CN106828979B - 一种大承载的热刀式压紧释放装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大承载的热刀式压紧释放装置，包括：卷筒收绳装置、壳体、压紧分离装置、热刀模块和双段绳索；壳体包括：由下至上依次设置的压紧底座、底部压紧衬套、下压紧衬套、上压紧衬套和顶部压紧衬套；卷筒收绳装置和热刀模块设置在压紧底座上；压紧分离装置通过双段绳索与卷筒收绳装置连接；双段绳索设置在壳体的内部、与热刀模块相接触；其中，双段绳索的一端与卷筒收绳装置连接；双段绳索的另一端在依次穿过底部压紧衬套、下压紧衬套、上压紧衬套和顶部压紧衬套中的绳槽之后、通过压紧分离装置绕回，并与卷筒收绳装置连接。本发明所述的大承载的热刀式压紧释放装置能够满足大预紧载荷要求，适应于大尺寸展开附件的展开。
Description
技术领域
本发明属于航天技术领域，尤其涉及一种大承载的热刀式压紧释放装置。
背景技术
在航天技术领域，航天器压紧释放装置被广泛使用。航天器压紧释放装置，用于在航天器发射阶段，为航天器附件提供压紧约束；在航天器入轨后，按指令解除对附件的约束。
目前，国内对于太阳翼和平板天线等展开附件多采用拔销器或分离螺母等火工压紧释放装置，如，2011年公开的专利：“折叠式刚性和半刚性太阳翼二次压紧释放机构，CN201128483Y”；又如，2014年公开的专利：“杆状天线的压紧释放装置，CN104201455A”。然而，火工压紧释放装置存在解锁冲击大、易损坏或污染附近零部件等缺点。尤其是随着展开附件的大型化发展，展开附件的质量急剧增加，为承受发射阶段的载荷，这要求压紧释放装置中压紧杆能提供更大的压紧力，导致了压紧杆的截面积增加。同时为实现解锁，需要火工压紧释放装置提供更大的能量，将导致火工压紧释放装置对展开附件造成更大的冲击，因此，火工压紧释放装置在大型展开附件方面的应用受到了限制。
非火工式压紧释放装置具有低冲击、对周边仪器和光学设备基本无影响等优点，其应用前景广泛。如，2014年公开的专利：“一种可解锁与释放的热刀式螺栓装置，CN104214186A”；又如，2015年公开的专利：“轻型无冲击可重复利用的热刀式锁紧释放装置，CN204452958U”。然而，现有的非火工式压紧释放装置也存在诸多问题：1、承载能力不足，不能满足大预紧载荷要求；2、在对解锁释放后的大力马绳索进行收拢处理时，绳索可能钩挂展开附件，影响展开附件的展开功能，甚至导致附件展开失败。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种大承载的热刀式压紧释放装置，满足大预紧载荷要求，适应于大尺寸展开附件的展开。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种大承载的热刀式压紧释放装置，包括：卷筒收绳装置(1)、壳体(2)、压紧分离装置(3)、热刀模块(4)和双段绳索(5)；其中，所述壳体(2)包括：由下至上依次设置的压紧底座(201)、底部压紧衬套(202)、下压紧衬套(203)、上压紧衬套(204)和顶部压紧衬套(205)；
所述卷筒收绳装置(1)和所述热刀模块(4)设置在所述压紧底座(201)上；
所述压紧分离装置(3)通过所述双段绳索(5)与所述卷筒收绳装置(1)连接；
所述双段绳索(5)设置在壳体(2)的内部、与所述热刀模块(4)相接触；其中，所述双段绳索(5)的一端与卷筒收绳装置(1)连接；双段绳索(5)的另一端在依次穿过底部压紧衬套(202)、下压紧衬套(203)、上压紧衬套(204)和顶部压紧衬套(205)中的绳槽之后、通过所述压紧分离装置(3)绕回，并与所述卷筒收绳装置(1)连接。
在上述大承载的热刀式压紧释放装置中，所述卷筒收绳装置(1)，包括：卷筒轴(101)、圆锥滚子轴承(102)、卷筒(104)、第一锥形销(110)和第二锥形销(111)；
