CN113295047B - 驱动分布式的重型运载火箭垂直转运系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种驱动分布式的重型运载火箭垂直转运系统，包括：集成有平台台体、脐带塔和行走机构的发射平台；两列并排设置的驱动控制车，均包括底盘、驾驶室和方舱；驱动机构，包括安装在其中一个方舱中的整流器和制动单元以及安装在发射平台且与电机连接的逆变器；驱动控制机构；发电机组；对接装置。通过本发明方案，转场过程中，驱动控制车与发射平台一次对接，提高转运流程效率；转场后，驱动控制机构可随驱动控制车返回技术厂房，减少发射平台集成难度，并避免受到发射环境的影响，提高产品使用寿命。

Description

驱动分布式的重型运载火箭垂直转运系统

技术领域

本发明涉及火箭发射技术领域，尤其涉及一种驱动分布式的重型运载火箭垂直转运系统。

背景技术

在运载火箭垂直转运技术领域，美国土星五运载火箭采用履带车驮运发射平台的技术方案，该技术方案存在以下问题：一、履带车运输系统组成复杂，影响系统可靠性，从而影响转运可靠性；二、履带车将发射平台驮运到发射区定位精度控制难度大，定位精度低，从而影响运载火箭发射定位误差；三、履带车整体驮运发射平台，转运阶段履带车与发射平台组成了双层承载结构，整体优化设计不足，增加了转运系统的成本。我国CZ-2F运载火箭采用驱动分布式垂直转运技术，但该技术方案存在如下不足：一、驱动控制车为公路运输车，在转场过程中，当发射平台位于技术厂房内时，驱动控制车与发射平台前方对接，当发射平台行驶出技术厂房后，需要断开与发射平台的连接，行驶到发射平台后方，重新进行对接，转场过程中的两次对接操作增加了转运过程中岗位人员的操作。二、驱动控制车为整车冗余设计，若转场过程中系统出现故障则停止后进行整车更换，再进行转场任务，这样将增加转场时间，影响任务流程。我国CZ-5运载火箭采用驱动集成式垂直转运技术，但该技术方案存在如下不足：一、驱动控制系统与活动发射平台集成一体，在完成火箭转场任务后需要继续停留在发射区，承受火箭起飞阶段严酷的振动、噪声环境，增加了驱动控制系统的减振隔噪设备，并影响驱动控制系统使用寿命；二、驱动控制系统集成于活动发射平台内部，占用了活动发射平台内部使用空间，减少了其他必须停留在发射区设备的布局空间，影响其操作空间及维修空间。

发明内容

本发明公开一种驱动分布式的重型运载火箭垂直转运系统，用于解决现有技术中，驱动控制系统使用寿命较低且其维修空间较狭窄的问题。

为了解决上述问题，本发明采用下述技术方案：

提供一种种驱动分布式的重型运载火箭垂直转运系统，包括：

发射平台，所述发射平台包括平台台体、设置在所述平台台体上方的脐带塔、设置在所述平台台体下方的行走机构和设置在所述平台台体中且驱动所述行走机构的电机，所述行走机构为平衡梁轮轨式行走结构；

驱动控制车，所述驱动控制车设有两列，两列所述驱动控制车并排设置在所述平台台体的一端，均包括实现承载及行走功能的底盘、设置在所述底盘上且设有火车驱动设备的驾驶室和设置在所述底盘上的方舱，其中，转场过程中，所述发射平台运行过程中对所述驱动控制车拖动运行，转场结束后，所述驱动控制车与所述发射平台分离，自行返回至技术区；

驱动机构，所述驱动机构实现对所述电机的供电驱动，包括安装在其中一个所述方舱中的整流器和制动单元以及安装在所述平台台体内部且与所述电机连接的逆变器；

驱动控制机构，所述驱动控制机构实现对所述电机的速度控制，与所述驱动机构安装在同一个所述方舱中；

发电机组，所述发电机组为所述行走机构、所述驱动机构、所述驱动控制机构和所述火车驱动设备供电；

对接装置，所述对接装置连接所述平台台体和所述驱动控制车，实现所述平台台体和所述驱动控制车的机械连接且实现所述整流器与所述逆变器之间以及所述行走机构与所述驱动控制机构之间的电连接。

