一种绳约束薄膜遮阳罩折叠工装及折叠方法

1.本发明涉及薄膜折叠方法工装领域，具体涉及一种绳约束形式的柱状薄膜遮阳罩折叠工装。


背景技术：

2.可展开遮阳罩是空间可展开结构的应用之一，是随着航天领域的需求不断发展的一种新型结构，对于航天器来说，由于发射体积与质量的限制，遮阳罩要满足发射前折叠收拢，入轨后需按照设计的折痕平稳有效地打开的要求。三维轴向展开形式的遮阳罩是指以柱面或斜切柱面、锥面或斜切面等外形组成的遮阳罩，目前所需求的遮阳罩结构的尺寸越来越大，收纳率要求增加。
3.另一方面，为了降低运输成本，薄膜通常会被人为压出折痕并利用折纸技术使其沿折痕折叠，以减小其储存体积，膜结构本身柔性大，存在折叠过程容易损坏，折痕不易预制等问题，而大尺寸薄膜结构会加剧上述问题，且现有薄膜折叠工装在折叠大尺寸薄膜结构时耗费巨大人力和时间，已经无法满足需求。因此折叠态薄膜结构的折叠工装系统成为了迫切需要。
4.为解决大尺寸薄膜结构的折叠问题，提出一套基于折纸构型的绳约束薄膜折叠工装方案，其在大尺寸薄膜折叠时优势明显。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种绳约束薄膜遮阳罩折叠工装及折叠方法，配合辅助薄膜贴合装置和弹性绳，将薄膜遮阳罩从平面状态折叠成基于折纸构型的折叠状态，解决折叠过程中薄膜不易控制、杂乱无序、应力集中，薄膜折痕不明确等的问题，该工装操作简单，便于加工生产，可重复利用。
6.本发明首先提供一种绳约束薄膜遮阳罩折叠工装，包括：
7.辅助折叠工装，用于辅助薄膜的折叠；所述辅助工装外表面设置有折痕，折痕包括山折和谷折；
8.弹性绳，用于薄膜与辅助折叠工装外表面的贴合状态以及已折叠薄膜的定型，固定在辅助折叠工装的两端；
9.薄膜贴合滚轮装置，用于辅助薄膜与折叠工装面板外表面贴合；薄膜贴合滚轮装置包括滚轮，通过滚轮将所述薄膜压入谷折以实现薄膜与折叠工装面板外表面贴合；
10.固定夹板，用于薄膜上端与吊具的连接和薄膜下端与辅助折叠工装的连接以及最终薄膜折叠状态的固定；
11.夹具，用于已折叠部分薄膜的定型固定；
12.托膜底板装置，用于放置折叠之后的薄膜以及调整薄膜的位置；
13.竖向支撑装置，用于固定支撑折叠辅助工装以及辅助折叠辅助工装的移动。
14.本发明还提供一种绳约束薄膜遮阳罩折叠工装的折叠方法，包括：
15.将薄膜顶端用吊具夹紧并吊起，底端用固定夹板固定在托模底板上；
16.薄膜在进行折叠时，首先操作吊具将薄膜整体下移，然后操作薄膜贴合滚轮装置，使薄膜贴合滚轮装置的圆盘外表面与辅助折叠工装外表面的谷线折痕充分贴合，并进行环向运动，使薄膜贴合辅助折叠工装的外表面，当一层薄膜贴合完成后，利用弹性绳勒紧，使该层薄膜整体与折叠辅助工装面板表面贴合，进一步完成当前三层薄膜折叠单元的折叠；
17.弹性绳撤除及薄膜辅助折叠工装撤离；
18.在将已折叠部分薄膜保型之后，将薄膜结构整体下移，根据每次薄膜折叠层数计算薄膜高度下移值，吊装高度降低之后，撤除导轨定位销轴孔处的限制，将底板向下滑动，滑动长度值等于薄膜高度下移值；再将工装转动装置向外转动，使薄膜辅助折叠工装向外转动至工装撤除之前的位置标记处，确保薄膜折叠辅助工装全部恢复至原来的位置，最后安装工装转动装置处的限位装置、固定底部连接板及固定卡扣；
19.按照以上步骤实现薄膜结构的逐层折叠，直至将所有薄膜结构折叠完成；最后一次的装配流程循环流程只需进行至弹性绳以及薄膜辅助折叠工装的撤离步骤；薄膜逐层折叠全部完成之后，将吊具与薄膜顶部脱离；
20.在将薄膜结构全部折叠完成后，将折叠之后的薄膜进行状态固定。
