CN110577150A - 适用于航天器内大型舱内设备装配的悬吊装配系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于航天器大型设备装配的多角度调节悬吊装配系统，包括舱外平台，舱内平台，末端防倾覆装置，气动升降系统，末端调姿机构等。将大型设备放置在舱外平台上方，通过导轨移动与末端调姿机构连接，通过末端调姿机构上水平方向两个自由度的丝杠螺母可移动机构，进行大型设备安装过程水平两个方向调节；通过气动升降系统实现设备高度方向的任意悬停；通过舱内平台在水平两个方向设置的移动导轨和钢丝绳索装置实现设备位置调节；在舱内移动平台上连接末端防倾覆装置，防止吊装设备重量过大造成倾覆的风险。本发明减少了人力劳动，通过多自由度调节机构，实现设备水平度和位置的精确调节，保证大型设备安装精度和位置调节的可靠性。

Description

适用于航天器内大型舱内设备装配的悬吊装配系统

技术领域

本发明属于载人航天总装技术领域，具体来说,本发明涉及一种适用于航天器大型舱内设备的装配系统，可以便捷的调节设备安装姿态，实现不同结构形式的设备安装。

背景技术

在现有的技术中，大型设备均采用吊装的方式进行安装，但是对于载人航天空间站，舱内存在大量大型设备安装，存在尺寸约为：1800mm×1000mm×800mm(长×宽×高)；设备重量200～500kg的10余台设备。由于自身重量或者安装位置的特殊性，无法通过人力进行安装，操作难度较大。

而目前，航天器的大重量产品可采用吊装的方式实现大重量产品的装配，但是在舱内，大重量设备产品装配通常采用“吊挂式”吊装的装配方案，目前使用的悬吊机构，全部操作均通过人员进行操作，移动的3个自由度通过轮式轨道实现，无法精确定位，并只能靠人力进行推动，使用不便捷，移动方向和可靠性较差。各个位置角度调节，全靠操作人员经验及相互配合实施，无法做到量化可控。吊装的各个角度，无法精确测量，不能保证整体安装的可靠性；装配过程中容易晃动，并容易与其他部件发生碰撞，安全性较差。

由于总体装配是航天产品功能和性能得意得以实现的最终阶段同样也是关键环节，是影响航天器研制质量和服役性能的重要因素，航天产品总装技术和装配水平直接影响到了航天产品研制的质量、效率，甚至于产品的成败。为了更好的解决现有技术无法解决的技术难题，提高航天器的装配质量，研制一种新型大型设备安装手段迫在眉睫。

发明内容

基于此，本发明提供了一种适用于航天器大型舱内设备装配的多角度调节的悬吊装配系统，该装置通过舱内搭建多角度调节调节的悬吊装配系统实现载人航天器大型设备的总装，本发明具有模块化、集成化和机动灵活、高可靠性等特点，提高航天器的总装质量和效率，保证总装实施过程的安全性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

适用于航天器大型设备装配的多角度调节的悬吊装配系统，包括舱内导轨，舱外平台，舱外平台导轨，舱外移动平台，末端防倾覆负载，气动升降控制系统，气动升降框架，移动小车，横向移动导轨，起吊钢丝绳，末端调姿机构，其中，舱外平台上固定连接舱外平台导轨，舱外平台导轨上方设置了舱外移动平台，移动平台下方安装了滑块，滑块在舱外平台导轨上方移动，实现了整体的位置移动，大型设备就是舱外采用吊装的方式将设备放置在舱外移动平台上方，然后通过舱外移动平台移动到舱内悬吊下方，然后与舱内悬吊装置进行连接；在舱内上方安装了舱内导轨，舱内导轨通过转接板与舱体内部进行固定连接，转接板上安装了导轨，导轨上通过滑块连接了可沿着舱体移动的平台，同时在平台上设置了横向移动导轨，移动小车就是通过滑块与横向移动导轨进行连接；舱内导轨延伸到舱外与舱外平台进行固定连接，保证整体结构的稳定性，确保后续500kg大型设备安装的可靠性；

气动升降框架安装在移动小车上；气动升降框架后面设置了气动升降控制系统柜，保证舱内竖直高度调节的实施性和安全性；同时在气动升降框架上连接了末端防倾覆负载，防止吊装设置重量过大造成倾覆的风险，同时在末端防倾覆负载设置了水平方向两个自由度的丝杠螺母的可移动机构，可以适应大型设备安装过程水平两个方向调节，造成整个系统重心不稳产生的风险；

