一种紧凑型长跨距钢丝绳牵引后置的抛涂头摆动装置
阅读说明：本技术 一种紧凑型长跨距钢丝绳牵引后置的抛涂头摆动装置 (Compact type long-span steel wire rope traction postposition throwing coating head swinging device ) 是由 赵杰 刘玉斌 王雪峰 王勇 李长乐 张英杰 张学贺 周岳松 冯冰 李辉 于 2021-06-23 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种紧凑型长跨距钢丝绳牵引后置的抛涂头摆动装置,通过在抛杆的前端和后端分别设置可旋摆涂敷头模块和钢丝绳牵引组模块,利用钢丝绳牵引组模块的驱动,控制钢丝绳的精准伸缩以实现抛涂头的准确摆动,从而扩大抛涂头涂覆空间,使其在具有兼顾涂覆质量和效率能力的同时,能实现抛涂头在不同长度,不同直径发动机壳体内,对不同规格封头内腔的非规则曲面的涂胶作业,从而解决现有技术中存在的问题。(The invention provides a compact long-span steel wire rope traction postposition throwing head swinging device, which is characterized in that a rotatable swinging coating head module and a steel wire rope traction group module are respectively arranged at the front end and the rear end of a throwing rod, and the accurate expansion of a steel wire rope is controlled by utilizing the driving of the steel wire rope traction group module so as to realize the accurate swinging of the throwing head, thereby expanding the coating space of the throwing head, ensuring that the throwing head can realize the gluing operation of irregular curved surfaces of end socket inner cavities with different specifications in engine casings with different lengths and different diameters while having the coating quality and efficiency capacity, and further solving the problems in the prior art.)
技术领域
本发明所涉及的是一种针对发动机壳体衬层抛涂领域的涂覆头摆动装置，尤其是一种紧凑型长跨距钢丝绳牵引后置的抛涂头摆动装置，属于火箭发动机装药制造机器人技术领域。
背景技术
发动机壳体在大气层内飞行期间，工作环境十分恶劣，发动机要承受高热流密度、高气动热的冲刷。在这样恶劣的热环境中发动机复合材料壳体与内部填充料之间必须进行热防护；与此同时导弹在大气层内高速飞行的过程中，与空气摩擦会产生静电，而发动机推进剂对静电易感，进而在发动机复合材料壳体与内部填充料之间亦必须采取防静电措施。为确保发动机飞行成功，需使用具有防热、防静电的漆层，现阶段以人工，通过一根头部绑定纤维布料的超长竹杆蘸取胶料，在发动机壳体内壁进行反复涂刷。但其涂料具有固含量高、粘度大、轻质低密度、喷涂厚度低的特点。对喷涂的工艺参数、操作参数要求较高，人工手动涂刷控制不到位易导致胶液流挂，流平性差，稳定性差，涂覆质量达不到要求。
