一种月壤性能综合试验台及试验方法技术

一种月壤性能综合试验台及试验方法，它涉及月壤性能综合测试领域。本发明专利技术解决了现有模拟月壤试验的每一项土工试验都需要一套专用设备，并分布在不同的场所，存在一旦试验用月壤发生移动，难以保持原有状态，进而造成试验失准，且回转钻进与冲击破岩试验需额外搭建设备，造成试验不便与物资浪费的问题。本发明专利技术的Y方向水平运动小推力驱动组件固定在矩形钢结构框架的横梁，X方向水平运动大推力驱动组件垂直架设于两个Y方向水平运动小推力驱动组件之间，支撑架一侧安装在X方向水平运动大推力驱动组件的滑块上，回转电机箱内回转电机的转轴下端与试验用具接口连接，试验土槽位于试验用具接口下方。本发明专利技术用于在同一模拟月壤环境下进行多种试验。

【技术实现步骤摘要】
一种月壤性能综合试验台及试验方法
本专利技术涉及月壤性能综合测试领域，具体涉及一种月壤性能综合试验台及试验方法。
技术介绍
近年，世界各国均积极发展深空探测技术，尤其以月球探测为代表的深空探测能力能够体现一个国家的航天技术成熟度与军事实力，并能够带动大量相关高新技术产业发展，间接产生巨大的经济效益。月面采样是月球探测及样品收集返回的重要任务，需要于发射前在地面利用模拟月壤进行大量试验，包括模拟月壤性质的探索，钻取、冲击等采样设备的性能测试，月壤采样原理及采样规程参数的摸索等。上述试验包括了多种土工试验项目，包括有无侧限条件下的承压、插入、平推试验，回转钻进试验，冲击破岩试验等，而传统的土工试验每一项都需要一套专用设备，并分布在不同的场所，一旦试验用月壤发生移动，很难保持原有状态，造成试验失准。此外，回转钻进与冲击破岩试验并非标准土工试验，需额外搭建设备，造成试验不便与物资浪费。因此，专利技术一套集以上试验项目于一体的综合性试验台，在同一模拟月壤环境下进行多种试验是十分必要的。综上所述，现有模拟月壤试验的每一项土工试验都需要一套专用设备，并分布在不同的场所，存在一旦试验用月壤发生移动，难以保持原有状态，进而造成试验失准，且回转钻进与冲击破岩试验需额外搭建设备，造成试验不便与物资浪费的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有模拟月壤试验的每一项土工试验都需要一套专用设备，并分布在不同的场所，存在一旦试验用月壤发生移动，难以保持原有状态，进而造成试验失准，且回转钻进与冲击破岩试验需额外搭建设备，造成试验不便与物资浪费的问题，进而提供一种月壤性能综合试验台及试验方法。本专利技术的技术方案是：一种月壤性能综合试验台，所述月壤性能综合试验台包括电机箱组件1、支撑结构2、X方向水平运动大推力驱动组件3、电机箱电源拖链5、直线电机电源拖链6、试验用具接口7、试验土槽9和两个Y方向水平运动小推力驱动组件4；支撑结构2包括矩形钢结构框架2-1和四个立柱2-2，矩形钢结构框架2-1水平设置在水平设置于地面上方，四个立柱2-2沿竖直方向以矩形阵列方式固定于矩形钢结构框架2-1底端；两个Y方向水平运动小推力驱动组件4在水平方向平行固定在矩形钢结构框架2-1的两个平行设置的横梁顶端；X方向水平运动大推力驱动组件3在水平方向垂直架设于两个Y方向水平运动小推力驱动组件4之间，X方向水平运动大推力驱动组件3的两端分别与两个Y方向水平运动小推力驱动组件4的滑块连接；直线电机电源拖链6安装在X方向水平运动大推力驱动组件3一侧，直线电机电源拖链6通过导线分别与X方向水平运动大推力驱动组件3和两个Y方向水平运动小推力驱动组件4连接；电机箱组件1包括支撑架1-1、Z方向驱动组件1-2和回转电机箱1-3，支撑架1-1一侧安装在X方向水平运动大推力驱动组件3的滑块上，Z方向驱动组件1-2在竖直方向垂直安装在支撑架1-1另一侧，Z方向驱动组件1-2的滑块与支撑架1-1固接，回转电机箱1-3竖直固定在Z方向驱动组件1-2上，回转电机箱1-3内回转电机的转轴下端与试验用具接口7连接；试验土槽9位于试验用具接口7下方。