CN112498751A - 一种连接解锁装置 - Google Patents

Abstract

本发明的一种连接解锁装置，包括气缸壳体、锁紧块、螺杆和解锁部件，所述气缸壳体包括水平腔体和螺杆导向腔体，所述水平腔体和螺杆导向腔体相互垂直设置，所述锁紧块安装于水平腔体内，所述螺杆穿过螺杆导向腔体通过锁紧块与水平腔体垂直锁止，所述解锁部件位于锁紧块的一侧，所述解锁部件推动锁紧块对螺杆进行解锁。由于解锁部件推动锁紧块解锁的方向与螺杆的运动方向相互垂直，解锁部件推动锁紧块运动产生的冲击主要在锁紧块运动方向，螺杆轴向的冲击很小，因此，本发明的气动连接解锁装置可以有效减小对分离体的分离冲击力。

Description

一种连接解锁装置

技术领域

本发明涉及航天飞行器解锁装置领域，特别是一种连接解锁装置。

背景技术

在航天领域，航天器舱段及部件之间的连接与分离是关系到航天器飞行试验能否成功的最为关键的因素之一。在整个飞行过程中，航天器系统需完成级间分离、整流罩抛罩分离、卫星与运载火箭分离、太阳帆板展开等动作。

目前，航天器上主要采用火工装置进行连接与解锁。常见的火工装置包括爆炸螺栓、分离螺母、聚能炸药索等，这类火工装置主要由发火元件、装药和功能机构组成，其优点是结构简单紧凑、质量和体积小、可靠性高、响应速度快。但由于火工品是依靠火药爆炸或燃烧产生的能量来破坏连接结构，其缺点也很明显：结构会遭到破坏，一次使用；工作时对结构冲击载荷大，难以实现分离力的准确控制；火药燃烧或爆炸产生有害气体、碎片等污染空间环境。近年来发展的记忆合金解锁方式虽然解决了冲击小的问题，但是其承载能力受限，成本高，在多点解锁分离的时候需要的时间比较长，分离同步性较弱。

其中申请号为201911278781.X的中国发明专利，公开了一种气动式连接解锁装置；以及申请号为201020632597.9的中国实用新型专利，公开了分离试验用气动解锁螺栓。采用了气动解锁的方式，提升了解锁的可靠性，但以上结构活塞的运动方向与螺杆的运动方向相同，即只能进行竖直方向的解锁，解锁时对分离体产生的分离冲击力较大。

为克服现有连接解锁装置的分离冲击大、不可重复使用、响应时间长等缺点，本发明针对典型的航天器分离解锁形式，提出了一种气动连接解锁装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单轻巧、对分离体的分离冲击小、响应速度快、可重复使用、复位方便的连接解锁装置。

本发明的一种连接解锁装置，包括气缸壳体、锁紧块、螺杆和解锁部件，所述气缸壳体包括水平腔体和螺杆导向腔体，所述水平腔体和螺杆导向腔体相互垂直设置，所述锁紧块安装于水平腔体内，所述螺杆穿过螺杆导向腔体通过锁紧块与水平腔体垂直锁止，所述解锁部件位于锁紧块的一侧，所述解锁部件推动锁紧块对螺杆进行解锁。

进一步地，所述螺杆导向腔体垂直设置于水平腔体的中部，并与水平腔体连通；所述水平腔体位于螺杆导向腔体中心线的一侧设有锁紧块导向段，所述解锁部件位于螺杆导向腔体中心线的另一侧，所述锁紧块导向段为截面呈腰圆形或椭圆形的内腔，所述锁紧块导向段用于锁紧块导向。

更进一步地，还包括复位弹簧和弹簧端盖，所述气缸壳体设有锁紧块导向段的一端还设有弹簧导向段，所述弹簧导向段的外端面与弹簧端盖可拆卸连接，所述复位弹簧安装于弹簧导向段中、位于锁紧块和弹簧端盖之间。

进一步地，所述螺杆导向腔体的下部设有用于固定气缸壳体的基座，所述基座的中间为与螺杆导向腔体内部直径相同的圆柱腔体，外侧为法兰结构，所述法兰结构上面均布多个安装孔。

