CN112362230B - 一种用于机械式张力计快速校准的装置以及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机械式张力计快速校准的装置以及方法，装置包括连接组件、传感器、待测绳索、槽轨、紧固组件、滑轮组件和砝码；槽轨水平放置，连接组件为L型结构，包括相互垂直的第一侧板和第二侧板，连接组件第一侧板贴合并固定在槽轨的一端，滑轮组件固定在槽轨的另一端，紧固组件底部固定位于槽轨的中间位置，顶部设有方槽；连接组件第二侧板垂直于槽轨，用于固定连接传感器的一端，传感器的另一端固定连接待测绳索，待测绳索穿过紧固组件的方槽，并紧固在紧固组件上，之后，待测绳索通过滑轮组件改变为垂直方向，在待测绳索末端固定连接砝码；安装后待测绳索与紧固组件的方槽的底部和滑轮组件正好相切。

Description

一种用于机械式张力计快速校准的装置以及方法

技术领域

本发明涉及一种用于机械式张力计快速校准的装置，具体涉及一种用于绳索类的联动机构的张力精密检测的装置，属于空间可展开机构精密装配技术领域。

背景技术

联动装置广泛存在于以太阳翼为代表的空间可展开机构，是太阳翼展开机构的重要组成部分，该装置用于实现太阳翼展开的同步性问题，也是太阳翼在轨、地面试验中能否正常展开的关键。

目前用于联动装置的绳索主要有钢丝绳和凯夫拉绳，根据空间环境的不同，适用不同材料的绳索。绳索的两端分别固定在太阳翼铰链的联动轮上，不能自由活动。由于太阳翼展开机构的装配高精度要求，需在装配过程中对绳索的张力严格控制，以满足太阳翼平稳匀速展开的要求。

目前联动装置绳索张力的地面检测通过机械式张力计实施。张力计工作原理简图如图1所示。A、B、C为带“V”形槽的滚轮，其中滚轮C与弹簧相连，C点沿弹簧轴向的位移最终转化为刻度盘的读数，所以，C点位移可以代表钢丝绳张力的大小。

由于各个张力计表头弹簧的弹性系数k无法完全一致，且张力计标定时存在标定误差，各个张力计就同一工况下的读数存在固有差异。由张力计固有差异带来的的装配误差无法消除，因此每次展开试验过程经常出现超调、反复等现象，严重降低了装配效率。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出了一种机械式张力计快速校准的装置，该装置具有实施效率快、操作强度及风险低等特点，较好地满足航天产品及工艺装备的装配需求。

本发明解决技术的方案是：一种机械式张力计快速校准装置，该装置包括连接组件、传感器、待测绳索、槽轨、紧固组件、滑轮组件和砝码；

槽轨水平放置，连接组件为L型结构，包括相互垂直的第一侧板和第二侧板，连接组件第一侧板贴合并固定在槽轨的一端，滑轮组件固定在槽轨的另一端，紧固组件底部固定位于槽轨的中间位置，顶部设有方槽；

连接组件第二侧板垂直于槽轨，用于固定连接传感器的一端，传感器的另一端固定连接待测绳索，待测绳索穿过紧固组件的方槽，并紧固在紧固组件上，之后，待测绳索通过滑轮组件改变为垂直方向，在待测绳索末端固定连接砝码；

安装后待测绳索与紧固组件的方槽的底部和滑轮组件正好相切。

所述槽轨中间位置按长度方向均布N个机械接口，与连接组件底部接口机械匹配，用于根据需要调节连接组件的位置，N大于等于1。

所述连接组件的采用铝或钢制成。

所述紧固组件包含盖板、托绳块、紧固螺栓和托板，其中：

盖板为圆柱型薄块，在圆心位置开螺纹孔安装一字头螺钉，托绳块为阶梯型圆块结构，在顶面开有方槽，用于导向待测绳索，盖板上的螺纹孔对准该方槽，盖板与托绳块通过螺钉安装在一起，同时托绳块底面圆心位置开圆柱形槽，圆柱形槽外侧设有外螺纹，托板为中心带有一通孔的托盘结构，托盘结构的内侧设有与托绳块圆柱形槽外侧外螺纹相匹配的内螺纹，用于将托板与托绳块结合在一起，紧固螺栓的头部贴合在托绳块圆柱形槽内，紧固螺栓的螺杆穿过托板，之后螺接至槽轨的螺母上；使用时，待测绳索从托绳块上的方槽穿过，一字头螺钉穿过盖板上的螺纹孔，压紧方槽内的待测绳索，实现待测绳索的紧固；调节紧固螺栓，使方槽的下表面与待测绳索正好相切，此时拧紧一字头螺钉，使待测绳索右端部处于固定状态，模拟绳索上星状态。