一种采用月壤性能综合试验台测试月壤性能的试验方法，所述试验方法是通过以下步骤实现的，步骤一、月壤承压试验：步骤一一：将承压试验专用压板A安装在月壤性能综合试验台的试验用具接口7上；步骤一二：再将承压试验专用压板A末端连接的力传感器G插入到力传感器接口1-4；步骤一三：试验土槽9内装有模拟月壤；步骤一四：承压试验专用压板A在Z方向驱动组件1-2的电机驱动下竖直向下运动，压迫模拟月壤，步骤一五：设备根据设定的承压试验专用压板A下压速度和距离进行下压试验，记录并输出下压速度、下压距离及X、Y和Z三向力载；当试验采用试验土槽9的后箱体9-4时，宽度为50mm，后箱体9-4的长度不小于400mm，模拟月壤的高度不小于160mm，承压试验专用压板A的尺寸为20×50mm，在所述后箱体9-4的尺寸限制下所做的试验为有侧限承压试验，所测得的数据为有侧限承压试验数据；当试验采用试验土槽9的主箱体9-1时，试验土槽9的宽度增加到500mm，试验土槽9的长度不小于400mm，模拟月壤的高度不小于160mm，承压试验专用压板A的尺寸为20×50mm，在所述主箱体9-1的尺寸限制下所做的试验为无侧限承压试验，所测得的数据为无侧限承压试验数据；至此，完成了模拟月壤的月壤承压试验；步骤二、月壤钻取试验：步骤二一：将0.5m长的钻进试验专用空心外螺旋钻头B安装在月壤性能综合试验台的试验用具接口7上；步骤二二：该试验通过回转电机箱1-3的内置力传感器自动获取纵向力，无需外接力传感器接口1-4；步骤二三：试验土槽9内装有模拟月壤；步骤二四：对月壤进行钻取；第一步：钻进试验专用空心外螺旋钻头B在Z方向驱动组件1-2的电机驱动下竖直向下运动；第二步：钻进试验专用空心外螺旋钻头B在回转电机箱1-3内回转电机的驱动下向下回转钻进；步骤二五：设备根据设定的回转速度和进尺速度进行钻进试验，记录并输出回转速度、进尺速度、钻深、扭矩及纵向力载；至此，完成了模拟月壤的月壤钻取试验；步骤三、月壤平推试验：步骤三一：将平推试验专用推板C安装在月壤性能综合试验台的试验用具接口7上；步骤三二：将平推试验专用推板C末端连接的力传感器G插入到力传感器接口1-4；步骤三三：试验土槽9内装有模拟月壤；步骤三四：对月壤进行平推：第一步：平推试验专用推板C在两个Y方向水平运动小推力驱动组件4的电机驱动下移动至试验土槽9一侧；第二步：平推试验专用推板C然后在Z方向驱动组件1-2的电机驱动下竖直向下插入模拟月壤；第三步：在X方向水平运动大推力驱动组件3的电机驱动下沿水平X方向平推模拟月壤；步骤三五：设备根据设定的插入深度、平推速度和平推位移进行平推试验，记录并输出插入速度、插入深度、平推速度、平推距离及X、Y和Z三向力载；当插入特殊位插板9-7时，试验土槽9形成宽度为80mm的特殊尺寸箱体，实现有侧限平推试验，并记录相应平推试验数据；当使用无侧限承压试验尺寸下的试验土槽9时，实现无侧限平推试验，并记录相应平推试验数据；至此，完成了模拟月壤的月壤平推试验；步骤四、月岩冲击试验：步骤四一：在月壤性能综合试验台的压电陶瓷1-7末端安装与之匹配的专用高频冲击头D；步骤四二：采用专用的模拟月岩卡爪E将模拟月岩F卡在中心，置于专用高频冲击头D正下方，模拟月岩卡爪的两条支撑轨分别安装在特殊位插板9-7和中央插板9-8的上端，进行模拟月岩冲击试验；步骤四三：该试验高频冲击由压电陶瓷1-7实现，空载时压电陶瓷1-7行程60微米，在30微米行程时振动300Hz左右，在6微米时振1200Hz左右，在1-2微米行程时振动3-4KHz，满足各种频段与振动幅值情况下的高频冲击试验本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种月壤性能综合试验台，其特征在于：所述月壤性能综合试验台包括电机箱组件(1)、支撑结构(2)、X方向水平运动大推力驱动组件(3)、电机箱电源拖链(5)、直线电机电源拖链(6)、试验用具接口(7)、试验土槽(9)和两个Y方向水平运动小推力驱动组件(4)；支撑结构(2)包括矩形钢结构框架(2-1)和四个立柱(2-2)，矩形钢结构框架(2-1)水平设置在水平设置于地面上方，四个立柱(2-2)沿竖直方向以矩形阵列方式固定于矩形钢结构框架(2-1)底端；两个Y方向水平运动小推力驱动组件(4)在水平方向平行固定在矩形钢结构框架(2-1)的两个平行设置的横梁顶端；X方向水平运动大推力驱动组件(3)在水平方向垂直架设于两个Y方向水平运动小推力驱动组件(4)之间，X方向水平运动大推力驱动组件(3)的两端分别与两个Y方向水平运动小推力驱动组件(4)的滑块连接；直线电机电源拖链(6)安装在X方向水平运动大推力驱动组件(3)一侧，直线电机电源拖链(6)通过导线分别与X方向水平运动大推力驱动组件(3)和两个Y方向水平运动小推力驱动组件(4)连接；电机箱组件(1)包括支撑架(1-1)、Z方向驱动组件(1-2)和回转电机箱(1-3)，支撑架(1-1)一侧安装在X方向水平运动大推力驱动组件(3)的滑块上，Z方向驱动组件(1-2)在竖直方向垂直安装在支撑架(1-1)另一侧，Z方向驱动组件(1-2)的滑块与支撑架(1-1)固接，回转电机箱(1-3)竖直固定在Z方向驱动组件(1-2)上，回转电机箱(1-3)内回转电机的转轴下端与试验用具接口(7)连接；试验土槽(9)位于试验用具接口(7)下方。/n...

