CN105466635A - 应用于航天器的新型质量质心测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应用于航天器的新型质量质心测试系统，包括测量台，用于支撑测量台的三套称重传感器，利用三点测量的原理，通过称重传感器获取各位置的质量信息，并通过力矩平衡原理计算产品的质心信息。本发明所提供的测试系统，具备测量台自驱升降功能，能够实现质量质心参数长时间、实时监测功能。

Description

应用于航天器的新型质量质心测试系统

技术领域

本发明属于航天器地面装备技术领域，涉及一种航天器质量质心测试系统，具体地说涉及一种长时间实时检测、自驱升降的高精度质量质心测试系统。

背景技术

质量质心参数是航天器的关键性能参数，影响到航天器的轨道控制及推进系统的性能。由于航天器结构复杂，元器件繁多，一般理论计算很难准确地确定其质心的几何位置，因此必须进行实际的质量质心位置测量。目前，大型航天器质量质心的测量主要采用多点支承质量测量法。多点支承质量测量法用3个或者更多的质量测量传感器共同支承测量台，质心是通过各传感器相对基准中心的位置求矩计算。

在传统的测试系统中，测量台一般采用3套梯形丝杆机构进行测量台的升降，采用人力驱动的方式，通过扭转梯形升降机构实现测量台的升降，一般来讲很难实现三套机构的同步升降，同时操作费时费力；同时传统的测试系统采用单次测量的方法，一次读取测试数据，然后进行配重，再次进行测量，需要进行多次测量及配重进行修正才能完成质心测试工作，无法进行实时的、长时间的测量工作。这一系列的操作不仅费时费力，而且存在安全隐患。通常完成一个航天器型号的质心测量工作需要一天时间，如果需要进一步进行三个坐标的配重，每一次配重又会对质心三个坐标都产生影响，就必须反复测量，其工作量将成倍增加。

在卫星批量化生产的要求下，过长的测试时间是不能接受的。为了缩短测试流程，节约测试时间，需要质心测试系统具备实时的、长时间负载测量的功能，同时测量台需要具备自驱同步升降的功能。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种应用于航天器的新型质量质心测试系统，该测试系统具备测量台自驱升降功能，能够实现质量质心参数长时间、实时监测功能。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种应用于航天器的新型质量质心测试系统，包括测量台，用于支撑测量台的三套称重传感器，利用三点测量的原理，通过称重传感器获取各位置的质量信息，并通过力矩平衡原理计算产品的质心信息。

所述测量台是由液压升降模块通过同步控制系统控制液压缸的升降，实现测量台的自动升降。

所述液压升降模块用于对称重传感器进行卸载保护，主要由电机、柱塞泵、电磁换向阀、同步分流马达、调速阀、液压锁、压力传感器、油缸和管路组成，采用电动机和柱塞泵作为动力元件，管路上设有压力传感器作为反馈元件，通过上位机和PLC来实现控制过程。

所述测量台的水平度是由调平底座在底部配置六套调节脚撑，通过丝杠螺母的调节实现调平底座的水平度调整，从而实现测量台水平度的调节。

所述调平底座为圆盘形厢式结构，内部镂空，在满足强度及刚度的情况下减少了用料和自重。

所述调平底座选用球磨铸铁材料，对安装面进行机械加工以满足配合要求，上端安装面设置不同分布节圆的安装接口，不仅用于适配各个平台的航天器产品，也作为转接接口进行扩展。

所述称重传感器利用应变效应获取质量信息，支撑称重传感器的机架能够满足3.2t的承载能力，同时称重传感器具备长时间负载能力，在满载情况下，7天内测量蠕变量不超过0.02％。

所述机架包括千斤顶底座、调节螺杆、钢球，调节螺杆调节高度，升降结束通过锁紧螺母锁紧，底座上称重传感器安装面的平面度≤0.02mm，支撑的柱体与称重传感器通过4个螺钉连接，为保证称重传感器的重复安装精度，在4个螺钉的节圆上对称位置配打两个8mm的销孔。