所述滑轮组件包含滑轮架、滑轮轴、滑轮槽、第一轴套、第二轴套、深沟球轴承、第一滑轮挡圈和第二滑轮挡圈；

滑轮架包含第一侧板、第二侧板和底板，底板用于将滑轮架安装在槽轨上,第一侧板、第二侧板相互平行，第一侧板、第二侧板相对的位置开有通孔，滑轮轴穿过第一侧板、第二侧板的通孔后通过第二侧板外侧的螺母固定，滑轮轴为T型轴，头部开一字槽，中部与深沟球轴承内圈过盈配合连接，第一轴套和第二轴套为圆心位置开通孔的圆柱体，分别位于深沟球轴承两侧，用于将深沟球轴承限位在滑轮轴中部；滑轮槽圆心位置开通孔，用于与深沟球轴承外圈过盈配合连接，外圆为V型结构的圆柱块，V型结构用于定位待测绳索，第一滑轮挡圈、第二滑轮挡圈为圆心位置开通孔的圆片结构，第一滑轮挡圈、第二滑轮挡圈分别位于滑轮槽两侧，且两者的内边缘均搭在深沟球轴承外圈边缘，将滑轮槽夹在两者之间，第一滑轮挡圈圆周方向开通孔、第二滑轮挡圈圆周方向开螺纹孔，两者配合内六角螺钉与滑轮槽固定安装在一起。

所述滑轮槽V型结构表面喷涂二硫化钼喷剂。

所述砝码的重量在待测绳索使用过程中所要承载力范围内取值。

所述传感器为S型拉压传感器。

本发明的另一个技术解决方案是：一种机械式张力计快速校准方法，该方法包括如下步骤：

S1、将待测绳索前悬挂一定重量的物体，以去除绳索蠕变；

S2、将待测绳索的一端通过连接件与传感器固定连接，另一端从紧固组件托绳块上的方槽穿过，之后，通过滑轮组件连接砝码；

S3、调节紧固组件的高度和位置，使得紧固组件方槽的下表面与待测绳索正好相切，待测绳索与传感器连接点到与紧固组件的紧固点的距离等于待标定长度，此时，固定紧固组件的位置，并拧紧紧固组件上端中间的一字头螺钉，使待待测绳索处于固定状态；

S4、用待测张力计测量已紧固的绳索，读取传感器张力读数和张力计读数；

S5、变更砝码的重量，重复执行步骤S3～S5，记录不同砝码对应的传感器张力读数和张力计读数；

S6、假定张力计的标定公式为Y＝AX+B，其中，A为比例系数、B为常数、X为张力计读数，Y为标定后的张力，将步骤S5中得到的不同砝码对应的传感器张力作为标定后的张力值，采用线性拟合的方法求解比例系数A和常数B，从而确定张力计的标定公式Y＝AX+B；

S7、采用步骤S7确定的张力计的标定公式Y＝AX+B，校准测量得到的张力计测量值。

所述砝码的重量按照固定间隔在待标定绳索使用过程中所要承载力范围内取值。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)、本发明的槽轨具备拼接延长的功能，同时槽轨中间位置按长度方向均布若干与连接组件螺接的螺纹孔，可以根据需要调节连接组件的位置，满足各平台太阳翼绳索上星长度各异的需求，同时使用精度为0.2％的高精度拉压传感器，可以实现张力的精确测量，张力控制精度提升5倍。

(2)、本发明紧固组件通过调节螺钉调节上下高度，用于保证绳索在进行固定时，不引入由于锁紧而引起的张力变化。绳索从紧固组件托绳块上的方槽穿过，调节螺柱，使方槽下表面与钢丝绳正好相切，此时拧紧紧固螺栓，并拧紧盖板中间的螺钉，使绳索右端部处于固定状态，模拟绳索上星状态。

(3)、本发明滑轮组件具备上下调整高度的功能。同时，滑轮组件配合砝码可以为不同的需求提供相应的张力加载。绳索尾部砝码更换简便，现场实用性强，张力标定效率提升50％以上。

附图说明

图1为本发明实施例张力计工作原理简图

图2为本发明实施例装置的结构示意图；

图3(a)为本发明实施例紧固组件的结构示意图；

图3(b)为本发明实施例紧固组件的剖面结构示意图；

图4(a)为本发明实施例滑轮组件的结构示意图。

图4(b)为本发明实施例滑轮组件的剖面结构示意图。

图5为本发明实施例托绳块的结构示意图。

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2所示，本发明提供了一种机械式张力计快速校准装置，该装置包括连接组件1、传感器2、待测绳索3、槽轨4、紧固组件5、滑轮组件6和砝码7。

