CN113696128A - 一种锥形舱段对接多自由度调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发动机地面试验推力架安装领域，具体涉及一种锥形舱段对接多自由度调节装置。包括轨道轮总成、支撑架、横移机构、头部升降机构和中心双向调节机构，所述支撑架固定在轨道轮总成上，横移机构、头部升降机构及中心双向调节机构置于支撑架上，所述轨道轮包括车轮架、车轮和限位锁紧机构，车轮架车轮架采用矩形薄壁方钢焊接的框架结构，抗横向和侧向变形的能力高，限位锁紧机构采用双侧对称布置，通过螺纹自锁原理可同时对一组滚轮实现锁紧。本发明操作简单，劳动强度小，结构简单，对接效率高，方法可靠，安全风险低。

Description

一种锥形舱段对接多自由度调节装置

技术领域

本发明涉及发动机地面试验推力架安装领域，具体涉及一种锥形舱段对接多自由度调节装置。

背景技术

推力架是固体火箭发动机地面点火试验台架的核心关键部件之一，其功能是将发动机的推力精确传递到测量传感器上，大中型推力架一般为锥形结构。目前，发动机地面试验的推力架装调环节没有专门的装调装置，通常装调小型推力架时采用两个左右装配人员搬动推力架上下左右移动来对正与发动机的连接孔位；装调中大型推力架时采用天车吊钩和装配人员相互配合对正与发动机的连接孔位。这种方法不仅存在多人火工品附近集中作业、多次吊装作业的安全隐患，而且人工作业效率低下，影响有保温要求的发动机的点火进度。

目前，对于小型推力架的对接装调，完全依赖操作人员手工操作通过搬抬动作实现；对于中大型推力架，由于质量、结构大，需要吊车配合，人工操作实现。目前，推力架与发动机对接安装过程中主要存在以下问题和不足：

（1）作业劳动强度大：XX-26导弹一、二级发动机等大中型发动机推力架重量一般在1000kg-2000kg之间，推力架对接作业主要通过操作人员和汽车吊相互配合完成，至少需要汽车吊操作手1人，吊车指挥1人，对接作业人员4～5人，对接过程中需要通过人力对推力架对接端面和发动机前裙端面之间俯仰、偏航和距离进行调整，同时需要控制发动机前裙连接孔位置关系，甚至需要在吊装前提下对发动机推力架进行旋转，作业劳动强度大。

（2）多次作业效率低：中大型推力架安装需要操作人员在吊车的配合下，对推力架多次进行调平以对质心进行找正，这一过程需要进行反复多次试吊作业。调平后吊车将推力架吊到大致位置，装配人员手动微调推力架的位置使孔位对中，该过程全程需要持续1到2个小时左右，纯手工作业，效率低下。很多发动机要求发动机从保温库房至点火时间控制在3小时，仅推力架装调过程就要耗费近3小时，无法保证发动机点火时间要求。

（3）安全质量风险高：对接过程推力架大盘内部边缘距发动机前封头距离最小时不足10mm，推力架安装孔与发动机前裙端面孔对接过程中需要进行旋转，在汽车吊吊装前提下需要对推力架进行俯仰、偏航及旋转调整十分困难，有的甚至需要反复多次进行调整后才能完成对接工作，推力架多次在发动机附近及上方起吊，存在与发动机磕碰等质量和安全隐患。

因此，针对发动机地面试验推力架装调过程中实际存在的问题，急需从工艺的角度提高装配效率，保证装配质量，构建一套发动机地试推力架半自动对接装配装置，重塑推力架对接方法，改变目前推力架装调过程需多次使用吊车及多人集中火工品作业现状，提前将推力架放置到位，后续通过精确调整完成对接。消除此环节的安全质量隐患。实现推力架安装对接环节的高效、安全、可靠。

发明内容

本发明要解决的技术问题

本发明提供一种锥形舱段对接多自由度调节装置，以解决安装作业强度大、工作效率低，安装质量风险高等问题。

为解决技术问题本发明采用的技术方案

一种锥形舱段对接多自由度调节装置，包括轨道轮总成2、支撑架4、横移机构3、头部升降机构1和中心双向调节机构5，

所述轨道轮总成2包括车轮架23、车轮21和限位锁紧机构22，所述车轮21成对固定在车轮架23的横向框架上，两套限位锁紧机构22对称安装在车轮架的纵向框架上，限位锁紧机构22的压块朝向车轮柱面；

