CN112676076A - 一种大跨度可升降的变挠度悬臂抛杆装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大跨度可升降的变挠度悬臂抛杆装置，属于火箭发动机装药制造机器人技术领域；包括移动端升降组模块、悬臂杆、平台底座、固定端升降组模块、末端抛涂装置和壳体；平台底座的上表面设置有导轨；移动端升降组模块和固定端升降组模块均设置在导轨上，实现与导轨的滑动配合；悬臂杆轴向平行设置在导轨的上方；且悬臂杆的轴向头端与移动端升降组模块顶部旋转连接；悬臂杆的轴向尾端与搭接在固定端升降组模块顶部；末端抛涂装置套装在悬臂杆的轴向尾端；壳体为中空柱状结构；壳体同轴设置在悬臂杆的轴向尾端；本发明在具有兼顾涂覆质量和效率能力的同时，能在不同长度，不同直径发动机壳体较小的空间内灵活伸缩，从而解决现有技术中存在的问题。

Description

一种大跨度可升降的变挠度悬臂抛杆装置

技术领域

本发明属于火箭发动机装药制造机器人技术领域，涉及一种大跨度可升降的变挠度悬臂抛杆装置。

背景技术

导弹在大气层内飞行期间，工作环境十分恶劣，发动机要承受高热流密度、高气动热的冲刷。在这样恶劣的热环境中发动机复合材料壳体与内部填充料之间必须进行热防护；与此同时导弹在大气层内高速飞行的过程中，与空气摩擦会产生静电，而发动机推进剂对静电易感，进而在发动机复合材料壳体与内部填充料之间亦必须采取防静电措施。为确保导弹飞行成功，中国航天806所研制一种具有防热、防静电的漆层。现阶段以人工，通过一根头部绑定纤维布料的超长竹竿蘸取胶料，在发动机壳体内壁进行反复涂刷。其涂料具有固含量高、粘度大、轻质低密度、喷涂厚度低的特点。对喷涂的工艺参数、操作参数要求较高，人工手动涂刷控制不到位易导致胶液流挂，流平性差，稳定性差，涂覆质量达不到要求。

国外涂覆装置在军工航空领域应用较多，目前在固体火箭发动机壳体内防热涂层方面也从树脂基防热涂层向橡胶基柔性防热涂层发展，防热结构也从单一涂层向复合防热结构发展，防热涂层的涂覆工艺由传统的手工形式向特种自动涂覆形式发展，但此类特种涂料涂覆未见任何报道。

国内涂装技术发展很快，涂覆装置最早应用于汽车工业，在汽车涂装领域内，目前已有多条汽车生产线和零部件涂装生产线应用了机器人涂覆技术。随着经济的发展，技术的进步，机器人的应用逐渐推广开来，进入家电行业，在二十余家企业的近30条自动涂覆生产线上获得规模应用。在军工产品的涂装方面，该技术也逐渐增多，但对精度较高、粘度较大的特殊防热涂层，国内一般采用手工涂覆的成型工艺，涂覆空间狭小，涂层质量稳定性差，涂装效率低。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种大跨度可升降的变挠度悬臂抛杆装置，在具有兼顾涂覆质量和效率能力的同时，能在不同长度，不同直径发动机壳体较小的空间内灵活伸缩，从而解决现有技术中存在的问题。

本发明解决技术的方案是：

一种大跨度可升降的变挠度悬臂抛杆装置，包括移动端升降组模块、悬臂杆、平台底座、固定端升降组模块、末端抛涂装置和壳体；其中，平台底座水平放置；平台底座的上表面设置有导轨；移动端升降组模块和固定端升降组模块均设置在导轨上，实现与导轨的滑动配合；悬臂杆轴向平行设置在导轨的上方；且悬臂杆的轴向头端与移动端升降组模块顶部旋转连接；悬臂杆的轴向尾端与搭接在固定端升降组模块顶部；末端抛涂装置套装在悬臂杆的轴向尾端；壳体为中空柱状结构；壳体同轴设置在悬臂杆的轴向尾端。

