专利名称：悬吊式大尺度构件空间姿态的调整锁定机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于悬吊方式的大尺度构件空间姿态的调整锁定机构。
背景技术：
随着现代制造技术的飞速发展，各类大型设施、设备和装备在国防、工业和民用领 域应用越来越广泛，如飞机、船舶、航天器、大跨度结构和各类天文望远镜等。这些设施和装 备大多由一类尺寸和功能均相似的薄壁构件单元分片组装构成，如飞机、船舶和航天器的 舱壁，飞机机翼，大跨度结构的屋盖，以及天文望远镜的反射面单元等。这些构件单元的横 向尺寸一般都较大，且在安装时往往处于连续变化的空间姿态下。由于现代材料科学和加 工工艺的进步，这些构件的壁厚越做越小，以降低构件自重和产品造价，但同时也使得构件 在正常工作环境下的强度、刚度和振动问题日益突出，在产品设计完成后往往需要进行实 际工况下的模型或原型试验，这就需要将构件调整到实际工况下的姿态位置，然后将位置 锁定，为下一步施加实际工况约束和进行试验做好准备。一般的空间姿态调整机构通常采用万向节、并联机床或者刚性杆促动器方案。并 联机床调整空间有限，且大尺度构件对万向节和并联机床的尺寸和刚度要求较高，成本也 因此很高。刚性杆促动器方案需要至少3个促动器，从竖直方向推动构件的3个支撑点，来 调整构件的姿态。由于构件尺寸巨大，为调整到给定的姿态角通常需要较大的行程，从而对 驱动器的伸缩比提出了较高的要求，而伸缩比达到一定上限后通常会导致促动器丝杆的侧 向刚度变差，不仅影响姿态的精确调整，而且在调整后无法有效锁定和约束构件，以完成正 常的试验。较大的侧向变形反过来又将导致驱动器伸缩困难，从而限制了此类姿态调整机 构的有效工作空间。此外当姿态角较大时，随着构件支撑点的水平位移有明显变化，促动器 的姿态因此倾斜，从而影响3个促动器行程的精确控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种悬吊式大尺度构件空间姿态的调整锁定机构，在满足 技术要求的基础上，使整个机构的制造、安装和使用均简洁、快速、可靠。从而有效降低建造 成本、适合实际应用。为实现上述目的，本发明悬吊式大尺度构件空间姿态的调整锁定机构，包括门式 钢框架和设置在水平面上的随动小车，门式钢框架的横梁上设置有用于悬挂构件的起重电 机，该起重电机通过其上设置的钢索与构件上的悬挂点相连接、并将构件的上部吊起，随动 小车与构件上的支撑点相连接、并对构件的下部进行支撑，通过调整钢索伸出的长度，来调 整构件的空间姿态；其中，构件上设置有限位点，该限位点与门式钢框架之间设置有限制限 位点横向位移的限位机构、和/或随动小车与水平面之间设置有定位机构。进一步，所述框架上设置有两个所述起重电机，水平面上设置有一个所述随动小 车，其中，第一起重电机固定安装在所述框架的横梁上，该横梁上设置有水平导轨，第二起 重电机通过其上部设置的安装座可动式挂装在水平导轨上，第二起重电机的安装座还通过拉绳与一控制电机相连，控制电机拉动拉绳以使得第二起重电机在水平导轨上移动；所述 构件设置有两个所述悬挂点，其分别与两个所述起重电机的钢索相连接；所述构件的下部 设置有一个所述支撑点，其与所述随动小车相连接。其中应确保所述两个悬挂点与所述支 撑点不共线。进一步，所述限位机构包括设置在所述门式钢框架的立柱上的竖直导轨，所述构 件上的限位点处设置有限位环，该限位环套装在竖直导轨内。