所述支撑架下端通过横移机构3与轨道轮总成2连接，上端分别与头部升降机构1和中心双向调节机构5连接；

所述横移机构3包括滚珠丝杠、手轮、滑台、直线导轨及滑块，横移机构3的直线导轨固定安装在轨道轮总成的横向框架上，滑块安装在滑台下定位面，滑台上安装面与支撑架连接，转动手轮，滑台沿直线导轨移动，带动支撑架实现舱段结构沿Y向移动的自由度；

所述头部升降机构1包括溜板机构、升降机构和滚轮架总成，所述升降机构安装在溜板机构上，滚轮架总成置于升降机构上，溜板机构通过手轮驱动滚珠丝杠移动，采用涡轮蜗杆传动，滚轮架总成主要实现锥 形舱段小端支撑，可绕轴线旋转，采用两套滚轮实现头部两点支撑，可提供锥形舱段小端滚转（绕X旋转）的自由度；

所述中心双向调节机构5包括手轮51、滚轮总成52、滑块53及滑台座54，所述滑轮总成52通过滑块53置于滑台座54上，手轮51为滑块53提供动力。

进一步地，所述的头部升降机构1升降杆绕轴线自由转动，与中心双向调节机构5形成三点支撑模式，对锥形舱段空间姿态的各向移动及俯仰、偏航、滚转6个自由度的姿态调整。

进一步地，所述的中心双向调节机构5对大盘中心轴升降和横移双向调节，采用分体对称设计，调节装置两侧的丝杠配合头部调节机构后实现发动机轴线俯仰、偏航及象限偏差的调整。

进一步地，所述的中心双向调节机构5包含两套对称安装的滑台和滚轮，各自采用手轮驱动丝杠传动。

进一步地，所述的头部升降机构1采用蜗轮蜗杆传动和丝杠传动，顶端为转动的滚轮架结构，根据不同的结构更换合适的滚轮架。

进一步地，所述车轮21轮缘有限位凸缘，防止车轮脱离导轨。

进一步地，所述限位锁紧机构22包括导向座、螺纹杆和压块，导向座为内螺纹，螺纹杆为外螺纹，压块安装在螺纹杆头部。

进一步地，所述的支撑架、轨道轮总成框架采用型钢和钢板焊接的框架结构。

本发明获得的有益效果

本发明的锥形舱段对接多自由度调节装置及方法，具有以下优点：

操作简单，劳动强度小：本装置具有操作简单的基本特点，仅需要作业人员通过转动手轮的方式即可实现推力架等锥形舱段的多自由度调整，作业人员劳动强度小。

结构简单，对接效率高：本装置结构简单，空间内的六个自由度均可通过调节机构实现，操作范围和幅度可控，对接方法易操作，对接效率高。

方法可靠，安全风险低：本装置结构和方法安全可靠，消除了盲操作带来的安全隐患，可通过调节机构缓慢、轻微调节，调节过程可靠可控，安全风险低。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1：锥形舱段对接多自由度调节装置总体结构图，

图2：轨道轮总成结构图，

图3：中心双向调节机构结构图，

图4：中心双向调节机构升降（Z向）、偏移（Y向）调整方法原理图，

图5：锥形舱段沿Z轴移动和俯仰（绕Y旋转）姿态的调节方法原理图，

图6：锥形舱段偏航（绕Z旋转）姿态的调节方法原理图，

其中：1-头部升降机构，2-轨道轮总成，3-横移机构，4-支撑架，5-中心双向调节机构，21-车轮，22-限位锁紧机构，23-车轮架，51-手轮，52-滚轮总成，53-滑块，54-滑台座。