具体地，所述安装孔的数量为四个。

更进一步地，所述弹簧顶推部分的端面中部设有螺纹孔，所述弹簧端盖的端面设有通孔。

进一步具体地，所述螺杆包括位于螺杆两端的螺杆锁紧部分和螺纹部分，所述螺杆锁紧部分的侧壁上设有凹槽；

所述锁紧块包括锁紧块顶推杆部分、锁紧夹块部分、锁紧块限位部分和弹簧顶推部分，所述锁紧块限位部分的外侧面与锁紧块导向段的内壁贴合，所述锁紧块顶推杆部分位于锁紧块限位部分靠近解锁部件一端的中部，所述弹簧顶推部分位于锁紧块限位部分靠近弹簧端盖一端的中部，所述复位弹簧套装于弹簧顶推部分上，所述锁紧夹块部分位于锁紧块顶推杆部分下方，所述锁紧夹块部分与凹槽契合锁止，所述解锁部件推动锁紧块顶推杆部分，驱使锁紧夹块部分与凹槽分离进行解锁。

进一步优选地，所述凹槽以螺杆的中轴线对称设置为两个，所述锁紧夹块部分的中部为呈U型的开口，所述锁紧夹块部分插接于两个凹槽内。

具体地，所述开口的截面形状为“Y”形或“T”形。

进一步地，所述开口的截面形状为“Y”形，所述“Y”形的斜面与凹槽贴合。

具体地，所述“Y”形斜面倾斜角度为25-50°(斜面与竖直方向的夹角)。

优选地，所述“Y”形斜面倾斜角度为30°。

进一步具体地，所述解锁部件为气动组件或推销器。

优选地，所述解锁部件为气动组件，所述气动组件包括气缸端盖、活塞杆，所述气缸端盖与气缸壳体远离弹簧端盖的一端可拆卸连接，所述活塞杆为回转体，包括活塞部分和顶杆部分，所述活塞部分的外侧面与水平腔体的内壁贴合，所述顶杆部分位于活塞杆远离气缸端盖一侧的中部，所述气缸端盖通过通入气体，以使气动力驱使所述活塞杆运动至气缸壳体中部，所述顶杆部分推动锁紧块顶推杆部分对螺杆进行解锁。

所述活塞部分靠近气缸端盖的一端的中部设有锥形凹槽，所述活塞部分的外侧面设有环形凹槽，所述环形凹槽内安装有密封件。

具体地，所述的密封件为环状体，截面为圆形或矩形。

进一步优选的，所述的复位弹簧的弹簧力选取按照活塞杆在一个大气压(0.101MPa)下受力的1.1-1.3倍选取，防止气动连接解锁装置从地面进入太空时在大气压差下自动解锁。

进一步优选的，所述活塞杆与气缸壳体之间和锁紧块与气缸壳体之间的润滑采用MoS₂，以降低摩擦力而减小所需的解锁压力。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、由于解锁部件推动锁紧块解锁的方向与螺杆的运动方向相互垂直，解锁部件推动锁紧块运动产生的冲击主要在锁紧块运动方向，螺杆轴向的冲击很小，因此，本发明的气动连接解锁装置可以有效减小对分离体的分离冲击力。

2、本发明的连接解锁装置，螺杆与锁紧块之间通过压紧斜面相互压紧，提高了承载力，且本发明的动力源可以为高压气体驱动活塞杆，也可以为推销器，连接解锁装置适用范围广。

3、本发明采用活塞杆、锁紧块与螺杆配合的方式安装在气缸壳体上，在锁紧状态时，螺杆锁紧部分侧面的凹槽压在锁紧块的“Y”形斜面上，使得螺杆无法向下运动；解锁时，高压气体进入气缸壳体的气腔内推动活塞运动，气体压力只需要克服下锁紧块与螺杆和气缸壳体之间摩擦力、复位弹簧的压缩力，就能实现较大的螺杆压紧力的解锁，提高了大负载工况解锁可靠性。

4、解锁后，无需拆解本发明的连接解锁装置，使用带外螺纹的细长杆通过锁紧块右端的螺纹孔将锁紧块向右拉，然后将螺杆从气缸壳体的基座下方向上安装，待螺杆到位后将锁紧块推向左侧，使锁紧块的“Y”形斜面与螺杆的凹槽面贴合即复位，从而做到了可重复使用且复位方便。