21.弹性绳撤除及薄膜辅助折叠工装撤离的方法是：在完成前三层折叠单元高度的薄膜折叠之后，撤除弹性绳；进一步取下螺栓，将工装转动装置中限位装置撤除、卡扣打开、取下底部连接板，确保后续操作中合页的正常转动；限位装置的拆除顺序为先在整体结构中的两侧辅助工装位置处拆除，后中间位置拆除；在工装装置进行向内转动以及整体向内撤离之前，对竖向支撑装置的位置进行标记，确保后续工装可以恢复至原来的位置；限位装置拆除之后，将工装装置向内转动；转动之后，将薄膜辅助折叠工装整体向内折叠；在向内转动时，已折叠薄膜结构与辅助折叠工装脱离，此时采用夹具将已折叠部分薄膜进行固定保型
22.折叠之后薄膜进的固定方法是：利用第二个夹板整体下压薄膜，拆除薄膜下层夹板与托模底板之间的螺栓连接，再拆除用于临时固定的夹具，最后利用弹性绳在薄膜上层夹板与下层夹板的外围进行缠绕捆绑，将薄膜上层夹板、下层夹板以及之间的已折叠薄膜进行固定。
23.有益效果：本发明由辅助折叠工装，弹性绳以及辅助薄膜贴合装置组成一种绳约束薄膜遮阳罩折叠工装系统。本发明配合人工外力，达到了预制带有明显折痕遮阳罩的目的，解决了柔性大、易损坏、折痕不清晰的问题。在设计阶段，仅需对辅助折叠工装和薄膜贴合装置的几何参数进行调整就可预制出不同折痕的柔性膜遮阳罩，在生产过程中，只需按照规定尺寸制作模具，然后利用贴合装置和弹性绳约束进行折叠。使用时操作简便、快速，拆除时按顺序依次进行拆解，不会对遮阳罩造成任何影响。需要重复折叠时，仅需对折叠工装进行简单组装即可对折叠工装进行重复利用。
24.总之，本发明具有结构简单、使用简便、可重复使用等优点，在航空、航天等方面有着广阔的发展前景。
附图说明
25.图1为本发明空间示意图；
26.图2为图1a部分详图；
27.图3为图1b部分详图；
28.图4为辅助折叠工装内表面空间示意图；
29.图5为辅助折叠工装外表面空间示意图；
30.图6为薄膜托板示意图；
31.图7为图6c分详图；
32.图8为竖向支撑装置示意图；
33.图9为底板提升装置示意图；
34.图10为辅助工装合页连接示意图；
35.图11为蹄脚示意图；
36.图12为薄膜贴合装置示意图；
37.图13为折叠中间状态示意图；
38.图14为图13d部分详图；
39.图15为折叠时薄膜示意图；
40.图16为夹具结构示意图；
41.图17为固定夹板结构示意图；
42.其中：1、托膜底板装置；2、折叠工装模块；3、辅助工装底部内连接件；4、辅助工装顶部内连接件；5、底板；6、蹄脚；7、脚轮；8、合页；9、卡扣；10、连接板；11、限位装置；12、下部固定夹板13、滚轮装置；14、弹性绳挂钩；15、谷线折痕；16、折痕倒角；17、丝杠；18、导轨；19、导轨底座；20、螺栓孔；21、导轨连接块；22、定位销轴孔；23、螺栓；24、蹄脚底座；25、滚轮装置把手；26、滚轮；27、已折叠薄膜；28、未折叠薄膜；29、弹性绳，30、脚轮顶部连接孔；31、夹具；32、销钉；33硅胶垫；34压板；35铆钉。
具体实施方式
43.下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
44.本发明为一种绳约束薄膜遮阳罩折叠工装，其三维视图如图1所示，由折叠辅助工装、薄膜贴合装置、弹性绳、固定夹板、托膜底板装置、竖向支撑装置、工装转动装置组成。
45.如图4所示，折叠辅助工装由折叠工装模块2依次连接。折叠工装模块2为预制折痕主体部分，相连折叠工装模块2之间通过卡扣、合页以及连接板相连成折叠辅助工装整体结构。折叠辅助工装的构型基础为折纸结构，将辅助工装和薄膜接触的一面定义为外表面，另一面定义为内表面，外表面折痕包括山折(凸起的折痕)和谷折(凹下的折痕)；在辅助工装的折痕处进行倒角处理，旨在保护柔性薄膜且降低弹性绳固定难度。折叠工装模块2分为左右单元，顶端、底端以及中部位置具有螺栓孔20。顶部的螺栓孔20用于连接顶部内连接件4，底端的螺栓孔20用于连接底部内连接件3，中部位置的螺栓孔20用于连接折叠工装模块左右两单元；连接卡扣9固定安装在顶部内连接件4上，形成折叠辅助工装内左右单元之间连接与锁定。在折叠工装模块2左右两端设有弹性绳挂钩14。
