一种铸造分体式空间站科学实验柜力学试验工装

技术领域

本发明属于载人航天工程空间站科学实验柜地面试验设备领域，具体地说是一种铸造分体式空间站科学实验柜力学试验工装，为空间站科学实验舱内不同的科学实验柜提供地面力学环境试验支撑。

背景技术

空间站是一个地球空间近地轨道长期运行的大型空间实验室系统，可实现多名航天员长期驻留，其科学实验舱体能够开展大规模的多学科领域的空间应用科学实验研究，而科学实验柜是在空间站的实验舱内进行这些科学应用任务的主要实验设施。每一类科学实验通过安装于实验舱内科学实验柜上的空间科学载荷设备为载体，提供严格标准的机、电、软、热、液、气和环境接口以及控制系统和信息管理等。

科学实验柜在发射过程中要经历严酷而复杂的力学环境，经历多个方向的振动耦合，因此在研制过程中的各个阶段，在地面进行模拟真实发射时的力学环境试验是必不可少的环节。在地面力学环境试验中，将实验柜借助力学试验工装真实模拟实验柜与空间站舱段的安装方式，并安装于振动台上进行正弦振动、随机振动等力学环境试验，来衡量实验柜的环境适应性，鉴定评估实验柜的设计质量，检验实验柜的工艺制造质量，保证实验柜的可靠性。为真实反映实验柜在一定输入条件下的力学反馈，并且兼顾各个实验柜的质量和振动台的承载能力，同时提高工装的利用效率，拆卸方便，要求工装具备足够的设计刚度、强度、阻尼，并满足传递特性好、波形不失真、横向振动小、真实模拟安装连接、接口面运动均匀等要求，这些条件对力学试验工装的设计提出了很高的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铸造分体式空间站科学实验柜力学试验工装，以满足空间站科学实验柜地面力学环境试验要求。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括底部平板、前部支撑及后部支撑，其中前部支撑与后部支撑分别安装于底部平板上表面的两端，所述前部支撑及后部支撑均包括主立板、下安装板及侧板，所述下安装板的下表面与底部平板及振动台固接，所述下安装板的上表面分别设有主立板及对称位于主立板两侧的侧板，所述前部支撑及后部支撑的主立板上均固接有与科学实验柜上转接件对应的转接板，所述科学实验柜通过转接板与前部支撑、后部支撑转接安装。

其中：所述前部支撑的主立板为主立板A、下安装板为下安装板A、侧板为侧板A，所述主立板A朝向后部支撑的一面固接有转接板，所述主立板A背向后部支撑的一面设有加强筋，所述主立板A的顶部设有上加强板A。

所述前部支撑为铝合金一体铸造成型，所述主立板A及两侧的侧板A上均开设有减重孔A，所述主立板A上每个减重孔A背向后部支撑的一面四周均设有加强筋A。

所述上加强板A上开设有多个用于搬运前部支撑时提供吊环安装点的吊装孔A，所述主立板A上方的两侧均开设有角转件安装孔A，所述下安装板A上开设有振动台和底部平板安装孔A，所述振动台和底部平板安装孔A为可调节式的腰形孔。

所述后部支撑的主立板为主立板B、下安装板为下安装板B、侧板为侧板B，所述主立板B朝向前部支撑的一面固接有转接板，所述主立板B背向前部支撑的一面设有加强筋B，所述主立板B的顶部设有上加强板B。

所述后部支撑为铝合金一体铸造成型，所述主立板B及两侧的侧板B上均开设有减重孔B，所述主立板B上每个减重孔B背向前部支撑的一面四周均设有加强筋B。

所述上加强板B上开设有多个用于搬运后部支撑时提供吊环安装点的吊装孔B，所述主立板B上方的两侧均开设有角转件安装孔B，所述主立板B下方的两侧均开设有可调节角转接板安装孔，所述下安装板B上开设有振动台和底部平板安装孔B，所述振动台和底部平板安装孔B为非可调节式的圆孔。

