CN110686127A - 一种空间站用管路固定装置及管路固定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空间站用管路固定装置及管路固定方法，属于航天技术领域，解决了现有技术中空间站中各系统管路固定或松开效率低、固定方式容易失效的问题。本发明管路固定装置，包括管路固定架和压紧装置；压紧装置包括压紧装置本体和锁紧结构，锁紧结构用于调节压紧装置本体受到的锁紧力；压紧装置本体第一端与管路固定架第一端铰接。本发明用于空间站用管路的固定。

Description

一种空间站用管路固定装置及管路固定方法

技术领域

本发明涉及航天技术领域，特别涉及一种空间站用管路固定装置及管路固定方法。

背景技术

根据我国载人航空航天的发展需要，需要研究中长期、长期载人航天任务中的空间水再生技术和水净化技术，从而实现水资源再生利用，降低地面补给量，支撑人员长期在轨停留的生命保障条件，持续性的为我国空间站、载人登月以及后续的小行星探测项目打下基础。空间站环控生保各系统，如水处理系统、尿处理系统等，所有的功能元件都是依靠管路进行连接的，以达到将液体、气体等工作介质运送至各功能组件或执行机构的目的。

当前空间站中各系统中的管路固定大多采用双面固定卡箍加螺钉紧固或者弹性卡箍加螺钉紧固的方式，以确保管路的可靠固定。

对于双面固定卡箍加螺钉紧固的固定方式，航天员需要携带工具将螺钉拆除，将双面固定卡箍从系统中取下，方能对管路进行操作。此种方式存在①需对拆解下的螺钉进行收纳，以防止其漂浮，安装时还需从收纳袋中取出，整个操作过于繁琐；②多次拆解后(一般为20次)会造成螺纹失效，导致管路无法固定。

对于弹性卡箍加螺钉紧固的固定方式，虽然操作较为简便，但是存在①卡箍本体多采用厚度不大于1mm的板材，较为锋利，对管路本体和操作者的安全存在隐患；②多次操作后，不可避免的会引起材料的塑性变形，导致管路无法有效固定或者卡箍破坏。

发明内容

鉴于上述分析，本发明旨在提供一种空间站用管路固定装置及管路固定方法，用以解决现有技术中空间站中各系统管路固定或松开效率低、固定方式容易失效的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种空间站用管路固定装置，包括管路固定架和压紧装置；

压紧装置包括压紧装置本体和锁紧结构，锁紧结构用于调节压紧装置本体受到的锁紧力；

压紧装置本体第一端与管路固定架第一端铰接。

进一步的，压紧装置本体第一端设置有连接转轴，管路固定架第一端设置有固定孔，连接转轴插入固定孔中；

连接转轴一端设置有第一凹槽和第二凹槽，第一凹槽和第二凹槽中心线成90～180°角。

进一步的，锁紧结构包括锁紧柱和螺塞；

锁紧柱第一端与管路固定架第一端固定连接，锁紧柱为中空结构，中空结构与固定孔连通；

中空结构内设置有第一小球、第一弹簧和顶杆，顶杆用于将第一小球压入第一凹槽或第二凹槽，第一弹簧第一端套设在顶杆第二端上，第一弹簧第二端套设在螺塞上，螺塞与锁紧柱为螺纹连接；

