本發(fā)明涉及高低溫力學(xué)性能測試系統(tǒng),具體的說是一種在高低溫及太空失重環(huán)境下,測試大型桁架伸展機(jī)構(gòu)展開性能的伸展機(jī)構(gòu)高低溫力學(xué)性能測試裝置。
背景技術(shù):
在高低溫或者太空失重環(huán)境下,大型桁架伸展機(jī)構(gòu)在展開過程中的力學(xué)承載性能以及傳動(dòng)效率特性的測試尤為重要,現(xiàn)有技術(shù)中,在高低溫或者太空失重環(huán)境下測試大型桁架的上述性能時(shí),桁架通過伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)展開,在桁架展開的同時(shí),為了平衡大型桁架的重力,現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)有利用手動(dòng)吊掛式重力平衡裝置平衡重力的技術(shù),但在現(xiàn)有技術(shù)中,在桁架展開過程中還無法實(shí)現(xiàn)主動(dòng)跟隨以及主動(dòng)調(diào)節(jié)加載力功能,測試效率有待提高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于提供一種伸展機(jī)構(gòu)高低溫力學(xué)性能測試裝置,在高低溫及太空失重環(huán)境下的大型桁架的性能測試中,能夠?qū)崿F(xiàn)主動(dòng)跟隨及主動(dòng)調(diào)節(jié)加載力等功能,測試效率高。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
一種伸展機(jī)構(gòu)高低溫力學(xué)性能測試裝置,包括桁架收藏單元、力加載單元、力加載隨動(dòng)單元、力加載傳輸架體和重力平衡小車,其中力加載單元可移動(dòng)地安裝在所述力加載傳輸架體上,所述力加載單元通過所述力加載隨動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)移動(dòng),待測試的桁架設(shè)置于所述桁架收藏單元上,當(dāng)桁架展開測試時(shí),所述桁架的自由端與所述力加載單元相連,所述桁架伸出所述桁架收藏單元的部分通過所述重力平衡小車托舉支承,且所述力加載單元和重力平衡小車隨桁架展開移動(dòng),在所述力加載單元上設(shè)有測量桁架展開力的壓力傳感器和通過桁架展開壓縮的施力彈簧以及測量所述施力彈簧壓縮量的位移傳感器。
所述力加載單元除所述壓力傳感器、施力彈簧和位移傳感器外,還包括基座、基板、力精調(diào)電機(jī)、導(dǎo)桿組件和壓力傳感器測力板,所述基板可移動(dòng)地安裝在所述力加載傳輸架體上,所述基座可移動(dòng)地安裝在所述基板上,所述基座通過所述力精調(diào)電機(jī)驅(qū)動(dòng)移動(dòng),所述力精 調(diào)電機(jī)通過一個(gè)齒輪齒條機(jī)構(gòu)傳遞力矩,所述位移傳感器和壓力傳感器測力板分設(shè)于所述基座兩側(cè),所述壓力傳感器測力板的一側(cè)通過所述導(dǎo)桿組件與所述位移傳感器相連,所述壓力傳感器測力板的另一側(cè)在測試時(shí)與桁架自由端相連,所述導(dǎo)桿組件可移動(dòng)地安裝在所述基座上,所述施力彈簧套設(shè)于所述導(dǎo)桿組件上。
所述導(dǎo)桿組件包括支承導(dǎo)桿、端導(dǎo)桿和壓力傳感器安裝板,其中所述支承導(dǎo)桿可移動(dòng)地安裝在所述基座上,且所述支承導(dǎo)桿穿過所述基座的一端與所述位移傳感器相連,所述支承導(dǎo)桿的另一端與所述壓力傳感器安裝板相連,所述端導(dǎo)桿通過直線軸承安裝在所述壓力傳感器安裝板上,所述壓力傳感器測力板安裝在所述端導(dǎo)桿上,所述壓力傳感器固裝在所述壓力傳感器安裝板,且所述壓力傳感器器設(shè)置于所述壓力傳感器測力板和壓力傳感器安裝板之間,所述施力彈簧套裝在所述支承導(dǎo)桿上,在所述基座遠(yuǎn)離所述位移傳感器的一側(cè)設(shè)有套筒,所述施力彈簧套設(shè)于所述套筒和所述壓力傳感器安裝板之間的支承導(dǎo)桿上。
