CN113184228B - 一种旋转式空间锁紧释放装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转式空间锁紧释放装置，包括手动操作组件、锁钩组件、火工解锁组件、旋转释放组件。锁钩组件与壳体、活动底板之间有铰链连接，锁钩组件与旋转释放组件通过柱销副连接，火工解锁组件固定在活动底板上，并与旋转释放组件连接。通过上述组件本发明可实现手动锁紧与释放、双火工品互为备份自动释放功能，本发明具有地面可重复使用、火工品互为备份、拉簧并联备份、锁紧组件联动并互为备份、自动释放、操作简单、机构集成度高、动作可靠等特点。

Description

一种旋转式空间锁紧释放装置

技术领域

本发明属于航空航天飞行器技术领域，涉及一种旋转式空间锁紧释放装置。

背景技术

我国载人航天工程三期工程为空间站任务，由于目前运载能力有限，国际国内空间站均采用在轨组建方案，另外空间站运营阶段，需完成大量的舱外试验与工程应用。空间站各舱段在轨组件或舱外试验均需使用舱外机械臂或其他机构类产品实现，而舱外机械臂或机构类产品在舱体发射段均需采用各种各样的压紧机构将其压紧在舱体上，一方面保证各舱段的外包络尺寸尽量小，不超过运载火箭整流罩包络；另一方面，压紧可靠的产品才可克服发射段火箭带来的各种严酷力学条件，保证产品发射过程中不损坏。舱段随火箭入轨后，机械臂等各种舱外机构类产品均需自动释放，并运动到指定位置完成后续任务。目前自动释放的产品主要有爆炸螺栓、分离螺母、火工包带、火工切割器等成熟方案与产品。但是现有产品均为一次性动作产品，无法满足地面多次试验验证工作需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：本发明提供一种旋转式空间锁紧释放装置，该装置可压紧空间机械臂或其他机构类设备，克服运载火工发射段的力学环境载荷，保护产品发射段不发生损坏。入轨后能实现双火工品互为备份自动解锁释放被压设备。

本发明所采用的技术方案如下：一种旋转式空间锁紧释放装置，包括手动操作组件、锁钩组件、火工解锁组件、旋转释放组件；

手动操作组件包括压紧板、壳体、长螺杆、锁紧螺钉与活动底板，壳体包括法兰盘、法兰盘中部向下凹陷的台阶结构及位于台阶结构中心的圆筒部分，压紧板安装在台阶结构中，圆筒部分沿纵向开有若干锁钩槽，锁钩槽沿圆筒的周向均匀分布；长螺杆沿周向分布，穿过压紧板与壳体后拧紧在活动底板上；锁紧螺钉沿压紧板的周向分布，与压紧板连接；

锁钩组件沿壳体的圆筒部分的周向均布在壳体上；锁钩组件通过连杆机构分别连接活动底板、壳体和螺旋转盘，通过锁钩实现对壳体的锁紧和释放；

旋转释放组件包括压紧端盖、轴承、螺旋转盘、拉簧、拉簧固定螺钉与拉簧连杆；压紧端盖固定在活动底板中心的端盖安装座上，压紧端盖能够沿壳体的圆筒部分的内腔运动；螺旋转盘通过轴承安装在活动底板的端盖安装座上，螺旋转盘与活动底板之间由拉簧连接；各拉簧一端与拉簧连杆连接，另外一端与拉簧固定螺钉连接，锁紧时拉簧保持预紧力；拉簧连杆沿螺旋转盘周向分布且与螺旋转盘固定，拉簧固定螺钉沿活动底板的周向分布在活动底板边缘；

火工解锁组件连接活动底板和螺旋转盘，并通过爆炸螺栓实现解锁。

锁钩组件包括锁钩、连杆销、长连杆、锁钩销、短连杆、推动连杆与滑动销；锁钩一端端部通过锁钩销固定在壳体圆筒部分的端口处，形成铰链机构，锁钩另一端端部与长连杆一端通过连杆销形成铰链机构，锁钩中部的凸起结构插入壳体上的锁钩槽中；短连杆为T字形，长连杆另一端与短连杆一端通过连杆销形成铰链机构，短连杆另一端与活动底板通过连杆销形成铰链机构；推动连杆为一边开口的方框结构，短连杆中部与推动连杆的边框的中部通过连杆销形成铰链机构；螺旋转盘沿周向分布滑动销安装腰孔，滑动销在滑动销安装腰孔内滑动，滑动销两端分别安装推动连杆开口端的两个边框端部，形成螺旋圆柱副。

火工解锁组件包括爆炸螺栓、固定支架、过渡支架与活动支架；固定支架安装在活动底板上，在固定支架与过渡支架之间、过渡支架与活动支架之间分别由爆炸螺栓连接，活动支架与螺旋转盘固定。

爆炸螺栓与固定支架的贴合面处设置凹垫片与凸垫片，用于消除拧紧时的过约束。

爆炸螺栓与过渡支架的贴合面处设置凹垫片与凸垫片，用于消除拧紧时的过约束。

手动依次拧紧锁紧螺钉，增大压紧板与壳体之间的间隙，压紧板通过长螺杆将活动底板向靠近壳体方向拉动，推动连杆保持不动，在短连杆与长连杆共同作用下锁钩向内摆动，实现手动压紧。

