專利名稱：真空熱試驗環境提升機系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于真空熱試驗環境機械制造技術領域，具體涉及一種在航天器真空熱試驗環境下實現工裝垂直升降的驅動系統。
背景技術：
真空熱試驗是航天器研制過程中必不可缺的試驗項目，試驗一般在空間環境模擬器中完成，空間環境模擬器提供模擬太空的真空、冷黑背景，隨著真空熱試驗發展的要求，現實中需要根據型號研制一種驅動系統以實現試驗工況期間，工裝能夠在空間環境模擬器中移動。雖然在普通環境下類似的驅動系統非常普遍，無論是動力系統還是傳動系統的選擇都是多種多樣的，但是考慮到高真空(小于1X10 —4Pa)、超低溫(低于一 190°C)的環境影響，在系統方案的選擇上會受到很大限制，需要克服結構應變、真空潤滑、電機熱控等諸多技術難題。因此，設計和研制一種能夠適應航天器真空熱試驗環境的驅動系統，實現工裝的移動具有積極的現實意義。
發明內容
本發明的目的在于提供一種在真空熱試驗環境下實現工裝升降的機械系統，旨在克服高真空、超低 溫環境對于機械系統設計的影響，實現工裝在空間環境模擬器中平穩、可靠的升降。為了實現上述目的，本發明采用了如下的技術方案:
本發明的真空熱試驗環境提升機系統，包括設置在空間環境模擬器內的動力系統、傳動系統、熱控系統以及設置在空間環境模擬器外的控制系統，動力系統中電機輸出動力給傳動系統，并通過傳動系統實現工裝的升降運動。熱控系統能夠對空間模擬器內相應部件工作環境溫度進行控制。設置在空間環境模擬器外的控制系統分別與動力系統、傳動系統、熱控系統進行通信連接，以實現升降運動控制和溫度控制。其中，傳動系統包括蝸輪蝸桿減速器、卷筒、鋼絲繩、滑輪器、張緊器和吊具，動力系統電機輸出軸與蝸輪蝸桿減速器輸入軸(蝸桿)相連，蝸輪蝸桿減速器輸出軸(蝸輪)與卷筒轉軸相連，鋼絲繩一端與卷筒相連，另一端繞過滑輪器定滑輪與張緊器連接，張緊器下端設有用于提升真空熱試驗工裝的吊具。滑輪器包括安裝板、固定有定滑輪的T形結構件、固定板、觸發板、壓緊彈簧和微動開關。其中，用于固定安裝滑輪器的安裝板與固定板一側相連，固定板與T形結構件(T形結構件由上部橫板和下部夾設定滑輪的豎板構成，夾設定滑輪的豎板的中心線構成其縱軸)上部橫板兩側通過螺栓螺母機械連接且兩者縱軸與水平面成45度傾角從而在提升試件時沿縱軸方向產生合力。此外，固定板一側還安裝有微動開關，微動開關在T形結構件一側固定的觸發板作用下處于常閉狀態，當定滑輪接入負載后，產生斜向45度合力，使T形結構件兩側下方螺栓上所套的壓緊彈簧受力壓緊并帶動觸發板松開微動開關，此時向控制系統發出加載信號，同理當負載卸下時，可以發出卸載信號。張緊器用于當工裝下降到位時，保證鋼絲繩仍處于繃緊狀態，避免擺動，張緊器采用類似活塞式結構，主要包括鋼絲繩固定環、套桿、張力彈簧、導桿和吊具固定環，其中鋼絲繩固定環與套桿通過螺紋和定位銷雙重連接方式，導桿上套有張力彈簧共同位于套桿內，導桿下端焊接有吊具固定環。使用時鋼絲繩固定環與鋼絲繩固定連接，吊具固定環通過吊具接入負載，此時，導桿在負載重力作用下通過其上端螺母將張力彈簧壓緊，而當負載下降到位時，張力彈簧慢慢恢復，在完全恢復之前能夠確保鋼絲繩始終處于繃緊狀態。其中，蝸輪蝸桿減速器的油潤滑方式更換為真空脂潤滑方式。優選地，鋼絲繩選用無油防扭不銹鋼鋼絲繩。優選地，電機為三相混合式步進電機，且其潤滑脂采用真空潤滑脂。優選地，電機供電及信號線纜為聚四氟導線并配備航天器真空熱試驗通用的Y2型電連接器。其中，熱控系統采用鋁合金制的控溫箱，通過表面粘貼航天器真空熱試驗專用薄膜加熱片以及鉬電阻溫度傳感器配合控溫儀進行溫度的測量與控制。其中，控制系統能夠驅動步進電機實現機械系統的起停，還集成了速度控制、位移監測、溫度控制、卸載感應、限位報警、急停等功能，分別用以調整執行機構的升降速率，監視位移量，監控機械系統所處環境溫度、感應負載是否升降到位以及緊急情況下的制停。本發明與現有技術相比具有以下優點:
