一种用于模拟设备过载加速下落及制动回收的电驱系统

技术领域

本申请涉及航空航天技术领域，具体是一种用于模拟设备过载加速下落及制动回收的电驱系统。

背景技术

随着航天科技的快速发展，长期在轨飞行器历经变轨调姿以及重复利用回收等过程，在以上飞行过程中受到静力微重力环境以及过载加速等不同的力学环境，由此导致贮箱内的推进剂流态发生改变，贮箱内部压力、温度发生剧烈变化，对发动机和相关设备的正常工作产生很大影响。

发明内容

为了解决上述技术缺陷之一，且需要在地面环境模拟和预示设备在不同过载环境中流体的特性变化规律，本申请实施例中提供了一种用于模拟设备过载加速下落及制动回收的电驱系统。

根据本申请实施例，提供了一种用于模拟设备过载加速下落及制动回收的电驱系统，包括提升制动系统、加速下落系统、控制系统和导向装置；

所述提升制动系统用于实现实验设备的稳步提升和高位制动，并在实验设备加速下落结束后，对高速运行的实验设备进行制动，包括提升电机、提升减速机、电磁离合器、制动卷筒、制动盘及制动器；所述提升减速机与所述提升电机驱动连接，所述电磁离合器安装于所述提升减速机的输出端，所述制动卷筒安装于所述电磁离合器的输出端；所述提升电机为实验设备提升提供动力，与所述提升减速机配合并输出稳定的提升力矩；所述制动卷筒用于缠绕和释放提升钢丝绳，所述制动器与所述制动盘相匹配，在接收到制动控制指令后，所述制动器抱紧所述制动盘对转动的所述制动卷筒进行制动；所述电磁离合器用于所述提升减速机和所述制动卷筒之间的联接与脱开，提升实验设备时，所述提升减速机和所述制动卷筒之间通过所述电磁离合器联接，所述提升电机通过所述提升减速机和所述电磁离合器带动所述制动卷筒转动使提升钢丝绳卷绕将实验设备提升至高位；实验设备加速下落前，所述电磁离合器脱开所述提升减速机和所述制动卷筒之间的连接；

所述加速下落系统用于实现实验设备按照设定的加速度曲线进行加速下落，包括下落电机、下落减速机、下落卷筒、扭矩传感器、减速器端联轴器和电机端联轴器；两台所述下落电机分别与所述下落减速机驱动连接，并同步驱动所述下落减速机，且每台所述下落电机的输出端依次通过所述电机端联轴器、所述扭矩传感器和所述减速器端联轴器与所述下落减速机相连，所述下落卷筒安装于所述下落减速机的输出端，所述下落卷筒用于缠绕和释放下落钢丝绳，所述下落减速机带动下落卷筒转动，使下落钢丝绳带动实验设备按照设定的加速度控制曲线进行加速下落；所述扭矩传感器用于测试下落电机的输出扭矩，通过分析测得的输出扭矩，控制电机输出扭矩及两台下落电机的同步特性；

所述控制系统用于完成试验系统过程中，驱动电机、制动器、离合器、限位开关的控制，并采集下落电机输出扭矩、实验设备加速度值，按照试验流程实现实验设备变加速下落试验以及制动控制功能；

所述导向装置用于防止实验设备在提升和加速下落过程中产生旋转或摇摆晃动，包括连接底座、导向钢丝绳、限位开关和导向轮组，一对竖直设置的所述导向钢丝绳的两端分别通过所述连接底座进行固定，所述限位开关安装于所述导向钢丝绳的上部，若干个导向轮组套设于一对所述导向钢丝绳上，用于放置实验设备的载物台的外壁通过所述导向轮组与所述导向钢丝绳相连；

试验准备阶段，实验设备由所述提升制动系统起吊至设定高度，在触碰到所述限位开关后对实验设备进行制动，打开所述电磁离合器，将所述制动卷筒和所述提升电机之间的连接脱开；

试验开始后，打开所述制动器，同步启动所述加速下落电机，所述下落电机为实验设备提供向下加速的驱动力，通过所述导向轮组和所述下落卷筒带动下落钢丝绳直线运动，将所述下落电机的转动变速至实验设备的变加速下落；加速下落阶段结束后，启动所述制动器，将实验设备减速至静止，完成一次试验。

作为优选，所述控制系统包括上位机、控制器、过载传感器，所述限位开关、所述控制器、所述过载传感器分别与所述上位机控制连接，所述过载传感器用于对实验设备的加速度进行监测，确保负载按照设定加速度曲线进行运动。

作为优选，所述制动卷筒上设有第一挡绳辊，用于防止制动卷筒高速旋转时提升钢丝绳发生乱绳和跳绳。

作为优选，所述下落卷筒上设有第二挡绳辊，用于防止下落卷筒高速旋转时下落钢丝绳发生乱绳和跳绳。

采用本申请实施例中提供的用于模拟设备过载加速下落及制动回收的电驱系统，可实现实验设备的平稳提升，然后按照加速度控制曲线，实现实验设备的高速下落和平稳制动。本系统可以在试验室环境中实施该类试验，制造成本较低，试验方便快捷，可根据试验条件，实现大质量实验设备不同过载加速度的下落需求，并在类似试验中广泛应用。

附图说明

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

图1为本申请实施例提供的用于模拟设备过载加速下落及制动回收的电驱系统的系统原理示意图；

图2为本申请实施例提供的提升制动系统的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的加速下落系统的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的导向装置的结构示意图。

附图标记：

1、提升电机；2、提升减速机；3、电磁离合器；4、制动卷筒；5、制动盘；6制动器；7、挡绳辊；8、下落电机；9、下落减速机；10、减速器端联轴器；11、扭矩传感器；12、电机端联轴器；13、下落卷筒；14、挡绳辊；15、连接底座；16、导向钢丝绳；17、限位开关；18、导向轮组。

