CN105711860B - 一种改进型非火工点式分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改进型非火工点式分离装置，其包括分别设置于待分离体接触端两端，用于将待分离体相互连接为一体式结构的分离端及捕获端；所述分离端设置于待分离体接触端任意一端，所述分离端包括分离端连接框、失电电磁铁、外壳、外转盘、扭簧、内转盘、滚柱、分离螺母以及螺栓；所述捕获端通过所述捕获端连接框设置于待分离体接触端另一端。本发明使用失电电磁铁作为控制装置，反应灵敏，使用扭簧作为驱动源，相比于形状记忆合金，不需加热，反应速度快，产生的驱动力大且使得分离装置更容易克服零件间存在的摩擦力且以外转盘旋转的方式实现解锁，以滚动摩擦代替滑动摩擦，降低了解锁所需的驱动力矩，使所需的扭簧刚度更低。

Description

一种改进型非火工点式分离装置

技术领域

本发明涉及一种非火工点式分离装置，本发明能够替代传统火工分离装置应用于火箭级间分离、星箭连接的分离、卫星上大型天线展开、太阳帆板展开等领域，以使得分布于分离的两体接触面上的装置或者设备能够实现连接及分离。

背景技术

点式分离装置能够应用于火箭级间分离、星箭连接的分离、卫星上大型天线展开、太阳帆板展开等分布于分离的两体接触面上的装置或者设备，以实现连接及分离。

目前公知的点式分离装置主要使用火工品，如爆炸螺栓、火工螺母、火工锁等产品。其中，如火工螺母工作原理是：锁紧时螺栓与分离螺母连接，分离时通电引爆分离螺母内部燃料，使其迅速由锁紧状态分开，释放螺栓；又如火工锁主要包括电连接器、活塞、加载螺母连接杆等，其工作原理是：以内部爆炸作用力推动可滑动活塞，使相关连接部位完全脱离。但是上述火工分离装置均存在对结构的冲击载荷大，火药燃烧或爆炸会产生有害气体、碎片等污染空间环境，不可重复使用、不便于进行实验验证，不易储存等的缺陷。

同时也可采用非火工分离装置，非火工分离装置多使用形状记忆合金丝作为触发源将分离螺母与螺栓驱动分离，如QWKNUT分离螺母，锁紧时卡销限制转轮旋转，滚柱在机架与分离螺母之间并与转轮内侧凹槽角度交错，滚柱约束分离螺母径向分离使其实现锁紧。分离时驱动源驱动卡销动作，解除转轮周向限制，使其在其他外力作用下旋转一定角度，滚柱落入转轮凹槽中，分离螺母失去径向约束，分离螺母分离并释放螺栓，完成解锁。但是基于形状记忆合金的分离装置多存在形状记忆合金丝自身电阻较小，较热效率低，响应时间长、结构复杂等缺陷。

发明内容

鉴于已有技术存在的缺陷，本发明的目的是要提供一种改进型非火工点式分离装置，该分离装置具有结构简单、反应速度快及分立时间短等优点。

为了实现上述目的，本发明的技术方案：

一种改进型非火工点式分离装置，其特征在于：

所述分离装置包括分别设置于待分离体接触端两端，用于将待分离体相互连接为一体式结构的分离端及捕获端；

所述分离端设置于待分离体接触端任意一端，所述分离端包括：

设置于待分离体接触端任意一端且具有分离端连接框通孔的分离端连接框，

设置于所述分离端连接框上的失电电磁铁，

设置于所述分离端连接框端面中心位置处、用于容纳外转盘的外壳，该外壳具有供外转盘臂穿出并横向移动一定距离的外壳通孔，

设置于所述外壳内且通过自所述外壳通孔穿出的外转盘臂连接失电电磁铁的外转盘，该外转盘具有容纳内转盘的外转盘内径并沿所述外转盘内径圆周方向均布若干滚柱容纳凹槽，该滚柱容纳凹槽具有向弧形腔延伸且始终与所述滚柱相切的斜面以及能够部分地容纳所述滚柱的弧形腔，

