、链传动机构；27、自润滑线形导轨；28、锁扣；29、变频电机；30、减速器；31、小车框架；32、轨道轮；33、链条；34、传动小车；35、轨道轮；
具体实施方式
下面结合附图详细说明根据本发明的实施方式。
如附图所示，一种大型回转机构水平移动及位姿调整平台，包括：试件小车12，作为一个可移动的承载平台；轨道对接架车10，用以便于轨道对接架车的移动；动力机构7，采用电机23为动力源，通过减速器减速，最后通过链传动，推动试件小车；调平机构，采用的工作原理为四点位姿调整方式，实现试件小车及载体的水平位姿调整。
试件小车12，包括：试件小车框架31、轨道轮32和轨道轮轴承等，所述试件小车框架31由箱形梁焊接而成，在与调平机构相连的四个连接位置均采用局部整体结构，并设计有定位止口，连接部位采用适当挖空去重的方式，进一步增强试件小车的刚度和强度；试件小车12底面安装有12个轨道轮32，轨道轮轴承设计为无油润滑轴承，所述轨道轮轴承是以钢板为基体，中间烧结球形青铜粉，表面轧制聚四氟乙烯和铅的混合物，由卷制而成的滑动轴承，实现无润滑转动，杜绝了对环境的污染，满足特殊工件无尘环境的使用要求。
所述试件小车12调平机构的载荷作用点与试件小车底部轨道轮支撑点布置在同一直线上，以减小结构所须承受的弯曲力矩，利于整体强度、刚度提高。
轨道对接架车10，包括：车体、架车轨道8、螺旋升降支撑机构9和万向轮11等，所述轨道对接架车的车体主要结构为箱形梁焊接的框架结构；车体底部安装4个带有刹车定向功能的万向轮11，便于轨道对接架车的移动；车体底部设计有螺旋升降支撑机构9，所述螺旋升降支撑机构9包括手轮13、蜗轮丝杠14、蜗轮15以及自位机构，当架车运行到指定位置，与对接轨道对接后，转动手轮13带动蜗轮15及蜗轮丝杠14运动，将轨道对接架车支起，并与对接轨道找平，采用水平仪测试，使架车轨道水平度达到调整要求；轨道对接架车上部的轨道间距设计与对接轨道间距一致，两条导轨间距采用垫片调整及压块固定，轨道对接架车与对接轨道直接采用楔形对接，极大地增加了对接精度。
作为优选，4个万向轮9具有锁紧装置，锁紧后只能直线运动，必要时可以解锁，可以减小车体的转弯半径。
作为优选，支撑机构调整过程中架车上部没有加载试件，考虑到受力分布不均，按3个撑杆受力，优化转动手轮结构，使得转动手轮的转动力不超过10kgf，方便手动操作。
作为优选，架车轨道8前端设计为斜面，这两个轨道斜面相对放置，组成一个凹形锥体；对接轨道3端部亦设计成斜面，但两个斜锥面组成为凸形锥面；使得架车轨道8与对接轨道3的准确对接且简单易行，同时在架车轨道对接端部的下面设计有托盘，防止使用螺旋升降支撑机构9进行与对接轨道3找平时过操作。
作为优选，在轨道对接架车设计中将受力点与支撑点置于同一个垂直于地面的平面内，使其结构受力以压力为主，弯曲应力极小。
动力机构，包括：电机23、减速器、传动小车34、链条33、牵引杆25、轨道轮35、直线滑轨、锁扣28、行程限位开关及限位块等，所述动力机构采用电机23及两级减速器组合形式，实现试件小车12运行速度的无级调速；传动小车34与链条33直接连接，实现对传动小车34的动力传递，产生沿轨道方向的推动力；传动小车34底部安装4个轨道轮35，并沿敷设在轨道对接架车10上的直线滑轨进行运动，保证其运转平稳；在动力机构用直线导轨及其托板的行程两端安装四只行程限位开关及限位块，实现链传动的容余限位，起到安全保护及定位作用。
所述传动小车34通过牵引杆25推动试件小车12运动，所述牵引杆25由四个杆焊接而成，外形为三角形，其中三个杆在传动小车一侧聚集在与传动小车12连接的耳座上，在试件小车12一侧均与一横杆连接，并通过锁扣28机构可靠地固定在试件小车25上，该结构形式的牵引杆传动稳定，与一个作用点传动相比，避免了传动力不均匀而造成别劲及导轨过度磨损等问题；所述锁扣28机构通过螺栓固定在试件小车上，锁扣28机构的压板压紧牵引杆后，锁扣轴插入压板一端的通孔，将压板牢靠固定。
