CN116922264A - 一种航天发电机维保打磨调节工装及调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种航天发电机维保打磨调节工装，包括：工作台；底座，可转动地设置于工作台的上表面中心处；打磨机器人，设置于工作台的上表面，并位于底座的一侧；夹持单元，设置于底座上方，用于夹持航天发电机外壳体；所述夹持单元包括至少八个夹爪组件，且各个夹爪组件沿所述底座环形阵列设置；所述夹爪组件包括：气缸，固定设置于底座的上端面；气缸动作杆，自气缸外壳的前端伸出；夹爪连接杆，可伸缩地设置于气缸动作杆的前端；夹爪，设置于夹爪连接杆的前端；其中，气缸动作杆与夹爪连接杆之间设置有磁流变过载保护装置，通过调节磁流变过载保护装置的弹性系数，能够实现对航天发电机外壳加持力的调节。

Description

一种航天发电机维保打磨调节工装及调节方法

技术领域

本发明涉及航天发电机维保领域，尤其涉及一种航天发电机维保打磨调节工装及调节方法。

背景技术

航天发电机作为高温高速发电机，是航天领域的核心关键基础配套产品，其供电品质和供电能力直接影响飞行器的性能，起着至关重要作用。发电机转速高、功率密度大、体积小、外壳体薄。航天发电机在工作过程中，容易受到超大加速度和撞击等影响，航天发电机外壳体常常出现凹陷、变形和破损等损坏的情况。

在航天发电机维修过程中，对损坏的发电机外壳进行焊接或者涂装后的局部打磨是航天发电机维修的重要一环，但是现阶段的航天发电机打磨工装还不具有夹持力调节功能，在对航天发电机维修夹持及打磨过程中，易将外壳体夹持变形。

发明内容

本发明为克服上述情况不足，旨在提供一种航天发电机维保打磨调节工装，能够实现航天发电机在夹持状态下和打磨状态下的夹持力调节，使得夹持力处于外壳体能承受的夹持力最佳值。

一方面，本发明提供一种航天发电机维保打磨调节工装，包括：

工作台；

底座，可转动地设置于工作台的上表面中心处；

打磨机器人，设置于工作台的上表面，并位于底座的一侧；

夹持单元，设置于底座上方，用于夹持航天发电机外壳体；所述夹持单元包括至少八个夹爪组件，且各个夹爪组件沿所述底座环形阵列设置；

所述夹爪组件包括：

气缸，固定设置于底座的上端面；

气缸动作杆，自气缸外壳的前端伸出；

夹爪连接杆，可伸缩地设置于气缸动作杆的前端；

夹爪，设置于夹爪连接杆的前端；

其中，气缸动作杆与夹爪连接杆之间设置有磁流变过载保护装置，通过调节磁流变过载保护装置的弹性系数，能够实现对航天发电机外壳加持力的调节。

进一步的，所述夹爪连接杆的前端固定设置有固定板，一对夹爪的后端和固定板两端均为开孔设置，孔内设置内螺纹，开孔直径和螺栓相适配，通过上下两个固定板和螺栓将夹爪固定于夹爪连接杆的前端。

进一步的，所述气缸动作杆的前端开设有容置槽，且容置槽的内径与夹爪连接杆的外径相匹配。

进一步的，所述容置槽的前端中心位置处设置有连接凸台，所述夹爪连接杆与气缸动作杆相对的一端开设有安装槽，且安装槽的内径与连接凸台的外径相匹配；

夹爪连接杆的安装槽外周形成管状部；

其中，管状部的一部分位于连接凸台与气缸动作杆内壁之间形成的空间内，且管状部的端面与容置槽的底面间隙配合；磁流变过载保护装置安装于安装槽内，且其一端固定连接安装槽的底面，另一端固定连接连接凸台的上端面。