5、本发明的连接解锁装置通过气动组件解锁时，可以通过同一高压气源并联使用，多个连接解锁装置同时工作以提高解锁的同步性。

附图说明

图1为实施例2中连接解锁装置锁定压紧状态剖面结构示意图；

图2为图1的剖面结构示意图；

图3为实施例2中连接解锁装置解锁释放状态剖面结构示意图；

图4为气动连接解锁装置的工作示意图。

其中，1-气缸端盖、1.1-进气嘴、1.2-密封端盖、2-密封件、3-活塞杆、3.1-活塞部分、3.2-顶杆部分、4-气缸壳体、4.1-水平腔体、4.2-弹簧导向段、4.2.1-弹簧导向段外端面、4.3-锁紧块导向段、4.4-螺杆导向腔体、4.5-基座、5-复位弹簧、6-弹簧端盖、6.1-通孔、7-锁紧块、7.1-锁紧块顶推杆部分、7.2-锁紧块限位部分、7.3-弹簧顶推部分、7.4-锁紧夹块部分、7.5-螺纹孔、8-螺杆、8.1-螺杆锁紧部分、8.2-螺纹部分。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明的一种连接解锁装置，包括气缸壳体、锁紧块、螺杆和解锁部件，所述气缸壳体包括水平腔体和螺杆导向腔体，所述水平腔体和螺杆导向腔体相互垂直设置，所述锁紧块安装于水平腔体内，所述螺杆穿过螺杆导向腔体通过锁紧块与水平腔体垂直锁止，所述解锁部件位于锁紧块的一侧，所述解锁部件推动锁紧块对螺杆进行解锁。所述螺杆导向腔体垂直设置于水平腔体的中部，并与水平腔体连通；所述水平腔体位于螺杆导向腔体中心线的一侧设有锁紧块导向段，所述解锁部件位于螺杆导向腔体中心线的另一侧，所述锁紧块导向段为截面呈椭圆形的内腔，所述锁紧块导向段用于锁紧块导向，防止锁紧块沿气缸壳体的内壁周向转动。解锁部件为推销器，即机械结构的推杆，推销器与锁紧块机械固定连接，推销器通过电机驱动伸缩，进而推动锁紧块与螺杆契合或分离，达到止锁解锁的目的。

另一实施例中，还包括复位弹簧和弹簧端盖，所述气缸壳体设有锁紧块导向段的一端还设有弹簧导向段，所述弹簧导向段的外端面与弹簧端盖可拆卸连接，所述复位弹簧安装于弹簧导向段中、位于锁紧块和弹簧端盖之间。推销器不与锁紧块连接，推销器推动锁紧块对螺杆进行解锁后，复位弹簧为压簧，复位弹簧释放弹力推动锁紧块复位。

实施例2

本发明的一种连接解锁装置，包括气缸壳体、锁紧块、螺杆和解锁部件，所述气缸壳体包括水平腔体和螺杆导向腔体，所述水平腔体和螺杆导向腔体相互垂直设置，所述锁紧块安装于水平腔体内，螺杆可在螺杆导向腔体内滑动，所述螺杆穿过螺杆导向腔体通过锁紧块与水平腔体垂直锁止，所述解锁部件位于锁紧块的一侧，所述解锁部件推动锁紧块对螺杆进行解锁。

如图1-4所示，所述螺杆导向腔体垂直设置于水平腔体的中部，并与水平腔体连通；所述水平腔体位于螺杆导向腔体中心线的一侧设有锁紧块导向段，所述解锁部件位于螺杆导向腔体中心线的另一侧，所述锁紧块导向段为截面呈腰圆形的内腔，所述锁紧块导向段用于锁紧块导向，防止锁紧块在气缸壳体内转动。

还包括复位弹簧和弹簧端盖，所述气缸壳体设有锁紧块导向段的一端还设有弹簧导向段，所述弹簧导向段的外端面与弹簧端盖可拆卸连接，弹簧导向段的内径小于锁紧块导向段，通过该台阶的结构可对锁紧块解锁时的移动距离进行限位，所述复位弹簧安装于弹簧导向段中、位于锁紧块和弹簧端盖之间。弹簧端盖为回转体，剖面为“]”形，设有内螺纹，与气缸壳体一端的外螺纹连接。

所述螺杆导向腔体的下部设有用于固定气缸壳体的基座，所述基座的中间为与螺杆导向腔体内部直径相同的圆柱腔体，外侧为法兰结构，所述法兰结构上面均布四个安装孔，用于与连接锁紧的两个目标体上面的物体之间通过螺钉连接。

所述弹簧顶推部分的端面中部设有螺纹孔，所述弹簧端盖的端面设有通孔。复位时，先用带螺纹的工装细杆和锁紧块右端的螺纹孔连接，然后向右拉动锁紧块，使锁紧夹块后退到右限位处，螺杆从气缸壳体的基座底面向上安装，当螺杆向上伸长到位后，松开工装细杆，使锁紧块在复位弹簧的弹簧力作用下向左运动，锁紧夹块的“Y”形斜面与螺杆锁紧段的侧面贴合，限制螺杆下向移动的自由度，完成气动连接解锁装置的复位。