在上述的一种大跨度可升降的变挠度悬臂抛杆装置，所述变挠度悬臂抛杆装置的工作过程为：

将固定端升降组模块固定在导轨上；移动端升降组模块带动悬臂杆的头端沿导轨水平向固定端升降组模块方向移动；悬臂杆在移动端升降组模块的带动下，伸入壳体内部，形成悬臂部分；悬臂杆上的末端抛涂装置深入壳体，实现对壳体内壁的抛涂；移动端升降组模块和固定端升降组模块均沿竖直方向上实现高度调整，随着悬臂杆的悬臂部分变大，通过调整移动端升降组模块和固定端升降组模块的顶部高度，实现保持末端抛涂装置在悬臂杆的轴向尾端始终保持同一工作高度。

在上述的一种大跨度可升降的变挠度悬臂抛杆装置，所述悬臂杆沿轴向分为2段，分别为第一杆和第二杆；其中，第一杆采用钛合金钢管结构，且位于悬臂杆的轴向尾端；第二杆采用碳纤维包覆镁铝合金钢管结构，且第二杆位于悬臂杆的轴向头端；悬臂杆的轴向长度为6m；其中，第一杆和第二杆的轴向长度比例为1：3。

在上述的一种大跨度可升降的变挠度悬臂抛杆装置，所述悬臂杆的杆壁上设置有第一抛涂位和第二抛涂位；第一抛涂位设置在距悬臂杆轴向尾端的1.5m处；第二抛涂位设置在距悬臂杆轴向尾端的5m处。

在上述的一种大跨度可升降的变挠度悬臂抛杆装置，当悬臂杆从伸入壳体至移动至第一抛涂位的过程中，仅需调节固定端升降组模块上升，即可保持末端抛涂装置位于悬臂杆的初始轴向高度；当悬臂杆从第一抛涂位移动至第二抛涂位的过程中，需要调节固定端升降组模块上升的同时，配合调节移动端升降组模块下降，实现保持末端抛涂装置位于悬臂杆的初始轴向高度。

在上述的一种大跨度可升降的变挠度悬臂抛杆装置，所述移动端升降组模块与固定端升降组模块的结构相同，均实现竖直方向的上下调整；固定端升降组模块包括支撑座、固定基座、四组导轨滑块、T型丝杠、丝杠螺母、三面滑块法兰连接件、从动带轮、皮带、主动带轮、行星减速机、伺服电机、3个滚轮和限位部件；支撑座为中空壳体结构；限位部件设置在支撑座的顶部；限位部件的两侧和底部分别安装1个滚轮，实现对悬臂杆的导向限位；固定基座设置在支撑座内部；支撑座内壁两侧各设置有两组导轨滑块；固定基座通过四组导轨滑块实现与支撑座连接；固定基座的中心嵌入T型丝杠；丝杠螺母设置在T型丝杠的轴向底端；三面滑块法兰连接件位于T型丝杠轴向底端的两侧；三面滑块法兰连接件分别固定支撑支撑座的前后背板和丝杠螺母；T型丝杠的轴向底端引出轴连接有从动带轮；从动带轮通过皮带与主动带轮形成带传动；伺服电机的输出轴通过行星减速机与主动带轮连接。

在上述的一种大跨度可升降的变挠度悬臂抛杆装置，所述移动端升降组模块或固定端升降组模块的升降过程为：

通过伺服电机驱动行星减速机带动高扭矩主带轮旋转；通过皮带和从动带轮带动T形丝杠旋转，完成丝杠螺母、三面滑块法兰连接件、支撑座的升降运动。

在上述的一种大跨度可升降的变挠度悬臂抛杆装置，所述T型丝杠两端各设计有两组双列圆锥棍子轴承；双列圆锥棍子轴承限制T型丝杠的轴向位移。

在上述的一种大跨度可升降的变挠度悬臂抛杆装置，所述滚轮采用外层橡胶层，内部金属层结构

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明随着悬臂抛杆进入壳体内部工作，悬臂部分尺寸会逐渐增大，抛杆的悬臂变形量随之变大，此时悬臂抛杆的末端抛涂装置会低于初始工作平面，此时通过相应地调整固定端升降组模块的和移动端升降组模块的支撑高度，可使悬臂抛杆的末端抛涂装置始终保持在初始工作平面的高度，从而完成既定工作任务；