可选的，所述驱动控制机构采用闭环矢量控制模式。

可选的，所述驱动控制机构包括分别设置在所述方舱中的工控机、平板电脑、PLC控制模块组、编码器、磁感应限位传感器和激光测距传感器。

可选的，所述平板电脑在所述工控机故障时，控制所述行走机构行走。

可选的，所述发电机组设有2组，2组所述发电机组分别安装在不同的所述方舱内，实现冗余备份功能。

可选的，所述方舱包括经隔板分割为靠近所述驾驶室的第一舱体和远离所述驾驶室的第二舱体，其中所述发电机组设置在所述第一舱体，所述整流器和所述制动单元设置在所述第二舱体，且所述第二舱体中还设有配电柜，所述驱动控制机构设置在所述第一舱体和所述第二舱体的外部。

可选的，所述配电柜固定在所述隔板上，所述整流器和所述制动单元固定在与所述隔板相邻的一侧舱壁上。

可选的，所述整流器和所述制动单元朝向远离所述隔板的方向依次排布。

可选的，所述隔板和所述驾驶室在所述发电机组的两侧均设有出入口。

可选的，所述整流器和所述逆变器之间通过强电电缆连接，所述行走机构和所述驱动控制单元之间通过弱电电缆连接。

本发明采用的技术方案能够达到以下有益效果：

实现重型运载火箭从技术区到发射区之间的垂直转运需求；实现发射平台在发射区的精确定位；驱动控制机构完成转运功能后随驱动控制车返回技术厂房，减少发射环境对其影响，提高使用寿命；驱动控制机构的维修空间和操作空间较大，便于维修；转场过程中，驱动控制车与发射平台仅需一次对接，节省时间；驱动控制车与发射平台的机械、电缆连接可通过自动对接机构实现，减少转场时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明公开的重型运载火箭垂直转运系统的主视图；

图2为本发明公开的重型运载火箭垂直转运系统的俯视图；

图3为本发明公开的驱动控制车的主视图；

图4为本发明公开的驱动控制车的俯视图；

图5为本发明公开的发射平台的转运流程图。

其中，附图1-5中具体包括下述附图标记：

发射平台-1；驱动控制车-2；驱动机构-3；驱动控制机构-4；发电机组-5；对接装置-6；配电柜-7；平台台体-11；脐带塔-12；箭体-13；行走机构-14；底盘-21；驾驶室-22；方舱-23；火车驱动设备-24；第一舱体-231；第二舱体-232；整流器-31；制动单元-32；逆变器-33。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的重型运载火箭垂直转运系统为驱动分布式结构，重型运载火箭的重量可高达2000吨。如图1-图4所示，该重型运载火箭垂直转运系统包括发射平台1、驱动控制车2、驱动机构3、驱动控制机构4、发电机组5和对接装置6。该重型运载火箭垂直转运系统通过驱动控制车2和平衡梁轮轨式行走机构14实现重型运载火箭的垂直转运。在转场过程中，驱动控制车2与发射平台1一次对接，提高转运流程效率，转场后，驱动控制机构4可随驱动控制车2返回技术厂房，减少发射平台1集成难度，并避免受到发射环境的影响，提高产品使用寿命。

为实现上述目的，重型运载火箭垂直转运系统的各部件可以以多种方式设置，以下以具体的实施例为例，详细介绍各部件的构造。

发射平台1包括平台台体11和分别集成在平台台体11的脐带塔12、行走机构14及电机。脐带塔12、箭体13依次安装在平台台体11的上方。行走机构14安装在平台台体11的下方，实现转运阶段平台台体11的承载及行走功能。行走机构14共设有4组，为平衡梁轮轨式行走机构14，通过各级平衡梁及车轮实现平台台体11及箭体13的承载，通过电机驱动车轮的转动实现平台台体11在轨道上的行走。电机安装在行走机构14内部。