末端调姿机构，通过起吊钢丝绳与气动升降框架内升降模块连接；连接过程采用了滑轮安装在气动升降框架上，实现升降高度的转移；末端调姿机构包括安装框架，纵向移动导轨，横向移动导轨；安装框架与待安装的大型设备进行固定连接，安装框架上安装了倾角传感器，实时监测安装框架的水平度，根据检测的水平度，启动安装框架上的纵向移动导轨，横向移动导轨进行整体吊点的调整，调整到吊点与重心完全重合后就可以实现设备水平度的调节。

舱外平台是大型航天产品摆放，用于后续与舱内悬吊系统连接，同时舱外平台还提供人员进出舱体的通道；并摆放了舱外电控机柜及控制设备；

本发明采用气动装置可以实现高度方向任意位置悬停，通过滑块和导轨实现任意方向的水平位置精确定位，通过丝杠螺母增加电动驱动，保证水平自由度通过电动设备进行调节，减少人力劳动，通过倾角传感器监测设备的水平度，依据重心调节原理通过水平驱动的两个电机，实现设备水平度的调节，保证大型设备的安装精度，和位置调节的可靠性。

附图说明

图1是本发明的多角度调节的悬吊装配系统二维示意图；

图2是本发明的多角度调节的悬吊装配系统中的末端调姿机构二维示意图；

其中：1-舱内导轨，2-舱外平台，3-舱外平台导轨，4-舱外移动平台，5-末端防倾覆负载，6-气动升降控制系统，7-气动升降框架，8-移动小车，9-横向移动导轨，10-起吊钢丝绳，11-末端调姿机构，12-产品安装框架，13-纵向移动导轨，14-横向移动导轨。

具体实施方式

以下参照附图对本发明适用于航天器大型舱内设备装配的多角度调节的悬吊装配系统进行描述，但该描述仅仅示例性的，并不旨在对本发明的保护范围进行任何限制。

参见图1，图1显示了本发明的多角度调节的悬吊装配系统二维示意图。其中，本发明的适用于航天器大型舱内设备装配的多自由度装配系统，包括舱内导轨1，舱外平台2，舱外平台导轨3，舱外移动平台4，末端防倾覆负载5，气动升降控制系统6，气动升降框架7，移动小车8，横向移动导轨9，起吊钢丝绳10，末端调姿机构11(内部包含产品安装框架12，纵向移动导轨13，横向移动导轨14)。

舱外平台2为舱外产品提供停放平台，直接放置在地面，其下方设置有脚轮和螺旋升降机构，可以通过脚轮进行位置移动，移动到指定位置后可采用螺旋升降机构进行锁死。舱外平台2整体采用铝型材方式搭建而成，上表面采用铺设铝板，保证上表面的刚度和平面度；舱外平台2摆放了舱外电控机柜及控制设备；

舱外平台导轨3是采用螺接的方式在舱外平台上安装的两根导轨，提供舱外移动平台可以移动的接口；其后续与舱外移动平台进行连接，实现整体平台方向水平移动；舱外平台导轨上可以通过安装限位夹块与舱外平台2固定连接，实现对舱外移动平台4的限位；

舱外移动平台4下方安装了4个滑块，4个滑块与舱外平台导轨3进行连接，采用人员手动操作就可以实现为舱外移动平台4沿着舱外平台导轨3进行水平移动。；大型设备就是舱外采用吊装的方式将设备放置在舱外移动平台4上方，然后通过舱外移动平台4移动到舱内末端调姿机构11下方，与舱内内末端调姿机构11进行连接。

舱内导轨1通过转接板与舱体内部结构环节采用螺纹进行连接，在舱内整体进行安装，根据舱内环境形式，采用不同长度导轨进行拼接，并伸出舱外，与舱外平台2进行固定连接，保证整个系统在舱内沿轴线方向移动。

转接板上安装了2条导轨，导轨上通过滑块连接了可以沿着舱体轴向移动的平台，在平台上螺纹连接3了横向移动导轨9，移动小车8上方安装了6个滑块；通过滑块与横向移动导轨9进行连接。可以通过安装限位夹块与舱内导轨1上的转接板固定连接，实现移动小车8的限位；

末端调姿机构，通过起吊钢丝绳与气动升降控制系统连接；连接过程采用了滑轮安装在气动升降框架上，实现升降高度的转移；末端调姿机构包含：安装框架，纵向移动导轨，横向移动导轨；安装框架与待安装的大型设备进行固定连接，安装框架上安装了倾角传感器，实时监测安装框架的水平度，根据检测的水平度，启动安装框架上的纵向移动导轨，横向移动导轨进行整体吊点的调整，调整到吊点与重心完全重合后就可以实现设备水平度的调节。

