CN101509586A - 一种快速对接分离的气路插拔组合连接器 - Google Patents

Abstract

一种快速对接分离的气路插拔组合连接器，包括插拔气路组合、球锁气缸、组合板、上组合板、旋入插头、螺母、螺母和垫片，球锁气缸通过螺母和垫片机械连接在组合板上，球锁气缸上部分接口由螺母机械连接在上组合板上，旋入插头与上组合板机械连接，插拔气路组合与组合板机械连接。本发明采用球锁气缸使连接器与外部接口快速对接和脱落；球锁气缸和径向密封实现了零秒脱落；活门座和装卸螺母采用球面连接和间隙配合保证了单个气路组合在组合板上的可调节性，保证了多路组合的实施；采用自密封活门后能避免连接器脱落后介质溢出，提高了系统安全性。

Description

一种快速对接分离的气路插拔组合连接器

技术领域

本发明涉及一种快速对接分离的气路插拔组合连接器，属于机械领域，主要应用于火箭加注供气领域，也可应用于一般的民用产业。

背景技术

气路连接器为地面供气系统与箭上助推级或芯级气路活门之间的连接接口设备，由多路气体管路接头组合而成。

目前我国已经研制了多种气路连接器，并成功地应用在各种火箭上。主要有七管连接器、常温八管连接器、三管冷氦连接器、空调连接器和尾端供气接头等。七管和八管连接器主要由连接器插头座、球锁、防爆电动截止阀及控制电缆等部件组成，插头座布置各路气管，插头座正下方安装一个按断开关信号装置，当连接器与火箭连接锁紧时，按断开关被按下。连接器脱落后，按断开关复位，发出脱落信号。连接器轴向中心部位装有连接器的核心部件—球锁，对接到插座上时，用力矩扳手将球锁锁紧。连接器采用气动脱落的方式，控制电缆的作用是为防爆电动截止阀输送直流电及传输脱落信号。

三管冷氦连接器主要由连接器组件、锁紧与脱落运动机构和反馈信号等组成。通过给锁紧腔供气，锁紧腔产生的锁紧力使三个锁紧钩通过调节螺钉紧紧地钩在箭上插座上，从而使密封垫圈(铟片)在连接器和插座之间相应的密封部位起到端面密封作用，当给脱落腔供气时，气缸组合的运动组件移动使锁紧钩张开解除锁紧，由装在连接器支架上的拉力筒将冷氦连接器拉出，按断开关闭合发回脱落好信号。

以上几种气路连接器均不能在零秒(火箭起飞)时脱落，最晚在-2min时依靠给电磁阀通电，电磁阀动作后通过气体推动执行机构(球锁或锁紧钩)动作，使连接器解锁，因而脱落动作相对脱落指令是有所滞后的。

上述连接器均采用端面密封，需要施加额外的预紧力使端面O形圈压紧密封，如冷氦连接器采用气缸带动锁紧钩压紧，八管连接器和七管连接器用力矩扳手压紧。

目前应用的连接器管路数目最多至8路，而且采用的是端面密封。多路径向密封并没有应用过。而且应用火箭的端面密封的连接器没有自密封功能。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种能快速对接和脱落，管路数目不限、实现径向密封带有自密封功能的连接器。

本发明的技术解决方案是：一种快速对接分离的气路插拔组合连接器，包括插拔气路组合、球锁气缸、组合板、上组合板和旋入插头；

插拔气路组合和球锁气缸分别与组合板机械连接，对外接口的球头机械连接在上组合板上，旋入插头与上组合板机械连接；

其中所述的插拔气路组合包括活门、活门座、装卸螺母、座体和弹簧A，活门座通过装卸螺母与组合板机械连接，插拔气路组合与组合板之间密封，旋入插头插入活门座的气路通道内，旋入插头对内端顶在活门上部的圆柱体上，旋入插头与活门座之间密封，活门套在活门座内，可往复运动，弹簧A安装在活门下部的凹槽内并压在座体上，活门座与座体机械连接，活门座与座体之间密封，旋入插头和座体的气路接口的对外端接外部气路。

所述的球锁气缸包括钢球、外套、弹簧B、插座、气缸套、活塞杆、气缸盖、定位销和吊耳；

钢球安装在插座内，弹簧B套在插座上，外套套在插座外，通过定位销将外套和插座连接在一起，外套外表面对称安装有两个吊耳，弹簧B被封在外套和插座之间形成的空腔内，钢球、外套、弹簧B和插座共同组成球锁气缸的球锁部分；

