A MECHANISM FOR TELESCOPIC EXTENSION OF REFLECTOR’S TUBULAR SPOKES AND SHAFTS

Full Text

Введение. Раскрытие крупногабаритных трансформируемых систем (КТС) требует разработки соответствующих высоконадёжных механизмов раскрытия [1-4]. Для раскрытия крупногабаритного трансформируемого рефлектора диаметром 48 м, состоящего из восьми спиц, являющихся несущими и формообразующими элементами, необходим механизм телескопического выдвижения звеньев (далее - механизм выдвижения) для эксплуатации в условиях ГСО. Важнейшими требованиями к механизму выдвижения являются следующие: вес не более семи килограммов, энергопотребление () В, передвижение вдоль продольной оси спицы на расстояние более восьми метров и осевое усилие не менее 2000 Н. Существующие различные варианты механизмов телескопического выдвижения звеньев не удовлетворяют вышеперечисленным требованиям (распространенные механизмы линейного перемещения, такие как шестерня-рейка, передача с ходовым винтом или иные, неприменимы в данном случае ввиду большого веса [5; 6], температурных деформаций элементов передач со значительными линейными габаритами). В настоящей работе представлены результаты по разработке и созданию нового механизма телескопического выдвижения звеньев спиц для крупногабаритного трансформируемого рефлектора, приведены описание устройства механизма выдвижения, принцип его работы и результаты испытаний в промышленных условиях в АО «ИСС». Устройство механизма выдвижения. Рассмотрим подробно состав механизма телескопического выдвижения звеньев (рис. 1). Он располагается внутри промежуточного звена 1 и состоит из направляющих кареток 2, водила 3, электромеханического привода 4 и двух сателлитов 5, на каждом из которых имеется по пять профилированных пальцев 6, выполненных из высокопрочной нержавеющей стали [7]. Ответная часть механизма выдвижения представлена алюминиевыми втулками 7 с твердым покрытием, вклеенными в корневое звено 8. Ролики 9, установленные на каретке 2, движутся по направляющим промежуточного звена 1 и служат для формирования прямолинейного движения механизма в плоскости XY и ZX при его движении. Втулки 7 вклеены в корневое звено 8 вдоль винтовой линии с шагом 120 мм и угловым шагом 60°. Выполнение отверстий с определенным шагом на корпусе звена является более технологичным [8; 9] процессом, чем изготовление длинных ответных частей классических механизмов, таких как винт-гайка или шестерня-рейка. В промежуточном звене 1 имеются отверстия Б (рис. 2), расположенные также вдоль винтовой линии с шагом 120 мм и угловым шагом 60°. В транспортном положении оси отверстий Б коллинеарны осям втулок 7, вклеенных в корневое звено 8. Кроме того, на промежуточном звене 1 имеется шесть пазов А, необходимых для выхода профилированных пальцев 6 при выдвижении промежуточного звена 1. Сателлиты 5 установлены на водилах 3 шарнирно (на подшипниках) [10; 11] и имеют свободное вращение относительно его осей. Оси водил 3 выполнены с равным эксцентриситетом относительно вала электромеханического привода 4 (оси OX спицы) под углом, совпадающим с углом подъема винтовой линии, определяющей положение втулок 7 на корневом звене 8. Одним из преимуществ конструкции является концентрация силовой части на водилах с сателлитами. Расчеты [12-15], в том числе и с применением методов конечных элементов [16], показали, что водила могут быть изготовлены из титановых сплавов [17; 18], а корпусные части не испытывают значительных нагрузок и могут быть выполнены из алюминиевых сплавов, что позволяет максимально снизить вес механизма. Принцип работы механизма выдвижения. Рассмотрим работу данного механизма. При включении электромеханического привода 4, водило 3, установленное на его валу, начинает совершать вращательное движение, вращая при этом сателлиты 5 (рис. 1). Сателлиты 5, попадая пальцами 6 во втулки 7, совершают обкатку по винтовой линии относительно корневого звена 8, передавая механизму выдвижения прямолинейное движение вдоль оси OX спицы [15]. При этом пальцы 6 проходят сквозь отверстия Б на промежуточном звене 1. Взаимодействие механизма выдвижения с элементами спицы показано на рис. 3. Таким образом, происходит выдвижение основания концевых звеньев спиц 10 из транспортного (рис. 4, а) в рабочее положение (рис. 4, б), где срабатывают механизмы фиксации. После этого механизм выдвижения совершает реверсивное движение до механического упора и механизма фиксации, расположенных в начале промежуточного звена 1, где происходит сцепка механизма выдвижения с промежуточным звеном 1. Далее механизм вновь движется в положительном направлении оси OX спицы. Движение происходит до фиксации промежуточного звена 1 в рабочем