CN106005490A - 一种大张力长系绳收放装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大张力长系绳收放装置。在铝合金外壳内，沿铝合金外壳长度方向，依次装有系绳姿态入角测量部件、导绳部件、张力预紧部件、绳长测量部件、张力测量部件、排绳部件和系绳卷绕部件。本发明具有系绳姿态入角可测，系绳长度可测可控，系绳张力可测可控的功能。由于带有排绳部件使得回收到卷筒上的系绳较多时，系绳可在卷筒上均匀排列而避免了因系绳相互挤压造成的塌落现象，为了兼顾张力精度及量程，采用了大、小量程两个张力传感器串联的方式测量系绳张力，是一种大张力（最大可控可测张力200N）、长系绳（最大收绳长度200m）、高精度的系绳收放装置。

Description

一种大张力长系绳收放装置

技术领域

本发明涉及空间系绳控制装置，尤其涉及一种大张力长系绳收放装置。

背景技术

空间绳系系统一般采用易卷取的柔性系绳，在系统的在轨操作过程中，一般需要通过系绳末端连接的系绳卷取机构对系绳实现长度控制或者张力控制。因此，系绳卷取机构的设计以及性能对空间绳系系统能否顺利完成任务起着相当重要的作用，如上述的TSS-1在轨试验，就因系绳释放机构的技术故障使得系绳因张力过大而断裂，导致了任务的失败。对于空间绳系系统而言，系绳控制机构是控制系绳长度、速率及张力的执行机构，在绳系系统方案设计、动力学模型分析、控制系统设计及试验验证等各个环节都必须加以考虑。另外，针对空间特殊要求，装置还需集成度要高、质量轻、体积小、结构简单可靠等特点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大张力长系绳收放装置，该装置同时具备空间系绳摆角可测、系绳长度可测可控、系绳张力可测可控等功能，通过合理设计使得装置能同时具有张力精度高、张力量程大（最大可控可测张力200N）以及系绳尺度大（最大收绳长度200m）等功能特色。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

本发明在铝合金外壳内，沿铝合金外壳长度方向，依次装有系绳姿态入角测量部件、导绳部件、张力预紧部件、绳长测量部件、张力测量部件、排绳部件和系绳卷绕部件。所述系绳姿态入角测量部件，包括：U形角度测量固定架、第一轴承座、第一半环框架、第二轴承座、第二半环框架、第一角度传感器和第二角度传感器；U形角度测量固定架固定在铝合金外壳上、下面之间，U形角度测量固定架左侧板外侧装有第二角度传感器，第二角度传感器的转动轴穿过左侧板与第二半环框架一端的孔固接，第二半环框架另一端的轴头与U形角度测量固定架右侧板外侧的第二轴承座转动连接；U形角度测量固定架下板外侧装有第一角度传感器，第一角度传感器的转动轴穿过下板与第一半环框架一端的孔固接，第一半环框架的另一端轴头与安装在U形角度测量固定架中间上板的第一轴承座转动连接，第一半环框架与第二半环框架半径不同，所述二个半环框架中部均开有宽度与系绳直径相同的弧形通槽，且二个半环框架轴线相交处安装开有过绳孔的连接板。所述导绳部件，包括：第一小导轮、第二小导轮、第一心轴和第二心轴；第一小导轮与第一心轴为转动配合，第二小导轮与第二心轴为转动配合，第一心轴与第二心轴两端通过螺纹分别与U形角度测量固定架的中间上板和底板连接，所述二个小导轮中部均开有U形导绳槽，且位于同一水平位置。

所述张力预紧部件，包括：第一陶瓷片、第二陶瓷片、弹簧、带螺母心轴，带螺母心轴与过绳立板连接，第一陶瓷片、第二陶瓷片及弹簧依次套在带螺母心轴上，通过调解带螺母心轴的螺母调节系绳预紧张力。所述绳长测量部件，包括：过绳立板、绳长测量导轮、轴承座、联轴器，固定架和旋转编码器；过绳立板垂直安装在铝合金外壳上、下面间，过绳立板的板面与铝合金外壳的长边平行，过绳立板安装有轴承座，绳长测量导轮的伸出轴穿过轴承座的轴承内圈并插入联轴器的一端内孔中，联轴器的另一端内孔与旋转编码器的伸出轴连接，旋转编码器与固定架连接，固定架安装固定在过绳立板上。

