CN108891624B - 一种具备柔性自补偿的低分离载荷接头 - Google Patents

Abstract

本发明一种具备柔性自补偿的低分离载荷接头涉及一种用于对箭地分离载荷要求比较敏感、脱落分离可靠性要求高的运载火箭(导弹)中供气连接器、供液连接器的接头。其目的是为了提供一种能够降低分离载荷，具有对接自动导向定位功能和自动柔性补偿功能，并实现了分离无卡滞，提高了对接、分离可靠性的接头。本发明包括配合安装的插座和插头，插头包括插头体、固定座、导向座和弹簧，插座包括密封座和外套，插头体具有中空的内腔结构，插头体的前部为锥面，固定座能够旋入插头体与并插头体配合安装，导向座套装在固定座外侧，弹簧预压缩安装在插头体与导向座之间，密封座的后部具有与插头体锥面倾角相同的锥面结构，外套的后部套装在密封座外侧。

Description

一种具备柔性自补偿的低分离载荷接头

技术领域

本发明涉及一种连接件，特别是涉及一种用于对箭地分离载荷要求比较敏感、脱落分离可靠性要求高的运载火箭(导弹)中供气连接器、供液连接器的接头。

背景技术

运载火箭和导弹中通常设置有供气连接器、供液连接器，而运载火箭和导弹对箭地分离载荷要求比较敏感、脱落分离可靠性要求高。在供气或供液时，连接设备由于盲板力等分离载荷的作用而产生轴向分离载荷，介质压力越高、通径越大，轴向分离载荷越大。对连接的相关零件刚度、强度有很高的要求，进而增加相关连接零部件的尺寸、体积及重量以及操作难度。

中国发明专利ZL 201310390809.5中公开了一种连接接头，包括由接嘴和插座体组成的插座以及由插头体和接管嘴组成的插头，接嘴固定于所述插座体的进口端，接管嘴固定于插头体的出口端，接嘴和接管嘴分别与轴向管路连通；插座体的出口端开有半封闭凹腔，插头体插入半封闭凹腔中并通过固定件与插座体固定连接；流体由接嘴进入插座体，经插座体中与半封闭凹腔连通的流道径向流入插头体后，沿所述插头体及接管嘴的轴向流道流出；在半封闭凹腔中，流体流入所述插头体处的两侧、插头体外表面与所述半封闭凹腔内表面之间的缝隙内设有至少一对密封圈。

这种连接接头在实际使用中还存在一定的不足，其接头为径向插入式密封，插头和插座配合间隙非常小，在拔出时由于分离行程较长，在极端工况时具有卡滞风险；连接接头内部设置了多个细长孔，为接头轴向，存在加工难度大且多余物不易检查、清理的问题；插头前部O型密封圈插入接头体时需要跨过中部环形槽，加工及操作不当时存在密封圈切圈、产生多余物风险。

发明内容

本发明提出的一种具备柔性自补偿的低分离载荷接头，通过供气通道的特殊结构设计，使介质压力产生的分离载荷变为了结构内力，大大降低了分离载荷，并通过结构设计实现了对接自动导向定位功能，和自动柔性补偿功能，并实现了分离无卡滞，提高了对接、分离可靠性。

本发明一种具备柔性自补偿的低分离载荷接头，其主要结构包括能够配合安装的插座和插头，所述插头包括插头体、固定座、导向座和弹簧，所述插座包括密封座和外套，

所述插头体具有中空的内腔结构，所述内腔内为插头体通道，插头体的前部为锥面，在锥面结构上设置有前后两条外环形密封槽，两条外环形密封槽内分别设置有密封圈，两条外环形密封槽之间沿插头体周向开设有若干个长形孔，各长形孔均与插头体的内腔相贯通，形成介质流通的通道，为保证流通性能，长形孔截面积大于插头体通道截面积；插头体中部外侧加工有凸台，凸台上加工有朝向插头体后部的环形凹槽，插头体后部的端面设有开口；