所述螺杆包括位于螺杆两端的螺杆锁紧部分和螺纹部分，所述螺杆锁紧部分的侧壁上设有凹槽，螺纹部分用于与螺母配合压紧需要解锁的目标体；

所述锁紧块包括锁紧块顶推杆部分、锁紧夹块部分、锁紧块限位部分和弹簧顶推部分，所述锁紧块限位部分的外侧面与锁紧块导向段的内壁贴合，所述锁紧块顶推杆部分位于锁紧块限位部分靠近解锁部件一端的中部，所述弹簧顶推部分位于锁紧块限位部分靠近弹簧端盖一端的中部，所述复位弹簧套装于弹簧顶推部分上，弹簧顶推部分为小于复位弹簧内径的圆柱体，所述锁紧夹块部分位于锁紧块顶推杆部分下方，所述锁紧夹块部分与凹槽契合锁止，所述解锁部件推动锁紧块顶推杆部分，驱使锁紧夹块部分与凹槽分离进行解锁。

如图2所示，所述凹槽以螺杆的中轴线对称设置为两个，所述锁紧夹块部分的中部为呈U型的开口，所述锁紧夹块部分插接于两个凹槽内，凹槽的截面为梯形，即上下为斜面，中部为竖直的平面，凹槽的上斜面为压紧面，所述开口的截面形状为“Y”形，所述“Y”形的斜面与凹槽的上斜面紧密贴合，“Y”形的侧面为平面，与凹槽竖直的平面贴合。

所述解锁部件为气动组件，本实施例中所述“Y”形斜面倾斜角度为30°(斜面与竖直方向的夹角),该值通过综合考虑后计算得出，气动螺栓承载的能力为22KN，“Y”形斜面倾斜角度的选取直接影响解锁力的大小，也就是要多大的气体压力能实现解锁，实施例总的是1.2Mpa的气体，解锁力为440N，综合考虑解锁力的大小，计算得出倾斜角度为30°。

所述气动组件包括气缸端盖、活塞杆，所述气缸端盖与气缸壳体远离弹簧端盖的一端可拆卸连接，气缸端盖上设有进气嘴和密封端盖，进气嘴的外侧面设有外螺纹，用于与提供气压的装置密封连接，密封端盖上设有内螺纹，用于与气缸壳体的外螺纹连接，所述活塞杆为回转体，包括活塞部分和顶杆部分，形状均为圆柱体，锁紧块与活塞杆同轴线，锁紧块顶推杆部分是直径和活塞顶杆直径相同的圆柱，所述活塞部分的外侧面与水平腔体的内壁贴合，所述顶杆部分位于活塞杆远离气缸端盖一侧的中部，所述气缸端盖通过通入气体，以使气动力驱使所述活塞杆运动至气缸壳体中部，所述顶杆部分推动锁紧块顶推杆部分对螺杆进行解锁，螺杆锁紧部分上端开有圆弧槽，用于和顶杆部分以及锁紧块顶推杆部分错开不干涉。

所述活塞部分靠近气缸端盖的一端的中部设有锥形凹槽，所述活塞部分的外侧面设有环形凹槽，所述环形凹槽内安装有密封件。所述的密封件为环状体，截面为矩形。

所述的复位弹簧的弹簧力选取按照活塞杆在一个大气压(0.101MPa)下受力的1.1-1.3倍选取，防止气动连接解锁装置从地面进入太空时在大气压差下自动解锁。

所述活塞杆与气缸壳体之间和锁紧块与气缸壳体之间的润滑采用MoS2，以降低摩擦力而减小所需的解锁压力。

连接解锁装置的工作过程如下：如图1、图2所示，当活塞杆位于气缸壳体的左端时，锁紧块通过锁紧夹块部分的“Y”形侧面与螺杆的螺杆锁紧段的侧面(凹槽)贴合并挤压，使螺杆不能向下移动，并限制了螺杆沿轴向的转动。复位弹簧5处于压缩状态，防止锁紧块在大气压差下向右移动而解锁。如图3所示，当高压气体通过气缸端盖的进气嘴进入气腔时，气压推动活塞杆向右移动，顶杆部分顶着锁紧块顶推杆部分进而推动锁紧块向右移动，当锁紧块的锁紧夹块部分与螺杆的螺杆锁紧段脱离接触时，螺杆即可向下运动。

如图1所示，复位时，先用带螺纹的工装细杆和锁紧块右端的螺纹孔连接，然后向右拉锁紧块，使锁紧夹块后退到右限位处，螺杆从气缸壳体的基座底面向上安装，当螺杆向上伸长到位后，松开工装细杆，使锁紧块在复位弹簧的弹簧力作用下向左运动，锁紧夹块的“Y”形斜面与螺杆锁紧段的侧面贴合，限制螺杆下向移动的自由度，完成气动连接解锁装置的复位。

