月壤鉆取采樣裝置加載機(jī)構(gòu)設(shè)計與研究.pdf

1、我國探月工程三期主要任務(wù)之一是通過鉆采方式獲取深度不小于2米的月壤樣品。加載機(jī)構(gòu)作為在鉆采過程中提供鉆壓力和控制鉆進(jìn)速度的重要裝置，其卓越的性能及結(jié)構(gòu)可靠性是保證鉆取采樣成功的關(guān)鍵因素。由于國外的技術(shù)封鎖及國內(nèi)在此方面起步較晚，目前鮮有月面鉆取采樣用加載機(jī)構(gòu)的研究資料。為分析加載機(jī)構(gòu)性能，確定參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方向，需要對加載機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能分析，為我國探月工程三期月面采樣系統(tǒng)提供技術(shù)支持。
　　依照探月工程三期鉆取采樣任務(wù)的總體

2、規(guī)劃，明確加載機(jī)構(gòu)的功能要求并對其任務(wù)剖面進(jìn)行分析。建立加載機(jī)構(gòu)裕度分析模型，在對其驅(qū)動力裕度分析基礎(chǔ)上進(jìn)行加載輸出單元的裕度設(shè)計。為保證加載機(jī)構(gòu)高可靠性，應(yīng)用FMEA和FTA可靠性方法對加載機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模與分析，定性和定量的闡明加載機(jī)構(gòu)中各部件故障與整體可靠性的關(guān)系，得出加載機(jī)構(gòu)的可靠性關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
　　從加載繩與卷筒的連接方式與纏繞方式兩方面，對加載繩與卷筒連接接口結(jié)構(gòu)分別提出2種方案。建立鋼絲繩與卷筒作用力學(xué)模型，分析不同工況下

3、結(jié)構(gòu)參數(shù)與加載性能間的關(guān)系并進(jìn)一步確定4種方案下加載機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)。應(yīng)用層次分析法根據(jù)相應(yīng)評價標(biāo)準(zhǔn)建立評價模型并確定最佳方案。
　　設(shè)計加載驅(qū)動單元結(jié)構(gòu)方案，建立加載軸系力學(xué)模型并仿真校核軸系受力狀態(tài)。通過靜力和熱力仿真分析，確定導(dǎo)向輪關(guān)鍵尺寸優(yōu)選參數(shù)。建立鋼絲繩拋物線模型，根據(jù)任務(wù)環(huán)境從靜力、振動、附加內(nèi)力三方面分析預(yù)緊力與鋼絲繩性能的關(guān)系并確定最小初始預(yù)緊力。建立卷筒筒壁單元梁模型，推導(dǎo)卷筒在鋼絲繩纏繞下的變形公式并仿真得出兩種

4、極端位置下卷筒受力變形。
　　考慮加載機(jī)構(gòu)剛?cè)峄旌辖Y(jié)構(gòu)特性，不斷細(xì)化加載機(jī)構(gòu)的動力學(xué)模型。在建立剛體、彈性動力學(xué)模型基礎(chǔ)上，應(yīng)用集中參數(shù)法引入間隙、阻尼等柔性環(huán)節(jié)建立加載機(jī)構(gòu)各子部件物理模型，得到考慮柔性環(huán)節(jié)的加載機(jī)構(gòu)動力學(xué)方程。對加載機(jī)構(gòu)在鉆具鉆進(jìn)月壤/月巖兩種工況下動力學(xué)特性進(jìn)行數(shù)值模擬并分析其在典型負(fù)載下的響應(yīng)。應(yīng)用Adams Cable模塊對繩輪系統(tǒng)進(jìn)行建模與仿真，分析鋼絲繩參數(shù)對系統(tǒng)響應(yīng)的影響。通過變參數(shù)分析，得到加載機(jī)