槽轨4水平放置，连接组件1为L型结构，包括相互垂直的第一侧板和第二侧板，连接组件1第一侧板贴合并固定在槽轨4的一端，滑轮组件6固定在槽轨1的另一端，紧固组件5底部固定位于槽轨4的中间位置，顶部设有方槽；

连接组件1第二侧板垂直于槽轨4，用于固定连接传感器2的一端，传感器2的另一端固定连接待测绳索3，待测绳索3穿过紧固组件5的方槽，并紧固在紧固组件5上，之后，待测绳索3通过滑轮组件6改变为垂直方向，在待测绳索3末端固定连接砝码7；

安装后待测绳索3与紧固组件5的方槽的底部和滑轮组件6正好相切。

所述槽轨4中间位置按长度方向均布N个机械接口，与连接组件1底部接口机械匹配，用于根据需要调节连接组件1的位置，N大于等于1。优选地，所述连接组件1的采用铝或钢制成。

本发明某一具体实施例中，连接组件1为一个L型铝块，L型铝块水第一侧板平面中间开Φ10.2圆孔，可以用M10螺钉将连接组件1安装至槽轨4的底面。L型铝块第二侧板中间上开通孔，并在L型铝块第二侧板外用420胶接M8螺母一个；M8螺母可以安装传感器2，传感器另一段连接待测绳索3。槽轨(4)为U型槽铝，在U型底面的中间位置每隔50mm均布开Φ10.2圆孔，在Φ10.2孔靠近槽轨内侧位置分别用420胶安装M10螺母一个，使得螺钉可以从槽铝外侧位置穿过Φ10.2孔后安装在胶接螺母上；槽轨4具备拼接延长的功能，可以根据需要调节连接组件1的位置。

如图3(a)和图3(b)、图5所示，所述紧固组件5包含盖板8、托绳块9、紧固螺栓10和托板11，其中：

盖板8为圆柱型薄块，在圆心位置开螺纹孔安装一字头螺钉，托绳块9为阶梯型圆块结构，在顶面开有方槽，用于导向待测绳索3，盖板8上的螺纹孔对准该方槽，盖板8与托绳块9通过螺钉安装在一起，同时托绳块9底面圆心位置开圆柱形槽，圆柱形槽外侧设有外螺纹，托板11为中心带有一通孔的托盘结构，托盘结构的内侧设有与托绳块9圆柱形槽外侧外螺纹相匹配的内螺纹，用于将托板11与托绳块9结合在一起，紧固螺栓10的头部贴合在托绳块9圆柱形槽内，紧固螺栓10的螺杆穿过托板11，之后螺接至槽轨4的螺母上；使用时，待测绳索3从托绳块9上的方槽穿过，一字头螺钉穿过盖板8上的螺纹孔，压紧方槽内的待测绳索3，实现待测绳索3的紧固；调节紧固螺栓10，使方槽的下表面与待测绳索3正好相切，此时拧紧一字头螺钉，使待测绳索3右端部处于固定状态，模拟绳索上星状态。

本发明某一具体实施例中，方槽深0.4mm，宽2.2mm

如图4(a)和图4(b)所示，所述滑轮组件6包含滑轮架12、滑轮轴13、滑轮槽14、第一轴套15-1、第二轴套15-2、深沟球轴承、第一滑轮挡圈16和第二滑轮挡圈17；

滑轮架12包含第一侧板、第二侧板和底板，底板通过内六角螺钉螺接槽轨(4)的螺母的方式将滑轮架12安装在槽轨4上，第一侧板、第二侧板相互平行，第一侧板、第二侧板相对的位置开有通孔，滑轮轴13穿过第一侧板、第二侧板的通孔后通过第二侧板外侧的螺母固定，滑轮轴13为T型轴，头部开一字槽，中部与深沟球轴承内圈过盈配合连接，第一轴套15-1和第二轴套15-2为圆心位置开通孔的圆柱体，分别位于深沟球轴承两侧，用于将深沟球轴承限位在滑轮轴13中部；滑轮槽14圆心位置开通孔，用于与深沟球轴承外圈过盈配合连接，外圆为V型结构的圆柱块，V型结构用于定位待测绳索3，通孔第一滑轮挡圈16、第二滑轮挡圈17为圆心位置开通孔的圆片结构，第一滑轮挡圈16、第二滑轮挡圈17分别位于滑轮槽14两侧，且两者的内边缘均搭在深沟球轴承外圈边缘，将滑轮槽14夹在两者之间，第一滑轮挡圈16圆周方向开通孔、第二滑轮挡圈17圆周方向开螺纹孔，两者配合内六角螺钉与滑轮槽14固定安装在一起。