末端防倾覆负载5，气动升降控制系统6，气动升降框架7，移动小车8，横向移动导轨9，纵向起吊钢丝绳10整体构成了气动集成升降系统，实现产品可以在任意高度悬停；

末端防倾覆负载5固定连接于气动升降框架7上。其位置处于末端，防止设备过重导致偏心；同时在末端防倾覆负载设置了水平方向两个自由度的丝杠螺母的可移动机构，可以适应大型设备安装过程水平两个方向调节，造成整个系统重心不稳产生的风险

气动升降控制系统6固定连接于舱外平台2上面，整体采用PLC系统进行控制，可以实现气动集成系统在竖直方向的垂直升降；

气动升降框架7，为整个气动升降系统6提供升降支撑框架，采用螺纹连接固定在移动小车8上，内部装有气动升降模块，气动升降模块在内部可以实现任意位置悬停，在人员操作下就可以便捷升降；气动升降框架7内部的气动升降模块上方连接有钢丝绳，钢丝绳铺设在移动小车8上，后续通过移动小车8上方的滑轮组件实现与末端调姿机构进行连接，从而通过气动升降模块在气动升降框架7内部的升降实现整体末端调姿机构的上行运动；

横向移动导轨9安装在舱内导轨里面，横向移动导轨9在舱内导轨内部采用3面轮型移动机构，在舱内导轨内部可以平稳自由移动，根据移动位置可以在舱内导轨上安装限位装置，保证横向移动导轨9移动到指定位置后，可以实现位置锁定；

移动小车8在横向移动导轨内部采用3面轮型移动机构，在横向移动导轨9内部可以平稳自由移动；根据移动位置可以在横向移动导轨9上安装限位装置，保证移动小车8移动到指定位置后，可以实现位置锁定；移动小车8上方设置了钢丝绳固定轨道，同时在上面设置了定滑轮组件，实现钢丝绳的缠绕和承载方向的变化；

起吊钢丝绳10固定连接在前端的气动升降框架7内部的气动升降模块，然后通过移动小车上的第一个定滑轮将竖直方向转换成水平方向，然后通过第二个定滑轮实现水平方向转换成竖直方向，末端与末端调姿机构进行连接，通过气动升降模块的升降实现了末端调姿机构11的升降；其中，刚性调节导轨机构，实现产品位置的精确调整可以保证设备末端移动分辨率优于1mm。钢丝绳调节结构采用柔性调节手段，可以实现角度调节优于0.05°。

末端调姿机构11主要包含产品安装框架12，纵向移动导轨13，横向移动导轨14；

产品安装框架12，纵向移动框架与产品进行固定连接，在产品安装框架12四个角安装有倾角传感器，通过倾角传感器可以测量各个整体的偏心情况；

纵向移动导轨13，根据产品安装框架12上倾角传感器测量结果，采用电机进行驱动实现轴向方向的偏心调节，保证轴向方向产品上表面水平；

横向移动导轨14，根据产品安装框架12上倾角传感器测量结果，采用电机进行驱动实现横向方向的偏心调节，保证横向方向产品上表面水平；

最终通过纵向移动导轨13和横向移动导轨14结合运动，实现了整个系统的偏心调节。

针对密封舱内航天产品安装具有被安装设备质量重、尺寸大等特点研制了一种适用于航天器大型设备装配的多角度调节的悬吊装配系统，根据航天器总装产品的舱内装配情况，对该系统具体实施过程进行说明。

1)组装舱外平台2，将舱外平台导轨3安装在外平台2上，安装过程中需要注意保证移动轨道连接的位置不存在大于1mm的缝隙，各个连接环节可靠，导轨与舱外平台平行度不大于0.01°，然后将舱外移动平台4安装到舱外平台导轨3上，形成了舱外平台组合体，将舱外平台组合体整体移动到舱外指定位置，并摇下螺旋升降机构，将整个舱外平台进行固定；

2)舱内导轨组合体装配，在舱内将到安装舱内导轨1，导轨通过螺纹与舱内结构进行连接；然后在导轨上安装可以沿舱体轴向移动的平台，平台通过滑块与舱内导轨1连接，实现舱体轴向移动；然后在平台上安装横向移动导轨9；在安装移动小车，形成舱内移动组合移动平台；，舱内导轨1通过立柱与舱外平台进行固定连接，形成舱内导轨整体，铺设过程注意防止磕碰舱体，铺设完成后检查各个连接环节可靠固定；

