CN112027124B - 一种大承载高间隙气浮支撑装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大承载高间隙气浮支撑装置，包括气囊组件、气足组件、直线轴承组件、配重板、力传感器、转接件和气路切换控制模块，气足组件通过螺纹连接的方式分布在气囊组件的周围，方便气足组件与气囊组件之间的自由切换，直线轴承组件通过螺纹连接固定在气囊组件的上方，便于支撑装置在高度方向上的调节，配重板安装在直线轴承组件的上方。本发明充分利用气囊和气足不同的优势之处，以气囊来适应自流平地面气足无法通过的区域，以气足来保持产品移动或展开过程中的稳定性，形成一套大承载、高间隙、高适应性、低成本的气浮支撑装置。

Description

一种大承载高间隙气浮支撑装置

技术领域

本发明涉及一种大承载高间隙气浮支撑装置，属于零重力模拟技术领域。

背景技术

航天产品发射前，需要在地面模拟失重环境。展开臂是卫星环形天线展开的关键部件，展开臂具备尺寸大、重量大、装配精度要求高，需要在地面模拟在轨零重力展开等特点，因此在研制过程中要进行零重力展开实验。

针对展开臂零重力模拟技术，目前大都是采用气浮支撑法，气浮支撑法是一种利用气体薄膜技术托起并负载的一种重力卸载方式，通过对气足内充入0.6～1Mpa的压缩空气，使气足保持压缩空气并不断喷出，在气足与地面之间形成一层气膜，从而将展开臂托起，“浮”在地面上，但目前的气浮支撑法所使用的气足形成的气膜高度为7～15μm，重载下气膜高度会减小到2～3μm，这对地面平面度要求极高，目前只能在大理石平台上实现相对无摩擦运动，大理石平台虽然运动精度高，但其制作成本大，且必须做到清洁无污染，极大地增加了维护成本。

此外，大理石气浮平台占地面积小，无法适应展开臂等大型机构的零重力展开。因此，现有的气浮支撑装置的气足不仅无法适应大承载，且必须在大理石气浮平台才能移动，成本高，适用范围窄。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，以自流平地面代替大理石气浮平台，提出一种大承载、高间隙、高适应性的气浮支撑装置。

本发明解决技术的方案是：

一种大承载高间隙气浮支撑装置，包括气囊组件、气足组件、直线轴承组件、配重板、力传感器、转接件和气路切换控制模块，

气足组件通过螺纹连接的方式分布在气囊组件的周围，方便气足组件与气囊组件之间的自由切换，直线轴承组件通过螺纹连接固定在气囊组件的上方，便于支撑装置在高度方向上的调节，配重板安装在直线轴承组件的上方，以平衡支撑装置在竖直方向上的振动平衡，力传感器与配重板通过螺纹连接固定在配重板的上端，力传感器用于监测位于转接件上的重力卸载率，转接件通过螺纹连接的方式固定在力传感器的上端面，转接件用来承载重力；气路切换控制模块连接在气囊组件的右侧，用于实现气囊与气足之间气路的切换，气囊、气足上均开有通气孔，通过通气孔形成一层空气薄膜，使气囊、气足均可浮在地面上。

进一步的，气囊组件包括基板和气囊，其中基板呈旋翼结构，中间为圆柱形，圆柱周围均匀分布至少三块矩形旋翼，气囊为橡胶弹性材料，以胶接的方式固定在基板圆盘下方，通过对基板充入压缩空气，使气囊浮在地面上。

进一步的，气足组件数量与矩形旋翼数量一致，气足通过调节球杆与基板上矩形旋翼固定，气足与气囊之间具有一定的高度差h，且气囊高于气足，高度差h可通过调节球杆调节实现。

进一步的，气囊的气膜高度由供气压力和负载情况决定，假设气囊充气负载后的气膜高度为h₁，则高度差h满足的条件必须是0<h<h₁。

进一步的，第一气路为气囊气路，第二气路为气足气路，当打开气足气路，气囊与气足可同时浮于地面；当打开气囊气路时，气囊形成的气膜高度使气足也浮于地面。

进一步的，直线轴承组件包括直线轴承、弹簧和直线导轨，直线轴承固定在基板中间圆柱形面上，直线导轨固定在直线轴承上且穿过配重板，实现竖直导向，弹簧放置在配重板与基板之间，并绕在直线轴承与直线导轨外侧。

进一步的，配重板为镂空结构，可通过加配重的方式平衡气浮支撑装置在竖直方向的振动。

进一步的，气路切换控制模块包括加速度传感器、单片机、放大器和电磁阀，加速度传感器可感应气浮支撑装置在移动过程中加速度的变化，并通过单片机转换成可输出的信号传递给电磁阀，其中放大器可将输入的信号加强并快速反馈给电磁阀。