国外涂覆装置在军工航空领域应用较多，目前在固体火箭发动机壳体内防热涂层方面也从树脂基防热涂层向橡胶基柔性防热涂层发展，防热结构也从单一涂层向复合防热结构发展，防热涂层的涂覆工艺由传统的手工形式向特种自动涂覆形式发展，但此类特种涂料涂覆未见任何报道。
国内涂装技术发展很快，涂覆装置最早应用于汽车工业，在汽车涂装领域内，目前已有多条汽车生产线和零部件涂装生产线应用了机器人涂覆技术。随着经济的发展，技术的进步，机器人的应用逐渐推广开来，进入家电行业，在二十余家企业的近30条自动涂覆生产线上获得规模应用。在军工产品的涂装方面，该技术也逐渐增多，但对精度较高、粘度较大的特殊防热涂层，国内一般采用手工涂覆的成型工艺，涂覆空间狭小，胶液收敛溅射面差，涂层质量稳定性差，涂装效率低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种紧凑型长跨距钢丝绳牵引后置的抛涂头摆动装置，通过在抛杆的前端和后端分别设置可旋摆涂敷头模块和钢丝绳牵引组模块，利用钢丝绳牵引组模块的驱动，控制钢丝绳的精准伸缩以实现抛涂头的准确摆动，从而扩大抛涂头涂覆空间，使其在具有兼顾涂覆质量和效率能力的同时，能实现抛涂头在不同长度，不同直径发动机壳体内，对不同规格封头内腔的非规则曲面的涂胶作业，从而解决现有技术中存在的问题。
为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：
一种紧凑型长跨距钢丝绳牵引后置的抛涂头摆动装置，包括可旋摆涂覆头模块、钢丝绳牵引组模块，抛杆和钢丝；
可旋摆涂敷头模块与抛杆前端连接，抛杆后端设有中空内腔，钢丝绳牵引组模块安装于抛杆后端所设中空内腔中，可旋摆涂敷头模块与钢丝绳牵引组模块之间通过钢丝连接，钢丝绳牵引组模块驱动钢丝伸缩，进而带动可旋摆涂敷头模块摆动；
可旋摆涂敷头模块包括旋转撑杆和涂覆头；所述旋转撑杆为2个，旋转撑杆后端与抛杆前端连接，前端通过旋转连接组件与涂覆头侧面连接，钢丝缠绕于旋转连接组件上；旋转连接组件在钢丝带动下旋转，进而带动涂覆头摆动；
钢丝绳牵引组模块包括电机组件，传动组件和安装机构；所述电机组件和传动组件通过安装机构安装于抛杆后端内腔，电机组件的输出轴与传动组件连接，钢丝缠绕于传动组件中，电机组件通过驱动传动组件使钢丝伸缩。
进一步的，所述旋转撑杆后端与抛杆前端通过嵌环法兰座连接；
所述旋转连接组件包括轴承、销钉和滚花钢丝轮；
所述旋转撑杆上设有轴承安装槽，轴承设于所述轴承安装槽内；轴承内圈与滚花钢丝轮配合；所述涂覆头设有滚花钢丝轮中心通孔对应的安装孔，销钉穿过滚花钢丝轮中心通孔与所述安装孔配合，实现旋转撑杆与涂覆头的连接；
所述滚花钢丝轮侧面设有用缠绕钢丝的钢丝槽。
进一步的，所述传动组件包括旋紧轮，导向钢丝轮和滑轮组；所述旋紧轮安装于电机组件的输出轴上，外侧面设有前滚花槽和后滚花槽，前滚花槽和后滚花槽为两条平行的环状槽，环状槽内刻有滚花；
所述导向钢丝轮包括分别第一导向钢丝轮和第二导向钢丝轮；所述滑轮组包括第一滑轮组和第二滑轮组；
钢丝缠绕滚花钢丝轮后，一端经第一滑轮组和第一导向钢丝轮后缠绕于所述旋紧轮的前滚花槽中，另一端经第二滑轮组和第二导向钢丝轮后缠绕于所述旋紧轮的后滚花槽中，所述钢丝在前滚花槽和后滚花槽中的缠绕方向相反。
进一步的，所述滚花钢丝轮为2个，钢丝缠绕其中一个滚花钢丝轮另一个滚花钢丝轮作为备选。
进一步的，所述滑轮组中的第一滑轮组和第二滑轮组各包括由前到后布置的前子滑轮组和后子滑轮组，所述每组子滑轮组包括2个转轴高度不同的子滑轮；
钢丝缠绕滚花钢丝轮后，依次经前子滑轮组中的高子滑轮、低子滑轮、后子滑轮中的低子滑轮、高子滑轮后缠绕于导向钢丝轮；