缠绕于所述外转盘外侧并预留一定扭力的扭簧，该扭簧一端与外转盘臂固连，另一端固定于分离端连接框上的扭簧固定孔内，

套装于所述外转盘内径中的内转盘，该内转盘具有容纳分离螺母的内转盘内径并沿所述内转盘圆周方向均布若干与所述滚柱容纳凹槽数量一致的插槽结构，

若干部分插装于各插槽结构中的滚柱，并使得每一滚柱在所述外转盘未旋转时，均设置于所述外转盘内径与分离螺母之间，同时在所述外转盘在扭簧驱动下旋转过一定角度时，能够在分离螺母横向作用力下被挤入各所述滚柱容纳凹槽中，进而失去对分离螺母的限位作用，

由若干分离部件组成的且具有容纳螺栓的螺母内径的分离螺母，各分离部件相互独立且仅在各滚柱限位作用下能够构成完整的螺母结构，以使得各分离部件所构成的螺母结构能够在所述外转盘在扭簧驱动下旋转过一定角度时，在弹性部件及预紧力在作用下相互分离，

以及依次穿过捕获端连接框、分离端连接框通孔以及分离螺母，且与分离螺母之间具有一定预紧力的螺栓，所述螺栓一端通过弹性部件抵靠于所述分离端的外壳内壁上，另一端固定于所述捕获端连接框上；

所述捕获端通过所述捕获端连接框设置于待分离体接触端另一端。

进一步的，所述失电电磁铁通过L形支架安装于所述分离端连接框上。

进一步的，所述弹性部件优选采用橡胶压片。

进一步的，所述分离端连接框具有能够部分容纳外转盘的同心圆槽，且该同心圆槽与分离端连接框通孔同心，以克服分离装置在安装时无法将外转盘定心的缺陷。

进一步的，所述捕获端包括：

设置于待分离体接触端另一端端面的捕获端连接框；

设置于所述捕获端连接框上且具有内部容纳腔的套筒；

设置于所述内部容纳腔内，用于供在预紧力作用下，自所述分离端弹出的螺栓穿过并缓冲所述螺栓弹出速度的内衬；

以及设置于所述内衬下端，用于与所述内衬相互配合捕获穿过所述内衬的螺栓的橡胶垫，即使得穿过所述内衬的螺栓在橡胶垫与内衬之间震荡，完成螺栓捕获过程。

优选的，所述内衬中心位置处开有供在预紧力作用下，自所述分离端弹出的螺栓穿过的十字形开孔，内衬上开有一十字形开孔的设计，能够使得使离后具有一定速度的螺栓穿过，并不能轻易自十字形开孔弹出内部容纳腔。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1.本装置不需要火工品，大大降低了对装置整体结构的冲击，同时具有易储存，不会产生有害气体、碎片等污染环境等优点；且可重复使用，并能够对产品进行实验验证。

2.本装置使用失电电磁铁作为控制装置，反应灵敏，通电极短时间内便可完成对外转盘臂的释放，且所需电压仅为24V；不通电时可紧紧吸住外转盘臂，实现锁紧，节省能源。

3.本装置使用扭簧作为驱动源，相比于形状记忆合金，不需加热，反应速度快，产生的驱动力大且使得分离装置更容易克服零件间存在的摩擦力。

4.本装置以外转盘旋转的方式实现解锁，以滚动摩擦代替滑动摩擦，降低了解锁所需的驱动力矩，使所需的扭簧刚度更低。

5.本装置的捕获端通过一个内衬和一个橡胶垫相互配合可以有效对螺栓完成捕获并缓冲，降低了分离过程螺栓对结构的冲击。

6.通过设置滚柱容纳凹槽，使得外转盘获得一定大小的扭矩，从而克服装置解锁时外转盘旋转的摩擦力，使装置的分离性能更加可靠。

附图说明

图1为本发明所述分离装置整体装配示意图；

图2为本发明所述分离装置局部剖视图；

图3为本发明所述分离装置外转盘结构示意图；

图4为本发明所述分离装置内转盘结构示意图；

图5a、图5b为本发明所述分离装置外转盘、滚柱及内转盘排布结构示意图；

图6为本发明所述分离装置分离端连接框结构示意图；

图7为本发明所述分离装置捕获端局部剖视图。

图中：1、失电电磁铁，2、分离端连接框，3、L形支架，4、外转盘，41、外转盘臂，42、外转盘内径，43、滚柱容纳凹槽，431、斜面，432、弧形腔，5、扭簧，6、内转盘，61、插槽结构，7、分离螺母，8、滚柱，9、捕获端连接框，10、螺栓，11、弹性部件，12、外壳，13、橡胶垫，14、套筒，15、内衬，16、扭簧固定孔，17、分离端连接框通孔，18、同心圆槽。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。

