CN110962047A - 一种适用于固体火箭发动机的柔性自动分解系统 - Google Patents

一种适用于固体火箭发动机的柔性自动分解系统 Download PDF

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沈伟民
白鑫林
杨时敏
陆韡
张瑜
王军义
张延利
陈善新
吴战武
贺云
王勇
赵军
尹胜杰
刘明洋
张英杰
潘红蕾
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Abstract

本发明涉及自动分解系统，具体地说是一种适用于固体火箭发动机的柔性自动分解系统，包括固体火箭发动机、自动翻转机构、自动装夹旋转机构、水切割工具刀、刀具工装、机器人连接法兰及六自由度机器人，其中固体火箭发动机被夹持固定于自动装夹旋转机构上，自动装夹旋转机构固定于自动翻转机构上，水切割工具刀固定于刀具工装上，刀具工装和机器人连接法兰固定，机器人连接法兰与六自由度机器人固定。本发明可适应不同直径固体火箭发动机不同姿态下的自动化分解，具有适用范围广、自动化程度高，分解精度高，结构简单可靠，使用方便，高效安全，便于维护的优点。

Description

一种适用于固体火箭发动机的柔性自动分解系统
技术领域
本发明涉及自动分解系统，具体地说是一种适用于固体火箭发动机的柔性自动分解系统。
背景技术
为了实现固体火箭发动机的自动化高效分解，目前通常采用的是自然焚烧或手动分解方式。自然焚烧会销毁固体火箭发动机，造成无法再次利用固体火箭发动机中有效零部件的后果；手动分解采用人工方式进行拆解，凭借操作人员的经验，分解过程存在安全隐患大、生产效率低等缺点，且无法确保分解后发动机再次利用的有效性。
发明内容
为了解决自然焚烧或手动分解方式分解固体火箭发动机存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种适用于固体火箭发动机的柔性自动分解系统。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明包括自动翻转机构、自动装夹旋转机构、水切割工具刀及六自由度机器人，其中固体火箭发动机被夹持固定于自动装夹旋转机构上，该自动装夹旋转机构连接于所述自动翻转机构的输出端，所述水切割工具刀安装于六自由度机器人的执行端，用于切割固体火箭发动机的待分解位置；
其中：所述自动翻转机构包括翻转轴承座、支撑座、传动轴及动力源A，该翻转轴承座安装在支撑座上，所述传动轴转动安装于翻转轴承座中，一端与固接在翻转轴承座上的动力源A相连，另一端与所述自动装夹旋转机构连接；
所述动力源A包括翻转电机及翻转减速器，该翻转减速器的外壳安装在所述翻转轴承座上，所述翻转减速器的输出端与传动轴的一端连接，输入端与所述翻转电机的输出端相连，该翻转电机的外壳通过翻转电机罩安装在所述翻转减速器的外壳上；
所述传动轴通过轴承与翻转轴承座转动连接，该轴承的外圈与所述翻转轴承座的内壁固定，所述轴承的内圈与传动轴固定；
所述自动装夹旋转机构包括动力源B、轴承座、蜗杆、蜗轮、旋转轴承座及三爪卡盘，该旋转轴承座连接于所述自动翻转机构的输出端，所述轴承座安装在旋转轴承座上，蜗杆与该轴承座转动连接，并与安装在旋转轴承座上的所述动力源B相连；所述蜗轮的蜗轮轴转动安装在旋转轴承座内，该蜗轮与蜗杆相啮合，所述蜗轮轴的一端由旋转轴承座穿出后与三爪卡盘相连；所述动力源B通过蜗轮与蜗杆的啮合传动驱动三爪卡盘夹紧固体火箭发动机；
所述动力源B包括伺服电机及减速器，该减速器的外壳通过减速器座安装在旋转轴承座上，所述减速器的输出端与蜗杆连接，输入端与所述伺服电机的输出端相连，该伺服电机的外壳通过旋转电机罩安装在所述减速器的外壳上；
所述蜗杆通过角接触球轴承与轴承座转动连接，该角接触球轴承的外圈与所述轴承座的内壁固定，所述角接触球轴承的内圈与蜗杆固定；
所述蜗轮轴通过深沟球轴承与旋转轴承座转动连接，蜗轮与该蜗轮轴固定，所述深沟球轴承的外圈与旋转轴承座的内壁固定，该深沟球轴承的内圈与蜗轮轴固定；
所述蜗轮轴及三爪卡盘均为中空结构；
所述蜗杆的上方设有安装在旋转轴承座上的蜗杆罩。
本发明的优点与积极效果为：
1.本发明能实现固体火箭发动机的自动化分解，分解效率高，分解过程无需额外人员参与。
2.本发明能适应一定直径范围(50～100mm)内不同长度的固体火箭发动机的柔性化分解，分解的翻转姿态连续可调。
3.本发明分解精度高，可实现固体火箭发动机不同位置多段分解。
4.本发明结构简单、稳定可靠，易于维护，安全性高。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为图1的左视剖视图；
图3为图2中的A—A处的局部剖视图；