产品的质心信息的计算是通过测控系统来完成，所述测控系统同时完成处理、计算和显示功能，所述测控系统整体采用便携式工控机模式，便于携带和移动。

所述测控系统用于实现如下功能：

1)提供图形化控制窗口，可控制液压千斤顶顶出和复位；

2)具有质心测试台标定相关模块；

3)图形化显示质心位置、质心偏移方向和距离；

4)能够通过比较所测质心位置和理论质心位置给出配重方案；

5)对产品重量实时监测，通过连续曲线反应质量质心与时间的关系；

6)对于超差数据给出警示；

7)连续监测、数据实时显示和同步自动保存；

8)具有历史搜索能力，能调出以往各型号产品的质量特性参数；

9)具备测试结果文档自动生成和打印报告的功能，且配套设备中须包含数据打印设备。

本发明相对于现有技术，其所带来的有益效果如下：

本发明所提供的质量质心测试系统，对传感器称量模块进行了改进，能够实现高负载、长时间的承载测量能力，蠕变性能控制在0.02％以内，具备实时的、长时间负载测量的功能，同时引入了液压升降模块，能够通过上位机控制系统实现测量的自助升降，避免了以往的人工调整梯形丝杠的操作，降低了操作风险，提高了工作效率。

附图说明

下面结合附图说明和具体实施方式对应用于航天器的新型质量质心测试系统作进一步说明，其中：

图1为本发明质心测试系统的结构示意图；

图2为图1俯视图；

图3为本发明质心测试系统安装底座的结构示意图；

图4为图3俯视图；

图5为本发明质心测试系统称重传感器模块的结构示意图；

图6为本发明质心测试系统液压升降系统原理图；

图7为本发明质心测试系统测量台结构示意图；

图8为本发明质心测试系统测控系统流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

图1、图2所示，本发明所提供的应用于航天器的新型质量质心测试系统，由调平底座1、传感器称量模块2、液压升降模块3、测量台4以及测控系统组成。

调平底座1为所有结构中承重最大的结构，主要由安装底座10和调平垫铁11组成，如图3、图4所示。安装底座设计为圆盘状，内部半镂空式，此结构可以满足强度要求，还可以减少用料和自重。安装底座上表面留有传感器支撑和液压千斤顶支撑座螺纹孔，安装节圆为Φ1600mm。底座外包络直径为Φ2100mm；基底总重≤1500kg，满载变形量≤0.05mm。台体材料选用球墨铸铁材料。安装底座下表面安放6块调平垫铁，垫铁最大垂直高度小于等于100mm，垫铁可调高度大于等于10mm。在安装底座圆周方向均布有8个吊环螺钉安装孔。

传感器称量模块2如图5所示。其与质心盘下端面接触位置采用钢球支撑，此设计可以减少接触面积，保证测量精度。传感器模块主要由称重传感器20和传感器支撑部分组成。称重传感器采用定制进口元件，传感器支撑部分包括千斤顶底座21、调节螺杆22、钢球23等。用调节螺杆调节高度，升降距离为20mm。升降结束可以通过锁紧螺母锁紧，钢球的形状误差0.02mm；钢球满载变形量0.005mm，安装底座上称重传感器安装面的平面度≤0.02mm。支撑柱体与传感器通过4个螺钉连接，为保证称重传感器的重复安装精度，在4个螺钉的节圆上对称位置配打两个8mm的销孔。

液压升降模块3主要由电机30、柱塞泵31、压力传感器32、电磁换向阀33、调速阀34、同步分流马达35、液压锁36、油缸37和管路等组成，原理如图6所示，采用电动机和柱塞泵作为动力元件，管路上设有压力传感器作为反馈元件，通过上位机和PLC来实现液压柱塞的升降。

液压升降模块3采用一套供油系统来控制三个油缸的同步升降，液压系统同步性精度主要依靠同步分流马达实现，在进油端三个支路处设计一个同步分流马达，保证油液流量均布，同步分流马达前设有调速阀保持总流量恒定。这样在总进油管上设有调速阀保证总进流量稳定；在分流处通过分流马达均分流量，保证进缸油量一致；油缸行程均设定为6±0.1mm，通过油管上设定压力传感器作为反馈，对动力元件开启和关闭进行控制。

测量台4结构设定为圆盘状、内部半镂空式结构，如图7所示。加强筋结构可以保证足够的强度要求，还可以减少自重。测量台选用球墨铸铁材料，形位公差通过加工保证，进行防锈处理。测量台进行动平衡测试和调整，满足剩余偏心力矩≤14kg.mm的要求。测量台动平衡调整用去重法操作。测量台的上平面需要进行铲刮处理，上安装平面平面度≤0.02mm。测量台外包络直径为Φ1800mm+10mm；厚度为220mm+50mm；总重≤1500kg；满载变形量≤0.05mm。在台体侧面圆周方向均布有6个吊环螺钉安装孔。