本发明所述非火工点式分离装置包括分离端及捕获端，两者分别设置于待分离体接触端两端，用以将待分离体相互连接为一体并在失电电磁铁通电时完成分离；其工作原理：锁紧时：在扭簧预紧力作用下，螺栓对分离螺母有径向分力作用，使其有径向位移的趋势，而螺栓对分离螺母的径向分力通过滚柱传递到外转盘上，又因为外转盘与滚柱接触处为一斜面，所以滚柱作用在外转盘上的力不是向心的，则使滚柱对外转盘的合力产生逆时针方向扭矩，该力矩会平衡掉一部分摩擦力。整个装置在磁铁和扭簧作用下平衡，实现锁紧；分离时：失电电磁铁通电，失电电磁铁失磁，因而对外转盘臂的吸附力消失，使得外转盘能够在扭簧驱动下旋转过一定角度，安装于外转盘内径与分离螺母之间的各滚柱被挤入外转盘的滚柱容纳凹槽中，随着各滚柱失去对分离螺母的限位，使得螺栓在弹性部件作用下弹出完成分离；弹出的螺栓冲过捕获端中内衬的十字形开孔，并使其在橡胶垫与内衬之间震荡，直至能量被吸收完全，以实现捕获及缓冲全部过程。

具体的，如图1-图2所示，所述分离端设置于待分离体接触端任意一端(通常来说设置于如图1所示的上端)，所述分离端包括：

设置于待分离体接触端任意一端的分离端连接框2；该分离端连接框2具有便于外转盘定心以使得螺栓能够正常分离的同心圆槽18以及分离端连接框通孔17，以克服本非火工点式分离装置在安装时无法将外转盘定心，即不能保证外转盘与分离端连接框上的通孔同心，可能会导致分离时螺栓与分离端连接框挂住，装置无法正常解锁的缺陷；

设置于所述分离端连接框2上的失电电磁铁1，所述失电电磁铁1通过L形支架3安装于所述分离端连接框2上，该失电电磁铁1连接可控通断的直流电源，在未通电时，能够吸附连接于其上的外转盘臂41，在通电时，失电电磁铁1消磁，因而失去对外转盘臂41吸附力，外转盘臂41能够在预留一定扭力的扭簧驱动下，在外壳通孔内横向移动一定距离；

设置于所述分离端连接框端面中心位置处、用于容纳外转盘的外壳12，该外壳12具有供外转盘臂41穿出并横向移动一定距离的外壳通孔；

设置于所述外壳内且通过自所述外壳通孔穿出的外转盘臂连接失电电磁铁的外转盘，该外转盘具有容纳内转盘的外转盘内径42并沿所述外转盘内径圆周方向均布若干滚柱容纳凹槽43，如图3，该滚柱容纳凹槽具有向弧形腔延伸且始终与所述滚柱相切的斜面431以及能够部分地容纳所述滚柱的弧形腔432；所述斜面用于使得安装于外转盘内径与分离螺母之间的各滚柱能够外转盘在扭簧驱动下旋转过一定角度时，沿着该斜面被挤入弧形腔中，以克服分离装置因滚柱与外转盘内径接触应力过大产生局部变形，使滚柱与外转盘之间摩擦力增大，进而导致驱动力不足，无法分离装置正常解锁的缺陷；所述弧形腔能够部分容纳滚柱以使得外转盘在扭簧驱动下旋转过一定角度时，滚柱失去对分离螺母的限位，进而使得螺栓在预紧力与弹性部件作用下弹出完成分离；