所述卷筒轴(101)上设置有第一锥形孔和第二锥形孔；其中，所述双段绳索(5)的一端穿过所述第一锥形孔，通过所述第一锥形销(110)与所述卷筒轴(101)连接固定；所述双段绳索(5)的另一端穿过所述第二锥形孔，通过所述第二锥形销(111)与所述卷筒轴(101)连接固定；
所述卷筒轴(101)通过所述圆锥滚子轴承(102)固定在所述压紧底座(201)上；
所述卷筒(104)通过销轴连接方式与所述卷筒轴(101)连接固定。
在上述大承载的热刀式压紧释放装置中，所述卷筒收绳装置(1)，还包括：涡卷簧盒(106)、涡卷簧(107)、涡卷簧轴(108)和开口销(109)；
所述涡卷簧盒(106)通过螺纹与所述压紧底座(201)连接；
所述涡卷簧(107)的外圈与所述涡卷簧盒(106)相连，所述涡卷簧(107)的内圈固定在所述涡卷簧轴(108)上；
所述涡卷簧轴(108)的一端削边，在预紧状态下，夹持涡卷簧(107)；
所述卷筒轴(101)的一端穿过所述涡卷簧轴(108)；其中，当预紧完成时，所述卷筒轴(101)与所述涡卷簧轴(108通过所述开口销(109)连接固定。
在上述大承载的热刀式压紧释放装置中，所述卷筒收绳装置(1)，还包括：用于检修和密闭的第一端盖(103)和第二端盖(105)。
在上述大承载的热刀式压紧释放装置中，所述压紧分离装置(3)，包括：压紧杆(301)、球形垫圈(302)、压紧螺母(303)、分离弹簧座(304)、分离弹簧(305)、分离弹簧盖(306)和固定螺母(307)；
所述压紧杆(301)为半螺纹、顶端削边结构；其中，所述压紧杆(301)穿过所述顶部压紧衬套(205)和所述球形垫圈302)之后，通过所述压紧螺母(303)固定；
所述分离弹簧座(304)设置在所述顶部压紧衬套(205)的上方；
所述分离弹簧(305)固定在所述分离弹簧座(304)和所述分离弹簧盖(306)之间；
所述压紧杆(301)从所述分离弹簧座(304)、分离弹簧(305)和分离弹簧盖(306)的中心穿过；其中，在预紧状态下，所述分离弹簧(305)通过所述固定螺母(307)预紧。
在上述大承载的热刀式压紧释放装置中，所述压紧杆(301)上设置有绳槽；其中，所述双段绳索(5)穿过所述绳槽与所述压紧杆(301)连接，并绕回。
在上述大承载的热刀式压紧释放装置中，所述压紧底座(201)固定在所述大承载的热刀式压紧释放装置的基座上；
所述底部压紧衬套(202)、下压紧衬套(203)、上压紧衬套(204)和顶部压紧衬套(205)分别与被连接件相连。
在上述大承载的热刀式压紧释放装置中，所述热刀模块(4)与所述双段绳索(5)中的其中任意一段绳索相接触；其中，所述热刀模块(4)在通电后，对与所述热刀模块(4)相接触的一段绳索进行加热。
在上述大承载的热刀式压紧释放装置中，所述双段绳索(5)为对位芳纶纤维材料绳索；
所述双段绳索(5)采用二维编织，呈空心管状结构；
所述双段绳索(5)的直径为4～6mm(包括4mm和6mm)，常温下可承受20～50kN(包括20kN和50kN)拉力，在温度超过500℃以后开始降解、或熔化、或碳化。
本发明具有以下优点：
(1)本发明所述的大承载的热刀式压紧释放装置，采用双段绳索作为承载单元，大大降低了单段绳索承受的载荷，能满足大型航天器的大载荷需求。解锁时，热刀模块只需切断一段绳索，即可实现解锁，减少解锁功耗和解锁时间。
(2)本发明所述的大承载的热刀式压紧释放装置，卷筒收绳装置可将解锁后的绳索快速收拢，解决了在大高度多段绳情况下绳索收拢难的问题，避免了展开过程中与展开附件的钩挂。
(3)本发明所述的大承载的热刀式压紧释放装置，可以实现具有较大高度的被连接件的压紧释放。
附图说明
图1是本发明实施例中一种大承载的热刀式压紧释放装置的三维结构示意图；
图2是本发明实施例中一种大承载的热刀式压紧释放装置的三维结构剖视图；
图3是本发明实施例中一种卷筒收绳装置的二维结构剖视图；
图4是本发明实施例中一种压紧分离装置的二维结构剖视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公共的实施方式作进一步详细描述。