驱动控制车2设有两列，两列驱动控制车2分别通过对接装置6与平台台体11刚性连接且并排间隔设置在平台台体11的一端。转场过程中，驱动控制车2挂空挡，通过发射平台1牵引行走。转场结构后，驱动控制车2与平台台体11分离，自行返回至技术区。两列驱动控制车2的构造相同，均包括底盘21、驾驶室22和方舱23。底盘21实现驱动控制车2的承载及行走功能。驾驶室22内布置火车驱动设备24，即火车所用的驱动设备，并为驾驶员提供操作空间。方舱23为驱动机构3、驱动控制机构4和发电机组5提供安装、检修及操作空间。

驱动机构3、驱动控制机构4设有一组，集成在其中一个驱动控制车2的方舱23中。驱动机构3实现对电机的供电驱动，主要组成部件为整流器31、逆变器33和制动单元32，其中整流器31和制动单元32安装于驱动控制车2的方舱23内，逆变器33安装于平台台体11内部且靠近电机。整流器31将发电机组5输出的三相交流电整流为高压直流电。逆变器33将高压直流电变成电机运行所需的交流电。逆变器33检测电机转子磁极位置和电流、电压等信息，通过矢量控制使电机按指定的转矩或转速运行。所有逆变器33通过通讯总线与上位机连接，接收上位机指令并反馈电机运行状态。制动单元32与逆变器33的高压直流母线、制动电阻相连。当出现电制动导致高压直流母线电压升高时，制动单元32启动制动电阻放电功能，将制动产生的电能转换成制动电阻的热能释放出去，使高压直流母线电压维持在合理范围内。

驱动控制机构4实现对电机的速度控制，采用闭环矢量控制模式，实现发射平台1速度控制、精确定位的要求。驱动控制机构4的主要组成包括工控机、PAD(portableandroid device，平板电脑)、PLC控制模块组、编码器、磁感应限位传感器和激光测距传感器，其中，各部件的连接关系与通常的相同，PLC控制模块组内设置控制软件。

工控机作为主操作界面，实现操作人员操作。各PAD具备显示功能，可通过发射平台1自身携带无线通讯连接至驱动控制机构4通讯网络，以在发射平台1周围随时观察驱动控制机构4运行状态。每个PAD设置浏览账户和超级账户，当工控机出现故障时可登陆超级账户，此时PAD作为工控机的备机临时控制活动发射平台1继续行走。PLC控制模块组实现电机速度的控制。编码器实现电机转速的检测。磁感应限位传感器实现发射平台1运行位置的检测。激光测距传感器实现发射平台1在发射区定位位置的检测。

发电机组5输出三相交流电，为发射平台1转场提供供电保障。发电机组5共2台，分别安装于2列驱动控制车2的舱体内，实现冗余备份功能。

对接装置6实现发射平台1与驱动控制车2之间的机械、电缆的连接。机械连接可实现发射平台1运行过程中对驱动控制车2的拖动运行。电缆包括强电电缆、通讯电缆。强电电缆连接整流器31、逆变器33，实现对行走机构14电机的供电。弱电电缆将行走机构14传感器数据反馈到驱动控制系统。

另外，两个方舱23均包括经隔板分割为靠近驾驶室22的第一舱体231和远离驾驶室22的第二舱体232，其中一个方舱23的第一舱体231中设有发电机组5，第二舱体232中设有整流器31、制动单元32和配电柜7，另外一个方舱23的第一舱体231中设有发电机组5，第二舱体232中设有配电柜7。驱动控制机构4固定在第一舱体231和第二舱体232外。配电柜7固定在隔板上，整流器31和制动单元32固定在与隔板相邻的一侧舱壁上。整流器31和制动单元32和朝向远离隔板的方向依次排布。且隔板和驾驶室22在发电机组5的两侧均设有出入口。如此设置，结构简单、紧凑，布局合理，便于维修、操作。