所述力加載隨動(dòng)單元包括鋼絲繩、卷揚(yáng)設(shè)備和驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī),所述鋼絲繩的兩端分別與所述力加載單元的前后兩端固連,且所述鋼絲繩纏繞在所述卷揚(yáng)設(shè)備上,所述卷揚(yáng)設(shè)備通過所述驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。
在所述力加載傳輸架體的兩端分別設(shè)有第一架體和第二架體,在所述第一架體和第二架體上設(shè)有多個(gè)用于保持鋼絲繩張力的導(dǎo)向輪,在所述力加載傳輸架體內(nèi)還設(shè)有用于保持鋼絲繩張力的張緊支撐輪,所述第一架體和第二架體上的導(dǎo)向輪以及所述張緊支撐輪均處于同一豎直面上。
所述桁架收藏單元包括收藏筒安裝架、桁架收展電機(jī)和收藏筒,收藏筒安裝在收藏筒安裝架上,桁架設(shè)置于收藏筒內(nèi),收藏筒安裝架固接在地基板上,桁架通過所述桁架收展電機(jī)驅(qū)動(dòng)展開。
所述桁架收展電機(jī)上設(shè)有扭矩傳感器。
在所述力加載傳輸架體內(nèi)設(shè)有平衡小車輸送單元,在所述平衡小車輸送單元靠近桁架收藏單元的一端設(shè)有平衡小車升降單元,重力平衡小車依次通過所述平衡小車輸送單元送至平衡小車升降單元上側(cè),并依次通過所述平衡小車升降單元舉升至所述桁架收藏單元的出口處。
所述平衡小車輸送單元包括小車輸送架體、小車輸送驅(qū)動(dòng)電機(jī)和 輸送鏈條,其中小車輸送驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)置于所述小車輸送架體遠(yuǎn)離桁架收藏單元的一端,兩條輸送鏈條分設(shè)于小車輸送架體上臺(tái)面兩側(cè),所述輸送鏈條通過所述小車輸送驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn),重力平衡小車放置在輸送鏈條上并隨著輸送鏈條移動(dòng)。
所述平衡小車升降單元包括升降單元底座、絲杠、升降電機(jī)、支桿和升降座,所述升降單元底座安裝在地基板上,所述絲杠垂直設(shè)置于所述升降單元底座上,所述絲杠通過所述升降電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn),所述升降座套裝在所述絲杠上,在所述升降座內(nèi)設(shè)有與所述絲杠配合的絲母,在所述升降座上垂直設(shè)有多個(gè)支桿,在所述多個(gè)支桿的頂部設(shè)有導(dǎo)軌,在所述重力平衡小車下側(cè)設(shè)有與所述導(dǎo)軌配合的滑塊。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與積極效果為:
1.本發(fā)明的力加載隨動(dòng)單元通過鋼絲繩的牽引,能夠使力加載單元主動(dòng)跟隨桁架的運(yùn)動(dòng),即與桁架展開速度相同的速度跟隨桁架運(yùn)動(dòng),以粗調(diào)加載力,使加載力始終保持設(shè)定值。
2.本發(fā)明的力加載單元,通過力精調(diào)電機(jī),能夠主動(dòng)精調(diào)加載力,使加載力始終保持設(shè)定值。
3.本發(fā)明填充了國內(nèi)無在高低溫及太空失重環(huán)境下,測試大型桁架伸展機(jī)構(gòu)展開過程中的力學(xué)承載性能以及展開過程中的傳動(dòng)效率特性的裝置的空白,實(shí)現(xiàn)了可用于在地面實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)下模擬太空失重環(huán)境的測試大型桁架伸展機(jī)構(gòu)展開過程中的力學(xué)承載性能以及展開過程中的傳動(dòng)效率特性的裝置。