进一步，所述限位机构包括设置在所述门式钢框架的左立柱上的竖直限位铁条， 所述构件上的限位点处设置有电磁铁，该竖直限位铁条和电磁铁相配合使用，通电时，二者 相吸以限制所述构件的限位点的位置。进一步，所述定位机构包括设置在所述随动小车的万向车轮上的限位锁扣，限位 锁扣锁紧万向车轮后，所述随动小车在水平面上的位置就被锁定。在锁定了构件限位点的 位置和随动小车的位置后，由于钢索拉住了构件悬挂点，构件的空间姿态就被锁定。进一步，所述起重电机或控制电机均包括绞盘、缠绕在其上的所述钢索，绞盘通过 其中心轴与电机相连，电机上设置有控制其运行的编码器；所述钢索与所述构件的悬挂点 之间设置有相互适配的挂环和连接头。进一步，所述随动小车的底部设置有四个万向车轮，每个万向车轮均设置在支承 轴上，该支承轴的上部可转动式安装在所述随动小车底部的安装孔中。进一步，所述随动小车的上部设置有支板，支板上设置有上安装孔，该上安装孔内 可转动式安装有连接轴，连接轴的一端上固定设置有用于连接所述构件的连接部。本发明悬吊式大尺度构件空间姿态的调整锁定机构，解决了大尺度构件的空间姿 态调整问题，其机构设计简单、造价低廉且容易实现，可靠性高，能够满足姿态调整和锁定 机构的所有技术要求。并通过设置限位机构和/或定位机构，可大大提高构件的姿态定位 要求，以提高构件的姿态测量精度。
图1为本发明实施例1结构示意图；图2为门式钢框架及起重电机的安装结构示意图；图3为图2中A-A向截面图；图4为随动小车主视示意图；图5为随动小车右视示意图；图6为随动小车俯视示意图。
具体实施例方式如图1至图6所示，本发明悬吊式大尺度构件空间姿态的调整锁定机构，包括门式 钢框架5和设置在水平面上的随动小车6，门式钢框架5包括横梁7和立柱8。横梁7上设 置有用于悬挂构件9的两个起重电机第一起重电机10和第二起重电机12，每个起重电机 均包括绞盘21、缠绕在其上的钢索，绞盘21通过其中心轴与电机22相连，电机22上设置有 控制其运行的编码器23，第一起重电机10和第二起重电机12中的电机均为起重电机。其 中，第一起重电机10固定安装在横梁7的左部上，横梁7的右部设置有水平导轨11，第二起重电机12通过其上部设置的安装座13可动式挂装在水平导轨11上。第二起重电机12的安装座13上通过拉绳14与一控制电机15相连，控制电机15 也包括相应的绞盘、钢索，绞盘通过其中心轴与电机相连，电机上设置有控制其运行的编码 器。控制电机15拉动拉绳14可使得第二起重电机12在水平导轨11上移动，从而调整第 二起重电机12在水平方向上的位置。构件9的上部设置有两个悬挂点第一悬挂点16、第二悬挂点18。由于实际应用 中，构件9的构件尺寸均较大，其在测量时容易受到外界的干扰而产生姿态的变化，从而影 响测量的精度，本发明中，在构件9上设置有限位点，本实施例中，该限位点设置在第一悬 挂点16处，并且限位点与门式钢框架之间设置有限制限位点横向位移的限位机构。本实施 例中，限位机构为设置在第一钢索17下端的电磁铁吸盘1和设置在左立柱上的竖直限位铁 条(图中未示)，实际应用中，第一起重电机10靠近左立柱设置，即第一悬挂点16为靠近左 立柱设置，并且由于立柱通常采用铁质材料制成，即直接由电磁铁吸盘1和左立柱构成限 位机构。第一钢索17设置在第一起重电机10上，第一钢索17的下端固定连接有电磁铁吸 盘1，电磁铁吸盘1包括悬挂体3、设置在其上的电磁铁2，悬挂体3上挂装有起重吊钩4，起 重吊钩4通过挂环24和连接头25与第一悬挂点16相连接。