【技术特征摘要】
1.一种月壤性能综合试验台，其特征在于：所述月壤性能综合试验台包括电机箱组件(1)、支撑结构(2)、X方向水平运动大推力驱动组件(3)、电机箱电源拖链(5)、直线电机电源拖链(6)、试验用具接口(7)、试验土槽(9)和两个Y方向水平运动小推力驱动组件(4)；支撑结构(2)包括矩形钢结构框架(2-1)和四个立柱(2-2)，矩形钢结构框架(2-1)水平设置在水平设置于地面上方，四个立柱(2-2)沿竖直方向以矩形阵列方式固定于矩形钢结构框架(2-1)底端；两个Y方向水平运动小推力驱动组件(4)在水平方向平行固定在矩形钢结构框架(2-1)的两个平行设置的横梁顶端；X方向水平运动大推力驱动组件(3)在水平方向垂直架设于两个Y方向水平运动小推力驱动组件(4)之间，X方向水平运动大推力驱动组件(3)的两端分别与两个Y方向水平运动小推力驱动组件(4)的滑块连接；直线电机电源拖链(6)安装在X方向水平运动大推力驱动组件(3)一侧，直线电机电源拖链(6)通过导线分别与X方向水平运动大推力驱动组件(3)和两个Y方向水平运动小推力驱动组件(4)连接；电机箱组件(1)包括支撑架(1-1)、Z方向驱动组件(1-2)和回转电机箱(1-3)，支撑架(1-1)一侧安装在X方向水平运动大推力驱动组件(3)的滑块上，Z方向驱动组件(1-2)在竖直方向垂直安装在支撑架(1-1)另一侧，Z方向驱动组件(1-2)的滑块与支撑架(1-1)固接，回转电机箱(1-3)竖直固定在Z方向驱动组件(1-2)上，回转电机箱(1-3)内回转电机的转轴下端与试验用具接口(7)连接；试验土槽(9)位于试验用具接口(7)下方。