如图5所示，驱动系统分布式发射平台1的使用流程如下：

a)垂直转运前，驱动控制车2进入技术厂房，与发射平台1进行连接，进行电缆连接状态检查、系统匹配检查、带载测试等；其中，驱动控制车2与发射平台1的对接包括机械对接、电缆对接，可通过对接装置6实现自动化连接，减少人员操作；

b)垂直转运过程中，发射平台1牵引驱动控制车2前行，驱动控制车2为发射平台1提供行走动力、速度控制；

c)到达发射工位后，控制控制车与发射平台1分离返回技术厂房；

d)发射后驱动控制车2与发射平台1相连接，随发射平台1返回技术厂房。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种驱动分布式的重型运载火箭垂直转运系统，其特征在于，包括：

发射平台，所述发射平台包括平台台体、设置在所述平台台体上方的脐带塔、设置在所述平台台体下方的行走机构和设置在所述平台台体中且驱动所述行走机构的电机，所述行走机构为平衡梁轮轨式行走结构；

驱动控制车，所述驱动控制车设有两列，两列所述驱动控制车并排设置在所述平台台体的一端，均包括实现承载及行走功能的底盘、设置在所述底盘上且设有火车驱动设备的驾驶室和设置在所述底盘上的方舱，其中，转场过程中，所述发射平台运行过程中对所述驱动控制车拖动运行，转场结束后，所述驱动控制车与所述发射平台分离，自行返回至技术区；

驱动机构，所述驱动机构实现对所述电机的供电驱动，包括安装在其中一个所述方舱中的整流器和制动单元以及安装在所述平台台体内部且与所述电机连接的逆变器；

驱动控制机构，所述驱动控制机构实现对所述电机的速度控制，与所述驱动机构安装在同一个所述方舱中；

发电机组，所述发电机组为所述行走机构、所述驱动机构、所述驱动控制机构和所述火车驱动设备供电；

对接装置，所述对接装置连接所述平台台体和所述驱动控制车，实现所述平台台体和所述驱动控制车的机械连接且实现所述整流器与所述逆变器之间以及所述行走机构与所述驱动控制机构之间的电连接，

其中，所述发电机组设有2组，2组所述发电机组分别安装在不同的所述方舱内，实现冗余备份功能，

所述方舱包括经隔板分割为靠近所述驾驶室的第一舱体和远离所述驾驶室的第二舱体，其中所述发电机组设置在所述第一舱体，所述整流器和所述制动单元设置在所述第二舱体，且所述第二舱体中还设有配电柜，所述驱动控制机构设置在所述第一舱体和所述第二舱体的外部，

所述配电柜固定在所述隔板上，所述整流器和所述制动单元固定在与所述隔板相邻的一侧舱壁上，

所述整流器和所述制动单元朝向远离所述隔板的方向依次排布。

2.根据权利要求1所述的驱动分布式的重型运载火箭垂直转运系统，其特征在于，所述驱动控制机构采用闭环矢量控制模式。

3.根据权利要求2所述的驱动分布式的重型运载火箭垂直转运系统，其特征在于，所述驱动控制机构包括分别设置在所述方舱中的工控机、平板电脑、PLC控制模块组、编码器、磁感应限位传感器和激光测距传感器。

4.根据权利要求3所述的驱动分布式的重型运载火箭垂直转运系统，其特征在于，所述平板电脑在所述工控机故障时，控制所述行走机构行走。

5.根据权利要求1所述的驱动分布式的重型运载火箭垂直转运系统，其特征在于，所述隔板和所述驾驶室在所述发电机组的两侧均设有出入口。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的驱动分布式的重型运载火箭垂直转运系统，其特征在于，所述整流器和所述逆变器之间通过强电电缆连接，所述行走机构和所述驱动控制机构之间通过弱电电缆连接。

Images