进一步的，电磁阀为两位三通开关电磁阀，当气足遇到障碍物，无法通过该区域时，电磁阀收到加速度传感器的传输信号，立即关闭第二气路，打开第一气路，使气浮支撑装置顺利平稳的移动。

进一步的，气膜高度可达到10mm以上，以适应自流平地面气足无法通过的区域，气足保持产品移动或展开过程中的稳定性。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明采用了气囊与气足相结合的方式来提高气浮支撑装置的承载能力以及通过性，因气囊是一种橡胶弹性材料，形成的气膜高度能达到10mm以上，完全可以实现在自流平地面上的移动，气足稳定性则优于气囊，充分利用气囊和气足不同的优势之处，以气囊来适应自流平地面气足无法通过的区域，以气足来保持产品移动或展开过程中的稳定性，形成一套大承载、高间隙、高适应性、低成本的气浮支撑装置；

(2)本发明在气囊与气足之间设置有一定的高度差h，由于气囊与气足分属于两个气路，在高度差h满足设定的条件下，才能使得当打开气足气路，气囊与气足可同时浮于地面，而打开气囊气路时，气囊形成的气膜高度使气足也浮于地面，避免了气囊与气足分别工作时，与地面产生接触，引起摩擦力；

(3)本发明采用了气囊与气足可自由切换的模式，气囊与气足的切换通过两位三通电磁阀的感应开关来实现，当气足遇到障碍物无法通过时，加速度传感器传递信号反馈给电磁阀，电磁阀则会打开气囊气路，使装置顺利通过该区域。

附图说明

图1为本发明气浮支撑装置示意图；

图2为本发明气浮支撑装置详细示意图；

图3为本发明气浮支撑装置俯视图；

图4为本发明气囊与气足气路切换原理示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

如图1、2、3所示为本发明气浮支撑装置组件示意图，包括气囊组件1、气足组件2、直线轴承组件3、配重板4、力传感器5、转接件6、气路切换控制模块7。其中，气足组件2通过螺纹连接的方式分布在气囊组件1的周围，直线轴承组件3通过螺纹连接固定在气囊组件1上方，配重板4安装在直线轴承组件3上方，力传感器5与配重板4通过螺纹连接固定在配重板4上端，转接件6通过螺纹连接的方式固定在力传感器5上端面，气路切换控制模块7连接在气囊组件1右侧。

所述气囊组件1包括基板8、气囊9，其中基板8呈旋翼结构，中间为圆柱形，圆柱周围分布了三块矩形旋翼，气囊9是一种橡胶弹性材料，以胶接的方式固定在基板8圆盘下方。通过对基板8充入压缩空气，形成一层空气薄膜，使气囊9浮在地面上。

所述气足组件2包括三个气足10、调节球杆11，这3个气足通过调节球杆11与基板8上三块矩形旋翼固定，气足10与气囊9之间必须有一定的高度差h，且气囊9高于气足10，高度差h可通过调节球杆11来实现。由于气囊9的气膜高度是由供气压力和负载情况决定的，假设气囊9充气负载后的气膜高度为h₁，那么高度差h满足的条件必须是0<h<h₁。当打开气足10气路，气囊9与气足10可同时浮于地面，当打开气囊9气路时，气囊9形成的气膜高度使气足10也浮于地面。

所述直线轴承组件3包括直线轴承12、弹簧13、直线导轨14，直线轴承12固定在基板上8端，直线导轨14固定在直线轴承12上端，且穿过配重板4，弹簧13放置在配重板4与基板8之间，并绕在直线轴承12与直线导轨14外侧。

所述配重板4采用镂空式设计，可通过加配重的方式平衡气浮支撑装置在竖直方向的振动；所述力传感器5具有监测重力卸载率的能力；所述转接件6用来放置展开臂，可根据不同产品的需求改变其结构模样。

如图4所示为气囊9与气足10切换原理示意图，所述气路切换控制模块7包括加速度传感器15、单片机16、放大器17、电磁阀18，气路切换控制模块7用于实现气囊9与气足10之间气路的切换。加速度传感器15可感应气浮支撑装置在移动过程中加速度的变化，并通过单片机16转换成可输出的信号传递给电磁阀18，其中放大器16可将输入的微弱信号加强并快速反馈给电磁阀18，电磁阀18为两位三通开关电磁阀18，当气足10遇到障碍物，无法通过该区域时，电磁阀18收到加速度传感器15的传输信号，立即关闭第一气路，打开第二气路，其中第一气路为气囊9气路，第二气路为气足10气路，使气浮支撑装置顺利平稳的移动。

本发明采用了气囊与气足相结合的方式来提高气浮支撑装置的承载能力以及通过性，因气囊是一种橡胶弹性材料，形成的气膜高度能达到10mm以上，完全可以实现在自流平地面上的移动，气足稳定性则优于气囊，充分利用气囊和气足不同的优势之处，以气囊来适应自流平地面气足无法通过的区域，以气足来保持产品移动或展开过程中的稳定性，形成一套大承载、高间隙、高适应性、低成本的气浮支撑装置。