46.竖向支撑装置结构如图8所示，包括底板5和脚轮7，底板5与折叠工装模块2螺栓孔20处通过螺栓连接，脚轮7通过脚轮顶部连接孔30固定安装在底板5的底部，形成折叠工装模块2与竖向支撑装置之间的连接与锁定。在折叠工装模块2组装完成之后，安装竖向支撑
装置。
47.相邻折叠工装模块2之间通过连接板10和卡扣9进行连接。连接板10形成下部连接部，卡扣9形成上部连接部，参见图3。连接板10一端与其中一个折叠工装模块2连接，连接板10另一端连接另一个折叠工装模块2。
48.工装转动装置，如图2所示，设置在每隔等数量n(n≥2)个折叠工装模块2的位置处用辅助工装转动装置进行折叠工装模块2之间。工装转动装置包括合页8和限位装置11。合页8连接相邻两个折叠工装模块2并使折叠工装模块2绕合页8相对转动。限位装置11连接在其中一个折叠工装模块2上，用于在两个折叠工装模块2转动时限定转动的角度，限位装置11在薄膜折叠过程中限制工装转动装置的转动，保持薄膜辅助折叠工装整体的刚度。工装转动装置也作为左右连接装置，通过合页与卡扣配合实现辅助工装的内折与外伸。
49.如图2、图3所示，在折叠辅助工装模块2与竖向支撑装置5连接以及工装模块2之间连接锁定之后，检查组装完成的折叠辅助工装的几何尺寸是够满足要求，对不满足要求的辅助折叠工装位置进行调整，重新进行连接锁定。
50.托膜底板装置1，包括托膜底板和竖向调节装置。托膜底板的结构如图6所示，包括底板和竖板；竖板焊接在底板上。竖向调节装置的结构如图9所示，包括丝杠17、导轨18、导轨底座19以及导轨连接块21。托膜底板固定在导轨连接块21上，参见图7。导轨18底部通过螺栓固定在导轨底座19上。导轨18在滑块平面上通过连接孔20固定在导轨连接块21上。丝杠17与导轨18配合，当丝杆17转动时，带动导轨18的滑块沿着滑轨上下运动。在导轨底座19和导轨18上还设置有定位销轴孔22，在定位销轴孔处插入销轴限制导轨的滑动。折叠初始时，将托膜底板装置1的托膜底板位置调整到导轨18的最顶端，并在定位销轴孔22处插入销轴限制导轨滑动。
51.固定夹板，用于薄膜上端与吊具的连接和薄膜下端与辅助折叠工装的连接，以及最终薄膜折叠状态的固定，固定夹板结构如图17所示，其中硅胶垫33的作用是避免薄膜局部受力。
52.薄膜贴合滚轮装置，参见图12，由把手25和滚轮26两部分组成，滚轮26的半径大于折叠辅助工装外表面谷折折痕的深度，滚轮26的宽度小于折叠辅助工装外表面谷折折痕的宽度，滚轮26能够与辅助折叠工装外表面紧密贴合。薄膜在进行折叠时，首先操作吊具将薄膜整体下移，然后操作薄膜贴合滚轮装置，使薄膜贴合滚轮装置的圆盘外表面与辅助折叠工装外表面的谷线折痕15充分贴合，并进行环向运动，使薄膜贴合辅助折叠工装2的外表面，当一层薄膜贴合完成后，利用弹性绳勒紧，使该层薄膜整体与折叠辅助工装2面板表面贴合，进一步完成当前三层薄膜折叠单元的折叠。
53.如图4、图5所示，在完成薄膜折叠辅助工装的组装以及托膜底板装置的连接锁定之后，检查整体刚度。在薄膜辅助折叠工装上每一层折叠单元两侧，将弹性绳的两端分别固定于弹性绳挂钩14上，并沿外表面谷线折痕15拉紧弹性绳，并检查薄膜辅助折叠工装的变形情况。若薄膜辅助折叠工装的整体刚度不满足要求，则须进行必要的刚度增加措施。检查完毕后将弹性绳的一端解除固定。弹性绳可拆卸，固定在辅助折叠工装两端的弹性绳挂钩上，沿同层工装的谷线折痕(凹下的折痕)布置。