(2)本发明中第一杆采用钛合金钢管结构，第二杆采用碳纤维包覆镁铝合金钢管结构；且第一杆和第二杆的轴向长度比例为1：3，保证装置悬臂挠度变形最小，重量最轻；

(3)本发明中采用外层橡胶层，内部金属层的滚轮4-13来支撑抛涂悬臂杆2。橡胶材质与碳纤维材质接触，会最大程度减小或抵消由负载及悬臂变形对抛涂悬臂碳纤维层的挤压破坏。纤维部件具有可调性，可灵活适用抛涂悬臂。

附图说明

图1为本发明变挠度悬臂抛杆装置整体示意图；

图2为本发明悬臂杆伸入壳体悬臂长度变化示意图；

图3为本发明固定端升降组模块内部结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

为了克服现有的手工超长杆涂覆工艺在涂层质量差和涂覆效率低两方面综合性能的不足，解决涂覆装置本身尺寸与待涂覆发动机壳体尺寸的矛盾，本发明设计一种大跨度可升降的变挠度悬臂抛杆装置，使其在具有兼顾涂覆质量和效率能力的同时，能在不同长度，不同直径发动机壳体较小的空间内灵活伸缩，从而解决现有技术中存在的问题。

大跨度可升降的变挠度悬臂抛杆装置，如图1所示，具体包括移动端升降组模块1、悬臂杆2、平台底座3、固定端升降组模块4、末端抛涂装置5和壳体6；其中，平台底座3水平放置；平台底座3的上表面设置有导轨3-2；移动端升降组模块1和固定端升降组模块4均设置在导轨3-2上，实现与导轨3-2的滑动配合；悬臂杆2轴向平行设置在导轨3-2的上方；且悬臂杆2的轴向头端与移动端升降组模块1顶部旋转连接；悬臂杆2的轴向尾端与搭接在固定端升降组模块4顶部；末端抛涂装置5套装在悬臂杆2的轴向尾端；壳体6为中空柱状结构；壳体6同轴设置在悬臂杆2的轴向尾端。

变挠度悬臂抛杆装置的工作过程为：

将固定端升降组模块4固定在导轨3-2上；移动端升降组模块1带动悬臂杆2的头端沿导轨3-2水平向固定端升降组模块4方向移动；悬臂杆2在移动端升降组模块1的带动下，伸入壳体6内部，形成悬臂部分；悬臂杆2上的末端抛涂装置5深入壳体6，实现对壳体6内壁的抛涂；移动端升降组模块1和固定端升降组模块4均沿竖直方向上实现高度调整，随着悬臂杆2的悬臂部分变大，通过调整移动端升降组模块1和固定端升降组模块4的顶部高度，实现保持末端抛涂装置5在悬臂杆2的轴向尾端始终保持同一工作高度。

悬臂杆2沿轴向分为2段，分别为第一杆和第二杆；其中，第一杆采用钛合金钢管结构，且位于悬臂杆2的轴向尾端；第二杆采用碳纤维包覆镁铝合金钢管结构，且第二杆位于悬臂杆2的轴向头端；悬臂杆2的轴向长度为6m；其中，第一杆和第二杆的轴向长度比例为1：3。保证装置悬臂挠度变形最小，重量最轻。金属层与碳纤维层连接的相邻部位采用螺纹方式连接并由止口轴向定位，径向有紧定螺钉限制其相对转动，可有效保证工具端、金属层与碳纤维层的同轴度以及良好的挠度变形量。

如图2所示，悬臂杆2的杆壁上设置有第一抛涂位21和第二抛涂位22；第一抛涂位21设置在距悬臂杆2轴向尾端的1.5m处；第二抛涂位22设置在距悬臂杆2轴向尾端的5m处。当悬臂杆2从伸入壳体6至移动至第一抛涂位21的过程中，仅需调节固定端升降组模块4上升，即可保持末端抛涂装置5位于悬臂杆2的初始轴向高度；当悬臂杆2从第一抛涂位21移动至第二抛涂位22的过程中，需要调节固定端升降组模块4上升的同时，配合调节移动端升降组模块1下降，实现保持末端抛涂装置5位于悬臂杆2的初始轴向高度。从而完成既定工作任务。

移动端升降组模块1与固定端升降组模块4的结构相同，均实现竖直方向的上下调整。如图3所示，固定端升降组模块4包括支撑座4-1、固定基座4-2、四组导轨滑块4-3、T型丝杠4-4、丝杠螺母4-5、三面滑块法兰连接件4-6、从动带轮4-7、皮带4-8、主动带轮4-9、行星减速机4-10、伺服电机4-11、3个滚轮4-13和限位部件4-14；支撑座4-1为中空壳体结构；限位部件4-14设置在支撑座4-1的顶部；限位部件4-14的两侧和底部分别安装1个滚轮4-13，实现对悬臂杆2的导向限位；防止悬臂运动的位置偏差。