所述底部平板为方形板，中间开设有减重孔C，所述底部平板上分别开设有吊装孔C、用于与振动台台面相连的与振动台安装孔、与振动台和前部支撑或后部支撑的安装孔；所述底部平板分别与前部支撑、后部支撑及振动台相连，形成一个结构整体。

所述转接板分为左上角转接板、右上角转接板、左下角转接板、右下角转接板、左后角转接板及右后角转接板，所述左上角转接板及右上角转接板分别连接于前部支撑的主立板上部的两侧，所述左下角转接板及右下角转接板分别连接于后部支撑的主立板上部的两侧，所述左后角转接板及右后角转接板分别连接于后部支撑的主立板下部的两侧。

所述转接板为方形板，各所述转接板上分别开设有用于与前部支撑或后部支撑连接的固定孔A及用于与科学实验柜连接的固定孔B。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明能够反映出科学实验柜安装于空间站舱段中界面的力学特性，从而衡量实验柜的环境适应性，鉴定评估实验柜的设计质量，检验产品的工艺制造质量，保证产品的可靠性，有效地避免在发射过程中由于结构和连接等问题造成载荷和舱段的不良影响，具有结构强度高、刚度质量比大、传递特性好、可重复使用、实用性强等突出特点。

2.本发明计成分体式可调整的U形结构形式，以适应各个科学实验柜不同的包络尺寸、结构、质量和安装接口要求，相比于整体式工装具有安装拆卸方便，适应性好，实用性强等特点；分体式工装可按照不同量级的试验输入条件，可进行X向、Y向和Z向的正弦振动、随机振动、扫频振动和定频振动等多种力学试验。

3.本发明的前部支撑和后部支撑采用整体铸造结构，并布置了加强筋结构，非安装接口不加工，相比于螺接和焊接工装，有效增加增强了工装的刚度和阻尼，保证工装具有较高的基频，并且在试验频带内传递特性共振峰数目满足许用值，横向振动小，与试验件接口面运动均匀，满足试验要求。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的结构俯视图；

图3为本发明前部支撑的立体结构示意图；

图4为本发明前部支撑的结构后视图；

图5为本发明后部支撑的立体结构示意图之一；

图6为本发明后部支撑的立体结构示意图之二；

图7为本发明底部平板的结构示意图；

图8为本发明左上角转接板的结构示意图；

图9为科学实验柜与角转接板安装实施的结构示意图；

图10为本发明和科学实验柜在振动台上安装实施的结构示意图；

其中：1为铸造分体式空间站科学实验柜力学试验工装，11为底部平板，111为吊装孔C，112为与振动台安装孔，113为与振动台和前部支撑或后部支撑的安装孔，114为减重孔C，12为前部支撑，121为吊装孔A，122为减重孔A，123为振动台和底部平板的安装孔A，124为角转件板安装孔A，125为加强筋A，126为上加强板A，127为下安装板A，128为主立板A，129为侧板A，13为后部支撑，130为上加强板B，131为吊装孔B，132为减重孔B，133为振动台和底部平板的安装孔B，134为角转件板安装孔B，135为加强筋B，136为可调节角转接板安装孔，137为下安装板B，138为主立板B，139为侧板B，14为左上角转接板，141为与前部支撑连接的固定孔，142为与实验柜左上角接件连接的固定孔，15为右上角转接板，16为左下角转接板，17为右下角转接板，18为左后角转接板，19为右后角转接板，2为科学实验柜，21为实验柜左上角安装接口，22为实验柜右上角安装接口，23为实验柜左下角安装接口，24为实验柜右下角安装接口，25为实验柜左后角安装接口，26为实验柜右后角安装接口，2为科学实验柜，3为振动台。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1、图2所示，本发明包括底部平板11、前部支撑12及后部支撑13，其中前部支撑12与后部支撑13分别安装于底部平板11上表面的两端，前部支撑12及后部支撑13均包括主立板、下安装板及侧板，下安装板的下表面与底部平板11及振动台3固接，下安装板的上表面分别设有主立板及对称位于主立板两侧的侧板，前部支撑12的主立板与后部支撑13的主立板相平行，主立板两侧的侧板对称设置。前部支撑12及后部支撑13的主立板上均固接有与科学实验柜2上转接件对应的转接板，科学实验柜2通过转接板与前部支撑12、后部支撑13转接安装。