缠绕于所述外转盘外侧并预留一定扭力作为外转盘旋转驱动力的扭簧5，该扭簧一端与外转盘臂固连，另一端固定于分离端连接框上的扭簧固定孔16内，如图6所示；

套装于所述外转盘内径中的内转盘6，该内转盘6具有容纳分离螺母的内转盘内径并沿所述内转盘圆周方向均布若干与所述滚柱容纳凹槽数量一致的插槽结构61，如图4所示；

若干部分插装于各插槽结构中的滚柱8，并使得每一滚柱在所述外转盘未旋转时，与外转盘内径42相切且均匀设置于所述外转盘内径与分离螺母7之间，同时各滚柱在所述外转盘在扭簧驱动下旋转过一定角度时，能够在分离螺母横向作用力下被挤入各所述滚柱容纳凹槽中，进而失去对分离螺母的限位作用，

如图5a、图5b所示，由若干分离部件组成的且具有容纳螺栓10的螺母内径的分离螺母7，各分离部件相互独立且仅在各滚柱限位作用下能够构成完整的螺母结构，以使得各分离部件所构成的螺母结构能够在所述外转盘在扭簧驱动下旋转过一定角度时，各滚柱离开与其相切外转盘内径，进入由所述滚柱容纳凹槽及插槽结构构成的容纳空间内，使得分离螺母的各分离部件产生横向位移，进而失去对螺栓的限位作用，使其在预紧力作用下，迅速冲出；所述弹性部件11优选采用橡胶压片。

以及依次穿过捕获端连接框9、分离端连接框离端连接框通孔17以及分离螺母7，且与分离螺母之间具有一定预紧力的螺栓10，所述螺栓一端通过弹性部件抵靠于所述分离端的外壳内壁上，另一端固定于所述捕获端连接框上；

如图7，所述捕获端通过所述捕获端连接框设置于待分离体接触端另一端，所述捕获端包括：

设置于待分离体接触端另一端端面的捕获端连接框9；

设置于所述捕获端连接框上且具有内部容纳腔的套筒14；

设置于所述内部容纳腔内，用于供在预紧力作用下，自所述分离端弹出的螺栓穿过并缓冲所述螺栓弹出速度的内衬15；

以及设置于所述内衬下端，用于与所述内衬相互配合捕获穿过所述内衬的螺栓的橡胶垫13，即使得穿过所述内衬的螺栓在橡胶垫与内衬之间震荡，完成螺栓捕获过程。

优选的，所述内衬中心位置处开有供在弹性部件在作用下，自所述分离端弹出的螺栓穿过的十字形开孔，内衬上开有一十字形开孔的设计，能够使得使离后具有一定速度的螺栓穿过，并不能轻易自十字形开孔弹出内部容纳腔。

其中内衬应当使用材质较软且塑性较好的材料，如熟铜，以使得螺栓自上到下冲过该十字形开孔后，该十字形开孔能够变成一个四瓣都向下形状的塑性变形，进而使得螺栓被卡住而不能轻易自十字形开孔弹出；同时由于螺栓的端头为对称型结构则使得十字形开孔的最大孔径大于或者等于螺栓头对角长度。

对应的，上述分离装置的各部件连接/组装关系为：将失电电磁铁1装于分离端连接框2上的L形支架3上，将外转盘4置于分离端连接框上的同心圆槽18中并使其外转盘臂被吸附于失电电磁铁1上，将扭簧5缠绕于外转盘外侧，并施加一定扭力，使其一端与外转盘臂固连，另一端固定于分离端连接框上的扭簧固定孔16，将内转盘6放置于外转盘内径中并使内转盘非插槽结构部分对应外转盘的滚柱容纳凹槽，再将分离螺母7置于内转盘内径中，最后将滚柱8放置于外转盘内径与分离螺母外径间，从分离端连接框9的分离端连接框通孔17处伸入螺栓10并拧紧，将橡胶压片贴于外壳12顶部内侧中心，并将外壳装于分离端连接框上；将橡胶垫13贴于套筒14底部内侧中心，随后将内衬15套于捕获器套筒中，并将套筒安装于分离端连接框上。

工作方式：可将多个分离装置在待分离体的连接接触面上以多点分布安装，以实现连接与分离。同时被连接的两个接触面上需要有如直径13mm的通孔以保证螺栓能够穿过。将分离端和捕获端按上述安装方式分别安装于上下连接体上，将失电电磁铁的导线按红正黑负接在一如24V的直流电源上，并使电源开关关闭。此时装置实现上下待分离端的连接；需要分离时，给直流电源通电，失电电磁铁消磁，外转盘在扭簧作用下旋转一定角度，各滚柱进入由所述滚柱容纳凹槽及插槽结构构成的容纳空间内，进而分离螺母分离，进而失去对螺栓的径向限位作用，使螺栓在预紧力作用下，迅速冲出，冲出的螺栓落入捕获端，完成待分离体的分离全过程。