所述固定座能够旋入插头体与并插头体配合安装，固定座中部加工凸耳；

所述导向座套装在固定座外侧，导向座上加工导向孔，导向孔的形状与固定座上的凸耳相同；

所述弹簧预压缩安装在环形凹槽与凸耳之间，所述弹簧用于柔性补偿箭地接口之间轴向间隙变化；

所述密封座具有中空的内腔结构，密封座内腔的内壁具有与插头体前部锥面倾角相同的锥面结构，能够与插头体配合安装，密封座中部的内壁上加工有环形槽，环形槽径向上开设有若干个圆孔；

所述外套的后部套装在密封座外侧，外套与密封座之间的夹层形成环形介质通道，介质通道截面积大于插头体通道截面积，外套的前部直径小于其后部的直径。

本发明一种具备柔性自补偿的低分离载荷接头，其中所述密封座的内部开设有横向泄压孔和轴向泄压孔，其中横向泄压孔位于密封座的顶部，且有开口与密封座的中空腔体相连通，轴向泄压孔位于密封座的机体的两侧，且分别与外界和横向泄压孔相连通。

本发明一种具备柔性自补偿的低分离载荷接头，其中所述插头体后部的内壁上加工有内螺纹，固定座的前部外壁为光滑的圆柱密封面，所述圆柱密封面后侧加工有能够与插头体上内螺纹相啮合的外螺纹。

本发明一种具备柔性自补偿的低分离载荷接头，其中所述插头体中部的内壁上开设有内环形密封槽，内环形密封槽内设置有密封圈；两条所述外环形密封槽中，位于前部的外环形密封槽和密封圈的尺寸小于后部外环形密封槽和密封圈，前后两个密封圈外径在轴向上投影所形成的环形面积为介质压力作用区域。

本发明一种具备柔性自补偿的低分离载荷接头，其中所述密封圈包括挡圈和O型圈，所述挡圈用于高压流体密封。

本发明一种具备柔性自补偿的低分离载荷接头，其中所述内环形密封槽前部的内壁上加工有限位台阶。

本发明一种具备柔性自补偿的低分离载荷接头，其中所述导向座四周均匀开设有若干个第一圆柱孔，所述密封座后部开设有若干个第二圆柱孔，所述第一圆柱孔和第二圆柱孔用于安装定位。

本发明一种具备柔性自补偿的低分离载荷接头，其中所述挡圈选用非金属材质；所述O型圈为橡胶圈或泛塞密封圈。

本发明一种具备柔性自补偿的低分离载荷接头，其中所述插头和插座为浮动式安装，用于适应箭地接口周向的定位偏差。

本发明一种具备柔性自补偿的低分离载荷接头，其中所述插头体和密封座之间的密封副为锥面式，所述锥面式的密封能够适应箭地接口轴向大变形间隙，所述插头体和密封座安装后能够旋转分离且自动导向定位。

本发明一种具备柔性自补偿的低分离载荷接头与现有技术不同之处在于本发明一种具备柔性自补偿的低分离载荷接头实用性更强、可靠性更高，具有以下优点：

1)密封副采用锥面密封，接头分离部位为锥形，在箭地接口设备对接时具有自动导向和定位功能；脱落时，无机械卡滞带来的分离风险，尤其对于火箭起飞后才允许脱落的连接器。

2)密封副采用锥面密封，两条外环形密封槽内的O型圈规格不相同，在箭地接口设备对接时，可对O型圈的安装进行有效导引，不会产生挤压切圈，降低了多余物对火箭/导弹发动机等箭上下游设备的影响。