优选地，滑轮槽V型结构表面喷涂二硫化钼喷剂。

优选地，所述砝码的重量在待测绳索使用过程中所要承载力范围内取值。

优选地，所述传感器为S型拉压传感器。

基于上述装置本发明还提供了一种机械式张力计快速校准方法，该方法包括如下步骤：

S1、将待测绳索悬挂一定重量的物体，以去除绳索蠕变；一般情况下将待测绳索悬挂重物持续24小时以上即可。

S2、将待测绳索的一端通过连接件与传感器固定连接，另一端从紧固组件托绳块上的方槽穿过，之后，通过滑轮组件连接砝码；

S3、调节紧固组件的高度和位置，使得紧固组件方槽的下表面与待测绳索正好相切，待测绳索与传感器连接点到与紧固组件的紧固点的距离等于待标定长度即：传感器右端到紧固组件中间固定点之间的距离与待测绳索长度相等，此时，固定紧固组件的位置，并拧紧紧固组件上端中间的一字头螺钉，使待待测绳索处于固定状态，之后，待测绳索通过滑轮组件，连接砝码。

S4、用待测张力计测量已紧固的绳索，读取传感器张力读数和张力计读数；

S5、变更砝码的重量，重复执行步骤S3～S5，记录不同砝码对应的传感器张力读数和张力计读数；

S6、假定张力计的标定公式为Y＝AX+B，其中，A为比例系数、B为常数、X为张力计读数，Y为标定后的张力，将步骤S5中得到的不同砝码对应的传感器张力作为标定后的张力值，采用线性拟合的方法求解比例系数A和常数B，从而确定张力计的标定公式Y＝AX+B；

S7、采用步骤S7确定的张力计的标定公式Y＝AX+B，校准测量得到的张力计测量值。

所述砝码的重量按照固定间隔在待标定绳索使用过程中所要承载力范围内取值。根据使用工况，砝码包括5N,10N,20N标准砝码若干，可以为不同的需求提供相应的张力加载。本发明某一具体实施例中，待标定绳索使用过程中所要承载力范围为40N～100N，该实施例中，步骤S5中分别测试砝码为40N、50N、60N、70N、80N、90N、100N时对应的传感器张力和张力计读数。

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 (9)

1.一种机械式张力计快速校准装置，其特征在于包括连接组件(1)、传感器(2)、待测绳索(3)、槽轨(4)、紧固组件(5)、滑轮组件(6)和砝码(7)；

槽轨(4)水平放置，连接组件(1)为L型结构，包括相互垂直的第一侧板和第二侧板，连接组件(1)第一侧板贴合并固定在槽轨(4)的一端，滑轮组件(6)固定在槽轨(4)的另一端，紧固组件(5)底部固定位于槽轨(4)的中间位置，顶部设有方槽；

连接组件(1)第二侧板垂直于槽轨(4)，用于固定连接传感器(2)的一端，传感器(2)的另一端固定连接待测绳索(3)，待测绳索(3)穿过紧固组件(5)的方槽，并紧固在紧固组件(5)上，之后，待测绳索(3)通过滑轮组件(6)改变为垂直方向，在待测绳索(3)末端固定连接砝码(7)；

安装后待测绳索(3)与紧固组件(5)的方槽的底部和滑轮组件(6)正好相切；

所述紧固组件(5)包含盖板(8)、托绳块(9)、紧固螺栓(10)和托板(11)，其中：

盖板(8)为圆柱型薄块，在圆心位置开螺纹孔安装一字头螺钉，托绳块(9)为阶梯型圆块结构，在顶面开有方槽，用于导向待测绳索(3)，盖板(8)上的螺纹孔对准该方槽，盖板(8)与托绳块(9)通过螺钉安装在一起，同时托绳块(9)底面圆心位置开圆柱形槽，圆柱形槽外侧设有外螺纹，托板(11)为中心带有一通孔的托盘结构，托盘结构的内侧设有与托绳块(9)圆柱形槽外侧外螺纹相匹配的内螺纹，用于将托板(11)与托绳块(9)结合在一起，紧固螺栓(10)的头部贴合在托绳块(9)圆柱形槽内，紧固螺栓(10)的螺杆穿过托板(11)，之后螺接至槽轨(4)的螺母上；使用时，待测绳索(3)从托绳块(9)上的方槽穿过，一字头螺钉穿过盖板(8)上的螺纹孔，压紧方槽内的待测绳索(3)，实现待测绳索(3)的紧固；调节紧固螺栓(10)，使方槽的下表面与待测绳索(3)正好相切，此时拧紧一字头螺钉，使待测绳索(3)右端部处于固定状态，模拟绳索上星状态。