具体实施方式

本发明提供一种锥形舱段对接多自由度调节装置。该装置主要用于导弹、仪器舱段、固体发动机等各级锥状或柱状筒段或推力架等工装的支撑和装配姿态调整，具有沿台体轨道前后移动、横向移动、升降移动、绕轴线转动功能，以及对接面的俯仰调节和水平摆动调节。锥形舱段对接多自由度调节装置由轨道轮总成、支撑架、横移机构、头部升降机构、中心双向调节机构等子系统组成。对于不同型号和尺寸的发动机，前、后支撑架采用模块化设计，更换不同的前、后支撑架模块，就可以适应不同发动机推力架的安装。

为使本发明所提出的技术方案的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图，对本发明所提出的技术方案的实施例进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是所提出的技术方案的一部分实施例，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作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。变更头部升降机构为中心双向调节机构或变更中心双向调节机构为头部升降机构均在本发明的保护范围；变更三点支撑方法为四点支撑方法也在本发明的保护范围；变更手动驱动为电机驱动也在本发明的保护范围。

锥形舱段对接多自由度调节装置主要用于导弹、仪器舱段、固体发动机等各级锥状或柱状筒段或推力架等工装的相互对接，其主要通过多个运动副机构相互配合完成各筒段姿态和轴线的多自由度运动，实现结构在空间笛卡尔坐标系下姿态沿X、Y、Z三个方向移动及绕Y旋转、绕Z旋转、绕X旋转共6个自由度的调整。

试车前，将推力架吊放到锥形舱段对接多自由度调节装置上，进行推力架与发动机的对接装配，锥形舱段对接多自由度调节装置可以在轨道上前后移动，并具有升降、横移、旋转功能，以及俯仰、水平摆动的调节功能，满足推力架装配时的空间姿态调整。同时，在车架上设置可以升降的胶轮结构，对接完成后可将胶轮伸出，使轨道轮脱离轨道，将对接装配装置沿横向移出轨道。

针对不同型号的发动机试车试验，更换相应的推力架支撑工装和发动机转动支撑转接环，即可进行不同发动机的试车，所有的支撑转接环等均可以快速连接固定。

在结构上锥形舱段对接多自由度调节装置由轨道轮总成、支撑架、横移机构、头部升降机构、中心双向调节机构等子系统组成，总体结构如下图1。

轨道轮总成以导轨为装调基准，提供舱段等结构沿X向移动的自由度，由车轮架、四组车轮和两套限位锁紧机构组成，结构如下图2。四组车轮成对安装固定在车轮架的横向框架上，两套限位锁紧机构对称安装在车轮架的纵向框架上，限位锁紧机构的压块朝向车轮柱面，可对其中一组车轮进行锁紧。车轮架采用两组薄壁矩形方钢焊接的框架结构，消极质量小，抗横向变形和侧向扭曲的能力高。车轮为轮辐式结构，质量小，轮缘内侧设计限位凸缘，对车轮其限位和导向作用，可防止车轮在移动过程中脱离导轨工作面。限位锁紧机构主要包括导向座、螺纹杆和压块，导向座为内螺纹，螺纹杆为外螺纹，压块安装在螺纹杆头部，通过螺纹副的轴向运动和螺纹自锁原理可对车轮进行压紧、锁死，起限位作用。

支撑架是锥形舱段对接多自由度调节装置的主要连接结构，其下端通过横移机构与轨道轮总成连接，上端分别与头部升降机构和中心双向调节机构连接。支撑架亦采用矩形方钢焊接的框架结构，四根立腿固定在横移机构的滑台上，框架上端水平安装头部升降机构的溜板机构。

横移机构主要包括滚珠丝杠、手轮、滑台、直线导轨、滑块等结构，转动手轮，可使滑台沿直线导轨移动，从而带动支撑架实现舱段等结构沿Y向移动的自由度。横移机构的直线导轨固定安装在轨道轮总成的横向框架上，滑块安装在滑台下定位面，滑台上安装面与支撑架连接。

头部升降机构主要包括溜板机构、升降机和滚轮架总成，溜板机构的移动通过手轮驱动滚珠丝杠实现，升降机安装在溜板机构上，采用涡轮蜗杆传动，实现扭矩放大和降低升降速度，可实现头部稳定升降，滚轮架总成主要实现锥形舱段小端支撑，可绕轴线旋转，采用两套滚轮实现头部两点支撑，可提供锥形舱段小端绕X旋转的自由度。通过手轮驱动溜板机构前后移动，可调节头部升降机构位置，适应不同长度锥形舱段支撑的需要。