钢丝在滚花钢丝轮的出线位置与前子滑轮组中的高子滑轮进线位置的连线、钢丝在前子滑轮组中的低子滑轮的出线位置与后子滑轮组中的低子滑轮的进线位置的连线、以及钢丝在后子滑轮组中的高子滑轮的出线位置与导向钢丝轮的进线位置的连线与抛杆轴线平行。
进一步的，所述滚花钢丝轮的转轴方向与导向钢丝轮的转轴方向平行；所述导向钢丝轮的转轴方向、滑轮组中各子滑轮的转轴方向和旋紧轮的转轴方向中的任一转轴方向与其余两个转轴方向垂直；
所述第一导向钢丝轮的出线位置与旋紧轮的前滚花槽对应，所述第二导向钢丝轮的出线位置与旋紧轮的后滚花槽对应。
进一步的，所述安装机构包括安装底座和安装框架；
所述安装保护框架由主安装板，前支撑架，后支撑架和密封盖板围成；所述前支撑架和后支撑架垂直安装于主安装板上；前支撑架和后支撑架由前到后布置，前支撑架和后支撑架分别为2个，2个前支撑架的安装位置以及2个后支撑架的安装位置关于抛杆轴线对称；所述密封盖板安装于前支撑架和后支撑架上且与主安装板平行；
所述安装底座固定安装于主安装板下表面；所述安装底座的形状与抛杆后端内腔相匹配；
所述传动组件设于安装保护框架内，包括旋紧轮，导向钢丝轮和滑轮组，所述导向钢丝轮固定安装于后支撑架内侧，所述滑轮组固定安装于主安装板的上表面。
进一步的，所述电机组件包括伺服电机和减速机；所述伺服电机的输出轴与减速机连接，减速机的输出轴与传动组件连接。
进一步的，所述钢丝外设有钢丝套。
进一步的，所述旋转撑杆前端的宽度小于后端的宽度；旋转撑杆的外侧设有加强筋，内侧设有钢丝套固定件。
进一步的，所述抛涂头摆动装置还包括限位传感组件；所述位移传感组件包括接触播片和限位传感器；所述接触播片与钢丝固定连接，钢丝伸缩带动接触播片移动，限位传感器用于获取接触播片的位置信息，进而得到可旋摆涂敷头模块摆动位置信息。
进一步的，所述抛涂头摆动装置还包括限位传感组件；所述位移传感组件包括接触播片和限位传感器；
所述第一滑轮组的前子滑轮组和后子滑轮组之间，或第二滑轮组的前子滑轮组和后子滑轮组之间设有传感器安装板和导向板，所述导向板设有沿钢丝伸缩方向的导轨；所述限位传感器为2个，与传感器安装板固定连接，且位于导向板所设导轨两端；接触播片与钢丝固定连接并嵌在导向板所设导轨中，钢丝伸缩带动接触播片沿导轨移动，限位传感器用于获取接触播片的位置信息，进而得到可旋摆涂敷头模块摆动位置信息。
进一步的，所述抛杆直径≤140mm，长度为5～10m。
进一步的，所述旋转撑杆上设有轴承安装槽上方设有用于密封盖。
进一步的，所述可旋摆涂敷头模块中，2个旋转撑杆之间还设有安装第一过管连接板和第二过管连接板，用于固定供胶管路。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明一种紧凑型长跨距钢丝绳牵引后置的抛涂头摆动装置，通过在抛杆的前端和后端分别设置可旋摆涂敷头模块和钢丝绳牵引组模块，利用钢丝绳牵引组模块的驱动，控制钢丝绳的精准伸缩以实现抛涂头的准确摆动，从而扩大抛涂头涂覆空间，使其在具有兼顾涂覆质量和效率能力的同时，能实现抛涂头在不同长度，不同直径发动机壳体内，对不同规格封头内腔的非规则曲面的涂胶作业；
(2)本发明一种紧凑型长跨距钢丝绳牵引后置的抛涂头摆动装置，特别设计了可旋摆涂敷头模块中用于带动涂覆头摆动的旋转连接组件，通过轴承和滚花钢丝轮的配合将钢丝绳的伸缩转化为涂覆头的摆动；同时，利用旋转连接组件与旋转撑杆配合实现了可旋摆涂敷头模块在抛杆前端的安装；
(3)本发明一种紧凑型长跨距钢丝绳牵引后置的抛涂头摆动装置，对旋转撑杆的结构进行了设计，将其设计为前窄后宽的结构以及增加增强筋充分提高了其强度，在其内侧设置钢丝套固定件，避免了钢丝的伸缩对装置内其他零件的影响；
(4)本发明一种紧凑型长跨距钢丝绳牵引后置的抛涂头摆动装置，考虑了钢丝绳牵引组模块中的传动组件中各传动装置的位置、连接关系和高度等因素对钢丝传动的影响，同时根据传动组件对钢丝缠绕路径进行了设计，的使装置实现稳定传动，提高了传动效率，提高了传动精度；