第一凹槽与第二凹槽均为半球形凹槽，半球形凹槽的半径与第一小球的半径相同。

进一步的，第一小球与第一凹槽用于压紧装置本体在固定状态下的锁紧固定。

进一步的，第一小球与第二凹槽用于压紧装置本体在松开状态下的锁紧固定。

进一步的，锁紧结构还包括锁紧螺母，锁紧螺母用于固定螺塞位置。

进一步的，顶杆设置有圆盘和第一杆状凸起，圆盘的直径大于第一小球的直径，圆盘压紧第一小球，第一弹簧第一端套设在第一杆状凸起上。

进一步的，述压紧装置本体第二端设置有辅助锁紧结构，所述辅助锁紧结构用于将压紧装置本体第二端固定在管路固定架上。

进一步的，所述辅助锁紧结构包括第二小球和第二弹簧；管路固定架第二端设置有第三凹槽。

一种空间站用管路管路固定方法，采用空间站用管路固定装置，包括以下步骤：

步骤1.将空间站用管路固定装置固定在空间站上；

步骤2.旋转压紧装置本体使空间站用管路固定装置处于松开状态；

步骤3.将管路放入管路固定架，旋转压紧装置本体使空间站用管路固定装置处于固定状态。

进一步的，空间站处于地面发射环境时，将螺塞拧紧，螺塞与锁紧螺母；空间站处于空间失重环境时，螺塞与锁紧螺母分离。

与现有技术相比，本发明至少能实现以下技术效果之一：

1)本发明的空间站用管路固定装置固定、打开只需手动操作，不需要工具，能够实现管路的快速松开和紧固，减少维修更换的时间；压紧装置与管路固定架相连接，不会带来螺钉漂浮和收纳的问题，提高管路固定装置的固定或松开效率。

2)本发明的锁紧结构可根据使用环境调整压紧装置本体受力状态，使装置既能在发射状态下使用，也能在失重状态下使用。根据使用环境可实现操作力调节：发射状态下，通过拧紧螺塞，将操作力控制在15N·m左右，使用锁定螺母固定螺塞位置，实现发射状态下的管路有效固定；失重状态下，通过拧松压紧螺塞，将操作力控制在3N·m左右，使用锁定螺母固定螺塞位置，从而保证即满足失重状态下各管路的有效固定，又能保证产品良好的操作性。

3)本发明的空间站用管路固定装置具有两重锁紧，一是通过锁紧结构锁紧压紧装置本体的连接转轴，实现管路固定；二是通过辅助锁紧结构将压紧装置本体第二端固定在管路固定架上，实现管路的固定。相对于只有一种固定方式的装置，本发明装置的两重锁紧使空间管路固定装置使用时更可靠。

4)使用寿命长，相对于双面固定卡箍加螺钉紧固的固定方式和弹性卡箍加螺钉紧固的固定方式的20次左右的寿命，本发明空间站用管路固定装置能够重复使用120次以上，性能更为可靠，能够满足空间站整个寿命周期的使用需求。

在空间站失重状态下，航天员的行动非常不便。本发明在不使用工具的情况下，通过外部受力情况下钢球压缩弹簧，实现钢球在凹槽中的固定和分开，达到管路紧固或松开的目的，操作方便，能够使航天员快速高效地完成管路的固定和松开，大大提高了工作效率。同时解决了常规管路固定方式的寿命低、易漂浮和安全性差的问题，能够有效降低空间站补给，保证航天员的安全。

本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制。

图1为实施例1的空间站用管路固定装置的结构示意图；

图2为压紧装置本体结构示意图；

图3为空间失重状态时松开状态的锁紧结构剖视图；

图4为空间失重状态时固定状态的锁紧结构剖视图；

图5为地面发射状态时固定状态的锁紧结构剖视图；

图6为辅助锁紧结构的剖视图。

附图标记：

1-压紧装置；2-管路固定架；201-第三凹槽；3-螺塞；4-锁定螺母；5-锁紧柱；501-中空结构；502-第一小球；503-第一弹簧；504-顶杆；6-压紧装置本体；601-连接转轴；6011-第一凹槽；6012-第二凹槽；602-第二小球；603-第二弹簧；604-堵塞。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

一种空间站用管路固定装置，如图1-图6所示，包括管路固定架2和压紧装置1；压紧装置1包括压紧装置本体6和锁紧结构，锁紧结构用于调节压紧装置本体6在不同状态下受到的锁紧力；压紧装置本体6第一端与管路固定架2第一端铰接。

压紧装置本体6第一端设置有连接转轴601，连接转轴601与压紧装置本体6为固定连接，连接转轴601随着压紧装置本体6的转动而转动，连接转轴601被固定时，压紧装置本体6也被固定。优选的，连接转轴601与压紧装置本体6为一体结构。管路固定架2第一端设置有固定孔，连接转轴601插入固定孔中。

