CN110697089A - 一种复合式大承载非火工连接分离装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复合式大承载非火工连接分离装置，其结构为，连接座的上方设置分离筒I，连接座的下方设置分离筒II，分离筒Ⅰ、分离筒Ⅱ分别与分离系统两端的基体连接；分离筒I的内腔设置外壳，外壳的上部腔体内安装一级连接分离装置，外壳的下部腔体内设置顶升套筒，顶升套筒的外部套装碟簧，顶升套筒的内部安装二级分瓣螺母，顶杆的一端插入顶升套筒，顶杆的另一端插入一级连接分离装置；分离筒II的内腔设置防弹筒，防弹筒的内腔设置防脱帽，防脱帽内设有拔销弹簧，拉杆一端与二级分瓣螺母连接，拉杆另一端通过锁紧螺母固定。本发明大承载、低冲击、可重复检测使用。
Description
技术领域
本发明属于航空航天领域，特别是涉及一种复合式大承载非火工连接分离装置。
背景技术
连接与分离释放技术是飞航武器、航天运载技术领域的一项关键技术，传统的连接分离装置大都采用火工装置，火工装置存在安全性差，载荷冲击大，不能重复检测，起爆后易产生多余物或污染气体等问题。随着国防航空武器装备、探月工程、火星探测项目、未来空间站建设等任务的推进，大量高精探测设备、微型武器装备、小型卫星的应用，连接分离技术正面临着创新升级的局面。低冲击甚至无冲击、大承载、节能环保、解锁同步性高、体积小、可靠性高、可重复检测等特点成为连接分离技术新的发展方向，是本领域一直渴望解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种大承载、低冲击、可重复检测使用的复合式非火工连接分离装置。
本发明是这样实现的：
一种复合式大承载非火工连接分离装置，包括分离筒Ⅰ、外壳、顶升套筒、连接座、分离筒Ⅱ、一级连接分离装置、二级分瓣螺母、碟簧、拉杆、支撑座、防弹筒；所述的连接座的上方设置分离筒I，连接座的下方设置分离筒II，连接座的下端面中间部位安装球型座；所述的分离筒Ⅰ、分离筒Ⅱ分别与分离系统两端的基体连接；所述的分离筒I的内腔设置外壳，外壳的上部腔体内安装一级连接分离装置，外壳的下部腔体内设置顶升套筒，外壳的底端安装在支撑座上，分离筒I的底端与支撑座的下部连接；顶升套筒的外部套装碟簧，顶升套筒的内部安装二级分瓣螺母，顶升套筒的上端面设有凹槽，顶杆的一端插入凹槽，顶杆的另一端插入一级连接分离装置，用于限制顶升套筒的轴向运动，提供顶升套筒的轴向约束；所述的分离筒II的内腔设置防弹筒，防弹筒安装在球型座的下端面，防弹筒的内腔设置防脱帽，防脱帽与球型座之间设有拔销弹簧，拉杆一端穿过球型座、支撑座与二级分瓣螺母连接，拉杆另一端通过锁紧螺母固定。
所述的二级分瓣螺母，由螺母瓣a、螺母瓣b、螺母瓣c组成，螺母瓣a、螺母瓣b、螺母瓣c的内部通过螺纹与拉杆连接。
所述的碟簧一端与顶升套筒轴肩的端面接触，碟簧另一端与支撑座的上端面接触；所述的支撑座上设有用于支撑二级分瓣螺母的中间凸起结构；二级分瓣螺母下端与支撑座接触的端面为锥形面，用于形成径向分力，驱使二级分瓣螺母散开。