进一步的，所述磁流变过载保护装置包括筒体、槽型线圈架、磁流变体、线圈、滑动板、压阻式压力传感器以及支撑件；所述筒体的前端为开口设置，其内部固定设置有两个槽型线圈架，槽型线圈架之间设置磁流变体，槽型线圈架凹槽处设置线圈，所述筒体的前端开口处内侧设置所述滑动板，其与筒体的内表面滑动配置；滑动板左端面固定连接支撑件，滑动板左端面与支撑件之间设置压阻式压力传感器；所述支撑件固定设置于安装槽的底面，筒体固定设置于连接凸台的上端面。

进一步的，某型号航天发电机外壳体夹持状态时：

式中，K为外壳体夹持状态时的磁流变体的目标弹性系数，N/m；K₀为未通电时磁流变体的弹性系数，N/m；μ为磁导率；N为线圈的圈数；I为线圈中电流强度，A；S为磁流变体的横截面面积，m²；l为磁流变体的长度，m。

进一步的，某型号航天发电机外壳体处于打磨状态时，磁流变体的弹性系数以及线圈的电流应为：

式中，K₁为打磨状态时某个夹爪组件中的磁流变体的目标弹性系数，N/m；H为打磨头和夹持点的垂直高度差，m；h为夹持点和工作台面的垂直距离，m；P₀为未打磨前的夹持状态下夹爪组件的夹持力，N；F_d为打磨头对于航天发电机外壳体的压力，N；θ为打磨头对于航天发电机外壳体的压力方向和某个夹爪组件夹持力方向的夹角，度；E₀为未通电时磁流变体的弹性模量，单位为MPa；

I₁为打磨状态时某个夹爪组件中的线圈的调节值，A。

另一方面，本发明还提供一种航天发电机维保打磨调节方法，用于如权利要求1～7任意一项所述的航天发电机维保打磨调节工装，包括如下步骤：

S1、确定某型号航天发电机外壳体所承受夹持力的最佳值，并根据该最佳值设定压阻式压力传感器的报警值；

S2、通过试验确定外壳体所承受夹持力的最佳值对应的磁流变体的弹性系数的目标值K，进而确定线圈所需要的通电量；

其中，

式中，K为外壳体夹持状态时的磁流变体的目标弹性系数，N/m；K₀为未通电时磁流变体的弹性系数，N/m；μ为磁导率；N为线圈的圈数；I为线圈中电流强度，A；S为磁流变体的横截面面积，m²；l为磁流变体的长度，m；

S3、航天发电机维保打磨调节工装工作时，控制系统控制线圈通电，且控制各个夹爪组件伸长，使得航天发电机外壳体处于夹持状态；

S4、若夹持过程中夹持力超过最佳值时，压阻式压力传感器捕捉到这一信号并引发警报，减小线圈的电流，并重新返回S2；

若压阻式压力传感器未引发警报，则进行下一步；

S5、航天发电机外壳体夹持完毕，启动打磨机器人对于壳体需要打磨的位置进行打磨，此时控制系统根据打磨点以及打磨点受到的压力值来调节各个夹爪组件的线圈的电流，以使航天发电机外壳体处于最佳夹持力的受力状态。

进一步的，某型号航天发电机外壳体处于打磨状态时，磁流变体的弹性系数以及线圈的电流应为：

式中，K₁为打磨状态时某个夹爪组件中的磁流变体的目标弹性系数，N/m；H为打磨头和夹持点的垂直高度差，m；h为夹持点和工作台面的垂直距离，m；P₀为未打磨前的夹持状态下夹爪组件的夹持力，N；F_d为打磨头对于航天发电机外壳体的压力，N；θ为打磨头对于航天发电机外壳体的压力方向和某个夹爪组件夹持力方向的夹角，度；E₀为未通电时磁流变体的弹性模量，单位为MPa；I₁为打磨状态时某个夹爪组件中的线圈的调节值，A。

本发明的有益效果是：

(一)当航天发电机的壳体处于夹持还未打磨状态时，前期试验阶段，在保证航天发电机外壳不被夹持变形的情况下，确定具体某一型号的航天发电机外壳受到夹持力的最佳值，以使发电机外壳既处于稳固夹持的状态，又不会被夹持变形。