其中：1为固体火箭发动机，2为自动翻转机构，3为自动装夹旋转机构，4为水切割工具刀，5为刀具工装，6为机器人连接法兰，7为六自由度机器人，8为蜗杆罩，9为蜗轮，10为连接转盘,11为旋转轴承座，12为翻转轴承座，13为支撑座，14为传动轴，15为轴承,16为翻转减速器，17为翻转电机，18为翻转电机罩，19为旋转电机罩，20为伺服电机,21为减速器，22为减速器座，23为轴承座，24为角接触轴承，25为蜗杆,26为深沟球轴承，27为蜗轮轴，28为卡盘法兰，29为三爪卡盘。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1所示，本发明包括固体火箭发动机1、自动翻转机构2、自动装夹旋转机构3、水切割工具刀4、刀具工装5、机器人连接法兰6及六自由度机器人7，其中固体火箭发动机1被夹持固定于自动装夹旋转机构3上，该自动装夹旋转机构3连接于自动翻转机构2的输出端，水切割工具刀4固定于刀具工装5上，刀具工装5和机器人连接法兰6固定，机器人连接法兰6与六自由度机器人7的执行端固接，水切割工具刀4用于切割固体火箭发动机1的待分解位置。
如图2所示，自动翻转机构2包括连接转盘10、翻转轴承座12、支撑座13、传动轴14、轴承15及动力源A，该动力源A包括翻转减速器16、翻转电机17及翻转电机罩18；翻转轴承座12固定在支撑座13上，翻转电机17的外壳与翻转电机罩18固定，翻转电机罩18与翻转减速器16的外壳固定，翻转减速器16的外壳与翻转轴承座12固定。传动轴14通过轴承15转动安装于翻转轴承座12中，一端与翻转减速器16的输出端相连，另一端固接有连接转盘10，连接转盘10与自动装夹旋转机构3中旋转轴承座11固定。轴承15的外圈与翻转轴承座12的内壁固定，轴承15的内圈与传动轴14固定。翻转电机17的转子带动翻转减速器16的转子旋转，并通过传动轴14将旋转运动传递至连接转盘10，自动翻转机构2用于驱动固体火箭发动机1和自动装夹旋转机构3作翻转运动。
如图2、图3所示，自动装夹旋转机构3包括动力源B、轴承座23、蜗杆25、蜗轮9、蜗杆罩8、旋转轴承座11、角接触球轴承24、深沟球轴承26、蜗轮轴27、卡盘法兰28及三爪卡盘29，该动力源B包括旋转电机罩19、伺服电机20、减速器21及减速器座22；伺服电机20的外壳与旋转电机罩19固定，旋转电机罩19与减速器21的外壳固定，减速器21的外壳与减速器座22固定，减速器座22与旋转轴承座11固定，轴承座23固接在旋转轴承座11上。蜗杆25通过角接触球轴承24与轴承座23转动连接，该角接触球轴承24的外圈与轴承座23的内壁固定，角接触球轴承24的内圈与蜗杆25固定。在蜗杆25的上方设有固定在旋转轴承座11上的蜗杆罩8。蜗轮9与该蜗轮轴27固定，蜗轮轴27通过深沟球轴承26与旋转轴承座11转动连接，深沟球轴承26的外圈与旋转轴承座11的内壁固定，该深沟球轴承26的内圈与蜗轮轴27固定。蜗轮轴27的一端与卡盘法兰28固定，卡盘法兰28与三爪卡盘29固定；蜗轮轴27和三爪卡盘29均为中空结构。伺服电机20的转子带动减速器21的转子旋转，再通过减速器21的转子带动蜗杆25旋转，蜗杆25与蜗轮9通过轮齿啮合将旋转运动传递至蜗轮9，蜗轮9的旋转运动依次经过蜗轮轴27和卡盘法兰28传递至三爪卡盘29，三爪卡盘29通过三个夹爪将固体火箭发动机1夹紧，从而实现自动装夹旋转机构3驱动固体火箭发动机1旋转。
本发明的六自由度机器人7为市购产品，购置于德国KUKA公司，型号为KR150-2；翻转减速器16及减速器21均为市购产品，购置于德国纽卡特公司，型号为PLN-115；翻转电机17及伺服电机20均为市购产品，购置于德国西门子公司，型号为1FL050-1；三爪卡盘29均为市购产品,购置于常州比优特公司，型号为HQ-250T。
本发明的工作原理为：
自动装夹旋转机构3上的三爪卡盘29将固体火箭发动机1夹紧，翻转电机17的转子旋转，其旋转运动依次通过翻转减速器16和传动轴14传递至连接转盘10和自动装夹旋转机构3，从而使固体火箭发动机1翻转至设定的目标位置。当固体火箭发动机1到达目标位置后，控制翻转电机17停止旋转，以使固体火箭发动机1保持至该位置；控制六自由度机器人7运动，使与六自由度机器人7固定连接的水切割工具刀4靠近固体火箭发动机1，并使水切割工具刀4的水射流刀口与固体火箭发动机1的待分解位置的外圆柱面相切。驱动伺服电机20旋转，其旋转运动依次通过减速器21、蜗杆25、蜗轮9、蜗轮轴27和卡盘法兰28传递至三爪卡盘29，使固体火箭发动机1按照预设的角速度旋转；打开水切割工具刀4开关，使磨料水射流，同时控制六自由度机器人7沿着固体火箭发动机1径向进给，直至固体火箭发动机1待分解位置完全被磨料水射流切穿。当完成固体火箭发动机1该段位置分解后，控制驱动伺服电机20停止旋转，并关闭水切割工具刀4开关，使磨料水射流停止；若固体火箭发动机1有多段待分解位置时，重复上述流程，进行其他待分解位置的分解。当固体火箭发动机1完成所有分解操作后，控制翻转电机17及六自由度机器人7复位，则固体火箭发动机1完成自动化分解。