2.根据权利要求1所述的一种月壤性能综合试验台，其特征在于：所述试验土槽(9)包括主箱体(9-1)、后箱体(9-4)、特殊位插板(9-7)、中央插板(9-8)、两个车轮固定板(9-14)、四个带刹车的运动轮(9-2)和多个插板固定扣(9-15)，两个车轮固定板(9-14)在水平方向平行固定在主箱体(9-1)底侧两端，每个车轮固定板(9-14)的底部两端分别设有两个带刹车的运动轮(9-2)，主箱体(9-1)内部呈正方体空间，主箱体(9-1)后方设有后箱体(9-4)，中央插板(9-8)竖直设置在主箱体(9-1)内部，中央插板(9-8)平行设置在主箱体(9-1)的前端板与主箱体(9-1)的后端板之间，中央插板(9-8)的两端分别与主箱体(9-1)的左右两侧端面中部竖直开设的两个插板滑道(9-16)可滑动连接，中央插板(9-8)通过插板固定扣(9-15)卡接在主箱体(9-1)上，特殊位插板(9-7)竖直设置在主箱体(9-1)内部，特殊位插板(9-7)平行设置在主箱体(9-1)的前端板与中央插板(9-8)之间，特殊位插板(9-7)两端分别与主箱体(9-1)的左右两侧端面竖直开设的两个插板滑道(9-16)可滑动连接，特殊位插板(9-7)过插板固定扣(9-15)卡接在主箱体(9-1)上。


3.根据权利要求2所述的一种月壤性能综合试验台，其特征在于：所述月壤性能综合试验台还包括四个固定底座(10)，支撑结构(2)的每个立柱(2-2)底端通过螺栓连接有固定底座(10)，所述固定底座(10)通过地脚螺栓固定于地面。


4.根据权利要求3所述的一种月壤性能综合试验台，其特征在于：X方向水平运动大推力驱动组件(3)、Z方向驱动组件(1-2)和Y方向水平运动小推力驱动组件(4)均为直线电机。


5.根据权利要求4所述的一种月壤性能综合试验台，其特征在于：电机箱组件(1)还包括力传感器接口(1-4)，回转电机箱(1-3)的侧壁设有力传感器接口(1-4)。


6.根据权利要求5所述的一种月壤性能综合试验台，其特征在于：电机箱组件(1)还包括扭矩传感器(1-5)，扭矩传感器(1-5)设置在回转电机箱(1-3)与试验用具接口(7)之间，扭矩传感器(1-5)的上端与回转电机箱(1-3)内回转电机的转轴连接，扭矩传感器(1-5)的下端与试验用具接口(7)连接。


7.根据权利要求6所述的一种月壤性能综合试验台，其特征在于：电机箱组件(1)还包括卡盘(1-6)，卡盘(1-6)安装在试验用具接口(7)下部。


8.根据权利要求7所述的一种月壤性能综合试验台，其特征在于：电机箱组件(1)还包括压电陶瓷(1-7)，压电陶瓷(1-7)固定安装在回转电机箱(1-3)的下部侧壁上。


9.根据权利要求8所述的一种月壤性能综合试验台，其特征在于：所述月壤性能综合试验台还包括土槽限位器(8)，土槽限位器(8)水平设置在试...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘天喜，黄意新，王萍萍，赵阳，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23