3)组合好气动升降框架，内部设置有气动升降模块；固定连接气动升降控制系统6，然后固定连接末端防倾覆负载，最后在气动框架上连接好起吊钢丝绳10；

4)将组合好的气动升降机构固定连接与移动小车8上，并将起吊钢丝绳10穿过固定在移动小车8上的定滑轮，并自然垂下；

5)组合末端调姿机构11，末端调姿机构包含：安装框架12，纵向移动导轨13，横向移动导轨14；先将纵向移动导轨13固定连接安装框架12上，然后将横向移动导轨14固定安装在移动导轨13上；安装框架与待安装的大型设备进行固定连接，安装框架上安装了倾角传感器；

6)将组合好的末端调姿机构11与吊钢丝绳10进行连接；

7)然后检查确认气动集成升降系统内部的末端防倾覆负载5，气动升降控制系统6，气动升降框架7，移动小车8，横向移动导轨9，纵向起吊钢丝绳10整体均已连接到位，各个连接环节可靠，无松动现象，，连接完成后，检查确认气动升降环节，整体上方横向移动环节，总线移动环节均移动便捷，通畅；

8)将待安装的设备吊装只舱外平台2上的舱外移动平台3上面，通过舱外移动平台3将设备移动到末端调姿机构11下方；

9)末端调姿机构与舱内产品进行固定连接；检查各个连接环节可靠，螺纹连接需要均匀拧紧，根据产品螺纹连接的结构需要采用不同的测力，保证连接精度，例如：M4螺纹测力2.5Nm，M5螺纹测力5Nm；

10)采用气动升降框架内部的气动升降模块，将产品起吊，离开舱外平台上的移动平台；起吊过程缓慢，时刻监控产品状态；

11)采用电动驱动通过舱内导轨1实现产品在舱体轴线方向的移动，将产品沿舱体轴线移动到指定安装位置，并采用限位装置进行锁定；

12)采用电动驱动通过移动小车8实现产品在横向移动导轨9上的横向移动，待横向移动到指定位置后，采用限位装置进行锁定；

13)通过末端调姿机构框架12上安装的倾角传感器，控制末端调姿机构上方的纵向移动导轨13和横向移动导轨14，调整整体产品水平；保证后续安装过程顺利；

14)通过气动升降框架内部的气动升降模块将产品进行升降，带动钢丝绳绕着移动小车上方的定滑轮组件进行移动，从而实现产品的最终升降高度调节，

15)根据设备安装状态，分别驱动水平移动的两根导轨，气动升降装置，实现设备的精确位置调节，最终实现了产品的精确定位安装。

Claims (3)

1.适用于航天器大型设备装配的多角度调节的悬吊装配系统，包括舱内导轨，舱外平台，舱外平台导轨，舱外移动平台，末端防倾覆负载，气动升降控制系统，气动升降框架，移动小车，横向移动导轨，起吊钢丝绳，末端调姿机构，其中，舱外平台上固定连接舱外平台导轨，舱外平台导轨上方设置了舱外移动平台，移动平台下方安装了滑块，滑块在舱外平台导轨上方移动，实现了整体的位置移动，大型设备通过舱外采用吊装方式放置在舱外移动平台上方，然后通过舱外移动平台移动到舱内悬吊下方，然后与舱内悬吊装置进行连接；在舱内上方安装了舱内导轨，舱内导轨通过转接板与舱体内部进行固定连接，转接板上安装了导轨，导轨上通过滑块连接了可沿着舱体移动的平台，同时在平台上设置了横向移动导轨，移动小车通过滑块与横向移动导轨进行连接；舱内导轨延伸到舱外与舱外平台进行固定连接，保证整体结构的稳定性；

气动升降框架安装在移动小车上；气动升降框架后面设置了气动升降控制系统柜，保证舱内竖直高度调节；同时在气动升降框架上连接了末端防倾覆负载，防止吊装设置重量过大造成倾覆的风险，同时在末端防倾覆负载设置了水平方向两个自由度的丝杠螺母的可移动机构，适应大型设备安装过程水平两个方向调节；

末端调姿机构，通过起吊钢丝绳与气动升降框架内升降模块连接；连接过程采用了滑轮安装在气动升降框架上，实现升降高度的转移；末端调姿机构包括安装框架，纵向移动导轨，横向移动导轨；安装框架与待安装的大型设备进行固定连接，安装框架上安装了倾角传感器，实时监测安装框架的水平度，根据检测的水平度，启动安装框架上的纵向移动导轨，横向移动导轨进行整体吊点的调整，调整到吊点与重心完全重合后就可以实现设备水平度的调节。

2.如权利要求1所述的悬吊装配系统，其中，舱外平台用于大型航天产品摆放，后续与舱内悬吊系统连接，同时舱外平台还提供人员进出舱体的通道。

3.如权利要求1所述的悬吊装配系统，其中，舱外平台设置了舱外电控机柜及控制设备。