第二起重电机12上的第二钢 索19的下端直接挂装有起重吊钩4，并通过挂环24和连接头25与第二悬挂点18相连接。 构件9的下部设置有一个支撑点20，其与随动小车6相连接。这样构件9就通过两个悬挂 点和一个支撑点被有效的挂起。当第一钢索17根据需要调整到合适的长度后，向电磁铁2 通电，其产生磁力后直接吸附到左立柱上，从而实现第一悬挂点16的位置锁定。实际应用时，限位机构还可设置另一结构形式，其包括设置在左立柱上的竖直导 轨，构件9上的限位点处设置有限位环(图中未示)，该限位环套装在竖直导轨内，这样构件 9上限位点的横向位置将被限定。如图4、图5、图6所示，随动小车6的底部设置有四个万向车轮26，每个车轮均设 置在支承轴27上，支承轴27的上部可转动式安装在随动小车底部6的安装孔28中。随动小车6的上部设置有支板29，支板29上设置有上安装孔30，上安装孔30内 可转动式安装有连接轴31，连接轴31的一端上固定设置有用于连接构件的连接部32。连 接部32包括连接板33，连接板33上设置有与支撑点20相连接的连接孔34。为了进一步提高构件9的姿态精度，随动小车6与水平面35之间设置有定位机 构，本实施例中，定位机构包括设置在随动小车6的万向车轮上的限位锁扣36，限位锁扣锁 紧36万向车轮后，随动小车在水平面35上的位置将被锁定，从而达到支撑点20位置的限 定。工作时，将构件9上的第一悬挂点16与第一钢索17相连接、第二悬挂点18与第二 钢索19相连接、支撑点20相连接的连接孔34相连接，电机22将驱动第一起重电机10和 第二起重电机12运行，编码器23将控制电机22的运行状况，以根据设定要求，使第一钢索 17、第二钢索19在竖直方向上分别伸出相应的长度，同时控制电机15还控制第二起重电机 12在水平方向上移动到设定位置，此时随动小车6将根据实际的情况在水平面35上随动。 通过调整第一钢索17、第二钢索19的伸出长度，可调整构件9被悬挂时的空间姿态。本实施例中，构件9的支撑点处在最低的位置。在这种情况下，最低点由随动小车
5承载，能够在水平面内自由移动；而相对处于较高的两个端点，分别用两套安装在悬挂门式 钢框架上的起重电机悬吊。由于随动小车在水平面的滑动和控制电机对第二起重电机在横 梁位置的调整，可以保证两条起重钢索始终处于竖直状态，从而保证在调整过程中构件不 额外受力且起吊控制变得简单。根据设定的构件的工作姿态，使用空间刚体的位姿描述方 法很容易计算出两跟钢索的伸长量Ll和L2。使用两个标准的电机控制单元即可完成单元 的快速位姿调整。通过分别调整两根钢索的长度，可以使构件实现所需姿态。当调整到位后，构件所 处静平衡位置唯一确定，构件两个悬吊顶点之间的边会自然移动到门式钢框架所在的平面 内，水平间距和最低点的支撑小车会相应自动调整到位，此时的定位精度能够满足不大于 1°的调整角度误差。当姿态调整好后，启动上述限位机构和定位机构，构件9的横向和竖向将均被限 位，其将保持限定的姿态以待检测，这种限位机构和定位机构将大大提高测量的精度。
权利要求
悬吊式大尺度构件空间姿态的调整锁定机构，其特征在于，该机构包括门式钢框架和设置在水平面上的随动小车，门式钢框架的横梁上设置有用于悬挂构件的起重电机，该起重电机通过其上设置的钢索与构件上的悬挂点相连接、并将构件的上部吊起，随动小车与构件上的支撑点相连接、并对构件的下部进行支撑，通过调整钢索伸出的长度，来调整构件的空间姿态；其中，构件上设置有限位点，该限位点与门式钢框架之间设置有限制限位点横向位移的限位机构、和/或随动小车与水平面之间设置有定位机构。