气缸套和气缸盖机械连接，气缸套和气缸盖之间密封组成气缸，活塞杆插入气缸内，与气缸套密封，活塞杆的凹槽内安装密封圈密封，将锁紧腔A1和脱落腔A2分隔开，气缸套、活塞杆和气缸盖组成球锁气缸的气缸部分；

活塞杆和插座固定连接，将球锁气缸的气缸部分和球锁部分连成一体。

所述的插拔气路组合的活门上部的圆柱体开有十字槽，旋入插头的外径大于活门上部的圆柱体的直径；旋入插头的内径小于活门上部的圆柱体的直径，大于活门所开十字槽的四个内顶点形成的内接圆的直径。

所述的插拔气路组合的活门自密封时，其前部的圆锥面与活门座金属对金属硬密封，密封面表面粗糙度R_a＝0.2～0.8μm，硬度HRC33～35。

所述的装卸螺母与活门座球面连接，两者之间间隙为0.5～1.5mm。

所述的旋入插头内部为气路通道，对外端为喇叭口，对内端为平面顶在活门上部的圆柱体上。

所述的座体内部为气路通道，对外端为喇叭口。

本发明与现有技术相比有益效果为：

(1)本发明采用球锁气缸使连接器与外部接口快速对接和脱落；

(2)本发明的球锁气缸和径向密封实现了零秒脱落；

(3)本发明的活门座和装卸螺母采用球面连接和间隙配合保证了单个气路组合在组合板上的可调节性，保证了多路组合的实施；

(4)本发明采用自密封活门，能避免连接器脱落后介质溢出，提高了系统安全性。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为图1A局部放大剖视图；

图3为本发明仰视图；

图4为本发明单个插拔气路组合示意图；

图5为本发明自密封的结构示意图；

图6为本发明活门的结构示意图；

图7为本发明活门的俯视图；

图8为本发明球锁气缸的结构示意图；

图9为图7A-A方向的剖视图；

图10为本发明球锁气缸对接前示意图；

图11为本发明球锁气缸对接前侧视图。

具体实施方式

如图1、2、3所示，气路插拔组合连接器由插拔气路组合1、球锁气缸2、组合板3、上组合板4、旋入插头5、螺母A28、螺母B15和垫片20组成，球锁气缸2通过螺母A28和垫片20机械连接在组合板3上，外部接口的球头14由螺母B15机械连接在上组合板4上，旋入插头5与上组合板4机械连接。

如图4所示，插拔气路组合1包括活门6、活门座7、O形圈A8、O形圈B9、装卸螺母10、密封垫11、座体12和弹簧A13。

插拔气路组合1通过装卸螺母10与组合板3机械连接，插拔气路组合1与组合板3之间安装O形圈B9密封，通过旋紧装卸螺母10使O形圈B9产生变形从而压紧。

活门座7内部为气路通道，上部有两道密封圈槽，装有两个O形圈A8，旋旋入插头5插入活门座7的气路通道内，二者之间通过O形圈A8径向密封，能保证在23MPa压力下密封可靠。

活门6如图6、7所示，活门6最上部为开有十字槽的圆柱体。为使气路通畅，旋入插头5的内径小于活门6上部的圆柱体的直径，而大于活门6上的十字槽的四个内顶点形成的内接圆的直径，旋入插头5的外径大于活门6上部的圆柱体的直径。

活门6套在活门座7内，活门座7下部为活门6装配空间，旋入插头5插入活门座7时，其对内端顶在活门6上部的圆柱体上，旋入插头5顶开活门6时十字槽即为气路通道；活门6前部为有粗糙度和硬度要求的圆锥面，当旋入插头5拔出时，活门6依靠弹簧A13回复，此时活门6如图5所示自密封，活门6的前部的圆锥面进入活门座7中，两者之间为金属对金属硬密封，活门座7和活门6之间的密封面表面粗糙度R_a＝0.2～0.8μm，硬度HRC33～35。活门6自密封结构形式也可以是端面密封、非金属密封等。

活门6内部为气路通道，下部的凹槽内装有弹簧A13，弹簧A13的作用是提供活门6的回复力及自密封的压紧力。

活门座7与座体12机械连接，安装密封垫11密封。旋入插头5和座体12的气路接口的对外端接外部气路。旋入插头5和座体12可根据外接气路的需要选择多组不同尺寸。

装卸螺母10和活门座7球面连接，装卸螺母10内表面为一球面，活门座7外表面也为一球面，两者通过球面连接用以补偿装配时径向的偏差；装配螺母10和活门座7之间留有间隙0.5～1.5mm，可以补偿水平方向的偏差。装卸螺母10和活门座7之间为球面配合，也可以是其它可以调节补偿的万向节结构形式。