Claims (10)

1.一种适用于固体火箭发动机的柔性自动分解系统，其特征在于：包括自动翻转机构(2)、自动装夹旋转机构(3)、水切割工具刀(4)及六自由度机器人(7)，其中固体火箭发动机(1)被夹持固定于自动装夹旋转机构(3)上，该自动装夹旋转机构(3)连接于所述自动翻转机构(2)的输出端，所述水切割工具刀(4)安装于六自由度机器人(7)的执行端，用于切割固体火箭发动机(1)的待分解位置。
2.根据权利要求1所述适用于固体火箭发动机的柔性自动分解系统，其特征在于：所述自动翻转机构(2)包括翻转轴承座(12)、支撑座(13)、传动轴(14)及动力源A，该翻转轴承座(12)安装在支撑座(13)上，所述传动轴(14)转动安装于翻转轴承座(12)中，一端与固接在翻转轴承座(12)上的动力源A相连，另一端与所述自动装夹旋转机构(3)连接。
3.根据权利要求2所述适用于固体火箭发动机的柔性自动分解系统，其特征在于：所述动力源A包括翻转电机(17)及翻转减速器(16)，该翻转减速器(16)的外壳安装在所述翻转轴承座(12)上，所述翻转减速器(16)的输出端与传动轴(14)的一端连接，输入端与所述翻转电机(17)的输出端相连，该翻转电机(17)的外壳通过翻转电机罩(18)安装在所述翻转减速器(16)的外壳上。
4.根据权利要求2所述适用于固体火箭发动机的柔性自动分解系统，其特征在于：所述传动轴(14)通过轴承(15)与翻转轴承座(12)转动连接，该轴承(15)的外圈与所述翻转轴承座(12)的内壁固定，所述轴承(15)的内圈与传动轴(14)固定。
5.根据权利要求1所述适用于固体火箭发动机的柔性自动分解系统，其特征在于：所述自动装夹旋转机构(3)包括动力源B、轴承座(23)、蜗杆(25)、蜗轮(9)、旋转轴承座(11)及三爪卡盘(29)，该旋转轴承座(11)连接于所述自动翻转机构(2)的输出端，所述轴承座(23)安装在旋转轴承座(11)上，蜗杆(25)与该轴承座(23)转动连接，并与安装在旋转轴承座(11)上的所述动力源B相连；所述蜗轮(9)的蜗轮轴(27)转动安装在旋转轴承座(11)内，该蜗轮(9)与蜗杆(25)相啮合，所述蜗轮轴(27)的一端由旋转轴承座(11)穿出后与三爪卡盘(29)相连；所述动力源B通过蜗轮(9)与蜗杆(25)的啮合传动驱动三爪卡盘(29)夹紧固体火箭发动机(1)。
6.根据权利要求5所述适用于固体火箭发动机的柔性自动分解系统，其特征在于：所述动力源B包括伺服电机(20)及减速器(21)，该减速器(21)的外壳通过减速器座(22)安装在旋转轴承座(11)上，所述减速器(21)的输出端与蜗杆(25)连接，输入端与所述伺服电机(20)的输出端相连，该伺服电机(20)的外壳通过旋转电机罩(19)安装在所述减速器(21)的外壳上。
7.根据权利要求5所述适用于固体火箭发动机的柔性自动分解系统，其特征在于：所述蜗杆(25)通过角接触球轴承(24)与轴承座(23)转动连接，该角接触球轴承(24)的外圈与所述轴承座(23)的内壁固定，所述角接触球轴承(24)的内圈与蜗杆(25)固定。
8.根据权利要求5所述适用于固体火箭发动机的柔性自动分解系统，其特征在于：所述蜗轮轴(27)通过深沟球轴承(26)与旋转轴承座(11)转动连接，蜗轮(9)与该蜗轮轴(27)固定，所述深沟球轴承(26)的外圈与旋转轴承座(11)的内壁固定，该深沟球轴承(26)的内圈与蜗轮轴(27)固定。
9.根据权利要求5所述适用于固体火箭发动机的柔性自动分解系统，其特征在于：所述蜗轮轴(27)及三爪卡盘(29)均为中空结构。
10.根据权利要求5所述适用于固体火箭发动机的柔性自动分解系统，其特征在于：所述蜗杆(25)的上方设有安装在旋转轴承座(11)上的蜗杆罩(8)。
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