所述张力测量部件，包括：小张力测量导轮、大张力测量导轮、辅助导轮、小量程张力传感器和大量程张力传感器；小量程张力传感器与大量程张力传感器安装在过绳立板上，小张力测量导轮、大张力测量导轮分别与小量程张力传感器、大量程张力传感器的伸出轴固连，辅助导轮安装固定过绳立板上，且位于大张力测量导轮的右上方。

所述排绳部件，包括：直线电机底座、直线电机滑块、连接板、第一导轮、第二导轮；直线电机底座两端留有螺孔，通过螺钉垂直安装在铝合金外壳上、下面间，直线电机滑块与连接板滑动连接，连接板上部安装有第一导轮和第二导轮，第一导轮和第二导轮配合，第一导轮和第二导轮通过U形导绳槽形成过绳孔，直线电机滑块的上、下极限位置分别对应于卷绳筒轴向绕绳的有效极限位置。

所述系绳卷绕部件，包括：轴承端盖、卷绳筒、承力套筒、电磁刹车、光电编码器、伺服电机、轴承卡簧、大轴承、减速器、平键和小轴承；在承力套筒内，减速器尾部与伺服电机头部连接，伺服电机尾部与承力套筒内端面贴合，电磁刹车的头部与承力套筒外端面连接，电磁刹车尾部与光电编码器连接，以上零件构成动力模块；将上述动力模块插入卷绳筒内部，减速器输出轴轴头键槽，通过平键与卷绳筒固定连接，卷绳筒的一端与小轴承内圈配合，卷绳筒的另一端孔内台阶放置大轴承，大轴承内圈与承力套筒配合，通过卡簧实现大轴承的轴向固定。承力套筒的安装法兰与铝合金外壳底部固定，小轴承端部通过轴承端盖与铝合金外壳上部固定。

本发明具有的有益效果是：

1、本发明同时具备系绳姿态入角可测、系绳长度可测可控、系绳张力可测可控等功能。

2、本发明通过使用大、小量程两个张力传感器，使得装置在测量系绳张力量程大（200N）的同时保证了系绳张力测量的高精度（张力测量精度最高可达0.15N）。

3、本发明的排绳部件使得回收到卷绳筒上的系绳较多时系绳可在卷筒上均匀排列而避免了系绳的相互挤压及塌落现象，装置收放系绳尺度大（最大收绳长度200m）

4、本发明可根据要求分别工作于系绳张力控制模式、系绳收放控制模式及系绳锁定控制模式，且各工作模式间可自由切换。

附图说明

图1是本发明的正视图。

图2是本发明的前侧三维图。

图3是本发明的后侧三维图。

图4是本发明的系绳姿态入角测量部件与导绳部件图。

图5是本发明的卷绕部件剖视图。

图中：1、系绳姿态入角测量部件，2、导绳部件，3、张力预紧部件，4、绳长测量部件，5、张力测量部件，6、排绳部件，7、系绳卷取部件，8、系绳，9、铝合金外壳，1.1、U形角度测量固定架，1.2、第一轴承座，1.3、第一半环框架，1.4、第二轴承座，1.5、第二半环框架，1.6、第一角度传感器，1.7、第二角度传感器， 2.1、第一小导轮，2.2、第二小导轮，2.3、第一心轴，2.4、第二心轴，3.1、第一陶瓷片，3.2、第二陶瓷片，3.3、弹簧，3.4、带螺母心轴，4.1、过绳立板，4.2、绳长测量导轮，4.3、轴承座，4.4、联轴器，4.5、固定架， 4.6、旋转编码器，5.1、小张力测量导轮，5.2、大张力测量导轮，5.3、辅助导轮，5.4、小量程张力传感器，5.5、大量程张力传感器，6.1、第一导轮，6.2、第二导轮，6.3、连接板，6.4、直线电机滑块，6.5、直线电机底座，7.1、轴承端盖，7.2、卷绳筒，7.3、承力套筒，7.4、电磁刹车，7.5、光电编码器，7.6、伺服电机，7.7、轴承卡簧，7.8、大轴承，7.9、减速器，7.10、平键，7.11、小轴承。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1、图2所示，本发明在铝合金外壳9内，沿铝合金外壳长度方向，依次装有系绳姿态入角测量部件1、导绳部件2、张力预紧部件3、绳长测量部件4、张力测量部件5、排绳部件6和系绳卷绕部件7。