3)接头具有柔性自补偿功能，利用弹簧预压缩产生的推力克服箭地接口加工、装配或变形造成的分离间隙，使O型圈处于压紧状态。

4)密封槽结构设计时采用非金属挡圈，提高O型圈的工作压力，消除了高压下橡胶密封圈挤出风险，最大工作压力可达35MPa甚至更高。

5)消除了细长通道带来的加工困难以及多余物不便清除问题，降低了多余物对下游设备的影响。本发明压力平衡通道为接头径向，通道短，因此易加工，多余物易清理。

6)插头相对插座为浮动式，在导向座内可周向浮动，适应箭地接口周向定位偏差所带来的无法对接。

本发明结构简单、加工容易、适应性强、分离可靠性高，满足当前运载型号、武器型号的解锁高可靠性要求。

下面结合附图对本发明的一种具备柔性自补偿的低分离载荷接头作进一步说明。

附图说明

图1为本发明一种具备柔性自补偿的低分离载荷接头的装配示意图；

图2为本发明一种具备柔性自补偿的低分离载荷接头中介质流向示意图；

图3为本发明一种具备柔性自补偿的低分离载荷接头中插头的结构示意图；

图4为本发明一种具备柔性自补偿的低分离载荷接头中插座的结构示意图；

图5为本发明一种具备柔性自补偿的低分离载荷接头中插头体的结构示意图；

图6为本发明一种具备柔性自补偿的低分离载荷接头中导向座的结构示意图；

图7为本发明一种具备柔性自补偿的低分离载荷接头中固定座的结构示意图；

图8为本发明一种具备柔性自补偿的低分离载荷接头中密封座的主视图；

图9为本发明一种具备柔性自补偿的低分离载荷接头中密封座的结构示意图；

图10为本发明一种具备柔性自补偿的低分离载荷接头中外套的结构示意图；

图11为本发明一种具备柔性自补偿的低分离载荷接头实际工作中装配示意图；

图12为图11的剖视图。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种具备柔性自补偿的低分离载荷接头包括插头1和插座2，插头1前端与插座2后端相连接，插头1与插座2均为回转体。插头1通过导向座13安装在地面设备上、后端与地面供气/供液设备相连接，如图3所示，插头1包括插头体11、固定座14、导向座13和弹簧12，插头体11具有中空的内腔结构，插头体11的内腔内为插头体通道。如图5所示，插头体11的前部为锥面，在锥面结构上设置有前后两条外环形密封槽，两条外环形密封槽内分别设置密封圈，靠近插头体11顶部的外环形密封槽11A、挡圈15和O型圈16的尺寸均大于另一外环形密封槽11B、挡圈17和O型圈18的尺寸。两条外环形密封槽之间沿插头体11周向均匀开设有若干个长形孔11D，各长形孔11D均与插头体11的内腔相贯通，形成介质流通的通道。插头体11中部的内壁上开设有内环形密封槽11C，内环形密封槽11C内同样安装有密封圈，内环形密封槽11C前部的内壁上加工有限位台阶。插头体11中部外侧加工有凸台，凸台上加工有朝向插头体11后部的环形凹槽11E。插头体11后部的内壁上加工有内螺纹，插头体11后部的端面设有开口。密封圈包括挡圈15(17)(19)和O型圈16(18)(20)，其中在两条外环形密封槽内挡圈15(17)位于O型圈16(18)前部，而在内环形密封槽11C内挡圈19位于O型圈20后部。

如图7所示，固定座14与插头体11配合安装，固定座14为前后贯穿的中空结构。固定座14的前部外壁为光滑的圆柱密封面14A，圆柱密封面14A后侧加工有外螺纹14B。安装时固定座14前部的端面能够旋入插头体11内部的限位台阶中形成台阶限位，固定座14上的外螺纹14B与插头体11后部的内螺纹相啮合。固定座14中部加工凸耳14C。

如图6所示，导向座13为中空的圆柱体，套装在固定座14外侧。导向座13上加工有台阶13B，台阶13B上开设有导向孔13A，导向孔13A的形状与固定座14上的凸耳14C相同。导向座13四周均匀开设有第一圆柱孔13C。

插头1组合安装时，固定座14安装进插头体11内部，通过台阶限位；固定座14的前部的圆柱密封面14A与内环形密封槽内的挡圈和O型圈贴合，保证此连接部位密封；弹簧12装在插头体11和固定座14之间，一端卡在插头体11中部的环形凹槽11E内，另一端与固定座14的凸耳14C平面贴合。导向座13与固定座14套合，固定座14的凸耳14C插入导向孔13A，通过导向孔13A限制固定座14的周向转动，并可沿轴向方向滑动一定距离。