所述的顶升套筒，其上端面与顶杆端面接触的凹槽端面为锥形面，有益于在装配时调整顶杆的同轴度，改善了顶杆的承载情况与运动精度；所述的顶升套筒内腔与二级的分瓣螺母接触的圆柱面带有环槽结构，当二级分瓣螺母的环形轴肩处于环槽位置处，3个螺母瓣进入环槽内而散开，去除了拉杆的轴向约束，装置解锁分离。
所述的顶杆的下端连接分离销，当一级连接分装置解锁后，在碟簧弹力作用下推动顶升套筒、顶杆向上运动，进而带动分离销向上运动，当顶升套筒运动至环槽与二级分瓣螺母环形轴肩位置一致时，分离销轴端的锥形面与二级分瓣螺母内部的锥形面接触，有益于驱使二级分瓣螺母沿径向分开，保障了拉杆能够脱离二级分瓣螺母，实现装置的解锁分离。
所述的球型座的下方设有球型垫，球型垫与球型座的接触面均为球面，当拧紧锁紧螺母时，可用于调整拉杆的同轴度，改善了拉杆的承载情况与装配精度。
所述的一级连接分离装置包括分瓣螺母A、熔绳、棘轮紧绳机构、锁紧扭簧、熔断机构、连接座A；所述的分瓣螺母A安装在连接座A上，所述的连接座A安装在外壳上；所述的分瓣螺母A包括螺母瓣AⅠ、螺母瓣AⅡ及螺母瓣AⅢ，所述的棘轮紧绳机构安装在螺母瓣AⅠ中，所述的熔断机构安装在螺母瓣AⅡ中，所述的锁紧扭簧和熔绳顺次缠绕在分瓣螺母的外部，锁紧扭簧固定端固定安装在螺母瓣AⅢ上，锁紧扭簧自由端与熔绳的一端连接，熔绳另一端与棘轮紧绳机构连接。
所述的棘轮紧绳机构包括棘轮轴、棘轮锁销和锁销弹簧；棘轮轴安装在螺母瓣AⅠ上，螺母瓣AⅠ上还设有安装棘轮锁销的滑槽，棘轮锁销的一端均安装在螺母瓣AⅠ的滑槽内，棘轮锁销的另一端与棘轮轴上的棘轮齿啮合，锁销弹簧的一端与棘轮锁销端面接触，锁销弹簧的另一端与螺母瓣AⅠ滑槽端面接触，棘轮轴上设有绳孔，熔绳穿过绳孔与棘轮轴连接。
所述的熔断机构包括隔热座、隔热座弹簧和熔断器，螺母瓣AⅡ上设有安装隔热座的滑槽，隔热座安装在螺母瓣AⅡ上的滑槽内，隔热座与螺母瓣AⅡ之间装有隔热座弹簧，熔断器的加热段嵌入安装在隔热座凹槽内，熔断器通过隔热座与螺母瓣AⅡ隔离，并通过隔热座弹簧推动隔热座保证熔断器与熔绳贴紧接触，螺母瓣AⅡ的顶端安装有绝缘压块a、绝缘压块b，熔断器的导线通过绝缘压块a、绝缘压块b夹持并通过外壳侧壁上的导线孔引出。
所述的分瓣螺母A与连接座A接触的贴合面上设有安装槽，分离弹簧安装在安装槽内，用于分瓣螺母A分散运动；所述的连接座A与分瓣螺母A安装端面设有凸起滑轨。
本发明的有益效果：
1.本发明采用了两级连接分离机构的复合形式，大大的降低了装置解锁时的载荷冲击，有效的提高了装置的承载能力。
2.本发明采用的一级连接分离装置是作为二级连接分离机构的作动器，代替了传统的火工装置，有效地降低了点火系统的负担，提高了装置解锁的可靠性，同时还具有节能环保，可重复使用的特点。
3.本发明采用了碟簧组为二级分瓣螺母解锁的动力源，具有行程短、载荷大、释放冲击小、稳定性高、结构紧凑占用空间小的特点。
4.本发明采用的顶升套筒上端面的凹槽端面为锥形面，即能够在装配时调整顶杆的同轴度，保障顶杆装配精度，又能够改善顶杆的承载情况，保障了顶杆的运动特性。
5.本发明采用的分离销为冗余设计，保障了二级分瓣螺母在顶升套筒上移至顶升套筒内部环槽与二级分瓣螺母环形轴肩位置一致时，各螺母瓣能够散开进入顶升套筒内部的环槽中，去除了拉杆的轴向约束，提高了装置解锁的可靠性。