4.本發(fā)明的托舉式重力平衡裝置,在高低溫環(huán)境下,能夠隨著桁架展開機(jī)構(gòu)的展開,實(shí)時(shí)平衡大型桁架的重力,并能夠在展開方向和鉛垂方向上跟隨其運(yùn)動(dòng)。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的主視圖,
圖2為圖1中本發(fā)明的俯視圖,
圖3為圖1中的A處放大圖,
圖4為圖1中的升降單元的示意圖,
圖5為圖1中的力加載單元的示意圖,
圖6為圖5中的力加載單元的俯視圖,
圖7為圖5中的力加載單元的右視圖。
其中:1為收藏筒安裝架,2為扭矩傳感器,3為桁架收展電機(jī),4為收藏筒,5為第一架體,6為桁架,7為重力平衡小車,8為壓力傳感器測力板,9為壓力傳感器,10為直線軸承,11為端導(dǎo)桿,12為支承導(dǎo)桿,13為施力彈簧,14為位移傳感器測頭安裝板,15為位 移傳感器測距連桿,16為位移傳感器缸體,17為位移傳感器安裝架,18為力精調(diào)電機(jī),19為基座導(dǎo)軌,20為齒條,21為齒輪,22為基座,23為基板,24為基板滑塊,25為基座滑塊,26為吊環(huán)螺釘,27為壓力傳感器安裝板,28為第二架體,29為小車輸送驅(qū)動(dòng)電機(jī),30為張緊支撐輪,31為小車輸送架體,32為力加載單元輸送架體,33為升降單元底座,34為絲杠,35為升降電機(jī),36為支桿,37為導(dǎo)軌,38為卷揚(yáng)設(shè)備,39為小車輸送導(dǎo)軌,40為輸送鏈條,41為鋼絲繩,42為驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī),43為桁架收藏單元,44為力加載單元,45為平衡小車輸送單元,46為平衡小車升降單元,47為力加載隨動(dòng)單元,48為升降座,49為力加載單元傳輸導(dǎo)軌,50為套筒。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。
如圖1~2所示,本發(fā)明包括桁架收藏單元43、力加載單元44、力加載隨動(dòng)單元47、力加載傳輸架體32和重力平衡小車7,其中力加載單元44可移動(dòng)地安裝在所述力加載傳輸架體32上,所述力加載單元44通過所述力加載隨動(dòng)單元47驅(qū)動(dòng)移動(dòng),待測試的桁架6設(shè)置于所述桁架收藏單元43中,當(dāng)桁架6展開測試時(shí),所述桁架6的自由端與所述力加載單元44相連,所述桁架6伸出所述桁架收藏單元43的部分通過所述重力平衡小車7托舉支承,所述力加載單元44和重力平衡小車7隨桁架6展開移動(dòng),在所述力加載單元44上設(shè)有測量桁架6展開力的壓力傳感器9和通過桁架6展開壓縮的施力彈簧13,在所述力加載單元44上還設(shè)有測量所述施力彈簧13壓縮量的位移傳感器。
如圖1~2所示,所述桁架收藏單元43包括收藏筒安裝架1、桁架收展電機(jī)3和收藏筒4,收藏筒4安裝在收藏筒安裝架1上,桁架6整體可以收縮在收藏筒4內(nèi),收藏筒安裝架1固接在地基板上,所述桁架6通過所述桁架收展電機(jī)3驅(qū)動(dòng)展開,此為本領(lǐng)域公知技術(shù),本實(shí)施例中,所述桁架收展電機(jī)3伺服電機(jī),如圖3所示,在所述桁架收展電機(jī)3上設(shè)有扭矩傳感器2,本發(fā)明在測試桁架6展開的傳動(dòng)效率時(shí),所述扭矩傳感器2即用于測試所述桁架收展電機(jī)3扭矩,本實(shí)例中,所述扭矩傳感器2的型號(hào)為TQ513-200,生產(chǎn)廠家為Omega Engineering。