本发明采用了气囊与气足可自由切换的模式，气囊与气足的切换通过两位三通电磁阀的感应开关来实现，当气足遇到障碍物无法通过时，加速度传感器传递信号反馈给电磁阀，电磁阀则会打开气囊气路，使装置顺利通过该区域。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种大承载高间隙气浮支撑装置，其特征在于，包括气囊组件(1)、气足组件(2)、直线轴承组件(3)、配重板(4)、力传感器(5)、转接件(6)和气路切换控制模块(7)，

气足组件(2)通过螺纹连接的方式分布在气囊组件(1)的周围，方便气足组件(2)与气囊组件(1)之间的自由切换，直线轴承组件(3)通过螺纹连接固定在气囊组件(1)的上方，便于支撑装置在高度方向上的调节，配重板(4)安装在直线轴承组件(3)的上方，以平衡支撑装置在竖直方向上的振动平衡，力传感器(5)与配重板(4)通过螺纹连接固定在配重板(4)的上端，力传感器(5)用于监测位于转接件(6)上的重力卸载率，转接件(6)通过螺纹连接的方式固定在力传感器(5)的上端面，转接件(6)用来承载重力；气路切换控制模块(7)连接在气囊组件(1)的右侧，用于实现气囊(9)与气足(10)之间气路的切换，气囊(9)、气足(10)上均开有通气孔，通过通气孔形成一层空气薄膜，使气囊(9)、气足(10)均可浮在地面上。

2.如权利要求1所述的一种大承载高间隙气浮支撑装置，其特征在于，气囊组件(1)包括基板(8)和气囊(9)，其中基板(8)呈旋翼结构，中间为圆柱形，圆柱周围均匀分布至少三块矩形旋翼，气囊(9)为橡胶弹性材料，以胶接的方式固定在基板(8)圆盘下方，通过对基板(8)充入压缩空气，使气囊(9)浮在地面上。

3.如权利要求2所述的一种大承载高间隙气浮支撑装置，其特征在于，气足组件(2)数量与矩形旋翼数量一致，气足(10)通过调节球杆(11)与基板(8)上矩形旋翼固定，气足(10)与气囊(9)之间具有一定的高度差h，且气囊(9)高于气足(10)，高度差h可通过调节球杆(11)调节实现。

4.如权利要求3所述的一种大承载高间隙气浮支撑装置，其特征在于，气囊(9)的气膜高度由供气压力和负载情况决定，假设气囊(9)充气负载后的气膜高度为h₁，则高度差h满足的条件必须是0<h<h₁。

5.如权利要求4所述的一种大承载高间隙气浮支撑装置，其特征在于，第一气路为气囊(9)气路，第二气路为气足(10)气路，当打开气足(10)气路，气囊(9)与气足(10)可同时浮于地面；当打开气囊(9)气路时，气囊(9)形成的气膜高度使气足(10)也浮于地面。

6.如权利要求2所述的一种大承载高间隙气浮支撑装置，其特征在于，直线轴承组件(3)包括直线轴承(12)、弹簧(13)和直线导轨(14)，直线轴承(12)固定在基板(8)中间圆柱形面上，直线导轨(14)固定在直线轴承(12)上且穿过配重板(4)，实现竖直导向，弹簧(13)放置在配重板(4)与基板(8)之间，并绕在直线轴承(12)与直线导轨(14)外侧。

7.如权利要求1所述的一种大承载高间隙气浮支撑装置，其特征在于，配重板(4)为镂空结构，可通过加配重的方式平衡气浮支撑装置在竖直方向的振动。

8.如权利要求5所述的一种大承载高间隙气浮支撑装置，其特征在于，气路切换控制模块(7)包括加速度传感器(15)、单片机(16)、放大器(17)和电磁阀(18)，加速度传感器(15)可感应气浮支撑装置在移动过程中加速度的变化，并通过单片机(16)转换成可输出的信号传递给电磁阀(18)，其中放大器(17)可将输入的信号加强并快速反馈给电磁阀(18)。

9.如权利要求8所述的一种大承载高间隙气浮支撑装置，其特征在于，电磁阀(18)为两位三通开关电磁阀，当气足(10)遇到障碍物，无法通过该障碍物区域时，电磁阀(18)收到加速度传感器(15)的传输信号，立即关闭第二气路，打开第一气路，使气浮支撑装置顺利平稳的移动。

10.如权利要求1所述的一种大承载高间隙气浮支撑装置，其特征在于，气膜高度可达到10mm以上，以适应自流平地面气足无法通过的区域，气足保持产品移动或展开过程中的稳定性。

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