本发明的解锁装置通过气动组件解锁时，由于活塞杆的运动方向与螺杆的运动方向相互垂直，高压气体推动活塞运动产生的冲击主要在活塞杆运动方向，螺杆轴向的冲击很小；此外，可根据需要压紧释放点数量的不同，将多个连接解锁装置安装在不同位置，可以通过同一高压气源并联使用，多个连接解锁装置同时工作以提高解锁的同步性。

Claims (10)

1.一种连接解锁装置，其特征在于包括气缸壳体、锁紧块、螺杆和解锁部件，所述气缸壳体包括水平腔体和螺杆导向腔体，所述水平腔体和螺杆导向腔体相互垂直设置，所述锁紧块安装于水平腔体内，所述螺杆穿过螺杆导向腔体通过锁紧块与水平腔体垂直锁止，所述解锁部件位于锁紧块的一侧，所述解锁部件推动锁紧块对螺杆进行解锁。

2.根据权利要求1所述的连接解锁装置，其特征在于所述螺杆导向腔体垂直设置于水平腔体的中部，并与水平腔体连通；所述水平腔体位于螺杆导向腔体中心线的一侧设有锁紧块导向段，所述解锁部件位于螺杆导向腔体中心线的另一侧，所述锁紧块导向段为截面呈腰圆形或椭圆形的内腔，所述锁紧块导向段用于锁紧块导向。

3.根据权利要求1或2所述的连接解锁装置，其特征在于还包括复位弹簧和弹簧端盖，所述气缸壳体设有锁紧块导向段的一端还设有弹簧导向段，所述弹簧导向段的外端面与弹簧端盖可拆卸连接，所述复位弹簧安装于弹簧导向段中、位于锁紧块和弹簧端盖之间。

4.根据权利要求3所述的连接解锁装置，其特征在于所述弹簧顶推部分的端面中部设有螺纹孔，所述弹簧端盖的端面设有通孔。

5.根据权利要求4所述的连接解锁装置，其特征在于所述螺杆包括位于螺杆两端的螺杆锁紧部分和螺纹部分，所述螺杆锁紧部分的侧壁上设有凹槽；

所述锁紧块包括锁紧块顶推杆部分、锁紧夹块部分、锁紧块限位部分和弹簧顶推部分，所述锁紧块限位部分的外侧面与锁紧块导向段的内壁贴合，所述锁紧块顶推杆部分位于锁紧块限位部分靠近解锁部件一端的中部，所述弹簧顶推部分位于锁紧块限位部分靠近弹簧端盖一端的中部，所述复位弹簧套装于弹簧顶推部分上，所述锁紧夹块部分位于锁紧块顶推杆部分下方，所述锁紧夹块部分与凹槽契合锁止，所述解锁部件推动锁紧块顶推杆部分，驱使锁紧夹块部分与凹槽分离进行解锁。

6.根据权利要求5所述的连接解锁装置，其特征在于所述凹槽以螺杆的中轴线对称设置为两个，所述锁紧夹块部分的中部为呈U型的开口，所述锁紧夹块部分插接于两个凹槽内，所述开口的截面形状为“Y”形或“T”形。

7.根据权利要求6所述的连接解锁装置，其特征在于所述开口的截面形状为“Y”形，所述“Y”形的斜面与凹槽贴合，所述“Y”形斜面倾斜角度为25-50°。

8.根据权利要求7所述的连接解锁装置，其特征在于所述解锁部件为气动组件或推销器。

9.根据权利要求8所述的连接解锁装置，其特征在于所述解锁部件为气动组件，所述气动组件包括气缸端盖、活塞杆，所述气缸端盖与气缸壳体远离弹簧端盖的一端可拆卸连接，所述活塞杆为回转体，包括活塞部分和顶杆部分，所述活塞部分的外侧面与水平腔体的内壁贴合，所述顶杆部分位于活塞杆远离气缸端盖一侧的中部，所述气缸端盖通过通入气体，以使气动力驱使所述活塞杆运动至气缸壳体中部，所述顶杆部分推动锁紧块顶推杆部分对螺杆进行解锁。

10.根据权利要求9所述的连接解锁装置，其特征在于所述活塞部分靠近气缸端盖的一端的中部设有锥形凹槽，所述活塞部分的外侧面设有环形凹槽，所述环形凹槽内安装有密封件。

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