本發明所提供的真空熱試驗環境提升機系統，已經在多個航天型號真空熱試驗中使用，結果表明:該系統實現了如紅外加熱籠等工裝在試驗工況期間的升降，克服了高真空、超低溫環境影響，工裝移動平穩、可靠，滿足型號需求。
圖1為本發明真空熱試驗環境提升機系統結構示意圖。圖2為本發明真空熱試驗環境提升機系統中傳動系統示意圖。其中，I為動力系統中的電機；2為蝸輪蝸桿減速器；3為卷筒；4為鋼絲繩；5為滑輪器；6為張緊器；7為吊具。圖3為本發明真空熱試驗環境提升機系統傳動系統中滑輪器正視圖。圖4為本發明真空熱試驗環境提升機系統傳動系統中滑輪器側視圖。其中，8為安裝板；9為固定板；10為定滑輪T型結構件；11為微動開關；12為壓緊彈黃；13為觸發板。圖5為本發明真空熱試驗環境提升機系統傳動系統中張緊器結構示意圖。 其中，14為鋼絲繩固定環；15為套桿；16為張力彈黃；17為導桿；18為吊具固定環。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的真空熱試驗環境提升機系統進行詳細說明，具體實施方式
僅為示例的目的，并不旨在限制本發明的保護范圍。參照圖1，圖1給出了本發明的真空熱試驗環境提升機系統的結構示意圖，其中，該真空熱試驗環境提升機系統，包括設置在空間環境模擬器內的動力系統、傳動系統、熱控系統以及設置在空間環境模擬器外的控制系統。動力系統中電機輸出動力給傳動系統，并通過傳動系統實現工裝的升降運動。熱控系統能夠對空間模擬器內相應部件工作環境溫度進行控制。設置在空間環境模擬器外的控制系統分別與動力系統、傳動系統、熱控系統進行通信連接，以實現升降運動控制和溫度控制。在一實施方式中，熱控系統采用鋁合金制的控溫箱，通過表面粘貼航天器真空熱試驗專用薄膜加熱片以及鉬電阻溫度傳感器配合控溫儀進行溫度的測量與控制。在又一實施方式中，控制系統能夠驅動步進電機實現機械系統的起停，還集成了速度控制、位移監測、溫度控制、卸載感應、限位報警、急停等功能，分別用以調整執行機構的升降速率，監視位移量，監控機械系統所處環境溫度、感應負載是否升降到位以及緊急情況下的制停。與現有技術相比，本發明的主要改進在于傳動系統的設計，特別是滑輪器和張緊器的結構設計和改進。參見圖2，圖2顯示了本發明的真空熱試驗環境提升機系統的傳動系統，包括蝸輪蝸桿減速器2、卷筒3、鋼絲繩4、滑輪器5、張緊器6和吊具7，動力系統中的電機I為蝸輪蝸桿減速器2提供動力，蝸輪蝸桿減速器2的輸出驅動卷筒3轉動以卷繞鋼絲繩4的一端，鋼絲繩4的另一端繞過滑輪器5的定滑輪與張緊器6連接，張緊器的下端設有用于提升真空熱試驗試樣的吊具7。在一優選實施方式中，蝸輪蝸桿減速器的油潤滑方式更換為真空脂潤滑方式。在另一優選實施方式中，鋼絲繩選用無油防扭不銹鋼鋼絲繩。優選地，電機為三相混合式步進電機，且其潤滑脂采用真空潤滑脂，此外，電機供電及信號線纜和各種通信線路 為聚四氟導線并配備航天器真空熱試驗通用的Y2型電連接器。參見圖3-4，圖3和4分別顯示了本發明的真空熱試驗環境提升機系統中滑輪器正視圖和側視圖。其中，滑輪器5包括安裝板8、固定板9、固定有定滑輪的T形結構件10、微動開關11、壓緊彈簧12和觸發板13，用于固定安裝滑輪器的安裝板8與固定板9 一側相連，固定板8與T形結構件10 (T形結構件由上部橫板和下部夾設定滑輪的豎板構成，夾設定滑輪的豎板的中心線構成其縱軸)上部橫板兩側通過螺栓螺母機械連接且兩者縱軸與水平面成45度傾角從而在提升試件時沿縱軸方向產生合力。此外，固定板9 一側還安裝有微動開關11，微動開關11在T形結構件10 —側固定的觸發板13作用下處于常閉狀態，當定滑輪接入負載后，產生斜向45度合力，使T形結構件10兩側下方螺栓上所套的壓緊彈簧12受力壓緊并帶動觸發板13松開微動開關11，此時向控制系統發出加載信號，同理當負載卸下時，可以發出卸載信號。本發明進一步的改進在于張緊器，參見圖5。張緊器用于當工裝下降到位時，保證鋼絲繩仍處于繃緊狀態，避免擺動，張緊器采用類似活塞式結構，主要包括鋼絲繩固定環