本发明公开了一种大承载的热刀式压紧释放装置，采用双段绳索，双段绳索的一端与卷筒轴通过第一锥形销连接固定；卷筒固定在卷筒轴上，卷筒轴通过一对圆锥滚子轴承安装在压紧底座上；同时，双段绳索的另一端穿过压紧杆后，与卷筒轴通过第二锥形销连接固定。将压紧杆穿过各压紧衬套和顶部压紧衬套上的球形垫圈后，利用预紧力施加装置将被连接件与压紧底座紧密连接，旋紧压紧螺母，预紧绳索，各压紧衬套及被连接件便压紧在底座上。当热刀模块通电加热，温度超过500℃时，双段绳索开始熔化或碳化，并最终破断；双段绳索断开后，卷筒收绳装置将绳索卷起，避免在展开过程中钩挂被连接件，导致展开失败；压紧分离装置将压紧杆弹出，最终压紧杆固定在顶部压紧衬套中。
参照图1，示出了本发明实施例中一种大承载的热刀式压紧释放装置的三维结构示意图。图2，示出了本发明实施例中一种大承载的热刀式压紧释放装置的三维结构剖视图。结合图1和2，在本实施例中，所述大承载的热刀式压紧释放装置，包括：卷筒收绳装置1、壳体2、压紧分离装置3、热刀模块4和双段绳索5。
如图1，所述壳体2包括：由下至上依次设置的压紧底座201、底部压紧衬套202、下压紧衬套203、上压紧衬套204和顶部压紧衬套205。其中，优选的，所述压紧底座201可以固定在所述大承载的热刀式压紧释放装置的基座上；所述底部压紧衬套202、下压紧衬套203、上压紧衬套204和顶部压紧衬套205可以分别与被连接件相连。
在本实施例中，所述卷筒收绳装置1和所述热刀模块4设置在所述压紧底座201上。如图2，所述压紧分离装置3通过所述双段绳索5与所述卷筒收绳装置1连接。所述双段绳索5设置在壳体2的内部、与所述热刀模块4相接触。其中，所述双段绳索5的一端与卷筒收绳装置1连接；双段绳索5的另一端在依次穿过底部压紧衬套202、下压紧衬套203、上压紧衬套204和顶部压紧衬套205中的绳槽之后、通过所述压紧分离装置3绕回，并与所述卷筒收绳装置1连接。
参照图3，示出了本发明实施例中一种卷筒收绳装置的二维结构剖视图。图4，示出了本发明实施例中一种压紧分离装置的二维结构剖视图。
如图3，优选的，所述卷筒收绳装置1具体可以包括：卷筒轴101、圆锥滚子轴承102、卷筒104、第一锥形销110和第二锥形销111。
在本实施例中，所述卷筒轴101上设置有第一锥形孔和第二锥形孔；其中，所述双段绳索5的一端穿过所述第一锥形孔，通过所述第一锥形销110与所述卷筒轴101连接固定；所述双段绳索5的另一端穿过所述第二锥形孔，通过所述第二锥形销111与所述卷筒轴101连接固定。所述卷筒轴101通过所述圆锥滚子轴承102固定在所述压紧底座201上。所述卷筒104通过销轴连接方式与所述卷筒轴101连接固定。
进一步优选的，所述卷筒收绳装置1还可以包括：涡卷簧盒106、涡卷簧107、涡卷簧轴108和开口销109。在本实施例中，所述涡卷簧盒106通过螺纹与所述压紧底座201连接。所述涡卷簧107的外圈与所述涡卷簧盒106相连，所述涡卷簧107的内圈固定在所述涡卷簧轴108上。所述涡卷簧轴108的一端削边，在预紧状态下，夹持涡卷簧107。所述卷筒轴101的一端穿过所述涡卷簧轴108；其中，当预紧完成时，所述卷筒轴101与所述涡卷簧轴108通过所述开口销109连接固定。例如，可以在所述双段绳索5的两端绳头均与卷筒轴101固定并完成预紧后，用扳手夹持涡卷簧轴108削边预紧涡卷簧107；预紧完成后通过开口销109将卷筒轴101与涡卷簧轴108相连。
进一步优选的，所述卷筒收绳装置1还可以包括：用于检修和封闭的第一端盖103和第二端盖105。
如图4，优选的，所述压紧分离装置3具体可以包括：压紧杆301、球形垫圈302、压紧螺母303、分离弹簧座304、分离弹簧305、分离弹簧盖306和固定螺母307。