如图1、图4所示，所述系绳姿态入角测量部件1，包括：U形角度测量固定架1.1、第一轴承座1.2、第一半环框架1.3、第二轴承座1.4、第二半环框架1.5、第一角度传感器1.6和第二角度传感器1.7；U形角度测量固定架1.1固定在铝合金外壳9上、下面之间，U形角度测量固定架1.1左侧板外侧装有第二角度传感器1.7，第二角度传感器1.7的转动轴穿过左侧板与第二半环框架1.5一端的孔固接，第二半环框架1.5另一端的轴头与U形角度测量固定架1.1右侧板外侧的第二轴承座1.4转动连接；U形角度测量固定架1.1下板外侧装有第一角度传感器1.6，第一角度传感器1.6的转动轴穿过下板与第一半环框架1.3一端的孔固接，第一半环框架1.3的另一端轴头与安装在U形角度测量固定架1.1中间上板的第一轴承座1.2转动连接，第一半环框架1.3与第二半环框架1.5半径不同，所述二个半环框架中部均开有宽度与系绳8直径相同的弧形通槽，且二个半环框架轴线相交处安装开有过绳孔的连接板(图4中未标出开有过绳孔的连接板)。如图2、图4所示，所述导绳部件2，包括：第一小导轮2.1、第二小导轮2.2、第一心轴2.3和第二心轴2.4；第一小导轮2.1与第一心轴2.3为转动配合，第二小导轮2.2与第二心轴2.4为转动配合，第一心轴2.3与第二心轴2.4两端通过螺纹分别与U形角度测量固定架1.1的中间上板和底板连接，所述二个小导轮中部均开有U形导绳槽，且位于同一水平位置。如图3所示，所述张力预紧部件3，包括：第一陶瓷片3.1、第二陶瓷片3.2、弹簧3.3、带螺母心轴3.4，带螺母心轴3.4与过绳立板4.1连接，第一陶瓷片3.1、第二陶瓷片3.2及弹簧3.3依次套在带螺母心轴3.4上，通过调解带螺母心轴3.4的螺母调节系绳8预紧张力。

如图2、图3所示，所述绳长测量部件4，包括：过绳立板4.1、绳长测量导轮4.2、轴承座4.3、联轴器4.4，固定架4.5和旋转编码器4.6；过绳立板4.1垂直安装在铝合金外壳9上、下面间，过绳立板4.1的板面与铝合金外壳9的长边平行，过绳立板4.1通过螺纹连接安装有轴承座4.3，绳长测量导轮4.2的伸出轴穿过轴承座4.3的轴承内圈并插入联轴器4.4的一端内孔中，联轴器4.4的另一端内孔与旋转编码器4.6的伸出轴连接，旋转编码器4.6与固定架4.5连接，固定架4.5安装固定在过绳立板4.1上。如图2、图3所示，所述张力测量部件5，包括：小张力测量导轮5.1、大张力测量导轮5.2、辅助导轮5.3、小量程张力传感器5.4和大量程张力传感器5.5；小量程张力传感器5.4与大量程张力传感器5.5安装在过绳立板4.1上，小张力测量导轮5.1、大张力测量导轮5.2分别与小量程张力传感器5.4、大量程张力传感器5.5的伸出轴固连，辅助导轮5.3安装固定过绳立板4.1上，且位于大张力测量导轮5.2的右上方。如图2所示，所述排绳部件6，包括：直线电机底座6.5、直线电机滑块6.4、连接板6.3、第一导轮6.1、第二导轮6.2；直线电机底座6.1两端留有螺孔，通过螺钉垂直安装在铝合金外壳9上、下面间，直线电机滑块6.4与连接板6.3滑动连接，连接板6.3上部安装有第一导轮6.1和第二导轮6.2，第一导轮6.1和第二导轮6.2配合，第一导轮6.1和第二导轮6.2通过U形导绳槽形成过绳孔，直线电机滑块6.4的上、下极限位置分别对应于卷绳筒7.2轴向绕绳的有效极限位置。