所述力加載單元44可移動(dòng)地安裝在所述力加載傳輸架體32上,如圖5~7所示,所述力加載單元44除所述壓力傳感器9、施力彈簧13和位移傳感器外,還包括基座22、基板23、力精調(diào)電機(jī)18、導(dǎo)桿 組件、位移傳感器安裝架17和壓力傳感器測力板8。
如圖5~7所示,所述基板23與所述力加載傳輸架體32滑動(dòng)連接,如圖2所示,在所述力加載傳輸架體32上側(cè)設(shè)有力加載單元傳輸導(dǎo)軌49,在所述基板23下側(cè)設(shè)有與所述力加載單元傳輸導(dǎo)軌49相配合的基板滑塊24,所述基板23即通過所述力加載隨動(dòng)單元47驅(qū)動(dòng)沿所述力加載單元傳輸導(dǎo)軌49滑動(dòng),基座22可移動(dòng)地安裝在所述基板23上,在所述基板23上沿著力加載單元44移動(dòng)方向設(shè)有基座導(dǎo)軌19,在所述基座22下側(cè)設(shè)有與所述基座導(dǎo)軌23相配合的基座滑塊25,所述力精調(diào)電機(jī)18安裝在所述基座22上,在所述基座22下側(cè)設(shè)有平行于所述基座導(dǎo)軌19的齒條20,所述力精調(diào)電機(jī)18的輸出端固裝有齒輪21,所述齒輪21與所述齒條20嚙合,所述基座22即通過所述力精調(diào)電機(jī)18驅(qū)動(dòng)沿著基板23上的基座導(dǎo)軌19移動(dòng)實(shí)現(xiàn)力的精調(diào)。所述位移傳感器安裝在所述基座22上,所述位移傳感器包括位移傳感器缸體16、位移傳感器測頭安裝板14和位移傳感器測距連桿15,其中所述位移傳感器測距連桿15設(shè)置于所述位移傳感器缸體16上,在所述基座22的一側(cè)設(shè)有位移傳感器安裝架17,所述位移傳感器缸體16即安裝在所述位移傳感器安裝架17上,所述壓力傳感器測力板8通過所述導(dǎo)桿組件支承安裝在所述基座22的另一側(cè),所述壓力傳感器測力板8遠(yuǎn)離所述導(dǎo)桿組件的一側(cè)與所述桁架6相連,所述壓力傳感器測力板8即將桁架6的展開力施加在所述壓力傳感器9上。
如圖5~6所示,所述導(dǎo)桿組件包括支承導(dǎo)桿12、端導(dǎo)桿11和壓力傳感器安裝板27,其中所述支承導(dǎo)桿12可移動(dòng)地安裝在所述基座22上,所述支承導(dǎo)桿12穿過所述基座22的一端與所述位移傳感器中的位移傳感器測頭安裝板14相連,所述支承導(dǎo)桿12的另一端與所述壓力傳感器安裝板27相連,所述端導(dǎo)桿11通過直線軸承10安裝在所述壓力傳感器安裝板27上,所述壓力傳感器測力板8則安裝在所述端導(dǎo)桿11上,所述壓力傳感器9固裝在所述壓力傳感器安裝板27上,且所述壓力傳感器9設(shè)置于所述壓力傳感器測力板8和壓力傳感器安裝板27之間,所述施力彈簧13套裝在所述支承導(dǎo)桿12上,如圖6所示,在所述基座22遠(yuǎn)離所述位移傳感器的一側(cè)設(shè)有套筒50,所述施力彈簧13設(shè)置于所述套筒50和所述壓力傳感器安裝板27之間,當(dāng)所述壓力傳感器測力板8承受桁架展開力時(shí),所述壓力傳感器測力板8在將力施加在壓力傳感器9上的同時(shí),也推動(dòng)所述 支承導(dǎo)桿12移動(dòng),所述支承導(dǎo)桿12上的壓力傳感器安裝板27即壓縮所述施力彈簧13,所述施力彈簧13的壓縮量即通過所述位移傳感器測定。本實(shí)施例中,所述位移傳感器的型號(hào)為GA150,生產(chǎn)廠家為北京京海泉傳感科技有限公司。