图8所示，测控系统是整个系统的处理中枢，完成详细的处理、计算和显示功能。测控系统整体采用便携式工控机模式，便于携带和移动。

测控系统可实现如下功能：

1)提供图形化控制窗口，可控制液压千斤顶顶出和复位；

2)具有质心测试台标定相关模块；

3)图形化显示质心位置、质心偏移方向和距离；

4)能够通过比较所测质心位置和理论质心位置给出配重方案；

5)对产品重量实时监测，通过连续曲线反应质量质心与时间的关系；

6)对于超差数据给出警示；

7)连续监测、数据实时显示和同步自动保存；

8)具有历史搜索能力，能调出以往各型号产品的质量特性参数；

9)具备测试结果文档自动生成和打印报告的功能，且配套设备中须包含数据打印设备。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种应用于航天器的新型质量质心测试系统，其特征在于，包括测量台，用于支撑测量台的三套称重传感器，利用三点测量的原理，通过称重传感器获取各位置的质量信息，并通过力矩平衡原理计算产品的质心信息。

2.根据权利要求1所述的应用于航天器的新型质量质心测试系统，其特征在于，所述测量台是由液压升降模块通过同步控制系统控制液压缸的升降，实现测量台的自动升降。

3.根据权利要求2所述的应用于航天器的新型质量质心测试系统，其特征在于，所述液压升降模块用于对称重传感器进行卸载保护，主要由电机、柱塞泵、电磁换向阀、同步分流马达、调速阀、液压锁、压力传感器、油缸和管路组成，采用电动机和柱塞泵作为动力元件，管路上设有压力传感器作为反馈元件，通过上位机和PLC来实现控制过程。

4.根据权利要求1所述的应用于航天器的新型质量质心测试系统，其特征在于，所述测量台的水平度是由调平底座在底部配置六套调节脚撑，通过丝杠螺母的调节实现调平底座的水平度调整，从而实现测量台水平度的调节。

5.根据权利要求4所述的应用于航天器的新型质量质心测试系统，其特征在于，所述调平底座为圆盘形厢式结构，内部镂空，在满足强度及刚度的情况下减少了用料和自重。

6.根据权利要求4所述的应用于航天器的新型质量质心测试系统，其特征在于，所述调平底座选用球磨铸铁材料，对安装面进行机械加工以满足配合要求，上端安装面设置不同分布节圆的安装接口，不仅用于适配各个平台的航天器产品，也作为转接接口进行扩展。

7.根据权利要求1所述的应用于航天器的新型质量质心测试系统，其特征在于，所述称重传感器利用应变效应获取质量信息，支撑称重传感器的机架能够满足3.2t的承载能力，同时称重传感器具备长时间负载能力，在满载情况下，7天内测量蠕变量不超过0.02％。

8.根据权利要求7所述的应用于航天器的新型质量质心测试系统，其特征在于，所述机架包括千斤顶底座、调节螺杆、钢球，调节螺杆调节高度，升降结束通过锁紧螺母锁紧，底座上称重传感器安装面的平面度≤0.02mm，支撑的柱体与称重传感器通过4个螺钉连接，为保证称重传感器的重复安装精度，在4个螺钉的节圆上对称位置配打两个的销孔。

9.根据权利要求1所述的应用于航天器的新型质量质心测试系统，其特征在于，产品的质心信息的计算是通过测控系统来完成，所述测控系统同时完成处理、计算和显示功能，所述测控系统整体采用便携式工控机模式，便于携带和移动。

10.根据权利要求9所述的应用于航天器的新型质量质心测试系统，其特征在于，所述测控系统用于实现如下功能：

1)提供图形化控制窗口，可控制液压千斤顶顶出和复位；

2)具有质心测试台标定相关模块；

3)图形化显示质心位置、质心偏移方向和距离；

4)能够通过比较所测质心位置和理论质心位置给出配重方案；

5)对产品重量实时监测，通过连续曲线反应质量质心与时间的关系；

6)对于超差数据给出警示；

7)连续监测、数据实时显示和同步自动保存；

8)具有历史搜索能力，能调出以往各型号产品的质量特性参数；

9)具备测试结果文档自动生成和打印报告的功能，且配套设备中须包含数据打印设备。