固定基座4-2设置在支撑座4-1内部；支撑座4-1内壁两侧各设置有两组导轨滑块4-3；固定基座4-2通过四组导轨滑块4-3实现与支撑座4-1连接；固定基座4-2的中心嵌入T型丝杠4-4；T形丝杠4-4具有良好的自索性且中心轴承载、内部传递结构较为紧凑易于调整，可防止重载作用下设备滑落。丝杠螺母4-5设置在T型丝杠4-4的轴向底端；三面滑块法兰连接件4-6位于T型丝杠4-4轴向底端的两侧；三面滑块法兰连接件4-6分别固定支撑支撑座4-1的前后背板和丝杠螺母4-5；T型丝杠4-4的轴向底端引出轴连接有从动带轮4-7；从动带轮4-7通过皮带4-8与主动带轮4-9形成带传动；伺服电机4-11的输出轴通过行星减速机4-10与主动带轮4-9连接。

移动端升降组模块1或固定端升降组模块4的升降过程为：

通过伺服电机4-11驱动行星减速机4-10带动高扭矩主带轮4-9旋转；通过皮带4-8和从动带轮4-7带动T形丝杠4-4旋转，完成丝杠螺母4-5、三面滑块法兰连接件4-6、支撑座4-1的升降运动。T形丝杠4-4具有良好的自索性且中心轴承载、内部传递结构较为紧凑易于调整，可防止重载作用下设备滑落。

T型丝杠4-4两端各设计有两组双列圆锥棍子轴承4-12；双列圆锥棍子轴承4-12限制T型丝杠4-4的轴向位移。双列圆锥棍子轴承4-12能承受较大的轴径向力以及悬臂弯矩，提高了大跨度可升降变挠度悬臂抛涂杆装置的结构强度。

采用外层橡胶层，内部金属层的滚轮4-13来支撑抛涂悬臂杆2。橡胶材质与碳纤维材质接触，会最大程度减小或抵消由负载及悬臂变形对抛涂悬臂碳纤维层的挤压破坏。纤维部件具有可调性，可灵活适用抛涂悬臂。

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)

1.一种大跨度可升降的变挠度悬臂抛杆装置，其特征在于：包括移动端升降组模块(1)、悬臂杆(2)、平台底座(3)、固定端升降组模块(4)、末端抛涂装置(5)和壳体(6)；其中，平台底座(3)水平放置；平台底座(3)的上表面设置有导轨(3-2)；移动端升降组模块(1)和固定端升降组模块(4)均设置在导轨(3-2)上，实现与导轨(3-2)的滑动配合；悬臂杆(2)轴向平行设置在导轨(3-2)的上方；且悬臂杆(2)的轴向头端与移动端升降组模块(1)顶部旋转连接；悬臂杆(2)的轴向尾端与搭接在固定端升降组模块(4)顶部；末端抛涂装置(5)套装在悬臂杆(2)的轴向尾端；壳体(6)为中空柱状结构；壳体(6)同轴设置在悬臂杆(2)的轴向尾端。

2.根据权利要求1所述的一种大跨度可升降的变挠度悬臂抛杆装置，其特征在于：所述变挠度悬臂抛杆装置的工作过程为：

将固定端升降组模块(4)固定在导轨(3-2)上；移动端升降组模块(1)带动悬臂杆(2)的头端沿导轨(3-2)水平向固定端升降组模块(4)方向移动；悬臂杆(2)在移动端升降组模块(1)的带动下，伸入壳体(6)内部，形成悬臂部分；悬臂杆(2)上的末端抛涂装置(5)深入壳体(6)，实现对壳体(6)内壁的抛涂；移动端升降组模块(1)和固定端升降组模块(4)均沿竖直方向上实现高度调整，随着悬臂杆(2)的悬臂部分变大，通过调整移动端升降组模块(1)和固定端升降组模块(4)的顶部高度，实现保持末端抛涂装置(5)在悬臂杆(2)的轴向尾端始终保持同一工作高度。