(二)打磨时，打磨机器人的打磨头给航天发电机外壳体某个位置一个作用力，夹持单元中各个夹爪组件对于外壳体的夹持力均会随之产生变化，以避免外壳体在打磨过程中被夹持变形或损坏。

(三)对于打磨状态，提供了一种磁流变过载保护装置的弹性系数和线圈电流计算方法，对于不同型号的航天发电机外壳体，不同的打磨位置以及打磨作用力，均能精确、迅速的相应并调节。

附图说明书

图1为航天发电机维保打磨调节工装整体图；

图2为夹持单元俯视图；

图3为夹爪组件立体图；

图4为夹爪组件局部剖视图；

图5为图4中A处局部放大图。

1-工作台，2-底座，3-打磨机器人，4-夹持单元，41-气缸，42-夹爪，43-固定板，44-气缸外壳，45-夹爪连接杆，46-气缸动作杆，461-容置槽，462-连接凸台，451-安装槽，452-管状部，48-磁流变过载保护装置，49-夹爪组件，481-筒体，482-槽型线圈架，483-磁流变体，484-线圈，486-滑动板，487-压阻式压力传感器，488-支撑件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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。

如图1-5所示，本实施例提供了一种航天发电机维保打磨调节工装，包括工作台1、底座2、打磨机器人3以及夹持单元4；所述工作台1下部设置4个导向车轮，导向车轮带刹车功能，所述工作台1上表面中心位置可转动地设置所述底座2，所述底座2上部设置有夹持单元4，所述工作台1上表面还设置有打磨机器人3。

可以理解的是，所述工作台1下部设置四个导向车轮，便于打磨工装移动变换位置，所述工作台1上表面设置所述底座2和所述夹持单元4，其功能是夹持航天发电机壳体；工作台1上表面还设置有打磨机器人3，所述打磨机器人具有机械臂，可对夹持单元4夹持的航天发电机壳体进行维保打磨。

参阅图2-3，所述夹持单元4包括至少八个夹爪组件49，所述夹爪组件49沿所述底座2环形阵列设置。

其中，参阅图3-4，所述夹爪组件49包括气缸41、夹爪42、固定板43、气缸外壳44、气缸动作杆46、夹爪连接杆45以及磁流变过载保护装置48；气缸41固定设置于底座2的上端面；所述夹爪42设置在气缸41的前端，夹爪42后端和固定板43两端均为开孔设置，孔内设置内螺纹，开孔直径和螺栓相适配，通过上下两个固定板43和螺栓将夹爪42固定于夹爪连接杆45的前端。

由此，当本实施例航天发电机维保打磨调节工装需要打磨不同型号发电机时，可以根据需求调节夹爪42与固定板43之间的角度，再将螺栓拧紧，或者是更换尺寸不同的夹爪42，以提高夹持单元4的适用性。

所述气缸动作杆46自气缸外壳4前端伸出，且能够在控制系统的作用下以一定的速度伸缩，所述气缸动作杆46的前端可伸缩地设置有夹爪连接杆45，且气缸动作杆46和夹爪连接杆45之间设置所述磁流变过载保护装置48。

可以理解的是，在控制系统的控制信号指示下，气缸动作杆46与夹爪连接杆45向前移动，从而推动夹爪42向前移动，从而实现对航天发电机外壳体的夹持。同时，在气缸动作杆46与夹爪连接杆45之间设置磁流变过载保护装置48，通过调节磁流变过载保护装置48的弹性系数，可以实现对航天发电机外壳加持力的调节。

本实施例中，所述气缸动作杆46的前端开设有容置槽461，且容置槽461的内径与夹爪连接杆45的外径相匹配，使得夹爪连接杆45可以在容置槽461内滑动，以实现夹爪连接杆45与气缸动作杆46的伸缩连接；