(5)本发明一种紧凑型长跨距钢丝绳牵引后置的抛涂头摆动装置，根据紧凑性的设计要求，设计了钢丝绳牵引组模块中的安装机构，使安装机构确保传动组件稳定安装于抛杆内腔且充分利用了抛杆内腔空间；
(6)本发明一种紧凑型长跨距钢丝绳牵引后置的抛涂头摆动装置，在钢丝绳牵引组模块中的安装机构中还设计了兼具安装传动组件和保护传动组件不被污染功能的安装保护框架；
(7)本发明一种紧凑型长跨距钢丝绳牵引后置的抛涂头摆动装置，设置了限位传感组件，通过限位传感器、触播片和导向板的配合，可旋摆涂敷头模块摆动的位置信息，从而对可旋摆涂敷头模块的摆动进行精准控制；
(8)本发明一种紧凑型长跨距钢丝绳牵引后置的抛涂头摆动装置，最大外包络直径可达φ140mm，可用于内径大于φ200mm的各型号发动机壳体的曲面内腔衬层涂覆空间的全覆盖，为现阶段的涂覆头提高了工作空间，降低了封头曲面抛涂的难度，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1是本发明一种紧凑型长跨距钢丝绳牵引后置的抛涂头摆动装置的整体结构示意图；其中图1(a)为抛涂头摆动装置横向结构剖面图，图1(b)为抛涂头摆动装置整体结构；
图2是本发明抛涂头摆动装置中可旋摆涂覆头模块结构示意图；
图3是本发明抛涂头摆动装置中钢丝绳牵引组模块结构示意图；其中图3(a)为钢丝绳牵引组模块主视图，图3(b)为钢丝绳牵引组模块半剖俯视图；
图4是本发明抛涂头摆动装置中旋紧轮结构示意图；
图5是本发明抛涂头摆动装置中钢丝绳牵引组模块结构的轴侧图；
图6是本发明抛涂头摆动装置中可旋摆涂覆头模块结构的轴侧图；
图7是本发明抛涂头摆动装置中旋转撑杆结构示意图。
具体实施方式
下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
本发明提供一种紧凑型长跨距钢丝绳牵引后置的抛涂头摆动装置，目的是为了克服现有抛涂头涂覆空间小和胶液收敛溅射面差两方面综合性能的不足，解决涂覆装置本身尺寸与待涂覆发动机壳体尺寸及壳体封头曲面内腔难以涂覆的问题。
在对本发明抛涂头摆动装置的设计过程中，依据固体火箭发动机壳体抛涂头涂覆空间的物理特性，对其不同弹径曲面封头抛涂内腔的参数进行研究，建立起整套抛涂头摆动装置的结构，并完成固体火箭发动机壳体封头曲面内腔内表面高粘度涂层抛涂的相关工艺理论模型。与此同时，对抛涂装置的涂覆空间设计进行优化，充分考虑抛涂头胶液滴收敛的可涂覆范围、最小可深入的壳体内径、胶液供胶及快速更换、管路布线等各方面因素，以提高抛涂头涂覆的范围，实现装置的结构紧凑。本发明装置抛杆(优选为钢管)的最大外包络直径仅有φ140mm，可用于内径大于φ200mm的各型号发动机壳体的曲面内腔衬层涂覆空间的全覆盖，为现阶段的涂覆头提高了工作空间，降低了封头曲面抛涂的难度。
实施例1
一种紧凑型长跨距钢丝绳牵引后置的抛涂头摆动装置，主要包括一个可旋摆涂覆头模块1，一个钢丝绳牵引组模块，一根钢丝3，和抛杆5；本实施例中，抛杆为横截面为圆形的钢管。
本发明抛涂头摆动装置用于将设于可旋摆涂覆头模块1和钢丝绳牵引组模块之间的供胶装置4中的胶液涂覆至发动机壳体封头曲面；供胶装置4通过供胶管路将胶液输送至可旋摆涂覆头模块1。
如图1和图5所示，一种紧凑型长跨距钢丝绳牵引后置的抛涂头摆动装置的具体结构为：可旋摆涂敷头模块1安装在抛杆5最前端，通过带有钢套的钢丝3，越过高粘度供胶装置4与后置的钢丝绳牵引组模块2相连接。通过钢丝绳牵引组模块2的驱动，控制钢丝绳的精准伸缩以实现抛涂头的准确摆动，从而扩大抛涂头涂覆空间,完成既定涂覆任务。
如图2和图6所示，在本发明中，所述的可旋摆涂覆头模块1的组成结构为：嵌环法兰座101与2个旋转撑杆105相连接，2个旋转撑杆105之间分别安装有用于固定供胶管路及其他管路的第一过管连接板102和第二过管连接板103，第一过管连接板102和第二过管连接板103设于涂覆头0和嵌环法兰座101之间。
