CC BY
8
Секция
«ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И МЕХАТРОННЫЕ СИСТЕМЫ В ПРОИЗВОДСТВЕ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ»
УДК 62-236.58
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРИВОДА КОМПЕНСАЦИИ ВЕСОВОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ЭЛЕМЕНТОВ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ТРАНСФОРМИРУЮЩИХСЯ КОНСТРУКЦИЙ
Е. И. Баданин1' 2*, А. А. Дроздов2
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31 2АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52
E-mail: jack26.90@mail.ru
Рассмотрены существующие конструкции систем компенсации весовой составляющей. Выявлена необходимость создания автоматизированной системы. Предложена конструкция быстродействующего и точного привода намотчика гибкой связи применяемого для испытаний крупногабаритных трансформирующихся конструкций (КТК) в условиях влияния силы земного тяготения, за счет устройств сервоуправления, обеспечивающая адаптивное регулирование и быструю реакцию системы с минимальным временем вывода на заданное значение.
Ключевые слова: крупногабаритная трансформирующаяся конструкция, автоматизированная система, сила земного тяготения, адаптивное регулирование.
DESIGNING OF THE DRIVE OF INDEMNIFICATION OF THE WEIGHT COMPONENT OF ELEMENTS OF LARGE-SIZED TRANSFORMED DESIGNS
E. I. Badanin1, 2*, A. A. Drozdov2
1Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
2JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation
E-mail: jack26.90@mail.ru
Existing designs of systems of indemnification of a weight component are considered. Necessity of creation of the automated system is revealed. The design of a high-speed and exact reel up drive is offered flexible communication for studying of behaviour of large-sized transformed designs (LSTD) in the conditions of influence of force of terrestrial gravitation, at the expense of devices сервоуправле-ния, providing adaptive regulation and fast reaction of system with minimum time of a conclusion for a preset value.
Keywords: the large-sized transformed design, the automated system, force of terrestrial gravitation, adaptive regulation.
Введение. Наземная экспериментальная отработка (НЭО) в процессе проектирования и изготовления космического аппарата (КА), является сложной задачей. Испытания КТК, позволяют подтвердить правильность расчетных решений, определить фактические параметры конструкции при НЭО, оценить работоспособность [1].
Проведение НЭО невозможно без применения стендового оборудования, которое позволяет учесть параметры работы конструкций в отсутствии сил земного тяготения и предотвратить отказы в условиях космоса. Конструкции, которые не способны поддерживать собственный вес в условиях земной гравитации, такие как приводы антенн, солнечные батареи, элементы конструкции каркаса трансформируемых рефлекторов и т.п. обязательно требуют проведения многократной экспериментальной отработки в наземных условиях.
Траектория движения элементов конструкции сложная и требует применения следящей системы в процессе отработки раскрытия [2].
С учетом вышесказанного возникает необходимость создания автоматизированного рабочего места компенсации весовой составляющей испытуемых изделий, которое обеспечит минимальное время реакции на изменение компенсирующего усилия и будет отслеживать изменения траектории движения элементов конструкции.
Данное испытательное оборудование требует разработки конструкции быстродействующего и точного привода намотчика гибкой связи для наземного испытательного стенда, с системой управления серводвигателем, так как серводвигатель обладает очень низкой инерцией и высокой стабильностью частоты вращения и момента даже на низких скоростях. При разработке конструкции привода учитывались принципы, описанные в патенте «Устройство имитации невесомости механизмов с гибкой конструкцией элементов» (см. патент RU 2334970), авторы С. В. Агаш-кин, М. М. Михнев, А. Р. Ушаков, А. А. Дроздов [3]. В настоящий момент принципы, описанные в вышеуказанном патенте, заложены в разработанное стендовое испытательное оборудование в АО «ИСС».
Для компенсации изменения длины гибкой связи, при изменении координаты элемента КТК, была предложена компоновочная схема, которая представляет собой цилиндрический редуктор, с параллельными осями валов. В состав конструкции входит сервопривод и планетарный редуктор, передаточное число которого г = 25. Диапазон оборотов на выходе от 0,1 до 120 об/мин, момент постоянный во всем диапазоне и равен 14,9 Нм, мощность серводвигателя 200 Вт [4]. При проектировании привода намотчика гибкой связи были учтены допустимые люфты зубчатых соединений, допустимые максимальные нагрузки, оценены величины трения элементов зубчатой передачи [7]. Компоновочная схема представлена на рисунке [5].
Компоновочная схема привода
Принцип работы привода намотчика гибкой связи: шестерня 3 установлена на вал редуктора серводвигателя и является ведущей, передается вращение на колесо 4, установленное на ведомый вал 9 с закрепленным барабаном 5 для намотки гибкой связи. Шестерня 2, на валу 9 и колесо 8 на валу 6 дублированные, и передают вращение на бесконечный винт 7, который обеспечивает возвратно-поступательное движение шпули 11. Шпуля 11 обеспечивает укладку гибкой связи 10 на барабан 5 виток к витку с достаточной плотностью, что исключает погрешность расчета
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2017. Том 1
необходимой длины связи при компенсации усилия. Корпус 1 представляет собой цельно алюминиевую конструкцию.