所述力加載單元44通過所述力加載隨動(dòng)單元47驅(qū)動(dòng)沿力加載傳輸架體32上的力加載單元傳輸導(dǎo)軌49移動(dòng),如圖1~2所示,所述力加載隨動(dòng)單元47包括鋼絲繩41、卷揚(yáng)設(shè)備38和驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)42,如圖5所示,在所述力加載單元44的基板23前后兩側(cè)分別設(shè)有吊環(huán)螺釘26,鋼絲繩41的兩端即分別與所述吊環(huán)螺釘26固連,所述鋼絲繩41纏繞在所述卷揚(yáng)設(shè)備38上,所述卷揚(yáng)設(shè)備38通過所述驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)42驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn),所述卷揚(yáng)設(shè)備38轉(zhuǎn)動(dòng)即帶動(dòng)鋼絲繩41移動(dòng)驅(qū)動(dòng)所述力加載單元44行走。如圖1~2所示,為了保證鋼絲繩41的張力,在所述力加載傳輸架體32的兩端分別設(shè)有第一架體5和第二架體28,在所述第一架體5和第二架體28設(shè)有多個(gè)用于保持鋼絲繩41張力的導(dǎo)向輪,在所述力加載傳輸架體32內(nèi)還設(shè)有張緊支撐輪30,所述第一架體5和第二架體28以及所述張緊支撐輪30均固裝在地基板上,且所述第一架體5和第二架體28上的導(dǎo)向輪以及所述張緊支撐輪30均處于同一豎直面上以保證鋼絲繩41的水平運(yùn)動(dòng)方向與所述力加載單元傳輸導(dǎo)軌49平行。所述卷揚(yáng)設(shè)備38為本領(lǐng)域公知技術(shù)。
所述桁架6展開過程中通過重力平衡小車7支承,所述重力平衡小車7隨桁架6展開移動(dòng),如圖1所示,在所述力加載傳輸架體32內(nèi)設(shè)有平衡小車輸送單元45,在所述平衡小車輸送單元45靠近桁架收藏單元43的一端設(shè)有平衡小車升降單元46,在本發(fā)明不工作時(shí),重力平衡小車7即放置在所述平衡小車輸送單元45上,當(dāng)本發(fā)明進(jìn)行桁架展開性能測試時(shí),重力平衡小車7依次通過所述平衡小車輸送單元45送至平衡小車升降單元46上側(cè),并依次通過所述平衡小車升降單元46舉升至所述桁架收藏單元43的收藏筒4的出口處以支承逐步展開的桁架6。
如圖1~2所示,所述平衡小車輸送單元45包括小車輸送架體31、小車輸送驅(qū)動(dòng)電機(jī)29和輸送鏈條40,其中小車輸送驅(qū)動(dòng)電機(jī)29設(shè)置于所述小車輸送架體31遠(yuǎn)離桁架收藏單元43的一端,兩條輸送鏈條40分設(shè)于小車輸送架體31上臺(tái)面兩側(cè),所述輸送鏈條40通過所述小車輸送驅(qū)動(dòng)電機(jī)29驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn),重力平衡小車7即放置在輸送 鏈條40上并隨著輸送鏈條40移動(dòng)送至所述平衡小車升降單元46上側(cè)。
如圖4所示,所述平衡小車升降單元46包括升降單元底座33、絲杠34、升降電機(jī)35、支桿36和升降座48,所述升降單元底座33安裝在地基板上,所述絲杠34垂直設(shè)置于所述升降單元底座33上,所述絲杠34通過所述升降電機(jī)35驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn),所述升降座48套裝在所述絲杠34上,在所述升降座48內(nèi)設(shè)有與所述絲杠34配合的絲母,絲杠34旋轉(zhuǎn)即驅(qū)動(dòng)所述升降座48升降,在所述升降座48上垂直設(shè)有多個(gè)支桿36,在所述多個(gè)支桿36的頂部設(shè)有導(dǎo)軌37,在所述重力平衡小車7下側(cè)設(shè)有與所述導(dǎo)軌37配合的滑塊,重力平衡小車7即通過所述平衡小車輸送單元45送至所述導(dǎo)軌37上,然后所述升降座48通過絲杠34旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)升起,直至所述導(dǎo)軌37與所述力加載傳輸架體32上的力加載單元傳輸導(dǎo)軌49相齊,此時(shí)重力平衡小車7即支承住桁架6,并隨著桁架6展開沿著所述力加載單元傳輸導(dǎo)軌49移動(dòng)。