14、套桿15、張力彈簧16、導桿17和吊具固定環18，其中鋼絲繩固定環14與套桿15通過螺紋和定位銷雙重連接方式，導桿17上套有張力彈簧16共同位于套桿15內，導桿17下端焊接有吊具固定環18。使用時鋼絲繩固定環14與鋼絲繩固定連接，吊具固定環18通過吊具接入負載，此時，導桿17在負載重力作用下通過其上端螺母將張力彈簧16壓緊，而當負載下降到位時，張力彈簧16慢慢恢復，在完全恢復之前能夠確保鋼絲繩始終處于繃緊狀態。本發明工作流程如下:
(O系統準備與調試:將圖3-4所示滑輪器5通過安裝板8固定在空間環境模擬器內合適位置，并將圖2所示鋼絲繩4繞過滑輪器5上的定滑輪與圖5所示張緊器鋼絲繩固定環14相連，張緊器吊具固定環18與圖2所示吊具7連接后，將執行機構(提升對象)與吊具連接，并根據提升對象實際升降行程確定起始和終點位置。接著將圖2所示電機I和滑輪器5上的微動開關11的供電及信號線纜以及熱控系統溫度傳感器和薄膜加熱片引線通過航天器真空熱試驗通用Y2型電連接器經空間環境模擬器穿墻法蘭接入設置在空間環境模擬器外的控制系統，并在控制系統中設置升降行程起點、終點信息以及溫控箱的控制目標溫度，完成后即可對執行機構(提升對象)進行升降控制，通過控制面板上的撥動開關還可實現自動和手動控制的切換，通過面板上的信號燈和液晶屏可以獲取當前溫度、升(降)速率、位移量、限位觸發等系統工作信息。(2)動作過程:當進行提升操作時，圖2所示電機I輸出軸正轉帶動蝸輪蝸桿減速器2輸入軸(蝸桿)轉動，而蝸輪蝸桿減速器2輸出軸(蝸輪)隨之轉動并帶動卷筒3轉動，鋼絲繩4逐漸隨著卷筒3轉動而繞在卷筒上，鋼絲繩4水平繞過滑輪器5的定滑輪并通過與之相連的垂直方向的張緊器6上鋼絲繩固定環14帶動套桿15上升，水平和垂直方向的鋼絲繩在定滑輪上的產生的合力正好是斜向45度，在此合力作用下，滑輪器5上壓緊彈簧12被壓緊，并帶動觸發板13釋放微動開關11，從而發出加載信號，同時套桿15內部的張力彈簧16逐步被壓緊，當彈簧完全壓緊時，導桿17逐漸上升，從而連接在吊具固定環18上的吊具及工裝也逐步上升；
同樣，當進行下降操作時，圖2所示電機I輸出軸反轉帶動蝸輪蝸桿減速器2輸入軸(蝸桿)轉動，而蝸輪蝸桿減速器2輸出軸(蝸輪)隨之轉動并帶動卷筒3轉動，鋼絲繩4逐漸隨著卷筒3轉動而釋放，水平繞過滑輪器5的定滑輪并與垂直方向的張緊器6上鋼絲繩固定環14相連的鋼絲繩逐漸下降，從而吊具及工裝也下降，當負載下降到位而卸載時，套桿15內部的張力彈簧16逐漸恢復，在張力彈簧16完全恢復之前，與鋼絲繩固定環14相連的鋼絲繩連同套桿15始終受彈簧張力作用處于繃緊狀態而避免了擺動，同時滑輪器5上被壓緊的壓緊彈簧12已經恢復，帶動觸發板13觸發微動開關11，并向控制系統發出卸載信號，從而實現下降卸載感應和控制。盡管上文對本發明的具體實施方式
進行了詳細的描述和說明，但應該指明的是，我們可以對上述實施方式進行各種改變和修改，但這些都不脫離本發明的精神和所附的權利要求所記載 的范圍。
權利要求
1.真空熱試驗環境提升機系統，包括設置在空間環境模擬器內的動力系統、傳動系統、熱控系統以及設置在空間環境模擬器外的控制系統，動力系統中的電機輸出動力給傳動系統，并通過傳動系統實現試驗工裝在空間環境模擬器內的升降運動，熱控系統能夠對空間模擬器內相應部件工作環境溫度進行控制，設置在空間環境模擬器外的控制系統分別與動力系統、傳動系統、熱控系統進行通信連接，以實現升降運動控制和溫度控制；其特征在于，所述傳動系統包括蝸輪蝸桿減速器、卷筒、鋼絲繩、滑輪器、張緊器和吊具，所述動力系統中電機輸出軸與蝸輪蝸桿減速器輸入軸相連，蝸輪蝸桿減速器輸出軸與卷筒轉軸相連，鋼絲繩一端與卷筒相連，另一端繞過滑輪器定滑輪與張緊器連接，張緊器下端設有用于提升真空熱試驗工裝的吊具。