如图4所示，插座2包括密封座21和外套22。如图8和9所示，密封座21能够与插头1的插头体11配合安装，密封座21具有中空腔体，且腔体内壁为与插头体11前部锥面倾角相同的锥面结构，倾角相同的锥面结构能够保证安装时能够具有良好的密封性。本发明中插头1和插座2的接口采用航天标准的喇叭口接管嘴形式，也可采用其他形式。密封座21的内部开设有横向泄压孔21A和轴向泄压孔21B，其中横向泄压孔21A位于密封座21的顶部，且有开口与密封座21的中空腔体相连通，轴向泄压孔21B位于密封座21的机体的两侧，且分别与外界和横向泄压孔21A相连通。密封座21中部的内壁上加工有一定深度的环形槽21D，环形槽21D径向上开设有若干个圆孔21C。环形槽21D的设计目的是为了降低流阻损失，通过环形槽21D可保证插头1插入插座2后任一角度旋转仍能保持相同的流通面积。密封座21后部开设有若干个第二圆柱孔21E，用于安装定位。

如图10所示，外套22为前后贯穿的回转体结构，外套22的后部套装在密封座21外侧，外套22与密封座21之间的夹层形成环形介质通道，介质通道截面积大于插头体11通道截面积。外套22的前部直径小于其后部的直径。

如图11和12所示，本发明一种具备柔性自补偿的低分离载荷接头在实际与运载火箭安装时，插头1通过多个螺钉，穿过导向座13周向的第一圆柱孔13C与地面连接板进行固定；插座2通过多个螺钉，穿过密封座21周向的第二圆柱孔21E与箭上连接板进行固定。对接时，地面设备带着插头1整体插入插座2，使插头体11前部的两个O型圈压缩、变形，与密封座21的锥面贴合；这样两个O型圈之间便形成密封通道，实现箭地接口之间的密封。本方案采用O型圈作为密封元件，也可采用其他结构形式的密封圈实现密封。

本发明一种具备柔性自补偿的低分离载荷接头在工作状态时，介质从插头1一端流入沿插头1轴向流动，经固定座14进入插头体11，介质到达长形孔11D后，其流动方向改为插头1径向，再流入插座2的环形槽21D和圆孔21C内，而后通过密封座21与外套22的夹层环形介质通道流出插座2。由于压力具有各向相等特性，介质压力在插头1上产生的轴向分离载荷仅为侧壁通道两侧的O型密封圈最大外廓面积差(接头轴向投影)与压力的乘积，分离载荷取决于介质压力以及两道O型圈的外径尺寸。远远小于常规径向密封接头、端面密封接头的分离载荷。

对于对接及分离时的可靠性，本发明插头体11及密封座21的配合面为锥面，锥面角度设计为α，因而地面设备插头1对接时可具备自动导向和定位功能；对接过程中，插头体11前侧O型圈与密封座21封闭的空气会随着插入深度压缩，如果无法排放将导致对接力偏大、对接困难，本发明通过设置横向泄压孔21A、轴向泄压孔21B，使封闭腔内的空气排出。另外，插头体11的长形孔11D两侧的密封圈规格不同，插入时前端较小直径O型圈先插入，O型圈划过密封座21的环形槽21D时具有较大间隙，且环形槽21D两侧设置有合适倒角，O型圈容易插入，且不会挤压切圈，避免了对接过程中切圈产生多余物带入下游的风险。在分离方面，插头1拔出时，随着拔出长度增大，插头体11与密封座21的配合间隙逐渐增大，且固定座14的凸耳14C与导向座13的导向孔13A在径向设计有一定浮动间隙，插头1可各角度倾斜，避免了火箭滚转、俯仰等姿态变化产生的箭地接口不同轴导致的卡滞风险，提高了分离可靠性。

本发明的接头还具有密封自补偿功能、耐高压性能和多余物易清理性能。

密封自补偿功能：箭地接口设备由于安装、变形以及振动等原因，会产生一定的分离间隙，当间隙大于一定值时会导致安装在两条外环形密封槽中的O型圈压缩量变小进而泄漏。本发明通过弹簧12预压缩，持续给插头1一个轴向推力，并克服介质分离力，使插头1与插座2保持贴合压紧状态；此时弹簧12一端卡在插头体11中部的环形凹槽11E内，另一端与导向座13贴合；当箭地间隙变大时，弹簧12推动插头体11，使插头1在导向座13的导向孔13A内滑动，使插头1与插座2保持贴合压紧状态，保证插头1具备柔性自动补偿功能，提高密封可靠性。