如图8、9所示，球锁气缸2包括钢球16、外套17、弹簧B18、插座19、O形圈C21、气缸套22、O形圈D23、密封垫B24、活塞杆25、气缸盖26、定位销27和吊耳29。

钢球16、外套17、弹簧B18和插座19共同组成球锁气缸2的球锁部分，钢球16安装在插座19内，弹簧B18套在插座19上，外套17套在插座19外，通过定位销27将外套17和插座19连接在一起，将弹簧18封在外套17和插座19之间形成的空腔内。外套17外表面对称安装有两个吊耳29，通过拉动外套17表面上的吊耳29可以使外套17压缩弹簧18，从而向下运动，使钢球16脱离插座19，进入外套17内，从而使球锁解锁。定位销27连接外套17和插座19，限定外套17避免其因弹簧B18的弹力脱出，当球锁解锁时，定位销27与插座19上的导向长圆孔配合，对外套17的行程进行限定，使钢球16恰好落入外套17内且不会掉出，让出空间使球头14和插座19解锁。

O形圈C21、气缸套22、O形圈D23、密封垫B24、活塞杆25和气缸盖26组成球锁气缸2的气缸部分，气缸套22和气缸盖26机械连接，气缸套22和气缸盖26之间通过密封垫B24密封组成气缸，活塞杆25插入气缸内，与气缸套22通过O形圈C21密封，O形圈D23装在活塞杆25的凹槽内，将对接锁紧腔A1和脱落腔A2分隔开。气缸套22和活塞杆25形成两个气动作动腔，上侧的作动腔A1供气时使活塞杆缩回，称为对接锁紧腔；下侧的作动腔A2供气使活塞杆25伸出，称为脱落腔。气缸套22和气缸盖26上各带有气路接口，给对接锁紧腔A1和脱落腔A2供气。

活塞杆25和插座19固定连接，将球锁气缸2的气缸部分和球锁部分连成一体。球锁气缸2将气路插拔组合连接器和外部接口连接在一起，通过给球锁气缸2对接锁紧腔A1供气使气路插拔组合连接器和外部接口完成对接，需要脱离前通过给球锁气缸脱落腔A2使气路插拔组合连接器和外部接口完成分离，在火箭起飞后依靠拉拽球锁气缸2的外套17使球锁解锁，从而使气路插拔组合连接器和外部接口断开连接完成脱落。

球锁气缸2不局限于附图所示的形式，气缸部分可为各种形式的气缸，也可采用电磁、液压等形式进行驱动，球锁部分也可为其它形式的快速连接、脱落机构。

上组合板4为板式结构，为旋入插头5的支撑。旋入插头5通过螺纹与上组合板4连接，旋入插头5内部为气路通道，对外端为喇叭口，对内端为平面用以顶开活门6。上文中提到的装卸螺母10和活门座7之间的球面连接及调整间隙补偿也可以应用于上组合板4和旋入接头5的连接形式中。

气路插拔组合连接器对接工作原理：(对接前的球锁气缸如图10、11所示)对接时，通过气缸盖26的气路接口给脱落腔A2供气，将活塞杆25向上顶，由于活塞杆25和插座19固定连接在一起，活塞杆25带动插座19向上移动，插座19带动整个球锁部分向上走；通过安装在外套17外表面的吊耳28将外套17往下拉，压缩弹簧B18；此时外部接口的球锁14向插座19内插，当安装在插座19内的钢球16落到球锁14的卡槽里时，球锁锁紧；活塞杆25带动组合板3向上移动，球锁14带动上组合板4向下移动，使组合板3和上组合板4接近，旋入接头5插入活门座7内；给脱落腔A2放气，通过气缸套22上的气路接口给对接锁紧腔A1供气，活塞杆25在气缸内下落，由于活塞杆25与插座19固定连接，活塞杆25在气缸内下落带动组合板3向上运动，旋入接头5顶到活门6，打开气体通道，完成对接。