положении (рис. 4, б). Внешний вид механизма телескопического выдвижения звеньев спицы рефлектора и штанг показан на рис. 5. Результаты производственных испытаний. Испытания проводились на территории АО «ИСС» в вакуумной температурной камере ГВУ-600 с пониженным давлением 6·10Па и температурой от -135 до +135 °С. Нагрузки на механизм выдвижения создавались с помощью трособлочной системы, которая устанавливалась на полу выдвижной платформы камеры ГВУ-600. Технические характеристики и результаты проведённых испытаний механизма телескопического выдвижения спиц рефлектора и штанг в составе спиц (рис. 6) указаны в таблице. Приведенные в таблице значения характеристик демонстрируют, что разработанный механизм телескопического выдвижения звеньев спицы рефлектора и штанг полностью удовлетворяет предъявляемым к нему требованиям. Рис. 1. Механизм телескопического выдвижения звеньев спицы рефлектора и штанг: 1 - звено промежуточное; 2 - каретки; 3 - водило; 4 - привод; 5 - сателлит; 6 - палец; 7 - втулка; 8 - звено корневое; 9 - ролик; 10 - основание Рис. 2. Общий вид промежуточного звена Рис. 3. Взаимодействие механизма выдвижения со звеньями телескопической спицы а б Рис. 4. Спица в транспортном (а) и рабочем (б) положениях: 1 - корневое звено; 2 - промежуточное звено; 3 - концевое звено А; 4 - концевое звено Б; 5 - шнур Рис. 5. Внешний вид механизма телескопического выдвижения звеньев спицы рефлектора и штанг Рис. 6. Внешний вид спицы телескопической Технические характеристики и результаты проведённых испытаний механизма телескопического выдвижения спиц рефлектора и штанг Характеристики Значения Эксцентриситет водил 27 мм Угол наклона сателлитов в плоскости эксцентриситета 7°4′ Угол смещения фаз сателлитов 150° Масса 7 кг Максимальное осевое усилие не менее 200 кг Скорость перемещения от 0,1 до 0,3 мм/с Максимальная потребляемая мощность не более 20 Вт Шаг винтовой линии установки втулок 120 мм Угловой шаг установки втулок 60° Рабочая температура от -135 до + 135 °С Давление окружающей среды от 10·10 до 6·10Па Радиационное воздействие до дозы 6,0·10 рад Вид излучения электроны Средняя энергия 4 МэВ Средняя плотность потока электронов 4,5·10 1/см·с Заключение. 1. Разработанный оригинальный механизм телескопического выдвижения звеньев спицы рефлектора и штанг является высоконадёжным и имеет ряд особенностей и функциональных возможностей: - хорошие массогабаритные показатели (измеренная масса изготовленного механизма составила менее 7 кг [19]); - возможность реверсного движения конструкции механизма при выдвижении промежуточного звена; - механизм выдвижения реализует значительные усилия (при испытаниях фиксировались усилия 200 кгс) в осевом направлении без создания значительных усилий в радиальном направлении, что снижает требования к корпусным деталям спицы; - конструкция механизма выдвижения позволяет менять длины корневого, промежуточного и концевых звеньев практически в неограниченных пределах без изменения параметров (размеры, конструкция, вес) самого механизма выдвижения; - разработанный механизм выдвижения допускает многократно реверсивное движение звеньев без регулировок и настроек; - в конструкции механизма выдвижения на всех этапах раскрытия спицы используется один электрический двигатель. 2. Созданный механизм выдвижения может быть применён для любых телескопических систем. 3. Он может использоваться как средство перемещения различных устройств в длинных (практически неограниченной длины) трубопроводах. 4. При доработке конструкции механизма выдвижения имеется возможность увеличения количества звеньев телескопических устройств, выдвигаемых механизмом. Механизм выдвижения был разработан, изготовлен в количестве 9 штук в КТИ НП СО РАН. В 2015 году он успешно прошел испытания в составе рефлектора диаметром 48 м на территории АО «ИСС».

About the authors

D. V. Skokov

Technological Design Institute of Scientific Instrument Engineering SB RAS

41, Russkaya Str., Novosibirsk, 630058, Russian Federation

V. I. Khalimanovich

JSC “Information satellite system” named after academician M. F. Reshetnev”

52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation

A. G. Verkhoglyad

Technological Design Institute of Scientific Instrument Engineering SB RAS

41, Russkaya Str., Novosibirsk, 630058, Russian Federation

I. A. Nakrokhin

Technological Design Institute of Scientific Instrument Engineering SB RAS

41, Russkaya Str., Novosibirsk, 630058, Russian Federation

Yu. V. Chugui

Technological Design Institute of Scientific Instrument Engineering SB RAS

Email: chugui@tdisie.nsc.ru
41, Russkaya Str., Novosibirsk, 630058, Russian Federation

References

Supplementary files