如图2所示，压紧装置本体6第一端为下部设置为圆弧形，防止压紧装置本体6在旋转过程中与管路固定架2碰撞，影响压紧装置本体6的松开与固定。

优选的管路固定架2与压紧装置本体6上均设置有与空间站用管路尺寸匹配的半圆形凹槽，使管路固定架2与压紧装置本体6在固定状态时形成与管路匹配的圆孔，实现对管路的准确固定。

连接转轴601一侧设置有第一凹槽6011和第二凹槽6012，用于压紧装置本体6在不同状态下的锁紧固定。第一凹槽6011为压紧装置本体6固定状态槽，第二凹槽6012为压紧装置本体6松开状态槽。为了防止在空间失重状态下松开时下压紧装置本体6晃动对维修等行动产生影响，压紧装置本体6松开状态下也需要进行固定。第一凹槽6011和第二凹槽6012中心线成90～180°夹角，使压紧装置本体6打开时完全不会影响对管路的后续操作。

本发明空间站用管路固定装置固定、打开只需手动操作，不需要工具，能够实现管路的快速松开和紧固，减少维修更换的时间；压紧装置1与管路固定架2相连接，不会带来螺钉漂浮和收纳的问题，提高效率。

锁紧结构包括锁紧柱5、螺塞3和锁紧螺母；锁紧柱5第一端与管路固定架2第一端固定连接，锁紧柱5为中空结构501，中空结构501与管路固定架2的固定孔连通。

中空结构501内设置有第一小球502、第一弹簧503和顶杆504，顶杆504第一端与第一小球502接触，顶杆504第二端与第一弹簧503第一端连接；顶杆504设置有圆盘和第一杆状凸起，圆盘的直径大于第一小球502的直径，圆盘压紧第一小球502，第一弹簧503第一端套设在第一杆状凸起上。螺塞3设置有第二杆状凸起，第一弹簧503第二端套设在第二杆状凸起上。

第一凹槽6011与第二凹槽6012均为半球形凹槽，半球形凹槽的半径与第一小球502半径相同，压紧装置本体6转动时，第一小球502在第一凹槽6011和第二凹槽6012内变换，以实现在固定状态和松开状态时对压紧装置本体6的固定。压紧装置本体6处于固定状态时，第一小球502处于第一凹槽6011内；需要打开固定装置时，用手抬起压紧装置本体6，顺时针旋转，在此抬起过程中，第一小球502受挤压脱出第一凹槽6011，随着压紧装置本体6的转动，连接转轴601随之转动，当第一小球502进入第二凹槽6012时，锁紧结构对处于松开状态的压紧装置本体6进行固定。

锁紧柱5第二端的中空结构501内设置有螺纹，螺塞3与锁紧柱5为螺纹连接。螺塞3通过旋进锁紧柱5中的长度的变化控制第一弹簧503的压缩量，从而调节锁紧装置压紧装置本体6受到的锁紧力。

本发明锁紧结构可根据使用环境调整压紧装置本体6受力状态，使装置既能在发射状态下使用，也能在失重状态下使用。发射状态下，通过拧紧螺塞3，将操作力控制在15N.m左右，使用锁定螺母4固定螺塞3位置，实现发射状态下的管路有效固定；失重状态下，通过拧松压紧螺塞3，将操作力控制在3N.m左右，使用锁定螺母4固定螺塞3位置，从而保证即满足失重状态下各管路的有效固定，又能保证产品良好的操作性。

压紧装置本体6第二端设置有辅助锁紧结构，辅助锁紧结构包括第二小球602、第二弹簧603和堵塞604；管路固定架2第二端设置有第三凹槽201。第二弹簧603两端各设置有一个第二小球602，第二小球602通过堵塞604堵住第二小球602，防止第二小球602掉出放置第二小球602的通道，堵塞604中间设置有圆孔，露出部分第二小球602。固定压紧装置本体6时，压下压紧装置本体6，第二小球602被压缩回通道，到固定位置后，第二小球602位置对应第三凹槽201，第二小球602被第二弹簧603挤入第三凹槽201内，对压紧装置本体6进行辅助锁紧。

