申请/专利权人：中国科学院国家天文台

申请日：2020-05-18

公开（公告）日：2024-02-06

公开（公告）号：CN111611657B

主分类号：G06F30/17

分类号：G06F30/17;G06F30/20;G06F119/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.02.06#授权;2020.09.25#实质审查的生效;2020.09.01#公开

摘要：本发明涉及FAST射电天文望远镜技术领域，尤其是涉及一种FAST反射面单元自适应连接机构故障分析判断方法。该方法包括自适应连接机构的布局及工作原理、反射面单元及自适应连接机构力学建模、自适应连接机构故障及原因分析、自适应连接机构故障判断方法、自适应连接机构设计改进。本发明建立的力学模型可以帮助望远镜反射面维护人员分析反射面单元自适应连接机构故障的主要原因，预测故障发生模式和可能发生故障的危险单元分布位置，从而有针对性的进行产品设计改进。本发明可以帮助望远镜反射面维护人员在日常的巡检中主要利用目测手段及时发现反射面单元的异常现象，并进行防护预处理，防止故障继续恶化，有利于后续正式的产品维护和更换。

主权项：1.一种FAST反射面单元自适应连接机构故障分析判断方法，其特征在于，包括为反射面单元及自适应连接机构力学建模，包括：对反射面单元承载进行合理化假设，包括：反射面单元的轮廓简化为等边三角形，根据三角形的位置分为正置三角形单元和倒置三角形单元，自适应连接机构的节点轴均沿反射面单元的角部的角平分线方向，在基准球面态，反射面单元底边或上边平行于水平面；反射面单元和自适应连接机构简化为平面刚体，运动前后反射面单元的位置差异忽略不计；1#连接机构的节点球与背架杆件的连接抗弯简化为反射面单元平面内的扭转弹簧，平面外抗弯仍简化为刚体；0#连接机构和1#连接机构的球面副的摩擦、2#滑动支座与节点盘的摩擦均忽略不计，1#连接机构的滑动副的摩擦力与节点轴的横向力成正比；构建力学分析模型和计算公式，包括：其中，对于正置三角形单元，建立单元在平面内承载方程组如下： 式1中μ为1#连接机构滑动副的摩擦系数，f1、f2分别为1#连接机构节点轴的摩擦力和横向压力；N1、N2分别代表1#连接机构的两方向约束力；G为反射面单元自重；θ为反射面单元的倾角；α代表1#节点轴在横向载荷f2作用下在反射面单元平面内产生的偏转角；式1中前三项方程代表单元的静力平衡条件，式1中第四项方程中代表在垂直于单元平面方向的节点轴横向力，由单元平面外的静力平衡条件推导得到；式1中方程组包含f1、f2、N1、N2和α共五个未知量，方程数为四，需补充一个描述f2和α关系的扭转弹簧本构方程才能得到唯一解，将α作为变化参数，考察其与方程解的关系，将式1中的方程组进行合并简化，得到：A·f22+B·f2+C＝0式2；式2中为包含系数变量α的一元二次方程，式2中A、B、C分别为： 求解式3中方程得到节点轴横向力f2的表达式： 当式4中符号‘±’取‘+’号时，对应于1#节点轴相对于关节轴承向上滑动情况；当式4中符号‘±’取‘－’号时，对应1#节点轴相对于关节轴承向下滑动情况；其中，对于倒置三角形单元，建立单元在平面内承载方程组如下： 式5中μ为1#连接机构滑动副的摩擦系数，f1、f2分别为1#连接机构节点轴的摩擦力和横向压力；N1、N2分别代表1#连接机构的两方向约束力；G为反射面单元自重；d为反射面单元边长；θ为反射面单元的倾角；α代表1#节点轴在横向载荷f2作用下在反射面单元平面内产生的偏转角；式5中前三项方程代表单元的静力平衡条件，式5中第四项方程中代表在垂直于单元平面方向的节点轴横向力，由单元平面外的静力平衡条件推导得到；式5中方程组包含f1、f2、N1、N2和α共五个未知量，方程数为四，需补充一个描述f2和α关系的扭转弹簧本构方程才能得到唯一解，将α作为变化参数，考察其与方程解的关系，将式5中的方程组进行合并简化，得到： 式6中为包含系数变量α的一元二次方程，式6中分别为： 求解式7中该方程得到节点轴横向力f2的表达式： 当式8中符号‘±’取‘+’号时，对应于1#节点轴相对于关节轴承向上滑动情况；当式8中符号‘±’取‘－’号时，对应1#节点轴相对于关节轴承向下滑动情况；自适应连接机构故障判断及原因分析，包括：考察式4和式8，得出影响节点轴横向力f2的因素包括：单元倾角θ、摩擦系数μ和节点轴偏转角α，其中后两项分别反映连接机构的润滑情况和1#节点轴球节点的抗弯刚度；分别令μ、α、G、θ为预定值得到f2的变化曲线图，根据f2的变化曲线图进行判断；考察f2随α的变化趋势：正置三角形单元的f2随α的增大而呈现单调递增趋势，倒置三角形单元的f2随α的增大而呈现单调递减趋势，正置三角形单元的1#连接机构比倒置三角形单元的1#连接机构更容易出现故障；考察f2随μ的变化趋势：在相同的摩擦系数下，无论正置三角形单元还是倒置三角形单元，其1#连接机构的节点轴相对于关节轴承朝上滑动时所承受的横向侧压力总是大于朝下滑动的横向侧压力；随着μ的增大，二者的差值也越来越明显，因此两种不同的滑动趋势所承受的摩擦力也存在同比例的差值；通过上述两方面考察，反射面单元自适应连接机构的故障主要体现在两方面：第一方面，正置三角形单元的不稳定平衡导致1#节点轴的横向侧压力和球节点弯矩过大，而球节点抗弯正是整个单元的薄弱环节，最终将导致连接螺栓断裂和杆件变形；第二方面，1#连接机构在上行和下行两个方向滑动性能的差异导致单元逐渐偏离原来的基准位置，而润滑性能的变差将进一步加剧这个趋势；两方面的因素叠加在一起，最终将导致1#连接机构节点轴卡滞在下行最低位置，单元回复球面基准态位置困难，拖累节点球连接杆件和螺栓受损；相对而言，正置三角形单元出现故障的可能性大于倒置三角形单元，其故障的严重性也大于倒置三角形单元。

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百度查询： 中国科学院国家天文台 一种FAST反射面单元自适应连接机构故障分析判断方法

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