调平机构采用的工作原理为四点调平方式，由四条支腿及置于其顶部的工字梁焊接而成的矩形水平台构成，其四支腿底部固定在试件小车上，高度可以上下调整，从而达到调整矩形水平台及固定在矩形水平台上的试件水平度的目的；所述四点调平原理如附图20、21所示，首先，A、C两支撑一上一下同步运动，使水平台绕BD轴转动，调整A-C直线的水平度；之后，以A-C为轴，B、D两点同步上下调整，水平台绕A-C轴转动，调整B-D方向的水平度，从而完成一轮的调平工作；该调平方式相比其它调平方式具有以下优点：水平台中心点O在调平过程中位置始终不变，调整量小但效率较高，对试件的影响小，同步运动的控制相对容易实现，有利于“四点共面”的实现。
所述调平机构，包括：矩形水平台17、真空波纹管18、承力套筒、步进电机、涡轮15-涡杆14、滚珠丝杠21-滚珠螺母20等；调整装置的底部下支承法兰与试件小车12相连接，上面是蜗轮蜗杆减速箱；步进电机通过双向止动离合器与蜗杆轴相连，双向止动离合器的作用是防止蜗轮蜗杆副在非电机驱动下的转动，步进电机驱动器放置在真空容器外部，根据控制器发出的控制指令产生电机驱动信号；蜗轮轴的上部为滚珠丝杠副，步进电机通过双向止动离合器带动蜗轮蜗杆减速器回转，进而带动丝杠转动，丝杠螺母将丝杠的旋转运动转化为轴向运动；固定在螺母上的承力套筒随螺母上下直线运动，承力套筒的顶部为球头结构，与水平台底部固定的球碗相配合。
作为优选，为防止螺母的转动，承力套与导向套间采用花键进行配合，同时也可为螺母的运动导向。
作为优选，平台运动采用轨道轮与压轮的组合形式，保证运动安全可靠，并防止其侧翻，平台的底部设计有锁紧钩装置，便于操作人员手动锁紧平台及轨道，防止活动平台的非期望运动。
大型构件移动及位姿调整平台的一个示例性实施方式的工作方式如下，也可以其它方式工作。
如附图所示，轨道对接架车10平时停放在墙边备用，使用时由人工推至对接轨道处，试件小车12上安装的水平度调节机构，采用电机驱动，通过涡轮-涡杆、丝杠-螺母等机构实现试验过程中大型构件水平度的调整，调平机构采用四点调平方案，四根调平支腿布置在以试件小车中心点为圆心，直径4米的圆上。调平机构的承重为10吨，最大偏心载荷为5kNm，水平调节精度为1mm/m；调平范围在正交两方向各±0.5°；然后通过对接架车前部的导向装置与对接导轨实现对接，并采用锁紧装置与对接导轨锁定，轨道对接架车10在滚轮着地时，其上面的导轨面略低于对接导轨(相差5mm)，对接完成后，人工转动手轮13，使螺旋撑杆着地，并顶起架车，使用水平仪检测并调整螺旋撑杆的支撑高度，使导轨上表面达到1mm/m的水平度要求；动力机构7安装在轨道对接架车之上，其动力系统由电机驱动，通过减速器及链传动实现动力机构7的直线运动，动力机构7由轨道对接架车10上的两条导轨导向，动力机构7通过牵引杆25推动试件小车12移动，完成试件在对接轨道上的移动任务；试件小车12进入对接轨道后由行程开关定位停车，同时利用安装在试件小车12前部的制动装置与安装在对接导轨上的定位块进行锁定，保证试验过程中试件的位置准确，同时提高试件小车12抵抗不平衡力矩的能力。
本发明能够有效解决现有技术中大型回转体移动失衡的问题，真实、高效的实现大型回转体的水平移动与对准定位，减少装配过程的对位误差，并且安装定位十分方便，通用性强，在实际应用中为提高大型回转体的装配精度和产品质量提供参考依据，整套机械系统结构巧妙，安装定位十分方便，具有开放性、精度高等诸多优点。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.大型构件移动及位姿调整平台，其特征在于，包括：