管路固定架2设置有固定支耳，用于将管路固定架2固定在空间站内。

本发明的空间站用管路固定装置具有两重锁紧结构，一是通过锁紧结构锁紧连接转轴601实现管路固定，二是通过辅助锁紧结构将压紧装置本体6第二端固定在管路固定架2上，实现管路的固定，使固定装置更可靠。

压紧装置本体6两侧各设置有一个锁紧结构，两个锁紧结构相同，操作人员可通过控制旋转的圈数使两个锁紧结构的螺塞3旋拧到相同位置。为了使两个锁紧结构的螺塞3更精确的拧到相同位置，使压紧装置本体6两侧受到同等的锁紧力，在螺塞3的螺杆上设置刻度尺。

本发明的空间站用管路固定装置使用寿命长，相对于双面固定卡箍加螺钉紧固的固定方式和弹性卡箍加螺钉紧固的固定方式的20次左右的寿命，本发明空间站用管路固定装置能够重复使用120次以上，能够满足空间站整个寿命周期的使用需求。

在空间站失重状态下，航天员的行动非常不便。本发明在不使用工具的情况下，通过外部受力情况下钢球压缩弹簧，实现钢球在凹槽中的固定和分开，达到管路紧固或松开的目的，操作方便，能够使航天员快速高效地完成管路的固定和松开，大大提高了工作效率。同时解决了常规管路固定方式的寿命低、易漂浮和安全性差的问题，能够有效降低空间站补给，保证航天员的安全。

本发明的空间站管路固定装置应用于空间站，控制装置的重量对本领域来说十分必要，本申请空间站用管路固定装置采用一种铝基合金，具体成分为：质量分数为Li 4～6％，Mg 0.5～3％，Cu 0.2～3％，0.5％以下的铁，0.5％以下的Si，选自Cr，V，Hf，Mn，Ti，Ag，In和Zr中的至少一种元素，其中Cr，V，Ti和Zr的质量分数范围为0.01-1％；Hf和Mn的质量分数均在2％以下，Ag 0.05～1％，In 0.01～0.5％，其余为铝和杂质。

上述铝合金可以显著降低空间站用管路固定装置的质量，从而大幅度降低发射时燃料的用量，且上述含量的铝合金在降低铝合金质量密度的同时也具有较高的强度及韧性。

实施例2

一种空间站用管路的固定方法，采用实施例1中所述的空间站用管路固定装置，包括以下步骤：

步骤1.将空间站用管路固定装置固定在空间站上；

步骤2.旋转压紧装置本体6使空间站用管路固定装置处于松开状态；

步骤3.将管路放入管路固定架2，旋转压紧装置本体6使空间站用管路固定装置处于固定状态。

首先将空间站用管路固定装置通过管路固定架2上的支耳固定在空间站内，此时空间站用管路固定装置为松开状态。将管路放入管路固定架2上的半圆形凹槽内，将空间站用管路固定装置由松开状态转化为固定状态时，将压紧装置本体6沿连接转轴601的轴线方向逆时针旋转，通过顶杆504将第一小球502挤压至第二凹槽6012内，在无外力作用下保持固定状态；同时第二小球602通过第二弹簧603被挤压至第三凹槽201内，实现压紧装置本体6的辅助固定。

空间站用管路固定装置由固定状态转化为松开状态时，用手抬起压紧装置本体6，将压紧装置本体6沿连接转轴601的轴线方向顺时针旋转，直至第一小球502被顶杆504挤压至第一凹槽6011内，变为松开状态，此时可进行管路的安装、维修等工作。

空间站处于地面发射环境时，将螺塞3完全拧紧，螺塞3与锁紧螺母接触。此时打开空间站用管路固定装置需要的操作力大，即使是发射状态下也能确保管路无法将压紧装置1顶开，从而保证管路可靠的固定。