具体实施方式

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在实现本申请的过程中，发明人发现，现有的模拟设备过载加速下落及制动回收的电力驱系统，存在无法满足设备平稳提升、加速度可控下降的多种需求，制造成本较高、试验较为不便等技术问题。

针对上述问题，本申请实施例中提供了一种用于模拟设备过载加速下落及制动回收的电驱系统，可实现实验设备的平稳提升，然后按照加速度控制曲线，实现实验设备的高速下落和平稳制动。本系统可以在试验室环境中实施该类试验，制造成本较低，试验方便快捷，可根据试验条件，实现大质量实验设备不同过载加速度的下落需求，并在类似试验中广泛应用。

介于此，本申请通过下列具体实施例对本申请的技术方案进行介绍。

参阅图1-4

一种用于模拟设备过载加速下落及制动回收的电驱系统，包括提升制动系统、加速下落系统、控制系统、导向装置。

提升制动系统组成如图2所示，包括提升电机1、提升减速机2、电磁离合器3、制动卷筒4、制动盘5及制动器6。提升制动系统用于实现实验设备的稳步提升和高位制动，并在实验设备加速下落结束后，对高速运行的实验设备进行制动。

提升电机1为实验设备提升提供动力，配合提升减速机2，输出稳定的提升力矩，稳步将实验设备提升至指定高度，为加速下落做准备。

制动卷筒4用于缠绕和释放提升钢丝绳，卷筒上设有挡绳辊7，用于防止制动卷筒4高速旋转时钢丝绳发生乱绳和跳绳。

制动器6配合制动盘5，在接收到制动控制指令后，制动器6通过抱紧制动盘5，产生摩擦力对转动的制动卷筒4进行制动。

电磁离合器3用于提升减速机2和制动卷筒4的联接与脱开。实验设备提升时，提升减速机2和制动卷筒4通过离合器3联接，提升电机1通过提升减速机2、离合器3，带动制动卷筒4和提升钢丝绳将实验设备提升至高位；实验设备加速下落前，离合器3脱开提升减速机2和制动卷筒4，减小实验设备下落时提升电机1和提升减速机2的转动惯量对系统能量的消耗，提升下落电机的启动速度。

可行的是，如图1所示，提升钢丝绳通过设置的转向滑轮(具体位置如图示出)形成三段，第一段设置于图示中提升制动系统与其上方的转向滑轮之间，第二段设置于图示中两个水平设置的转向滑轮之间，第三段设置于转向滑轮与用于盛装试验设备的载物台之间。同样的，下落钢丝绳通过设置的转向滑轮(具体位置如图示出)形成两段，第一段设置于图示中加速下落系统与转向滑轮之间，第二段设置于该转向滑轮与其正上方的载物之间。其中，为了保持实验设备在运动过程(提升或下落)中的稳定性，提升钢丝绳的尾端、下落钢丝绳的尾端与载物台之间通过配套锁具进行连接。

加速下落系统如图3所示，包括两台下落电机8、下落减速机9、下落卷筒13、扭矩传感器11、减速器端联轴器10和电机端联轴器12。加速下落系统用于实现实验设备按照设定的加速度曲线进行加速下落。

两台下落电机8同步驱动下落减速机9，带动下落卷筒13转动，使钢丝绳带动实验设备按照设定的加速度控制曲线进行加速下落。

下落卷筒13用于缠绕和释放下落钢丝绳，下落卷筒13上设有挡绳辊14，用于防止下落卷筒13高速旋转时钢丝绳发生乱绳和跳绳。

扭矩传感器11用于测试两台下落电机8的输出扭矩，通过分析所测数据，控制电机输出扭矩及两台电机的同步特性。

控制系统包括上位机、控制器、过载传感器、限位开关，用于完成试验系统过程中，驱动电机、制动器、离合器、限位开关的控制，并采集下落电机输出扭矩、实验设备加速度值，按照试验流程实现实验设备变加速下落试验以及制动控制功能。

导向装置如图4所示，包括连接底座15、导向钢丝绳16、限位开关17和导向轮组18，用于防止实验设备在提升和加速下落过程中产生旋转或摇摆晃动。

试验准备阶段，实验设备完由提升制动系统起吊至设定高度，触碰限位开关17后制动。打开提升制动系统的离合器3，将制动卷筒4和提升电机1脱开。试验开始后，打开制动器6，同步启动加速下落电机8，下落电机8为系统提供向下加速的驱动力，通过导向滑轮和下落卷筒13带动钢丝绳直线运动，将下落电机8的转动变速至实验设备的变加速下落。加速下落阶段结束后启动制动器6，将实验设备减速至静止，完成一次试验。

本发明所述的电机驱动系统，可实现实验设备的平稳提升，然后按照加速度控制曲线，实现实验设备的高速下落和平稳制动。本系统可以在试验室环境中实施该类试验，制造成本较低，试验方便快捷，可根据试验条件，实现大质量实验设备不同过载加速度的下落需求，并在类似试验中广泛应用。

本实施例，采用电机带动卷筒缠绕和释放钢丝绳的驱动方式，其中电机作为动力源，实现了带动2吨重的负载实验设备高速下落的功能，并在下落1s内，负载实验设备的平均过载加速度可达0.6g，过载持续时间为0.6s。同时整套系统具备制动功能，负载实验设备制动过程平稳，制动最大加速度2g。本申请，在有限的试验场地和试验高度内，成功地模拟了负载实验设备过载加速度的力学环境，为飞行实验设备的地面试验提供了可靠试验实验系统，有效地降低飞行实验设备研制的周期和成本。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顶端”、“底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。