在本实施例中，所述压紧杆301为半螺纹、顶端削边结构。其中，所述压紧杆301穿过所述顶部压紧衬套205和所述球形垫圈302之后，通过所述压紧螺母303固定。所述分离弹簧座304设置在所述顶部压紧衬套205的上方；所述分离弹簧305固定在所述分离弹簧座304和所述分离弹簧盖306之间；所述压紧杆301从所述分离弹簧座304、分离弹簧305和分离弹簧盖306的中心穿过；其中，在预紧状态下，所述分离弹簧305通过所述固定螺母307预紧。
优选的，所述压紧杆301上设置有绳槽；其中，所述双段绳索5穿过所述绳槽与所述压紧杆301连接，并绕回。
在本发明的一优选实施例中，所述热刀模块4可以与所述双段绳索5中的其中任意一段绳索相接触；其中，所述热刀模块4在通电后，对与所述热刀模块4相接触的一段绳索进行加热。
优选的，所述双段绳索5可以为对位芳纶纤维材料的绳索(如，在实际应用中可以选用凯夫拉绳索)；所述双段绳索5采用二维编织，呈空心管状结构；所述双段绳索5的直径为4mm，常温下可承受20kN拉力，在温度超过500℃以后开始降解、或熔化、或碳化。需要说明的是，在本实施例中，可以通过双段绳索5为所述大承载的热刀式压紧释放装置提供预紧力，也可以由多段绳索提供预紧力，本实施例对此不作限制。
在本实施例中，在预紧时，可以通过拉力机夹持压紧杆301使双段绳索5达到预紧力，在双段绳索5达到预紧力之后，旋紧压紧螺母303，实现第一次预张紧处理。至少24小时后，重新对双段绳索5进行预紧，使双段绳索5重新达到初始预紧力，实现第二次预张紧处理。累计多次(如10次)预张紧处理之后，双段绳索5蠕变变小，效果明显。在解锁释放时，热刀模块4通电加热，温度超过500℃时，双段绳索5开始降解，熔化或碳化，并最终破断。双段绳索5一端破断后，卷筒收绳装置1将双段绳索5卷起(涡卷簧107带动卷筒104将双段绳索5收拢)，避免在展开过程中钩挂被连接件，导致展开失败；同时，压紧分离装置3将压紧杆301弹出，最终压紧杆301固定在顶部压紧衬套205中。
为了便于理解，下面对本发明所述的大承载的热刀式压紧释放装置的预紧步骤进行详细说明；
(1)对双段绳索5进行安装前的初始预紧：每隔设定时间间隔(如3分钟)，将双段绳索5预紧至所需预紧力，连续10次。
(2)将卷筒收绳装置1固定在压紧底座201上，将初始预紧后的双段绳索5的一端用第一锥形销110固定在卷筒轴101的第一锥形孔中；另一端穿过压紧杆301的绳槽后，用第二锥形销111固定在卷筒轴101的第二锥形孔中。
(3)将压紧底座201与基体固定，将各压紧衬套(底部压紧衬套202、下压紧衬套203、上压紧衬套204和顶部压紧衬套205)与被连接件相连。
(4)初步收拢被连接件，将压紧杆301穿过各压紧衬套(底部压紧衬套202、下压紧衬套203、上压紧衬套204和顶部压紧衬套205)和球形垫圈302之后，安装分离弹簧座304。
(5)通过提升压紧杆301，将双段绳索5预紧至所需预紧力后，旋紧压紧螺母303。
(6)将分离弹簧座304、分离弹簧305和分离弹簧盖306用固定螺母307预紧并固定。
综上所述，本发明实施例所述的大承载的热刀式压紧释放装置，采用双段绳索作为承载单元，大大降低了单段绳索承受的载荷，能满足大型航天器的大载荷需求。解锁时，热刀模块只需切断一段绳索，即可实现解锁，减少解锁功耗和解锁时间。
其次，卷筒收绳装置可将解锁后的绳索快速收拢，解决了在大高度多段绳情况下绳索收拢难的问题，避免了展开过程中与展开附件的钩挂。
此外，本发明所述的大承载的热刀式压紧释放装置，可以实现具有较大高度的被连接件的压紧释放。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
Claims (8)
1.一种大承载的热刀式压紧释放装置，其特征在于，包括：卷筒收绳装置(1)、壳体(2)、压紧分离装置(3)、热刀模块(4)和双段绳索(5)；其中，所述壳体(2)包括：由下至上依次设置的压紧底座(201)、底部压紧衬套(202)、下压紧衬套(203)、上压紧衬套(204)和顶部压紧衬套(205)；
所述卷筒收绳装置(1)和所述热刀模块(4)设置在所述压紧底座(201)上；
所述压紧分离装置(3)通过所述双段绳索(5)与所述卷筒收绳装置(1)连接；