如图1～4所示，本实施例的前部支撑12的主立板为主立板A128、下安装板为下安装板A127、侧板为侧板A129，主立板A128朝向后部支撑13的一面固接有转接板，主立板A128背向后部支撑13的一面设有加强筋125，主立板A128的顶部设有上加强板A126。本实施例的前部支撑12为铝合金一体铸造成型，主立板A128及两侧的侧板A129上均开设有减重孔A122，主立板A128上每个减重孔A122背向后部支撑13的一面四周均设有加强筋A125。本实施例的加强筋A125包括竖筋及横筋，主立板A128上的减重孔A122呈矩阵式设置，主立板A128上每个减重孔A122背向后部支撑13的一面四周均设有竖筋及横筋。

本实施例的上加强板A126上开设有多个吊装孔A121，吊装孔A121为搬运前部支撑12时提供吊环安装点。下安装板A127上开设有多个振动台和底部平板安装孔A123，本实施例的振动台和底部平板安装孔A123为可调节式的腰形孔，通过振动台和底部平板安装孔A123可调节前部支撑12与底部平板11、振动台3之间的安装位置。主立板A128上方的两侧均开设有角转件安装孔A124，主立板A128上的减重孔A122位于两侧角转件安装孔A124之间，角转件安装孔A124为科学实验柜2提供了对应角接件的机械接口，通过下安装板A127上的振动台和底部平板安装孔A123与振动台3的台面相连。

如图1、图2及图5、图6所示，本实施例的后部支撑13的主立板为主立板B138、下安装板为下安装板B137、侧板为侧板B139，主立板B138朝向前部支撑12的一面固接有转接板，主立板B138背向前部支撑12的一面设有加强筋B135，主立板B138的顶部设有上加强板B130。本实施例的后部支撑为铝合金一体铸造成型，主立板B138及两侧的侧板B139上均开设有减重孔B132，主立板B138上每个减重孔B132背向前部支撑12的一面四周均设有加强筋B135。本实施例的加强筋B135包括竖筋及横筋，主立板B138上的减重孔B132呈矩阵式设置，主立板B138上每个减重孔B132背向前部支撑12的一面四周均设有竖筋及横筋。

本实施例的上加强板B130上开设有多个吊装孔B131，吊装孔B131为搬运后部支撑13时提供吊环安装点。下安装板B137上开设有多个振动台和底部平板安装孔B133，本实施例的振动台和底部平板安装孔B133为非可调节式的圆孔；主立板B138上方的两侧均开设有角转件安装孔B134，主立板B138下方的两侧均开设有可调节角转接板安装孔136，主立板B138上的减重孔B132位于两侧角转件安装孔B134之间及两侧可调节角转接板安装孔136之间。角转件安装孔B134为科学实验柜2提供了对应角接件的机械接口，通过下安装板B137上的振动台和底部平板安装孔B133与振动台3的台面相连。

考虑到振动台3的承载能力，同时要保证科学实验柜力学试验工装具有足够的强度和较大的刚度，对前部支撑12、后部支撑13进行了结构优化设计，根据优化分析结果，优化了工装的结构整体布局、连接关系以及横筋和竖筋的分布。