耐高压性能：插头体11内两条外环形密封槽中的挡圈采用非金属材质，可以提高O型圈的耐高压能力，避免介质压力过高时O型圈通过插头1和插头1的间隙挤出。

多余物易清理性能：长形孔11D和圆孔21C的加工深度短，易于加工，且周边的毛刺和多余物易清理、检查，尤其对于多余物敏感的产品，可避免细长孔带来的多余物风险。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种具备柔性自补偿的低分离载荷接头，包括能够配合安装的插座和插头，其特征在于：所述插头包括插头体、固定座、导向座和弹簧，所述插座包括密封座和外套，

所述插头体具有中空的内腔结构，所述内腔内为插头体通道，插头体的前部为锥面，在锥面结构上设置有前后两条外环形密封槽，两条外环形密封槽内分别设置有密封圈，两条外环形密封槽之间沿插头体周向开设有若干个长形孔，各长形孔均与插头体的内腔相贯通，形成介质流通的通道，为保证流通性能，长形孔截面积大于插头体通道截面积；插头体中部外侧加工有凸台，凸台上加工有朝向插头体后部的环形凹槽，插头体后部的端面设有开口；

所述固定座能够旋入插头体并与插头体配合安装，固定座中部加工凸耳；

所述导向座套装在固定座外侧，导向座上加工导向孔，导向孔的形状与固定座上的凸耳相同；

所述弹簧预压缩安装在环形凹槽与凸耳之间，所述弹簧用于柔性补偿箭地接口之间轴向间隙变化；

所述密封座具有中空的内腔结构，密封座内腔的内壁具有与插头体前部锥面倾角相同的锥面结构，能够与插头体配合安装，密封座中部的内壁上加工有环形槽，环形槽径向上开设有若干个圆孔；

所述外套的后部套装在密封座外侧，外套与密封座之间的夹层形成环形介质通道，介质通道截面积大于插头体通道截面积，外套的前部直径小于其后部的直径。

2.根据权利要求1所述的一种具备柔性自补偿的低分离载荷接头，其特征在于：所述密封座的内部开设有横向泄压孔和轴向泄压孔，其中横向泄压孔位于密封座的顶部，且有开口与密封座的中空腔体相连通，轴向泄压孔位于密封座的机体的两侧，且分别与外界和横向泄压孔相连通。

3.根据权利要求1所述的一种具备柔性自补偿的低分离载荷接头，其特征在于：所述插头体后部的内壁上加工有内螺纹，固定座的前部外壁为光滑的圆柱密封面，所述圆柱密封面后侧加工有能够与插头体上内螺纹相啮合的外螺纹。

4.根据权利要求1所述的一种具备柔性自补偿的低分离载荷接头，其特征在于：所述插头体中部的内壁上开设有内环形密封槽，内环形密封槽内设置有密封圈；两条所述外环形密封槽中，位于前部的外环形密封槽和密封圈的尺寸小于后部外环形密封槽和密封圈，前后两个密封圈外径在轴向上投影所形成的环形面积为介质压力作用区域。

5.根据权利要求1或4所述的一种具备柔性自补偿的低分离载荷接头，其特征在于：所述密封圈包括挡圈和O型圈，所述挡圈用于高压流体密封。

6.根据权利要求4所述的一种具备柔性自补偿的低分离载荷接头，其特征在于：所述内环形密封槽前部的内壁上加工有限位台阶。

7.根据权利要求1所述的一种具备柔性自补偿的低分离载荷接头，其特征在于：所述导向座四周均匀开设有若干个第一圆柱孔，所述密封座后部开设有若干个第二圆柱孔，所述第一圆柱孔和第二圆柱孔用于安装定位。

8.根据权利要求5所述的一种具备柔性自补偿的低分离载荷接头，其特征在于：所述挡圈选用非金属材质；所述O型圈为橡胶圈或泛塞密封圈。

9.根据权利要求1所述的一种具备柔性自补偿的低分离载荷接头，其特征在于：所述插头和插座为浮动式安装，用于适应箭地接口周向的定位偏差。

10.根据权利要求1所述的一种具备柔性自补偿的低分离载荷接头，其特征在于：所述插头体和密封座之间的密封副为锥面式，所述锥面式的密封能够适应箭地接口轴向大变形间隙，所述插头体和密封座安装后能够旋转分离且自动导向定位。

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