所述容置槽461的前端中心位置处设置有连接凸台462，所述夹爪连接杆45与气缸动作杆46相对的一端开设有安装槽451，且安装槽451的内径与连接凸台462的外径相匹配；

可以理解的是，夹爪连接杆45的安装槽451外周形成管状部452；

其中，管状部452的一部分位于连接凸台462与气缸动作杆46内壁之间形成的空间内，且管状部452的端面与容置槽461的底面间隙配合；磁流变过载保护装置48安装于安装槽451内，且其一端固定连接安装槽451的底面，另一端固定连接连接凸台462的上端面。

通过以上设置，管状部452至少部分的位于连接凸台462与气缸动作杆46内壁之间形成的环形槽内，使得夹爪连接杆45与气缸动作杆46之间的伸缩运动更稳定，且有利于磁流变过载保护装置48的安装；且管状部452的前端面环形槽的底面之间具有一定的距离，为夹爪连接杆45相对于气缸动作杆46的伸缩提供了空间。

可以理解的是，管状部452以及气缸动作杆46前端的杆壁上开设有导线孔(未示出)，以便于连接导线从外部进入安装槽451与磁流变过载保护装置48连接。

参阅图5，本实施例中，所述磁流变过载保护装置48包括筒体481、槽型线圈架482、磁流变体483、线圈484、滑动板486、压阻式压力传感器487以及支撑件488；所述筒体481的前端为开口设置，其内部固定设置有两个槽型线圈架482，槽型线圈架482之间设置磁流变体483，槽型线圈架482凹槽处设置线圈484，所述筒体481的前端开口处内侧设置所述滑动板486，其与筒体481的内表面滑动配置；滑动板486左端面固定连接支撑件488，滑动板486左端面与支撑件488之间设置压阻式压力传感器487；所述支撑件488固定设置于安装槽451的底面，筒体481固定设置于连接凸台462的上端面。

可以理解的是，槽型线圈架482之间设置磁流变体483，槽型线圈架482凹槽处设置线圈484，当对线圈482进行通电时，槽型线圈架482之间的磁流变体483受到磁场影响，磁流变体483的弹性系数会发生改变；滑动板486左端面与支撑件488之间设置压阻式压力传感器487，压阻式压力传感器487可对夹爪连接杆45受到的压力值进行捕捉。

通过该设置，当航天发电机的壳体处于夹持还未打磨状态时，前期试验阶段，在保证航天发电机外壳不被夹持变形的情况下，确定具体某一型号的航天发电机外壳受到夹持力的最佳值，以使发电机外壳既处于稳固夹持的状态，又不会被夹持变形。

试验时，当夹持过程中超过上述最佳值时，压阻式压力传感器487捕捉到这一信号并引发警报，此时应调节线圈482的电流强度，电流变化引起磁场变化，此时磁流变体483的弹性系数变小，进而使得夹爪连接杆45通过夹爪42传递给航天发电机外壳体的夹持力减小，避免航天发电机外壳体在夹持过程中被夹持变形或损坏。

其中，对于某型号航天发电机外壳体夹持状态时：

式中，K为外壳体夹持状态时的磁流变体的目标弹性系数，N/m；K₀为未通电时磁流变体的弹性系数，N/m；μ为磁导率；N为线圈的圈数；I为线圈中电流强度，A；S为磁流变体的横截面面积，m²；l为磁流变体的长度，m。

由此，通过前期试验，确定某型号航天发电机外壳体夹持状态时的最佳夹持状态，进而确定磁流变体483的弹性系数，从而确定夹持时的通电电流。

可以理解的是，当在航天发电机外壳体处于打磨状态时，航天发电机外壳体在夹持力作用下夹持在工作台1上，打磨机器人3的打磨头给航天发电机外壳体一个作用力，此时夹持单元4中各个夹爪组件49对于外壳体的夹持力均会产生变化，尤其是与打磨头相对的一侧的夹爪组件49对于外壳体的夹持力会增大，此时需要调节各个夹爪组件49对于外壳体的夹持力，以避免外壳体在夹持过程中被夹持变形或损坏。