2.根据权利要求1所述的一种机械式张力计快速校准装置，其特征在于所述槽轨(4)中间位置按长度方向均布N个机械接口，与连接组件(1)底部接口机械匹配，用于根据需要调节连接组件(1)的位置，N大于等于1。

3.根据权利要求1所述的一种机械式张力计快速校准装置，其特征在于所述连接组件(1)的采用铝或钢制成。

4.根据权利要求1所述的一种机械式张力计快速校准装置，其特征在于所述滑轮组件(6)包含滑轮架(12)、滑轮轴(13)、滑轮槽(14)、第一轴套(15-1)、第二轴套(15-2)、深沟球轴承、第一滑轮挡圈(16)和第二滑轮挡圈(17)；

滑轮架(12)包含第一侧板、第二侧板和底板，底板用于将滑轮架(12)安装在槽轨(4)上,第一侧板、第二侧板相互平行，第一侧板、第二侧板相对的位置开有通孔，滑轮轴(13)穿过第一侧板、第二侧板的通孔后通过第二侧板外侧的螺母固定，滑轮轴(13)为T型轴，头部开一字槽，中部与深沟球轴承内圈过盈配合连接，第一轴套(15-1)和第二轴套(15-2)为圆心位置开通孔的圆柱体，分别位于深沟球轴承两侧，用于将深沟球轴承限位在滑轮轴(13)中部；滑轮槽(14)圆心位置开通孔，用于与深沟球轴承外圈过盈配合连接，外圆为V型结构的圆柱块，V型结构用于定位待测绳索(3)，第一滑轮挡圈(16)、第二滑轮挡圈(17)为圆心位置开通孔的圆片结构，第一滑轮挡圈(16)、第二滑轮挡圈(17)分别位于滑轮槽(14)两侧，且两者的内边缘均搭在深沟球轴承外圈边缘，将滑轮槽(14)夹在两者之间，第一滑轮挡圈(16)圆周方向开通孔、第二滑轮挡圈(17)圆周方向开螺纹孔，两者配合内六角螺钉与滑轮槽(14)固定安装在一起。

5.根据权利要求4所述的一种机械式张力计快速校准装置，其特征在于所述滑轮槽V型结构表面喷涂二硫化钼喷剂。

6.根据权利要求1所述的一种机械式张力计快速校准装置，其特征在于所述砝码的重量在待测绳索使用过程中所要承载力范围内取值。

7.根据权利要求1所述的一种机械式张力计快速校准装置，其特征在于所述传感器为S型拉压传感器。

8.基于权利要求1所述装置的一种机械式张力计快速校准方法，其特征在于包括如下步骤：

S1、将待测绳索前悬挂一定重量的物体，以去除绳索蠕变；

S2、将待测绳索的一端通过连接件与传感器固定连接，另一端从紧固组件托绳块上的方槽穿过，之后，通过滑轮组件连接砝码；

S3、调节紧固组件的高度和位置，使得紧固组件方槽的下表面与待测绳索正好相切，待测绳索与传感器连接点到与紧固组件的紧固点的距离等于待标定长度，此时，固定紧固组件的位置，并拧紧紧固组件上端中间的一字头螺钉，使待待测绳索处于固定状态；

S4、用待测张力计测量已紧固的绳索，读取传感器张力读数和张力计读数；

S5、变更砝码的重量，重复执行步骤S3～S5，记录不同砝码对应的传感器张力读数和张力计读数；

S6、假定张力计的标定公式为Y＝AX+B，其中，A为比例系数、B为常数、X为张力计读数，Y为标定后的张力，将步骤(S5)中得到的不同砝码对应的传感器张力作为标定后的张力值，采用线性拟合的方法求解比例系数A和常数B，从而确定张力计的标定公式Y＝AX+B；

S7、采用步骤S7确定的张力计的标定公式Y＝AX+B，校准测量得到的张力计测量值。

9.根据权利要求8所述的一种机械式张力计快速校准方法，其特征在于所述砝码的重量按照固定间隔在待标定绳索使用过程中所要承载力范围内取值。

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