中心双向调节机构主要实现锥形舱段大端的支撑，包括两套独立的滚轮总成，滚轮总成安装在滑台座的滑块上，转动滑台座两侧手轮，在丝杠的带动下可驱动滚轮总成沿滑台定位面双向移动，两套滚轮总成相向运动时可实现锥形舱段大端中心的升降（Z向）调节，同向运动时可实现偏移（Y向）调节，滚轮结构同时也提供了大端滚转（绕X旋转）的自由度。中心双向调节机构如下图3，升降（Z向）、偏移（Y向）调整方法原理如下图4。

锥形舱段对接多自由度调节装置通过头部升降机构和中心双向调节机构的中心升降差实现锥形舱段沿Z轴移动和俯仰绕Y旋转姿态的调节，如下图5。通过头部升降机构和中心双向调节机构的中心水平摆动差实现锥形舱段偏航绕Z旋转姿态的调节，如下图6。通过头部升降机构和中心双向调节机构的滚轮结构旋转实现锥形舱段滚转绕X旋转姿态的调节。

锥形舱段对接多自由度调节装置的操作方法如下：

将锥形舱段对接多自由度调节装置放置于导轨支撑面上，保证轨道轮总成的四个滚轮内沿嵌入两条导轨内侧。

通过手轮调节头部升降机构的溜板位置，使滚轮架总成和中心双向调节机构沿X向的距离符合锥形舱段支撑跨距的要求。

旋转中心双向调节机构两侧手轮，调节其两侧滚轮处于基本对称的位置，且符合锥形舱段大端支撑要求。旋转头部升降机构升降机手轮，调节滚轮架总成高度，使滚轮架总成与中心双向调节机构形成的支撑圆心处于基本统一水平高度。

将锥形舱段吊放到锥形舱段对接多自由度调节装置上，锥形舱段小端置于头部升降机构滚轮上，锥形舱段大端置于中心双向调节机构滚轮上。

使锥形舱段对接多自由度调节装置沿轴线移动，靠近被对接的产品。

依据实际状态和需求，调节锥形舱段对接多自由度调节装置的各机构，使锥形舱段和被对接的产品实现轴线重合，完成对接过程。

锥形舱段对接面的远、近距离不满足要求时，移动锥形舱段对接多自由度调节装置在导轨上的位置，使之靠近或远离被对接面，可使锥形舱段姿态实现轴向移动（X向移动）。

锥形舱段轴线左、右距离不满足要求时，旋转横移机构手轮，可使锥形舱段姿态实现水平移动（Y向移动）。

锥形舱段轴线高、低不满足要求时，同时旋转头部升降机构升降机和中心双向调节机构手轮，当升降机构的滚轮架总成提升时，中心双向调节机构的滚轮应向相互靠近的方向移动，反之则应向相互背离的方向移动，可使锥形舱段姿态实现上升或下降（Z向移动）。

锥形舱段的象限偏差不满足要求时，转动锥形舱段，使其绕轴线在各滚轮上转动，可使锥形舱段实现滚转姿态调节，即绕X向旋转。

锥形舱段的俯仰偏差不满足要求时，单独旋转头部升降机构升降机或中心双向调节机构手轮，使锥形舱段小端或大端升高或降低，可使锥形舱段实现俯仰姿态调节，即绕Y向旋转。

锥形舱段的偏航偏差不满足要求时，同时旋转中心双向调节机构两侧手轮，使两套滚轮同向移动，可使锥形舱段绕头部升降机构转动实现偏航姿态调节，即绕Z向旋转。

本发明实施后，对其产品适用范围、承载能力及装置可实现的装调自由度等功能进行了实际应用效果的试验验证，并以成功应用于型号试验。

（1）适应产品直径范围：使用锥形舱段对接多自由度调节装置进行某发动机（Ф1400mm）地面试验推力架的装调。将装置与发动机前裙对接操作，装调装置可进行某发动机地试推力架对接操作，经过装调装置上下左右方向调节后，可进行对应孔位和端面对正及连接，则验证装置适用于该规格的舱段对接。