因此，本实施例中，某型号航天发电机外壳体处于打磨状态时，磁流变体483的弹性系数以及线圈的电流应为：

式中，K₁为打磨状态时某个夹爪组件49中的磁流变体483的目标弹性系数，N/m；H为打磨头和夹持点的垂直高度差，m；h为夹持点和工作台面的垂直距离，m；为打磨状态下夹爪组件的夹持力，单位为P₀为未打磨前的夹持状态下夹爪组件的夹持力，N；F_d为打磨头对于航天发电机外壳体的压力，N；θ为打磨头对于航天发电机外壳体的压力方向和某个夹爪组件49夹持力方向的夹角，度；E₀为未通电时磁流变体的弹性模量，单位为MPa；I₁为打磨状态时某个夹爪组件49中的线圈484的调节值，A。

由此，本实施例还提供了航天发电机维保打磨调节工装的调节方法：

首先，通过前期试验，确定某型号航天发电机外壳体所承受夹持力的最佳值；

航天发电机维保打磨调节工装工作时，控制系统控制线圈484通电，且控制各个夹爪组件49伸长，使得航天发电机外壳体处于夹持状态。若夹持过程中夹持力超过最佳值时，压阻式压力传感器487捕捉到这一信号并引发警报，此时应减小线圈482的电流，进而夹持力变小，并且核实前期试验结果。

航天发电机外壳体夹持完毕，启动打磨机器人3对于壳体需要打磨的位置进行打磨，此时控制系统根据打磨点以及打磨点受到的压力值来调节各个夹爪组件49的线圈484的电流，以使航天发电机外壳体处于最佳夹持力的受力状态。

Claims (9)

1.一种航天发电机维保打磨调节工装，包括：

工作台；

底座，可转动地设置于工作台的上表面中心处；

打磨机器人，设置于工作台的上表面，并位于底座的一侧；

夹持单元，设置于底座上方，用于夹持航天发电机外壳体；所述夹持单元包括至少八个夹爪组件，且各个夹爪组件沿所述底座环形阵列设置；

其特征在于，所述夹爪组件包括：

气缸，固定设置于底座的上端面；

气缸动作杆，自气缸外壳的前端伸出；

夹爪连接杆，可伸缩地设置于气缸动作杆的前端；

夹爪，设置于夹爪连接杆的前端；

其中，气缸动作杆与夹爪连接杆之间设置有磁流变过载保护装置，通过调节磁流变过载保护装置的弹性系数，能够实现对航天发电机外壳加持力的调节。

2.根据权利要求1所述的航天发电机维保打磨调节工装，其特征在于，所述夹爪连接杆的前端固定设置有固定板，一对夹爪的后端和固定板两端均为开孔设置，孔内设置内螺纹，开孔直径和螺栓相适配，通过上下两个固定板和螺栓将夹爪固定于夹爪连接杆的前端。

3.根据权利要求1所述的航天发电机维保打磨调节工装，其特征在于，所述气缸动作杆的前端开设有容置槽，且容置槽的内径与夹爪连接杆的外径相匹配。

4.根据权利要求3所述的航天发电机维保打磨调节工装，其特征在于，所述容置槽的前端中心位置处设置有连接凸台，所述夹爪连接杆与气缸动作杆相对的一端开设有安装槽，且安装槽的内径与连接凸台的外径相匹配；

夹爪连接杆的安装槽外周形成管状部；

其中，管状部的一部分位于连接凸台与气缸动作杆内壁之间形成的空间内，且管状部的端面与容置槽的底面间隙配合；磁流变过载保护装置安装于安装槽内，且其一端固定连接安装槽的底面，另一端固定连接连接凸台的上端面。