6.本发明采用的二级分瓣螺母的下端面为锥形面，在与支撑座凸起部分的端面接触传递载荷过程中，由于存在锥角而产生向外驱使各螺母瓣散开的径向分力作用，有益于二级分瓣螺母的散开。
7.本发明采用的球型垫与球型座的接触面均为球面，当拧入锁紧螺母对拉杆施加预紧力矩时，由于球面间的接触作用，能够调整拉杆的同轴度，改善了拉杆的承载情况，保障了拉杆的装配精度，提高了装置解锁分离的可靠性。
8.本发明采用的拔销弹簧，是用于二级分瓣螺母散开去除了拉杆的轴向约束后，在拔销弹簧弹力作用下将拉杆拔出，有效地防止了解锁后拉杆对分离端的影响，保障了装置解锁的可靠性。
9.本发明采用的防弹筒，是用于防止拔销弹簧将拉杆、防脱帽、球型垫等结构弹出而影响系统其它装置，有效地保护了装置的安全性。
10.本发明采用的拉杆为该装置的主要承载结构，可通过更改拉杆的结构参数而形成不同承载能力的连接分离装置，可实现标准化。
11.本发明采用的接口简单多样，可广泛应用于多种连接分离系统，实现系列化、通用化。
附图说明
图1为本发明外部结构示意图。
图2为本发明内部结构示意图。
图3为顶升套筒、二级分瓣螺母、顶杆及分离销连接关系示意图。
图4为图1中拔销弹簧结构处的局部放大示意图。
图5为二级分瓣螺母与拉杆结构示意图。
图6a、6b为一级连接分离装置的结构示意图。
图7为一级连接分离装置的连接座A的结构示意图。
图中：1.分离筒Ⅰ，2.外壳，3.缓冲垫，4.顶升套筒，5.分离销，6.连接座，7.分离筒Ⅱ，8.连接座A，9. 一级连接分离装置，10.顶杆，11.二级分瓣螺母，111.螺母瓣a，112.螺母瓣b，113.螺母瓣c，12.碟簧，13.拉杆，14.支撑座，15.防弹筒，16.球型座，17.弹簧座，18.拔销弹簧，19.球型垫，20.锁紧螺母，21.垫片，22.防脱帽，23.螺母。
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，以下结合实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图所示，一种复合式大承载非火工连接分离装置，包括分离筒Ⅰ、外壳2、顶升套筒4、连接座6、分离筒Ⅱ、一级连接分离装置9、二级分瓣螺母11、碟簧12、拉杆13、支撑座14、防弹筒15；所述的连接座6的上方设置分离筒I，连接座6的下方设置分离筒II，连接座6的下端面中间部位安装球型座16；所述的分离筒Ⅰ、分离筒Ⅱ分别与分离系统两端的基体连接；所述的分离筒I的内腔设置外壳2，外壳2的上部腔体内安装一级连接分离装置9，外壳的下部腔体内设置顶升套筒4，外壳下部腔体的顶端内壁设有缓冲垫3，外壳的底端安装在支撑座14上，分离筒I的底端与支撑座14的下部连接；顶升套筒4的外部套装碟簧12，所述的碟簧一端与顶升套筒轴肩的端面接触，碟簧另一端与支撑座的上端面接触；顶升套筒4的内部安装二级分瓣螺母11，顶升套筒的上端面设有凹槽，顶杆10的一端插入凹槽，顶杆10的另一端插入一级连接分离装置，用于限制顶升套筒的轴向运动，提供顶升套筒的轴向约束；所述的分离筒II的内腔设置防弹筒15，防弹筒安装在球型座16的下端面，防弹筒的内腔设置防脱帽22，防脱帽通过螺母23套装在拉杆上，防脱帽的内壁设置垫片21，球型座的下表面设有弹簧座17，垫片与弹簧座17之间设有拔销弹簧18，拉杆13一端穿过球型座16、支撑座14与二级分瓣螺母11连接，拉杆13另一端通过锁紧螺母20固定。所述的防脱帽22套装在拉杆13的下端，其内部装有拔销弹簧18，其作用一方面用于保障拔销弹簧的稳定性，另一方面通过螺母23使拔销弹簧与拉杆连接，当装置解锁分离时，在拔销弹簧作用下能够将拉杆拔离二级分瓣螺母。所述的防弹筒安装在球型座的下端面，用于防止拔销弹簧、防脱帽、拉杆等结构弹出影响其他系统。