（2）最大承载能力：使用锥形舱段对接多自由度调节装置进行某发动机地面试验重量约2000Kg的推力架装调操作。将XX-68发动机地面试验推力架安装在装调装置上，对推力架进行6个自由度的调节，每个过程都停留至少1个小时，考核发动机地试推力架半自动对接装配装置的承载能力，用以验证装置最大承载能力2000kg。

（3）可实现的装调自由度：使用锥形舱段对接多自由度调节装置进行某发动机地面试验推力架的装调操作。将某发动机地面试验推力架安装在装调装置上，对推力架进行6个自由度的调节，每个方向的调节过程都顺畅，无卡顿现象，且每个方向调节距离可以满足对某发动机地面试验推力架于发动机前裙部位孔位的精确对正，验证了装置可实现6个自由度的调节。

Claims (8)

1.一种锥形舱段对接多自由度调节装置，其特征在于：包括轨道轮总成（2）、支撑架（4）、横移机构（3）、头部升降机构（1）和中心双向调节机构（5），

所述轨道轮总成（2）包括车轮架（23）、车轮（21）和限位锁紧机构（22），所述车轮（21）成对固定在车轮架（23）的横向框架上，两套限位锁紧机构（22）对称安装在车轮架的纵向框架上，限位锁紧机构（22）的压块朝向车轮柱面；

所述支撑架下端通过横移机构（3）与轨道轮总成（2）连接，上端分别与头部升降机构（1）和中心双向调节机构（5）连接；

所述横移机构（3）包括滚珠丝杠、手轮、滑台、直线导轨及滑块，横移机构（3）的直线导轨固定安装在轨道轮总成的横向框架上，滑块安装在滑台下定位面，滑台上安装面与支撑架连接，转动手轮，滑台沿直线导轨移动，带动支撑架实现舱段结构沿Y向移动的自由度；

所述头部升降机构（1）包括溜板机构、升降机构和滚轮架总成，所述升降机构安装在溜板机构上，滚轮架总成置于升降机构上，溜板机构通过手轮驱动滚珠丝杠移动，采用涡轮蜗杆传动，滚轮架总成主要实现锥 形舱段小端支撑，可绕轴线旋转，采用两套滚轮实现头部两点支撑，可提供锥形舱段小端滚转（绕X旋转）的自由度；

所述中心双向调节机构（5）包括手轮（51）、滚轮总成（52）、滑块（53）及滑台座（54），所述滑轮总成（52）通过滑块（53）置于滑台座（54）上，手轮（51）为滑块（53）提供动力。

2.根据权利要求1所述的锥形舱段对接多自由度调节装置，其特征在于：所述的头部升降机构（1）升降杆绕轴线自由转动，与中心双向调节机构（5）形成三点支撑模式，对锥形舱段空间姿态的各向移动及俯仰、偏航、滚转6个自由度的姿态调整。

3.根据权利要求1所述的锥形舱段对接多自由度调节装置，其特征在于：所述的中心双向调节机构（5）对大端中心轴升降和横移双向调节，采用分体对称设计，调节装置两侧的丝杠配合头部调节机构后实现发动机轴线俯仰、偏航及象限偏差的调整。

4.根据权利要求3所述的锥形舱段对接多自由度调节装置，其特征在于：所述的中心双向调节机构（5）包含两套对称安装的滑台和滚轮，各自采用手轮驱动丝杠传动。

5.根据权利要求1所述的锥形舱段对接多自由度调节装置，其特征在于：所述的头部升降机构（1）采用蜗轮蜗杆传动和丝杠传动，顶端为转动的滚轮架结构，根据不同的结构更换合适的滚轮架。

6.根据权利要求1所述的锥形舱段对接多自由度调节装置，其特征在于：所述车轮（21）轮缘有限位凸缘，防止车轮脱离导轨。

7.根据权利要求1所述的锥形舱段对接多自由度调节装置，其特征在于：所述限位锁紧机构（22）包括导向座、螺纹杆和压块，导向座为内螺纹，螺纹杆为外螺纹，压块安装在螺纹杆头部。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的锥形舱段对接多自由度调节装置，其特征在于：所述的支撑架、轨道轮总成框架采用型钢和钢板焊接的框架结构。

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