5.根据权利要求4所述的航天发电机维保打磨调节工装，其特征在于，所述磁流变过载保护装置包括筒体、槽型线圈架、磁流变体、线圈、滑动板、压阻式压力传感器以及支撑件；所述筒体的前端为开口设置，其内部固定设置有两个槽型线圈架，槽型线圈架之间设置磁流变体，槽型线圈架凹槽处设置线圈，所述筒体的前端开口处内侧设置所述滑动板，其与筒体的内表面滑动配置；滑动板左端面固定连接支撑件，滑动板左端面与支撑件之间设置压阻式压力传感器；所述支撑件固定设置于安装槽的底面，筒体固定设置于连接凸台的上端面。

6.根据权利要求5所述的航天发电机维保打磨调节工装，其特征在于，某型号航天发电机外壳体夹持状态时：

式中，K为外壳体夹持状态时的磁流变体的目标弹性系数，N/m；K₀为未通电时磁流变体的弹性系数，N/m；μ为磁导率；N为线圈的圈数；I为线圈中电流强度，A；S为磁流变体的横截面面积，m²；l为磁流变体的长度，m。

7.根据权利要求6所述的航天发电机维保打磨调节工装，其特征在于，某型号航天发电机外壳体处于打磨状态时，磁流变体的弹性系数以及线圈的电流应为：

式中，K₁为打磨状态时某个夹爪组件中的磁流变体的目标弹性系数，N/m；H为打磨头和夹持点的垂直高度差，m；h为夹持点和工作台面的垂直距离，m；P₀为未打磨前的夹持状态下夹爪组件的夹持力，N；F_d为打磨头对于航天发电机外壳体的压力，N；θ为打磨头对于航天发电机外壳体的压力方向和某个夹爪组件夹持力方向的夹角，度；E₀为未通电时磁流变体的弹性模量，单位为MPa；

I₁为打磨状态时某个夹爪组件中的线圈的调节值，A。

8.一种航天发电机维保打磨调节方法，用于如权利要求1～7任意一项所述的航天发电机维保打磨调节工装，其特征在于，包括如下步骤：

S1、确定某型号航天发电机外壳体所承受夹持力的最佳值，并根据该最佳值设定压阻式压力传感器的报警值；

S2、通过试验确定外壳体所承受夹持力的最佳值对应的磁流变体的弹性系数的目标值K，进而确定线圈所需要的通电量；

其中，

式中，K为外壳体夹持状态时的磁流变体的目标弹性系数，N/m；K₀为未通电时磁流变体的弹性系数，N/m；μ为磁导率；N为线圈的圈数；I为线圈中电流强度，A；S为磁流变体的横截面面积，m²；l为磁流变体的长度，m；

S3、航天发电机维保打磨调节工装工作时，控制系统控制线圈通电，且控制各个夹爪组件伸长，使得航天发电机外壳体处于夹持状态；

S4、若夹持过程中夹持力超过最佳值时，压阻式压力传感器捕捉到这一信号并引发警报，减小线圈的电流，并重新返回S2；

若压阻式压力传感器未引发警报，则进行下一步；

S5、航天发电机外壳体夹持完毕，启动打磨机器人对于壳体需要打磨的位置进行打磨，此时控制系统根据打磨点以及打磨点受到的压力值来调节各个夹爪组件的线圈的电流，以使航天发电机外壳体处于最佳夹持力的受力状态。

9.根据权利要求8所述的航天发电机维保打磨调节工装，其特征在于，

某型号航天发电机外壳体处于打磨状态时，磁流变体的弹性系数以及线圈的电流应为：

式中，K₁为打磨状态时某个夹爪组件中的磁流变体的目标弹性系数，N/m；H为打磨头和夹持点的垂直高度差，m；h为夹持点和工作台面的垂直距离，m；P₀为未打磨前的夹持状态下夹爪组件的夹持力，N；F_d为打磨头对于航天发电机外壳体的压力，N；θ为打磨头对于航天发电机外壳体的压力方向和某个夹爪组件夹持力方向的夹角，度；E₀为未通电时磁流变体的弹性模量，单位为MPa；I₁为打磨状态时某个夹爪组件中的线圈的调节值，A。