所述的二级分瓣螺母，由螺母瓣a111、螺母瓣b112、螺母瓣c113组成，螺母瓣a、螺母瓣b、螺母瓣c的内部通过螺纹与拉杆13连接。
所述的支撑座14上设有用于支撑二级分瓣螺母的中间凸起结构；二级分瓣螺母11下端与支撑座接触的端面为锥形面，用于形成径向分力，驱使二级分瓣螺母散开。
所述的顶升套筒，其上端面与顶杆端面接触的凹槽端面为锥形面，有益于在装配时调整顶杆的同轴度，改善了顶杆的承载情况与运动精度；所述的顶升套筒内腔与二级的分瓣螺母接触的圆柱面带有环槽结构，当二级分瓣螺母的环形轴肩处于环槽位置处，3个螺母瓣进入环槽内而散开，去除了拉杆的轴向约束，装置解锁分离。
所述的顶杆10的下端连接分离销5，当一级连接分装置9解锁后，在碟簧弹力作用下推动顶升套筒、顶杆向上运动，进而带动分离销向上运动，当顶升套筒运动至环槽与二级分瓣螺母环形轴肩位置一致时，分离销轴端的锥形面与二级分瓣螺母内部的锥形面接触，有益于驱使二级分瓣螺母沿径向分开，保障了拉杆能够脱离二级分瓣螺母，实现装置的解锁分离。
所述的球型座16的下方设有球型垫19，球型垫与球型座的接触面均为球面，当拧紧锁紧螺母时，可用于调整拉杆的同轴度，改善了拉杆的承载情况与装配精度。
所述的一级连接分离装置9包括分瓣螺母A、熔绳94、棘轮紧绳机构、锁紧扭簧95、熔断机构、连接座A；所述的分瓣螺母A安装在连接座A8上，所述的连接座A安装在外壳2上；所述的分瓣螺母A包括螺母瓣AⅠ141、螺母瓣AⅡ142及螺母瓣AⅢ143，所述的棘轮紧绳机构安装在螺母瓣AⅠ中，所述的熔断机构安装在螺母瓣AⅡ中，所述的锁紧扭簧95和熔绳94顺次缠绕在分瓣螺母的外部，锁紧扭簧固定端固定安装在螺母瓣AⅢ上，锁紧扭簧自由端与熔绳的一端连接，熔绳另一端与棘轮紧绳机构连接。
所述的棘轮紧绳机构包括棘轮轴61、棘轮锁销62和锁销弹簧63；棘轮轴安装在螺母瓣AⅠ上，螺母瓣AⅠ上还设有安装棘轮锁销的滑槽，棘轮锁销的一端均安装在螺母瓣AⅠ的滑槽内，棘轮锁销的另一端与棘轮轴上的棘轮齿啮合，锁销弹簧的一端与棘轮锁销端面接触，锁销弹簧的另一端与螺母瓣AⅠ滑槽端面接触，棘轮轴上设有绳孔，熔绳穿过绳孔与棘轮轴连接。
所述的熔断机构包括隔热座92、隔热座弹簧93和熔断器91，螺母瓣AⅡ上设有安装隔热座的滑槽，隔热座安装在螺母瓣AⅡ上的滑槽内，隔热座与螺母瓣AⅡ之间装有隔热座弹簧，熔断器的加热段嵌入安装在隔热座凹槽内，熔断器通过隔热座与螺母瓣AⅡ隔离，并通过隔热座弹簧推动隔热座保证熔断器与熔绳贴紧接触，螺母瓣AⅡ的顶端安装有绝缘压块，熔断器的导线98通过绝缘压块夹持并通过外壳侧壁上的导线孔引出。
所述的分瓣螺母A与连接座A接触的贴合面上设有安装槽，分离弹簧96安装在安装槽内，用于分瓣螺母A分散运动；所述的连接座A与分瓣螺母A安装端面设有凸起滑轨97。