平衡小車輸送單元45按照控制時(shí)序的要求結(jié)合平衡小車升降單元46,在桁架6展開實(shí)驗(yàn)中將重力平衡小車7依次傳送至桁架收藏單元43的收藏筒4的出口處,并在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后將重力平衡小車7收集回初始位置。
本發(fā)明的工作原理為:
本發(fā)明的力加載單元44整體在鋼絲繩41的驅(qū)動(dòng)下,以與桁架6展開速度相等的速度與桁架6做同步跟隨運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明通過大范圍的跟隨運(yùn)動(dòng)和小范圍的精確調(diào)整來控制施力彈簧13的壓縮量,從而控制輸出壓力F瞬的大小。桁架6的末端與壓力傳感器測力板8連接,將展開力施加于壓力傳感器9上并同時(shí)壓縮施力彈簧13,此時(shí)位移傳感器的示數(shù)隨之發(fā)生變化,將此時(shí)壓力傳感器的壓力值記為F瞬,將此時(shí)位移傳感器的位移變化值記為Δx瞬,根據(jù)公式F=kgΔx,可得:而F設(shè)為已知的加載力,故可以得到Δx設(shè)的值。也就是說,只要保證Δx瞬=Δx設(shè),就可以保證F瞬=F設(shè),使Δx瞬始終接近Δx設(shè)的過程,就是力精調(diào)的理論依據(jù)。
力精調(diào)過程:在力精調(diào)伺服電機(jī)18的驅(qū)動(dòng)下,根據(jù)位移傳感器和壓力傳感器9實(shí)時(shí)反饋的施力彈簧13的壓縮量Δx瞬和壓力F瞬來微調(diào)基座22的位置,從而來調(diào)整施力彈簧13的壓縮量,進(jìn)而調(diào)整作用在桁架6末端的負(fù)載力。力精調(diào)主要是用來彌補(bǔ)力加載單元44跟隨桁架6運(yùn)動(dòng)不精確而產(chǎn)生的誤差,同時(shí)可以大大降低對鋼絲繩41傳 動(dòng)的精度要求。當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí),力加載單元44在鋼絲繩41的牽引下跟隨桁架6展開運(yùn)動(dòng),保證加載力始終保持在設(shè)定值F設(shè);當(dāng)力的大小超過或小于設(shè)定值時(shí),用位移傳感器的值做閉環(huán)來控制力加載單元44的運(yùn)動(dòng),使壓力回復(fù)到設(shè)定值,從而保證加載力的準(zhǔn)確。
效率測試原理:當(dāng)測試桁架6的傳動(dòng)效率時(shí),力加載單元44跟隨桁架6展開一起運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)速度為v設(shè),并通過施力彈簧13施加負(fù)載力。負(fù)載力可以通過控制施力彈簧的壓縮量來改變,并且通過壓力傳感器9測量其數(shù)值F設(shè),并根據(jù)公式P輸出=F設(shè)gv設(shè)(F的單位為N,v的單位為m/s)計(jì)算得出桁架6展開機(jī)構(gòu)的輸出功率。而效率測試采用桁架收展電機(jī)3和扭矩傳感器2相結(jié)合的方式,實(shí)時(shí)讀取輸入轉(zhuǎn)速n和扭矩T來計(jì)算輸入功率。因而,輸入功率可以通過公式P輸入=Tgn/9.55(T的單位為Ngm,n的單位為r/min)來進(jìn)行計(jì)算,再根據(jù)公式η=P輸出/P輸入就可以算出桁架6展開過程中的傳動(dòng)效率η。