如图2、图5所示，所述系绳卷绕部件7，包括：轴承端盖7.1、卷绳筒7.2、承力套筒7.3、电磁刹车7.4、光电编码器7.5、伺服电机7.6、轴承卡簧7.7、大轴承7.8、减速器7.9、平键7.10和小轴承7.11；在承力套筒7.3内，减速器7.9尾部与伺服电机7.6头部连接，伺服电机7.6尾部与承力套筒7.3内端面贴合，电磁刹车7.4的头部与承力套筒7.3外端面连接，电磁刹车7.4尾部与光电编码器7.5连接，以上零件构成动力模块；将上述动力模块插入卷绳筒7.2内部，减速器7.9输出轴轴头键槽，通过平键7.10与卷绳筒7.2固定连接，卷绳筒7.2的一端与小轴承7.11内圈配合，卷绳筒7.2的另一端孔内台阶放置大轴承7.8，大轴承7.8内圈与承力套筒7.3配合，通过卡簧7.7实现大轴承7.8的轴向固定。承力套筒7.3的安装法兰与铝合金外壳9底部固定，小轴承7.11端部通过轴承端盖7.1与铝合金外壳9上部固定。

本发明的工作原理：

系绳8从装置外部依次穿过系绳姿态入角测量部件1的第一半环框架1.3与第二半环框架1.5的过线槽及二者轴线相交处的连接板上的过绳孔，再经过导绳部件2的二个小导轮U形导绳槽形成的过绳孔，改变成水平走向后经过预紧张力部件3的第一陶瓷片3.1和第二陶瓷片3.2间隙，依次经过绳长测量部件4的绳长测量导轮4.2、小张力导轮5.1、大张力测量导轮5.2及辅助轮5.3后再经过排绳部件6的第一导轮6.1和第二导轮6.2的U形导绳槽形成的过绳孔，最后进入系绳卷取部件7的卷绳筒7.2，系绳8固定在卷绳筒7.2的内壁处。系绳姿态入角测量部件1实现系绳二维姿态入角测量，通过张力预紧部件2防止系绳8在装置内部松弛，通过导绳部件3改变系绳走向，收放绳时通过绳长测量部件4实现系绳收放长度的测量，通过张力测量部件实现系绳张力与的测量，通过直线电机滑块6.4的往复直线运动实现系绳收绳时在卷绳筒7.2上的均匀排列，放绳时直线电机滑块6.4处于非工作的自由运动状态，通过伺服电机7.6驱动卷绳筒7.2旋转实现系绳8的收放。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (4)

1.一种大张力长系绳收放装置，其特征在于：在铝合金外壳(9)内，沿铝合金外壳长度方向，依次装有系绳姿态入角测量部件(1)、导绳部件(2)、张力预紧部件(3)、绳长测量部件(4)、张力测量部件(5)、排绳部件(6)和系绳卷绕部件(7)；所述系绳姿态入角测量部件(1)，包括：U形角度测量固定架(1.1)、第一轴承座(1.2)、第一半环框架(1.3)、第二轴承座(1.4)、第二半环框架(1.5)、第一角度传感器(1.6)和第二角度传感器(1.7)；U形角度测量固定架(1.1)固定在铝合金外壳(9)上、下面之间，U形角度测量固定架(1.1)左侧板外侧装有第二角度传感器(1.7)，第二角度传感器(1.7)的转动轴穿过左侧板与第二半环框架(1.5)一端的孔固接，第二半环框架(1.5)另一端的轴头与U形角度测量固定架(1.1)右侧板外侧的第二轴承座(1.4)转动连接；U形角度测量固定架(1.1)下板外侧装有第一角度传感器(1.6)，第一角度传感器(1.6)的转动轴穿过下板与第一半环框架(1.3)一端的孔固接，第一半环框架(1.3)的另一端轴头与安装在U形角度测量固定架(1.1)中间上板的第一轴承座(1.2)转动连接，第一半环框架(1.3)与第二半环框架(1.5)半径不同，所述二个半环框架中部均开有宽度与系绳(8)直径相同的弧形通槽，且二个半环框架轴线相交处安装开有过绳孔的连接板；所述导绳部件(2)，包括：第一小导轮(2.1)、第二小导轮(2.2)、第一心轴(2.3)和第二心轴(2.4)；第一小导轮(2.1)与第一心轴(2.3)为转动配合，第二小导轮(2.2)与第二心轴(2.4)为转动配合，第一心轴(2.3)与第二心轴(2.4)两端通过螺纹分别与U形角度测量固定架(1.1)的中间上板和底板连接，所述二个小导轮中部均开有U形导绳槽，且位于同一水平位置；所述排绳部件(6)，包括：直线电机底座(6.5)、直线电机滑块(6.4)、连接板(6.3)、第一导轮(6.1)、第二导轮(6.2)；直线电机底座(6.1)两端留有螺孔，通过螺钉垂直安装在铝合金外壳(9)上、下面间，直线电机滑块(6.4)与连接板(6.3)滑动连接，连接板(6.3)上部安装有第一导轮(6.1)和第二导轮(6.2)，第一导轮(6.1)和第二导轮(6.2)配合，第一导轮(6.1)和第二导轮(6.2)通过U形导绳槽形成过绳孔，直线电机滑块(6.4)的上、下极限位置分别对应于卷绳筒(7.2)轴向绕绳的有效极限位置。