2.如權利要求I所述的真空熱試驗環境提升機系統，其中，所述滑輪器包括安裝板、固定有定滑輪的T形結構件、固定板、觸發板、壓緊彈簧和微動開關，用于固定安裝滑輪器的安裝板與固定板一側相連，固定板與T形結構件上部橫板兩側通過螺栓螺母機械連接且兩者縱軸與水平面成45度傾角從而在提升試件時沿縱軸方向產生合力；固定板一側還設置有微動開關，微動開關在T形結構件一側固定的觸發板作用下處于常閉狀態，當定滑輪接入負載后，產生斜向45度合力，使T形結構件兩側下方螺栓上所套的壓緊彈簧受力壓緊并帶動觸發板松開微動開關，此時向控制系統發出加載信號，同樣當負載卸下時，發出卸載信號。
3.如權利要求I所述的真空熱試驗環境提升機系統，其中，所述張緊器用于當工裝下 降到位時，保證鋼絲繩仍處于繃緊狀態，避免擺動，張緊器采用類似活塞式結構，主要包括鋼絲繩固定環、套桿、張力彈簧、導桿和吊具固定環，其中鋼絲繩固定環與套桿通過螺紋和定位銷雙重連接，導桿上套有張力彈簧共同位于套桿內，導桿下端焊接有吊具固定環，使用時鋼絲繩固定環與鋼絲繩固定連接，吊具固定環通過吊具接入負載，導桿在負載重力作用下通過其上端螺母將張力彈簧壓緊，而當負載下降到位時，張力彈簧慢慢恢復，在完全恢復之前能夠確保鋼絲繩始終處于繃緊狀態。
4.如權利要求1-3任一項所述的真空熱試驗環境提升機系統，其中，T形結構件由上部橫板和下部夾設定滑輪的豎板構成，夾設定滑輪的豎板的中心線構成其縱軸。
5.如權利要求1-3任一項所述的真空熱試驗環境提升機系統，其中，蝸輪蝸桿減速器的油潤滑方式更換為真空脂潤滑方式。
6.如權利要求1-3任一項所述的真空熱試驗環境提升機系統，其中，鋼絲繩選用無油防扭不銹鋼鋼絲繩。
7.如權利要求1-3任一項所述的真空熱試驗環境提升機系統，其中，電機為三相混合式步進電機，且其潤滑方式采用真空潤滑脂。
8.如權利要求1-3任一項所述的真空熱試驗環境提升機系統，其中，電機供電及信號線纜為聚四氟導線并配備航天器真空熱試驗通用的Y2型電連接器。
9.如權利要求1-3任一項所述的真空熱試驗環境提升機系統，其中，熱控系統采用鋁合金控溫箱，通過表面粘貼航天器真空熱試驗專用薄膜加熱片以及鉬電阻溫度傳感器配合控溫儀進行溫度的測量與控制。
10.如權利要求1-3任一項所述的真空熱試驗環境提升機系統，其中，控制系統能夠驅動步進電機實現機械系統的起停，還集成了速度控制、位移監測、溫度控制、卸載感應、限位報警、急停等功能，用以調整執行機構的升降速率，監視位移量，監控機械系統所處環境溫度、 感應負載是否升降到位以及緊急情況下的制停。
全文摘要
本發明公開了一種真空熱試驗環境提升機系統，包括設置在空間環境模擬器內的動力系統、傳動系統、熱控系統以及設置在空間環境模擬器外的控制系統。其中，動力系統采用三相混合式步進電機，并對其潤滑方式進行了改造；傳動系統包括蝸輪蝸桿減速器、鋼絲繩卷筒以及為滿足系統可靠性而設計的滑輪器、張緊器和吊具；熱控系統主要控制空間環境模擬器內其它部件工作溫度滿足要求；控制系統主要實現對整個系統的集中操作和控制。與現有技術相比，本發明的提升機系統實現了如紅外加熱籠等的工裝在試驗工況期間的升降，克服了高真空、超低溫環境影響，工裝移動平穩、可靠。
文檔編號B66D1/14GK103253607SQ20131015763
公開日2013年8月21日 申請日期2013年5月2日 優先權日2013年5月2日
發明者錢北行, 孫興華, 周艷, 張麗娜, 李燁 申請人:北京衛星環境工程研究所