气路插拔组合连接器脱落工作原理：通过气缸盖26的气路接口给脱落腔A2供气，同时给对接锁紧腔A1放气，活塞杆25在气缸内上升，由于活塞杆25与插座19固定连接，活塞杆25在气缸内上升带动组合板3向下运动，带动活门6脱离旋入接头5，使气路插拔组合连接器和对外接口分离，自密封活门6依靠弹簧力回复关闭，防止气体排出；火箭起飞，通过固定在吊耳29上的拉索将外套17往下拉，拉索另一端固定在地面基地，球锁14随火箭一起移动，钢球16从球锁14的卡槽中脱出，球锁解开；球锁14带动上组合板4移动，使气路插拔组合连接器和外部接口断开连接完成脱落。

如果火箭推迟发射或者中止发射需要重新对接连接器时，重新给球锁气缸2的对接锁紧腔A1供气(同时给脱落腔A2放气)。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (7)

1、一种快速对接分离的气路插拔组合连接器，其特征在于包括：插拔气路组合(1)、球锁气缸(2)、组合板(3)、上组合板(4)和旋入插头(5)；

插拔气路组合(1)和球锁气缸(2)分别与组合板(3)机械连接，对外接口的球头(14)机械连接在上组合板(4)上，旋入插头(5)与上组合板(4)机械连接；

其中所述的插拔气路组合(1)包括活门(6)、活门座(7)、装卸螺母(10)、座体(12)和弹簧A(13)，活门座(7)通过装卸螺母(10)与组合板(3)机械连接，插拔气路组合(1)与组合板(3)之间密封，旋入插头(5)插入活门座(7)的气路通道内，旋入插头(5)对内端顶在活门(6)上部的圆柱体上，旋入插头(5)与活门座(7)之间密封，活门(6)套在活门座(7)内，可往复运动，弹簧A(13)安装在活门(6)下部的凹槽内并压在座体(12)上，活门座(7)与座体(12)机械连接，活门座(7)与座体(12)之间密封，旋入插头(5)和座体(12)的气路接口的对外端接外部气路。

2、根据权利要求1所述的一种快速对接分离的气路插拔组合连接器，其特征在于：所述的球锁气缸(2)包括钢球(16)、外套(17)、弹簧B(18)、插座(19)、气缸套(22)、活塞杆(25)、气缸盖(26)、定位销(27)和吊耳(29)；

钢球(16)安装在插座(19)内，弹簧B(18)套在插座(19)上，外套(17)套在插座(19)外，通过定位销(27)将外套(17)和插座(19)连接在一起，外套(17)外表面对称安装有两个吊耳(29)，弹簧B(18)被封在外套(17)和插座(19)之间形成的空腔内，钢球(16)、外套(17)、弹簧B(18)和插座(19)共同组成球锁气缸(2)的球锁部分；

气缸套(22)和气缸盖(26)机械连接，气缸套(22)和气缸盖(26)之间密封组成气缸，活塞杆(25)插入气缸内，与气缸套(22)密封，活塞杆(25)的凹槽内安装密封圈密封，将锁紧腔A1和脱落腔A2分隔开，气缸套(22)、活塞杆(25)和气缸盖(26)组成球锁气缸(2)的气缸部分；

活塞杆(25)和插座(19)固定连接，将球锁气缸(2)的气缸部分和球锁部分连成一体。

3、根据权利要求1所述的一种快速对接分离的气路插拔组合连接器，其特征在于：所述的插拔气路组合(1)的活门(6)上部的圆柱体开有十字槽，旋入插头(5)的外径大于活门(6)上部的圆柱体的直径；旋入插头(5)的内径小于活门(6)上部的圆柱体的直径，大于活门(6)所开十字槽的四个内顶点形成的内接圆的直径。

4、根据权利要求1所述的一种快速对接分离的气路插拔组合连接器，其特征在于：所述的插拔气路组合(1)的活门(6)自密封时，其前部的圆锥面与活门座(7)金属对金属硬密封，密封面表面粗糙度R_a＝0.2～0.8μm，硬度HRC33～35。

5、根据权利要求1所述的一种快速对接分离的气路插拔组合连接器，其特征在于：所述的装卸螺母(10)与活门座(7)球面连接，两者之间间隙为0.5～1.5mm。

6、根据权利要求1所述的一种快速对接分离的气路插拔组合连接器，其特征在于：所述的旋入插头(5)内部为气路通道，对外端为喇叭口，对内端为平面顶在活门(6)上部的圆柱体上。

7、根据权利要求1所述的一种快速对接分离的气路插拔组合连接器，其特征在于：所述的座体(12)内部为气路通道，对外端为喇叭口。

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