2.根据权利要求1所述的一种大张力长系绳收放装置，其特征在于：所述张力预紧部件(3)，包括：第一陶瓷片(3.1)、第二陶瓷片(3.2)、弹簧(3.3)、带螺母心轴(3.4)，带螺母心轴(3.4)与过绳立板(4.1)连接，第一陶瓷片(3.1)、第二陶瓷片(3.2)及弹簧(3.3)依次套在带螺母心轴(3.4)上，通过调解带螺母心轴(3.4)的螺母调节系绳(8)预紧张力；所述绳长测量部件(4)，包括：过绳立板(4.1)、绳长测量导轮(4.2)、轴承座(4.3)、联轴器(4.4)，固定架(4.5)和旋转编码器(4.6)；过绳立板(4.1)垂直安装在铝合金外壳(9)上、下面间，过绳立板(4.1)的板面与铝合金外壳(9)的长边平行，过绳立板(4.1)安装有轴承座(4.3)，绳长测量导轮(4.2)的伸出轴穿过轴承座(4.3)的轴承内圈并插入联轴器(4.4)的一端内孔中，联轴器(4.4)的另一端内孔与旋转编码器(4.6)的伸出轴连接，旋转编码器(4.6)与固定架(4.5)连接，固定架(4.5)安装固定在过绳立板(4.1)上。

3.根据权利要求2所述的一种大张力长系绳收放装置，其特征在于：所述张力测量部件(5)，包括：小张力测量导轮(5.1)、大张力测量导轮(5.2)、辅助导轮(5.3)、小量程张力传感器(5.4)和大量程张力传感器(5.5)；小量程张力传感器(5.4)与大量程张力传感器(5.5)安装在过绳立板(4.1)上，小张力测量导轮(5.1)、大张力测量导轮(5.2)分别与小量程张力传感器(5.4)、大量程张力传感器(5.5)的伸出轴固连，辅助导轮(5.3)安装固定过绳立板(4.1)上，且位于大张力测量导轮(5.2)的右上方。

4.根据权利要求3所述的一种大张力长系绳收放装置，其特征在于：所述系绳卷绕部件(7)，包括：轴承端盖(7.1)、卷绳筒(7.2)、承力套筒(7.3)、电磁刹车(7.4)、光电编码器(7.5)、伺服电机(7.6)、轴承卡簧(7.7)、大轴承(7.8)、减速器(7.9)、平键(7.10)和小轴承(7.11)；在承力套筒(7.3)内，减速器(7.9)尾部与伺服电机(7.6)头部连接，伺服电机(7.6)尾部与承力套筒(7.3)内端面贴合，电磁刹车(7.4)的头部与承力套筒(7.3)外端面连接，电磁刹车(7.4)尾部与光电编码器(7.5)连接，以上零件构成动力模块；将上述动力模块插入卷绳筒(7.2)内部，减速器(7.9)输出轴轴头键槽，通过平键(7.10)与卷绳筒(7.2)固定连接，卷绳筒(7.2)的一端与小轴承(7.11)内圈配合，卷绳筒(7.2)的另一端孔内台阶放置大轴承(7.8)，大轴承(7.8)内圈与承力套筒(7.3)配合，通过卡簧(7.7)实现大轴承(7.8)的轴向固定，承力套筒(7.3)的安装法兰与铝合金外壳(9)底部固定，小轴承(7.11)端部通过轴承端盖(7.1)与铝合金外壳(9)上部固定。