本发明主要工作原理：
结合图2说明，分离筒Ⅰ1、分离筒Ⅱ7分别与分离系统的两端基体连接，连接座6的上端面即为分离面，分离面以上的结构为分离系统的一端，分离面以下的结构为分离系统的另一端，当装置解锁分离时，即以此面为界分离成两部分。
通过拉杆13完成分离系统两端的连接，其中拉杆13的一端与二级分瓣螺母11连接，另一端通过锁紧螺母20固定，在顶杆10的作用下，使得顶升套筒4内腔的圆柱面与二级分瓣螺母11的环形轴肩接触而提供径向约束，保障螺母瓣a111、螺母瓣b112、螺母瓣c113合并状态，与拉杆13通过螺纹连接，为拉杆13提供轴向约束，完成了分离系统的连接。
如图2结合图5说明，当给定分离系统分离信号后，一级连接分离装置9的熔绳被熔断，分瓣螺母A散开，去除了顶杆10的轴向约束，在碟簧12的弹力作用下，推动顶升套筒4向上移动至二级分瓣螺母11的环形轴肩与顶升套筒4的环槽位置一致处，即去除了3个螺母瓣的径向约束，分离销5轴端的锥形面以及支撑座14凸起部位的锥形面分别与二级分瓣螺母11的内部锥形面、下端锥形面接触，迫使二级分瓣螺母11的3个螺母瓣向外沿径向散开，进入顶升套筒4的环槽内，去除了拉杆13的轴向约束，在拔销弹簧18的作用下，将拉杆13拔离二级分瓣螺母11，完成了分离系统的分离，在防弹筒15的作用下，拔离的拉杆13等结构不会进入系统造成故障。
这种连接分离装置采用了两级连接分离机构的复合形式，分别是一级连接分离装置，二级分瓣螺母与拉杆连接分离机构。其中一级连接分离装置是作为二级连接分离机构的作动器，二级的分瓣螺母与拉杆连接分离机构为该装置的主要承载结构。
以上所述是本发明的具体实施例及所运用的技术原理，任何基于本发明技术方案基础上的任何修改、等效变换，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种复合式大承载非火工连接分离装置，其特征在于包括分离筒Ⅰ、外壳、顶升套筒、连接座、分离筒Ⅱ、一级连接分离装置、二级分瓣螺母、碟簧、拉杆、支撑座、防弹筒；所述的连接座的上方设置分离筒I，连接座的下方设置分离筒II，连接座的下端面中间部位安装球型座；所述的分离筒Ⅰ、分离筒Ⅱ分别与分离系统两端的基体连接；所述的分离筒I的内腔设置外壳，外壳的上部腔体内安装一级连接分离装置，外壳的下部腔体内设置顶升套筒，外壳的底端安装在支撑座上，分离筒I的底端与支撑座的下部连接；顶升套筒的外部套装碟簧，顶升套筒的内部安装二级分瓣螺母，顶升套筒的上端面设有凹槽，顶杆的一端插入凹槽，顶杆的另一端插入一级连接分离装置，用于限制顶升套筒的轴向运动，提供顶升套筒的轴向约束；所述的分离筒II的内腔设置防弹筒，防弹筒安装在球型座的下端面，防弹筒的内腔设置防脱帽，防脱帽与球型座之间设有拔销弹簧，拉杆一端穿过球型座、支撑座与二级分瓣螺母连接，拉杆另一端通过锁紧螺母固定。
2.根据权利要求1所述的一种复合式大承载非火工连接分离装置，其特征在于所述的二级分瓣螺母，由螺母瓣a、螺母瓣b、螺母瓣c组成，螺母瓣a、螺母瓣b、螺母瓣c的内部通过螺纹与拉杆连接。