经过上述设计的分离装置其整体结构简单，质量小(约0.53kg)，分离时间短(通过实验验证，从供给电信号到实现分离仅需230ms左右)。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种改进型非火工点式分离装置，其特征在于：

所述分离装置包括分别设置于待分离体接触端两端，用于将待分离体相互连接为一体式结构的分离端及捕获端；

所述分离端设置于待分离体接触端任意一端，所述分离端包括：

设置于待分离体接触端任意一端且具有分离端连接框通孔的分离端连接框，

设置于所述分离端连接框上的失电电磁铁，

设置于所述分离端连接框端面中心位置处、用于容纳外转盘的外壳，该外壳具有供外转盘臂穿出并横向移动一定距离的外壳通孔，

设置于所述外壳内且通过自所述外壳通孔穿出的外转盘臂连接失电电磁铁的外转盘，该外转盘具有容纳内转盘的外转盘内径并沿所述外转盘内径圆周方向均布若干滚柱容纳凹槽，该滚柱容纳凹槽具有向弧形腔延伸且始终与所述滚柱相切的斜面以及能够部分地容纳所述滚柱的弧形腔，

缠绕于所述外转盘外侧并预留一定扭力的扭簧，该扭簧一端与外转盘臂固连，另一端固定于分离端连接框上的扭簧固定孔内，

套装于所述外转盘内径中的内转盘，该内转盘具有容纳分离螺母的内转盘内径并沿所述内转盘圆周方向均布若干与所述滚柱容纳凹槽数量一致的插槽结构，

若干部分插装于各插槽结构中的滚柱，并使得每一滚柱在所述外转盘未旋转时，均设置于所述外转盘内径与分离螺母之间，同时在所述外转盘在扭簧驱动下旋转过一定角度时，能够在分离螺母横向作用力下被挤入各所述滚柱容纳凹槽中，进而失去对分离螺母的限位作用，

由若干分离部件组成的且具有容纳螺栓的螺母内径的分离螺母，各分离部件相互独立且仅在各滚柱限位作用下能够构成完整的螺母结构，以使得各分离部件所构成的螺母结构能够在所述外转盘在扭簧驱动下旋转过一定角度时，在弹性部件及预紧力在作用下相互分离，

以及依次穿过捕获端连接框、分离端连接框通孔以及分离螺母，且与分离螺母之间具有一定预紧力的螺栓，所述螺栓一端通过弹性部件抵靠于所述分离端的外壳内壁上，另一端固定于所述捕获端连接框上；

所述捕获端通过所述捕获端连接框设置于待分离体接触端另一端。

2.根据权利要求1所述的改进型非火工点式分离装置，其特征在于：

所述失电电磁铁通过L形支架安装于所述分离端连接框上。

3.根据权利要求1所述的改进型非火工点式分离装置，其特征在于：

所述弹性部件优选采用橡胶压片。

4.根据权利要求1所述的改进型非火工点式分离装置，其特征在于：

所述分离端连接框具有能够部分容纳外转盘的同心圆槽，且该同心圆槽与分离端连接框通孔同心。

5.根据权利要求1所述的改进型非火工点式分离装置，其特征在于：

所述捕获端包括：

设置于待分离体接触端另一端端面的捕获端连接框；

设置于所述捕获端连接框上且具有内部容纳腔的套筒；

设置于所述内部容纳腔内，用于供在预紧力作用下，自所述分离端弹出的螺栓穿过并缓冲所述螺栓弹出速度的内衬；

以及设置于所述内衬下端，用于与所述内衬相互配合捕获穿过所述内衬的螺栓的橡胶垫，即使得穿过所述内衬的螺栓在橡胶垫与内衬之间震荡，完成螺栓捕获过程。

6.根据权利要求5所述的改进型非火工点式分离装置，其特征在于：

所述内衬中心位置处开有供在预紧力作用下，自所述分离端弹出的螺栓穿过的十字形开孔。