所述双段绳索(5)设置在壳体(2)的内部、与所述热刀模块(4)相接触；其中，所述双段绳索(5)的一端与卷筒收绳装置(1)连接；双段绳索(5)的另一端在依次穿过底部压紧衬套(202)、下压紧衬套(203)、上压紧衬套(204)和顶部压紧衬套(205)中的绳槽之后、通过所述压紧分离装置(3)绕回，并与所述卷筒收绳装置(1)连接；
其中，所述卷筒收绳装置(1)，包括：卷筒轴(101)、圆锥滚子轴承(102)、卷筒(104)、第一锥形销(110)和第二锥形销(111)；
所述卷筒轴(101)上设置有第一锥形孔和第二锥形孔；其中，所述双段绳索(5)的一端穿过所述第一锥形孔，通过所述第一锥形销(110)与所述卷筒轴(101)连接固定；所述双段绳索(5)的另一端穿过所述第二锥形孔，通过所述第二锥形销(111)与所述卷筒轴(101)连接固定；
所述卷筒轴(101)通过所述圆锥滚子轴承(102)固定在所述压紧底座(201)上；
所述卷筒(104)通过销轴连接方式与所述卷筒轴(101)连接固定。
2.根据权利要求1所述的大承载的热刀式压紧释放装置，其特征在于，所述卷筒收绳装置(1)，还包括：涡卷簧盒(106)、涡卷簧(107)、涡卷簧轴(108)和开口销(109)；
所述涡卷簧盒(106)通过螺纹与所述压紧底座(201)连接；
所述涡卷簧(107)的外圈与所述涡卷簧盒(106)相连，所述涡卷簧(107)的内圈固定在所述涡卷簧轴(108)上；
所述涡卷簧轴(108)的一端削边，在预紧状态下，夹持涡卷簧(107)；
所述卷筒轴(101)的一端穿过所述涡卷簧轴(108)；其中，当预紧完成时，所述卷筒轴(101)与所述涡卷簧轴(108通过所述开口销(109)连接固定。
3.根据权利要求1或2所述的大承载的热刀式压紧释放装置，其特征在于，所述卷筒收绳装置(1)，还包括：用于检修和密闭的第一端盖(103)和第二端盖(105)。
4.根据权利要求1所述的大承载的热刀式压紧释放装置，其特征在于，所述压紧分离装置(3)，包括：压紧杆(301)、球形垫圈(302)、压紧螺母(303)、分离弹簧座(304)、分离弹簧(305)、分离弹簧盖(306)和固定螺母(307)；
所述压紧杆(301)为半螺纹、顶端削边结构；其中，所述压紧杆(301)穿过所述顶部压紧衬套(205)和所述球形垫圈302)之后，通过所述压紧螺母(303)固定；
所述分离弹簧座(304)设置在所述顶部压紧衬套(205)的上方；
所述分离弹簧(305)固定在所述分离弹簧座(304)和所述分离弹簧盖(306)之间；
所述压紧杆(301)从所述分离弹簧座(304)、分离弹簧(305)和分离弹簧盖(306)的中心穿过；其中，在预紧状态下，所述分离弹簧(305)通过所述固定螺母(307)预紧。
5.根据权利要求4所述的大承载的热刀式压紧释放装置，其特征在于，所述压紧杆(301)上设置有绳槽；其中，所述双段绳索(5)穿过所述绳槽与所述压紧杆(301)连接，并绕回。
6.根据权利要求1所述的大承载的热刀式压紧释放装置，其特征在于，
所述压紧底座(201)固定在所述大承载的热刀式压紧释放装置的基座上；
所述底部压紧衬套(202)、下压紧衬套(203)、上压紧衬套(204)和顶部压紧衬套(205)分别与被连接件相连。
7.根据权利要求1所述的大承载的热刀式压紧释放装置，其特征在于，
所述热刀模块(4)与所述双段绳索(5)中的其中任意一段绳索相接触；其中，所述热刀模块(4)在通电后，对与所述热刀模块(4)相接触的一段绳索进行加热。
8.根据权利要求1所述的大承载的热刀式压紧释放装置，其特征在于，
所述双段绳索(5)为对位芳纶纤维材料绳索；
所述双段绳索(5)采用二维编织，呈空心管状结构；
所述双段绳索(5)的直径为4～6mm，常温下可承受20～50kN拉力，在温度超过500℃以后开始降解、或熔化、或碳化。
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