可旋摆涂覆头模块1整体装配呈现类U形状，2个旋转撑杆105设有安装轴承106的凹槽，轴承106内圈与滚花钢丝轮107配合，涂覆头0设有滚花钢丝轮107中心通孔对应的安装孔，销钉穿过滚花钢丝轮107中心通孔与安装孔配合，实现旋转撑杆105与涂覆头0的连接；
钢丝3缠绕于滚花钢丝轮107上，工作时钢丝伸缩带动滚花钢丝轮107旋转，继而实现涂覆头的摆动。
如图3(a)和图3(b)所示，在本发明中，钢丝绳牵引组模块2结构组成为：高精密伺服电机201与减速机202匹配连接，减速机202底面轮廓为圆弧形，安装底座209固定安装于主安装板203下表面，主安装板203设有减速机202底面相匹配的开口，安装底座209设有与减速机202底面相匹配的内表面呈圆弧形的凹槽，减速机202与安装底座209配合，安装于抛杆5内腔中。减速机202伸出轴上安装有旋紧轮204，为双排槽滚花结构，如图4所示。主安装板203与前支撑架208、后支撑架206及密封盖板212通过螺栓连接并形成一个紧凑的半封闭空间。滑轮组207分别包含分别设于主安装板203两侧的第一滑轮组和第二滑轮组，第一滑轮组和第二滑轮组都包括前子滑轮组和后子滑轮组，即共4组子滑轮组，均内置于上述半封闭空间内，防止传动组件被污染。后支撑架206内侧设计有导向钢丝轮205。安装底座209和圆弧撑块211通过螺栓与主安装板203相连接，圆弧撑块211对钢丝绳牵引组模块进行安装与支撑，避免钢丝绳高强度预紧力对203结构产生变形。钢丝绳牵引组模块2整体紧密装配后嵌入抛杆5最后端。
可旋摆涂覆头模块1和钢丝绳牵引组模块2的结构特点为：可旋摆涂覆头模块1整体结构呈类U型，其与钢丝绳牵引组模块2组成的主体零件材料为钛合金(α系列)，两个模块总体强度可靠、质量轻便，可旋摆涂覆头模块1和钢丝绳牵引组模块2的最大外包络直径尺寸均＜140mm，分别安装于直径140mm，壁厚5mm，长6.5米的悬臂抛杆的前端与后端，悬臂抛杆末端总变形量小于等于1.5mm。
如图7所示，旋转撑杆105的结构特点为：旋转撑杆105设计为在宽度方向前窄后宽的结构，宽度方向为与滚花钢丝轮107和抛杆5轴线均垂直的方向；
旋转撑杆105背侧，即外侧有加强筋结构特征提高强度。旋转撑杆105窄段内侧安装有两块钢套固定件104，可有效防止涂覆头摆动过程中的钢丝套窜动。旋转撑杆105的窄端(前端)外沿，在轴承安装槽上方设计有密封盖109，可有效阻止高粘度涂覆胶液侵入精密轴承106.。
钢丝绳牵引组模块2钢丝绳缠绕的结构特点为:缠绕于滚花钢丝轮107上的钢丝3的两端先分别绕过设于主安装板203两侧的第一滑轮组和第二滑轮组，再通过支撑架206内侧的导向钢丝轮205与双排槽滚花结构的旋紧轮204的前后滚花槽固定。双排槽滚花结构的旋紧轮204的前后滚花槽均缠绕钢丝线2圈，增大线轮缠绕摩擦力提高钢丝绳伸缩精度。滚花钢丝轮107有两个，钢丝3仅在一个滚花钢丝轮107上缠绕，上文中的两端为钢丝3在一个滚花钢丝轮107上缠绕后的两端，实际过程中，只使用一个滚花钢丝轮，另外一个作为备选。
第一滑轮组或第二滑轮组，即同侧的子滑轮组中间设计有限位传感组件210，其结构特点为：同侧的前子滑轮组和后子滑轮组中间架设有导向板2105与传感器安装板2104。导向板2105的两端通过垫高块2101与传感器安装板2104的两端连接，并通过螺栓固定于同侧的前子滑轮组和后子滑轮组上。传感器安装板2104上安装有两个限位传感器2103，接触播片2102与钢丝绳3固定连接后，嵌在导向板2105的导轨内，钢丝绳3伸缩带动接触播片2102在导向板2105上前后移动触发限位传感器2103反馈摆动位置信息，限位传感器2103为极限限位传感器。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。