3.根据权利要求1所述的一种复合式大承载非火工连接分离装置，其特征在于所述的碟簧一端与顶升套筒轴肩的端面接触，碟簧另一端与支撑座的上端面接触；所述的支撑座上设有用于支撑二级分瓣螺母的中间凸起结构；二级分瓣螺母下端与支撑座接触的端面为锥形面，用于形成径向分力，驱使二级分瓣螺母散开。
4.根据权利要求1所述的一种复合式大承载非火工连接分离装置，其特征在于所述的顶升套筒，其上端面与顶杆端面接触的凹槽端面为锥形面，有益于在装配时调整顶杆的同轴度，改善了顶杆的承载情况与运动精度；所述的顶升套筒内腔与二级的分瓣螺母接触的圆柱面带有环槽结构，当二级分瓣螺母的环形轴肩处于环槽位置处，3个螺母瓣进入环槽内而散开，去除了拉杆的轴向约束，装置解锁分离。
5.根据权利要求1所述的一种复合式大承载非火工连接分离装置，其特征在于所述的顶杆的下端连接分离销，当一级连接分装置解锁后，在碟簧弹力作用下推动顶升套筒、顶杆向上运动，进而带动分离销向上运动，当顶升套筒运动至环槽与二级分瓣螺母环形轴肩位置一致时，分离销轴端的锥形面与二级分瓣螺母内部的锥形面接触，有益于驱使二级分瓣螺母沿径向分开，保障了拉杆能够脱离二级分瓣螺母，实现装置的解锁分离。
6.根据权利要求1所述的一种复合式大承载非火工连接分离装置，其特征在于所述的球型座的下方设有球型垫，球型垫与球型座的接触面均为球面，当拧紧锁紧螺母时，可用于调整拉杆的同轴度，改善了拉杆的承载情况与装配精度。
7.根据权利要求1所述的一种复合式大承载非火工连接分离装置，其特征在于所述的一级连接分离装置包括分瓣螺母A、熔绳、棘轮紧绳机构、锁紧扭簧、熔断机构、连接座A；所述的分瓣螺母A安装在连接座A上，所述的连接座A安装在外壳上；所述的分瓣螺母A包括螺母瓣AⅠ、螺母瓣AⅡ及螺母瓣AⅢ，所述的棘轮紧绳机构安装在螺母瓣AⅠ中，所述的熔断机构安装在螺母瓣AⅡ中，所述的锁紧扭簧和熔绳顺次缠绕在分瓣螺母A的外部，锁紧扭簧固定端固定安装在螺母瓣AⅢ上，锁紧扭簧自由端与熔绳的一端连接，熔绳另一端与棘轮紧绳机构连接。
8.根据权利要求7所述的一种复合式大承载非火工连接分离装置，其特征在于所述的棘轮紧绳机构包括棘轮轴、棘轮锁销和锁销弹簧；棘轮轴安装在螺母瓣AⅠ上，螺母瓣AⅠ上还设有安装棘轮锁销的滑槽，棘轮锁销的一端均安装在螺母瓣AⅠ的滑槽内，棘轮锁销的另一端与棘轮轴上的棘轮齿啮合，锁销弹簧的一端与棘轮锁销端面接触，锁销弹簧的另一端与螺母瓣AⅠ滑槽端面接触，棘轮轴上设有绳孔，熔绳穿过绳孔与棘轮轴连接。
9.根据权利要求7所述的一种复合式大承载非火工连接分离装置，其特征在于所述的熔断机构包括隔热座、隔热座弹簧和熔断器，螺母瓣AⅡ上设有安装隔热座的滑槽，隔热座安装在螺母瓣AⅡ上的滑槽内，隔热座与螺母瓣AⅡ之间装有隔热座弹簧，熔断器的加热段嵌入安装在隔热座凹槽内，熔断器通过隔热座与螺母瓣AⅡ隔离，并通过隔热座弹簧推动隔热座保证熔断器与熔绳贴紧接触，螺母瓣AⅡ的顶端安装有绝缘压块，熔断器的导线通过绝缘压块夹持并通过外壳侧壁上的导线孔引出。
10.根据权利要求7所述的一种复合式大承载非火工连接分离装置，其特征在于所述的分瓣螺母A与连接座A接触的贴合面上设有安装槽，分离弹簧安装在安装槽内，用于分瓣螺母A分散运动；所述的连接座A与分瓣螺母A安装端面设有凸起滑轨。
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