试件小车，作为一个可移动的承载平台，由箱形梁焊接而成，在与调平机构相连的四个连接位置采用局部整体结构，并适当挖空去重的方式，进一步增强试件小车的刚度和强度；试件小车底面安装有12个轨道轮，轨道轮轴承设计为无油润滑轴承，所述轨道轮轴承是以钢板为基体，中间烧结球形青铜粉，表面轧制聚四氟乙烯和铅的混合物，由卷制而成的滑动轴承，实现无润滑转动；
轨道对接架车，包括：车体、架车轨道、螺旋升降支撑机构和万向轮，所述轨道对接架车的车体主要结构为箱形梁焊接的框架结构；车体底部安装4个带有刹车定向功能的万向轮，便于轨道对接架车的移动；车体底部设计有螺旋升降支撑机构，所述螺旋升降支撑机构包括手轮、蜗轮丝杠、蜗轮以及自位机构，当架车运行到指定位置，与对接轨道对接后，转动手轮带动蜗轮及蜗轮丝杠运动，将轨道对接架车支起，并与对接轨道找平，采用水平仪测试，使架车轨道水平度达到调整要求；轨道对接架车上部的轨道间距设计与对接轨道间距一致，两条导轨间距采用垫片调整及压块固定，轨道对接架车与对接轨道直接采用楔形对接；
动力机构，采用电机为动力源，通过减速器减速，最后通过链传动，推动试件小车，动力机构与试件小车采用牵引杆连接，牵引杆与试件小车采用锁扣连接，动力机构中传动小车与牵引杆采用十字铰连接，传动小车底部有4个轨道轮，并沿敷设在轨道对接架车上的直线滑轨运动，保证运转平稳；
调平机构，采用的工作原理为四点调平方式，从而达到调整矩形水平台及固定在矩形水平台上的大型回转体试件水平度的目的。
2.根据权利要求1所述的大型构件移动及位姿调整平台，其特征在于，轨道对接架车设计中将受力点与支撑点置于同一个垂直于地面的平面内，使其结构受力以压力为主，弯曲应力极小。
3.根据权利要求1所述的大型构件移动及位姿调整平台，其特征在于，架车轨道前端设计为斜面，这两个轨道斜面相对放置，组成一个凹形锥体；对接轨道端部亦设计成斜面，但两个斜锥面组成为凸形锥面；使得架车轨道与对接轨道的准确对接且简单易行，同时在架车轨道对接端部的下面设计有托盘，防止使用螺旋升降支撑机构进行与对接轨道找平时过操作。
4.根据权利要求1所述的大型构件移动及位姿调整平台，其特征在于，调平机构的底部下支承法兰与试件小车相连接，上面是蜗轮蜗杆减速箱，步进电机通过双向止动离合器与蜗杆轴相连，双向止动离合器的作用是防止蜗轮蜗杆副在非电机驱动下的转动，步进电机驱动器放置在真空容器外部，根据控制器发出的控制指令产生电机驱动信号，蜗轮轴的上部为滚珠丝杠副，步进电机通过双向止动离合器带动蜗轮蜗杆减速器回转，进而带动丝杠转动，螺母将丝杠的旋转运动转化为轴向运动，固定在螺母上的承力套筒随螺母上下直线运动，为防止螺母的转动，承力套筒与导向套筒间利用花键进行配合，同时也可为螺母的运动导向，承力套筒的顶部为球头结构，与水平台底部固定的球碗相配合，球头及球碗间在调平过程中有两个正交方向的相对转动，从而带动水平台的运动，达到调平的目的。
5.根据权利要求1所述的大型构件移动及位姿调整平台，传动小车通过牵引杆推动试件小车运动，所述牵引杆由四个杆焊接而成，外形为三角形，其中三个杆在传动小车一侧聚集在与传动小车连接的耳座上，在试件小车一侧均与一横杆连接，并通过锁扣机构可靠地固定在试件小车上，该结构形式的牵引杆传动稳定，与一个作用点传动相比，避免了传动力不均匀而造成别劲及导轨过度磨损问题；所述锁扣机构通过螺栓固定在试件小车上，锁扣机构的压板压紧牵引杆后，锁扣轴插入压板一端的通孔，将压板牢靠固定。
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