底部平板11为方形板，如图1、图2及图7所示，本实施例的底部平板11为长方形板，中间开设有减重孔C114，底部平板11上分别开设有吊装孔C111、用于与振动台3台面相连的与振动台安装孔112、与振动台和前部支撑或后部支撑的安装孔113；底部平板11分别与前部支撑12、后部支撑13及振动台3相连，形成一个结构整体，具有更高的刚度。本实施例的底部平板11采用锻造后精加工工艺，具有很高的平面度，保证与振动态水平滑台的平面度要求，并在垂向(Z向)振动时，可不必使用，适应小量级振动台承载能力，满足振动台3的试验需求。

如图1、图2所示，转接板分为左上角转接板14、右上角转接板15、左下角转接板16、右下角转接板17、左后角转接板18及右后角转接板19，左上角转接板14及右上角转接板15分别与前部支撑12的主立板A128上部两侧的角转件板安装孔A124连接，左下角转接板16及右下角转接板17分别连接于后部支撑13的主立板B138上部两侧的角转件板安装孔B134，左后角转接板18及右后角转接板19分别连接于后部支撑13的主立板B138下部两侧的可调节角转接板安装孔136。本实施例的各转接板形状结构相同，形状均为方形板，各转接板上分别开设有用于与前部支撑12或后部支撑13连接的固定孔A及用于与科学实验柜2连接的固定孔B。如图8所示，以左上角转接板14为例进行说明，左上角转接板14上的固定孔A为与前部支撑连接的的固定孔141，固定孔B为与实验柜左上角接件连接的固定孔142。左上角转接板14通过与实验柜左上角接件连接的固定孔142首先与科学实验柜2连接，待所有六个角转接板均与科学实验柜2连接完成并调平后，实验柜试验组件组装完成。

如图9所示，实验柜试验组件通过与前部支撑连接的固定孔141完成与前部支撑12的连接，待所有六个角转接板均与前部支撑12、后部支撑13连接完成后，即完成科学实验柜2在工装上的安装固定。具体为，前部支撑12上的左上角转接板14与实验柜左上角安装接口21固接，前部支撑12上的右上角转接板15与实验柜右上角安装接口22固接，后部支撑13上的左下角转接板16与实验柜左下角安装接口23固接，后部支撑13上的右下角转接板17与实验柜右下角安装接口24固接，后部支撑13上的左后角转接板18与实验柜左后角安装接口25固接，后部支撑13上的右后角转接板19与实验柜右后角安装接口26固接。

本发明的工作原理为：

如图10所示，本发明提供的一种铸造分体式空间站科学实验柜力学试验工装1，用于实施空间站多个科学实验柜的地面力学试验。试验工装设计成分体可调整的U形结构形式(即底部平板11及两端的前部支撑12、后部支撑13呈U形)，以适应各个实验柜不同的包络尺寸、结构和安装接口要求，相比于整体式工装具有安装拆卸方便，适应性好，实用性强等特点。工装的前部支撑12和后部支撑13分别设置于底部平板11上表面的两端，底部平板11、前部支撑12和后部支撑13为主要承载、振动传递结构，底部平板11上同时分别与前部支撑12、后部支撑13和振动台3的台面相连，形成一个结构整体。六个角转接板与科学实验柜2的对应六角转接件组合，可以实现科学实验柜2与前部支撑12、后部支撑13的转接安装，待所有六个角转接板均与科学实验柜2连接完成并调平后，将科学实验柜2与六个角转接板组成的结构体安装在底部平板11、前部支撑12和后部支撑13组成的结构整体上，调节前部支撑12与底部平板11、振动台3的安装孔位置，完成科学实验柜2在振动台3上的固定安装。

本发明结构强度高、刚度质量比大，试验频带内传递特性共振峰数目满足许用值、横向运动小，与试验件接口面运动均匀，长时间放置和使用过程中不易变形，结构和操作简单，可多次重复使用，实用性强，适应空间站三个舱段各个科学实验柜的结构尺寸包络和质量要求，可按照不同量级试验输入条件，可进行X向、Y向和Z向的正弦振动、随机振动和定频振动等多种力学试验。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。