空间站处于空间失重环境时，将锁紧螺母拧松，螺塞3与锁紧螺母分离。在空间站失重状态下，航天员的行动非常不便，拧松后，需要的操作力小，能够确保失重状态下管路可靠固定和操作力小。

本实施例中，螺塞3的有效螺纹共有10扣，底面发射状态时将螺塞3完全拧紧到位，在轨状态时将螺塞3拧紧到4扣，拧出6扣。发射状态下，通过拧紧螺塞3，将操作力控制在15N·m左右，使用锁定螺母4固定螺塞3位置，实现发射状态下的管路有效固定；失重状态下，通过拧松压紧螺塞3，将操作力控制在3N·m左右，使用锁定螺母4固定螺塞3位置，从而保证即满足失重状态下各管路的有效固定，又能保证产品良好的操作性。

整个使用过程只需用手，不需要使用工具，从而达到不使用工具也可实现管路固定和松开的效果。

本发明在不使用工具的情况下，能够使航天员快速高效地完成管路的固定和松开，大大提高了工作效率。同时解决了常规管路固定方式的寿命低、易漂浮和安全性差的问题，能够有效降低空间站补给，保证航天员的安全。

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，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。

Claims (10)

1.一种空间站用管路固定装置，其特征在于，包括管路固定架和压紧装置；

所述压紧装置包括压紧装置本体和锁紧结构，所述锁紧结构用于调节压紧装置本体受到的锁紧力；

所述压紧装置本体第一端与所述管路固定架第一端铰接。

2.根据权利要求1所述的空间站用管路固定装置，其特征在于，所述压紧装置本体第一端设置有连接转轴，管路固定架第一端设置有固定孔，所述连接转轴插入所述固定孔中；

所述连接转轴一端设置有第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽和第二凹槽中心线成90～180°角。

3.根据权利要求2所述的空间站用管路固定装置，其特征在于，所述所述锁紧结构包括锁紧柱和螺塞；

所述锁紧柱第一端与管路固定架第一端固定连接，锁紧柱为中空结构，中空结构与所述固定孔连通；

所述中空结构内设置有第一小球、第一弹簧和顶杆，所述顶杆用于将第一小球压入第一凹槽或第二凹槽，所述第一弹簧第一端套设在顶杆第二端上，所述第一弹簧第二端套设在螺塞上，所述螺塞与锁紧柱为螺纹连接；

所述第一凹槽与第二凹槽均为半球形凹槽，所述半球形凹槽的半径与所述第一小球的半径相同。

4.根据权利要求3所述的空间站用管路固定装置，其特征在于，所述第一小球与第一凹槽用于压紧装置本体在固定状态下的锁紧固定。

5.根据权利要求3所述的空间站用管路固定装置，其特征在于，所述第一小球与第二凹槽用于压紧装置本体在松开状态下的锁紧固定。

6.根据权利要求4所述的空间站用管路固定装置，其特征在于，所述锁紧结构还包括锁紧螺母，所述锁紧螺母用于固定螺塞位置。

7.根据权利要求4所述的空间站用管路固定装置，其特征在于，所述顶杆设置有圆盘和第一杆状凸起，所述圆盘的直径大于第一小球的直径，圆盘压紧第一小球，第一弹簧第一端套设在第一杆状凸起上。

8.根据权利要求2-7所述的空间站用管路固定装置，其特征在于，所述压紧装置本体第二端设置有辅助锁紧结构，所述辅助锁紧结构用于将压紧装置本体第二端固定在管路固定架上。

9.根据权利要求1-8所述的空间站用管路固定装置的管路固定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.将空间站用管路固定装置固定在空间站上；

步骤2.旋转压紧装置本体使空间站用管路固定装置处于松开状态；

步骤3.将管路放入管路固定架，旋转压紧装置本体使空间站用管路固定装置处于固定状态。

10.根据权利要求9所述的空间站用管路固定装置的管路固定方法，其特征在于，空间站处于地面发射环境时，将螺塞拧紧，螺塞与锁紧螺母；空间站处于空间失重环境时，螺塞与锁紧螺母分离。

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