3.根据权利要求2所述的一种大跨度可升降的变挠度悬臂抛杆装置，其特征在于：所述悬臂杆(2)沿轴向分为2段，分别为第一杆和第二杆；其中，第一杆采用钛合金钢管结构，且位于悬臂杆(2)的轴向尾端；第二杆采用碳纤维包覆镁铝合金钢管结构，且第二杆位于悬臂杆(2)的轴向头端；悬臂杆(2)的轴向长度为6m；其中，第一杆和第二杆的轴向长度比例为1：3。

4.根据权利要求3所述的一种大跨度可升降的变挠度悬臂抛杆装置，其特征在于：所述悬臂杆(2)的杆壁上设置有第一抛涂位(21)和第二抛涂位(22)；第一抛涂位(21)设置在距悬臂杆(2)轴向尾端的1.5m处；第二抛涂位(22)设置在距悬臂杆(2)轴向尾端的5m处。

5.根据权利要求4所述的一种大跨度可升降的变挠度悬臂抛杆装置，其特征在于：当悬臂杆(2)从伸入壳体(6)至移动至第一抛涂位(21)的过程中，仅需调节固定端升降组模块(4)上升，即可保持末端抛涂装置(5)位于悬臂杆(2)的初始轴向高度；当悬臂杆(2)从第一抛涂位(21)移动至第二抛涂位(22)的过程中，需要调节固定端升降组模块(4)上升的同时，配合调节移动端升降组模块(1)下降，实现保持末端抛涂装置(5)位于悬臂杆(2)的初始轴向高度。

6.根据权利要求5所述的一种大跨度可升降的变挠度悬臂抛杆装置，其特征在于：所述移动端升降组模块(1)与固定端升降组模块(4)的结构相同，均实现竖直方向的上下调整；固定端升降组模块(4)包括支撑座(4-1)、固定基座(4-2)、四组导轨滑块(4-3)、T型丝杠(4-4)、丝杠螺母(4-5)、三面滑块法兰连接件(4-6)、从动带轮(4-7)、皮带(4-8)、主动带轮(4-9)、行星减速机(4-10)、伺服电机(4-11)、3个滚轮(4-13)和限位部件(4-14)；支撑座(4-1)为中空壳体结构；限位部件(4-14)设置在支撑座(4-1)的顶部；限位部件(4-14)的两侧和底部分别安装1个滚轮(4-13)，实现对悬臂杆(2)的导向限位；固定基座(4-2)设置在支撑座(4-1)内部；支撑座(4-1)内壁两侧各设置有两组导轨滑块(4-3)；固定基座(4-2)通过四组导轨滑块(4-3)实现与支撑座(4-1)连接；固定基座(4-2)的中心嵌入T型丝杠(4-4)；丝杠螺母(4-5)设置在T型丝杠(4-4)的轴向底端；三面滑块法兰连接件(4-6)位于T型丝杠(4-4)轴向底端的两侧；三面滑块法兰连接件(4-6)分别固定支撑支撑座(4-1)的前后背板和丝杠螺母(4-5)；T型丝杠(4-4)的轴向底端引出轴连接有从动带轮(4-7)；从动带轮(4-7)通过皮带(4-8)与主动带轮(4-9)形成带传动；伺服电机(4-11)的输出轴通过行星减速机(4-10)与主动带轮(4-9)连接。

7.根据权利要求6所述的一种大跨度可升降的变挠度悬臂抛杆装置，其特征在于：所述移动端升降组模块(1)或固定端升降组模块(4)的升降过程为：

通过伺服电机(4-11)驱动行星减速机(4-10)带动高扭矩主带轮(4-9)旋转；通过皮带(4-8)和从动带轮(4-7)带动T形丝杠(4-4)旋转，完成丝杠螺母(4-5)、三面滑块法兰连接件(4-6)、支撑座(4-1)的升降运动。

8.根据权利要求7所述的一种大跨度可升降的变挠度悬臂抛杆装置，其特征在于：所述T型丝杠(4-4)两端各设计有两组双列圆锥棍子轴承(4-12)；双列圆锥棍子轴承(4-12)限制T型丝杠(4-4)的轴向位移。

9.根据权利要求8所述的一种大跨度可升降的变挠度悬臂抛杆装置，其特征在于：所述滚轮(4-13)采用外层橡胶层，内部金属层结构。

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