2.如权利要求1所述悬吊式大尺度构件空间姿态的调整锁定机构，其特征在于，所述 框架上设置有两个所述起重电机，水平面上设置有一个所述随动小车，其中，第一起重电机 固定安装在所述框架的横梁上，该横梁上设置有水平导轨，第二起重电机通过其上部设置 的安装座可动式挂装在水平导轨上，第二起重电机的上部还通过拉绳与一控制电机相连， 控制电机拉动拉绳以使得第二起重电机在水平导轨上移动；所述构件的上部设置有两个所 述悬挂点，其分别与两个所述起重电机的钢索相连接；所述构件的下部设置有一个所述支 撑点，其与所述随动小车相连接。
3.如权利要求1所述悬吊式大尺度构件空间姿态的调整锁定机构，其特征在于，所述 限位机构包括设置在所述门式钢框架的立柱上的竖直导轨，所述构件上的限位点处设置有 限位环，该限位环套装在竖直导轨内。
4.如权利要求1所述悬吊式大尺度构件空间姿态的调整锁定机构，其特征在于，所述 限位机构包括设置在所述门式钢框架的左立柱上的竖直限位铁条，所述构件上的限位点处 设置有电磁铁，该竖直限位铁条和电磁铁相配合使用，通电时，二者相吸以限制所述构件的 限位点的位置。
5.如权利要求1所述悬吊式大尺度构件空间姿态的调整锁定机构，其特征在于，所述 定位机构包括设置在所述随动小车的万向车轮上的限位锁扣，限位锁扣锁紧万向车轮后， 所述随动小车在水平面上的位置将被锁定，进而锁定所述构件的空间姿态。
6.如权利要求2所述悬吊式大尺度构件空间姿态的调整锁定机构，其特征在于，所述 起重电机或控制电机均包括绞盘、缠绕在其上的所述钢索，绞盘通过其中心轴与电机相连， 电机上设置有控制其运行的编码器。
7.如权利要求6所述悬吊式大尺度构件空间姿态的调整锁定机构，其特征在于，所述 钢索与所述构件的悬挂点之间设置有相互适配的挂环和连接头。
8.如权利要求7所述悬吊式大尺度构件空间姿态的调整锁定机构，其特征在于，所述 随动小车的底部设置有四个万向车轮，每个万向车轮均设置在支承轴上，该支承轴的上部 可转动式安装在所述随动小车底部的安装孔中。
9.如权利要求8所述悬吊式大尺度构件空间姿态的调整锁定机构，其特征在于，所述 随动小车的上部设置有支板，支板上设置有上安装孔，该上安装孔内可转动式安装有连接 轴，连接轴的一端上固定设置有用于连接所述构件的连接部。
全文摘要
本发明公开了一种悬吊式大尺度构件的空间姿态调整锁定机构，包括门式钢框架和设置在水平面上的随动小车，门式钢框架的横梁上设置有起重电机，该起重电机通过其上设置的钢索与构件上的悬挂点相连接、并将构件的上部吊起，随动小车与构件上的支撑点相连接、并对构件的下部进行支撑，通过调整钢索伸出的长度，来调整构件的空间姿态；构件上设置有限位点，该限位点与门式钢框架之间设置有限制限位点横向位移的限位机构、和/或随动小车与水平面之间设置有定位机构。本发明机构设计简单、造价低廉且容易实现，可靠性高，并通过设置限位机构和/或定位机构，可大大提高构件的姿态定位要求，以提高构件的姿态测量精度。
文档编号B66C13/04GK101962154SQ20101029400
公开日2011年2月2日 申请日期2010年9月27日 优先权日2010年9月27日
发明者南仁东, 孙京海, 李辉 申请人:中国科学院国家天文台