Привод намотчика гибкой связи обеспечивает минимальное время реакции на изменение компенсирующего усилия, позволяет точно определить координату точки стыковки гибкой связи с элементом испытуемой конструкции, что позволяет проводить качественные наземные испытания при физической отработке механизмов раскрытия систем КА.
Для отслеживания динамики раскрытия элементов КТК требуется, обеспечить широкий диапазон линейных скоростей гибкой связи, это обусловлено допускаемыми динамическими рывками и прогибами в элементах конструкции, а так же влиянием элементов конструкции друг на друга.
Диаметр барабана, для увеличения износостойкости гибкой связи, выбирается в зависимости от диаметра гибкой связи [6]:
Исходя из диаметра барабана, определяется длина уложенной на барабан гибкой связи [6]:
На каждый следующий ряд витков в вышеприведенную формулу добавляется поправочный коэффициент, рассчитываемый в зависимости от диаметра барабана и диаметра гибкой связи.
Минимальная и максимальная скорость намотки гибкой связи, и соответствующее время изменения положения точки подвеса испытуемого элемента имеет диапазон от 0,2 мм/с до 250 мм/с. Определяется по формуле:
Привод намотчика гибкой связи гарантирует построение стабильной системы с минимальным временем вывода на заданное значение реакции.
Серводвигатель имеет встроенный динамический тормоз, что позволяет при потере напряжения в электросети предотвратить поломку элементов конструкции. Также серводвигатель оснащен датчиком абсолютного положения угла вала двигателя с высокой разрешающей способностью - 131 072 импульса на оборот.
Для обеспечения безотказной работы привода в течение срока службы были назначены необходимые точности для изготовления [8; 9].
1. Расстояние между осями делительных окружностей aw = 45 мм.
2. Допуск на предельные отклонения межосевого расстояния передачи: fa = ±60 мкм.
3. Допуск на параллельность осей делительных окружностей по ширине колеса: b = 7 мм; fx = 18 мкм.
4. Допуск на перекос осей делительных окружностей на ширине колеса: b = 7 мм; fy = 9 мкм.
5. Гарантированный боковой зазор в зубчатом зацеплении: jn min = 120 мкм.
Заключение. Разработанный привод намотчика гибкой связи позволяет максимально
исключить погрешности промежуточного звена между системой управления серводигателем и испытуемым объектом [10]. Компенсация изменения длины гибкой стропы, при изменении координаты точки подвеса, элемента конструкции каркаса трансформируемого рефлектора, осуществляется благодаря применению серводвигателя с динамическим тормозом и встроенным абсолютным энкодером. Положение испытуемого объекта определяется даже при исчезновении и восстановлении электропитания и не требует возвращения объекта в начальное положение [4].
Использование серводвигателя позволяет обеспечить высокие динамические реакции и минимальное время позиционирования [4]. Также обеспечивается возможность установить любой из известных законов регулирования изменения набора скорости или торможения, времени реакции на изменение координаты точки подвеса (пропорциональный, ПИД и т. п.) или задать любые
D => (12...40)d
(1)
Lm = Об • п,
(2)
(3)
параметры необходимые для отработки сигналов с дополнительных сенсоров необходимых для работы общей системы управления.
Библиографические ссылки
1. Electronic textbook StatSoft [Электронный ресурс]. URL: http://webiss/media/journal/ journal-15-2012.pdf (дата обращения: 14.04.2017).
2. Дроздов А. А. Автоматизация системы компенсации весовой составляющей крупногабаритных трансформируемых антенн космических аппаратов // Робототехника и искусственный интеллект : материалы III Междунар. науч.-практ. конф. (2 декабря 2011 г., Железногорск). Центр информации, 2012. 136 с.
3. Устройство имитации невесомости механизмов с гибкой конструкцией элементов : пат. RU 2334970, G01M 19/00, 27.09.2008.
4. MELSERVO. Сервоусилители и электродвигатели : пособие для начинающего. М. : Mitsubishi Electric, 2012.
5. ГОСТ 29067-91. Редукторы и мотор-редукторы. Классификация. М. : Изд-во стандартов,
1991.
6. Рак Р. П. Эксплуатация паровых котлов, сосудов и грузоподъемных машин. 3-е изд. Киев, 1966. 788 с.
7. Чернавский С. А., Боков К. Н. Курсовое проектирование деталей машин. М. : Альянс,
2005.
8. ГОСТ 17232-99. Плиты из алюминия и алюминиевых сплавов. Технические условия. Минск : Изд-во стандартов, 2000.
9. ГОСТ 1643-81. Основные нормы взаимозаменяемости. Передачи зубчатые цилиндрические. Допуски. М. : Изд-во стандартов, 2003.
10. Дунаев П. Ф., Леликов О. П. Конструирование узлов и деталей машин. М. : Академия, 2004. 496 с.
© Баданин Е. И., Дроздов А. А., 2017