54.待折叠的柔性膜遮阳罩初始形态为无折痕的平面状态，折叠过程中，底端由固定夹板夹紧固定在托膜底板上，上端由吊具夹持固定夹板夹紧，折叠完成的薄膜结构由夹具
固定，最终形态为折叠状态薄膜。
55.如图1、图13、图14、图15所示，薄膜吊装状态定位调整。将薄膜顶端用吊具夹紧并吊起，底端用固定夹板12固定在托模底板1上；进一步，组装薄膜贴合滚轮装置，其由把手25和圆盘26两部分组成，薄膜在进行折叠时，首先操作吊具将薄膜整体下移，然后操作薄膜贴合滚轮装置，使薄膜贴合滚轮装置的圆盘外表面与辅助折叠工装外表面的谷线折痕15充分贴合，并进行环向运动，使薄膜贴合辅助折叠工装2的外表面，当一层薄膜贴合完成后，利用弹性绳勒紧，使该层薄膜整体与折叠辅助工装2面板表面贴合，进一步完成当前三层薄膜折叠单元的折叠。
56.进一步，如图1、图16所示，弹性绳撤除及薄膜辅助折叠工装2撤离。在完成前三层折叠单元高度的薄膜折叠之后，撤除弹性绳；进一步取下螺栓，将工装转动装置中限位装置11撤除、卡扣9打开、取下底部连接板10，确保后续操作中合页8的正常转动。限位装置11的拆除顺序为先在整体结构中的两侧辅助工装位置处拆除，后中间位置拆除；在工装装置进行向内转动以及整体向内撤离之前，对竖向支撑装置的位置进行标记，确保后续工装可以恢复至原来的位置；限位装置11拆除之后，将工装装置向内转动；转动之后，将薄膜辅助折叠工装2整体向内折叠；在向内转动时，已折叠薄膜结构与辅助折叠工装脱离，此时采用夹具31将已折叠部分薄膜进行固定保型。
57.进一步，在将已折叠部分薄膜保型之后，需要将薄膜结构整体下移，根据每次薄膜折叠层数计算薄膜高度下移值，吊装高度降低之后，撤除导轨定位销轴孔22处的限制，将底板向下滑动，滑动长度值等于薄膜高度下移值；再将工装转动装置向外转动，使薄膜辅助折叠工装2向外转动至工装撤除之前的位置标记处，确保薄膜折叠辅助工装全部恢复至原来的位置，最后安装工装转动装置处的限位装置11、固定底部连接板10、固定卡扣9。
58.进一步，重复以上三步装配流程来实现薄膜结构的逐层折叠，直至将所有薄膜结构折叠完成；最后一次的装配流程循环流程只需进行至弹性绳以及薄膜辅助折叠工装2的撤离步骤；薄膜逐层折叠全部完成之后，将吊具与薄膜顶部脱离。
59.进一步，在将薄膜结构全部折叠完成，同时已折叠的薄膜与薄膜辅助折叠工装分离开之后，为确保折叠薄膜在安装运输过程中一直处于完全折叠状态，将折叠之后的薄膜进行状态固定。首先利用第二个夹板12整体下压薄膜，拆除薄膜下层夹板12与托模底板1之间的螺栓连接，再拆除用于临时固定的夹具，最后利用弹性绳在薄膜上层夹板与下层夹板的外围进行缠绕捆绑，将薄膜上层夹板、下层夹板以及之间的已折叠薄膜进行固定。
60.进一步，在已折叠薄膜结构完全折叠状态固定之后，为便于运输与存放，需将各部分进行拆除。首先进行薄膜辅助折叠工装模块之间连接的拆除，包括卡扣9拆除、连接板10拆除以及合页8、卡扣9拆除，将卡扣9连接打开即可解除连接，拆掉连接板10上的螺栓，卸掉连接板10；拆除合页8和限位装置11两侧的连接螺栓，卸掉工装转动装置；再进行薄膜辅助折叠工装模块与竖向支撑装置5之间连接的拆除，相应拆卸掉连接固定位置的螺栓即可完成；再进行薄膜辅助折叠工装内模块的拆卸，打开辅助工装内单元之间连接的卡扣9，拆掉对应连接板与螺栓即可完成拆卸；最后进行托膜底板装置的拆卸，先将底板之间的连接解除，拆下连接板与螺栓，然后再将导轨上的螺栓卸下，使其与底板脱离开。全部拆卸完成之后，将拆卸下来的装置打包装箱，同时将完全折叠定型之后的薄膜结构打包装箱。
61.通过此过程将薄膜遮阳罩从平面状态折叠成基于折纸构型的折叠状态，具有设计
简单，操作简便，可重复利用等优点。应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。