手动依次松开锁紧螺钉，减少压紧板与壳体之间的间隙，压紧板通过长螺杆将活动底板向远离壳体的方向推动，推动连杆保持不动，在短连杆与长连杆共同作用下锁钩向外摆动，实现手动解锁。

手动操作组件的锁紧螺钉保持不动时，活动底板与壳体之间由长螺杆保持不动，爆炸螺栓起爆后，在拉簧的作用下，螺旋转盘转动，螺旋圆柱副推出推动连杆，在短连杆与长连杆共同作用下锁钩向外摆动，实现自动释放解锁。

锁钩组件有四组。

拉簧、拉簧固定螺钉与拉簧连杆分别有三个。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)本发明的旋转式空间锁紧释放装置具有地面手动重复锁紧与释放功能、空间一次性火工自动释放功能、双火工品互为备份功能、4套锁紧机构互为备份功能。

(2)现有用于空间分离的成熟方案与产品有爆炸螺栓、分离螺母、火工包带、火工切割器等，均为一次性动作产品，无法满足地面多次试验验证工作需求。本发明的一种旋转式空间锁紧释放装置提出一种双火工互为备份，并与连杆机构高度集成，实现2个互为备份的爆炸螺栓与3个互为备份的拉簧控制4套互为备份的锁钩组件联动功能。解决现有产品一次性工作带来地面试验验证难以实现的问题。因此，本发明的旋转式空间锁紧释放装置技术特点为地面可重复使用、火工品互为备份、拉簧并联备份、锁紧组件联动并互为备份、操作简单、自动释放、机构集成度高、动作可靠等。

附图说明

图1为本发明的旋转式空间锁紧释放装置布局与结构组成示意图；

图2为本发明的旋转式空间锁紧释放装置手动操作组件原理示意图；

图3是本发明的旋转式空间锁紧释放装置锁钩组件原理示意图；

图4为本发明的旋转式空间锁紧释放装置火工解锁组件原理示意图；

图5为本发明的旋转式空间锁紧释放装置旋转释放组件原理示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限定本发明的保护范围。在实际应用中本领域技术人员根据本发明做出的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

为了更好的说明本发明，下方结合附图对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明的一种旋转式空间锁紧释放装置包括手动操作组件、锁钩组件、火工解锁组件、旋转释放组件。

如图2所示，本发明的旋转式空间锁紧释放装置手动操作组件原理示意图。手动操作组件包括压紧板1、壳体2、3个长螺杆3、3个锁紧螺钉4与活动底板9，壳体2包括法兰盘、法兰盘中部向下凹陷的台阶结构及位于台阶结构中心的圆筒部分，压紧板1安装在台阶结构中，圆筒部分沿纵向开有4个锁钩槽，锁钩槽沿圆筒的周向均匀分布；长螺杆3沿周向分布，穿过压紧板1与壳体2后拧紧在活动底板9上；锁紧螺钉4沿压紧板1的周向分布，与压紧板1之间螺纹连接。

手动操作组件的压紧板1上设置3个光孔，3个螺纹孔，壳体2上端面设置3个光孔，活动底板9上设置3个螺纹孔，3个长螺杆依次穿过压紧板1与壳体2上的光孔，拧紧在活动底板9上的螺纹孔，3个锁紧螺钉拧紧在压紧板1的螺纹孔上。

手动依次拧紧锁紧螺钉4，增大压紧板1与壳体2之间的间隙，压紧板1向上运动通过长螺杆3将活动底板9向上拉动，进而通过锁钩组件的长连杆21、短连杆18与锁钩22实现手动锁紧功能。手动依次松开锁紧螺钉4，减少压紧板1与壳体2之间的间隙，压紧板1向下运动通过长螺杆3将活动底板9向下推动，进而通过锁钩组件的长连杆21、短连杆18与锁钩22实现手动解锁功能。

如图3是本发明的旋转式空间锁紧释放装置锁钩组件原理示意图。锁钩组件包括4个锁钩22、16个连杆销10、4个长连杆21、4个锁钩销20、4个短连杆18、4个推动连杆19与4个滑动销11，锁钩20与壳体2之间、锁钩20与长连杆21之间、长连杆21与短连杆18之间、短连杆18与活动底板9之间、推动连杆19与短连杆18之间通过铰链连接。

4个锁钩组件90°均布在壳体2的圆筒部分，锁紧组件的4个锁钩22一端端部通过4个锁钩销20固定在壳体2圆筒部分的端口处，形成铰链机构，锁钩22另一端端部与长连杆21一端通过连杆销10形成铰链机构，锁钩22中部的凸起结构插入壳体2上的锁钩槽中；短连杆18为T字形，长连杆21另一端与短连杆18一端通过连杆销10形成铰链机构，短连杆18另一端与活动底板9通过连杆销10形成铰链机构；推动连杆19为一边开口的方框结构，短连杆18中部与推动连杆19开口端对应的边框的中部通过连杆销10形成铰链机构，所有铰链均可旋转运动。拧紧手动操作组件的锁紧螺钉4时，活动底板9向上运动，推动连杆19保持不动，在短连杆18与长连杆21共同作用下锁钩22向内摆动，实现手动压紧。松开手动操作组件的锁紧螺钉4时，活动底板9向下运动，推动连杆19保持不动，在短连杆18与长连杆21共同作用下锁钩22向外摆动，实现手动解锁。手动操作组件的锁紧螺钉4保持不动时，活动底板9与壳体2之间由长螺杆3保持不动，火工解锁组件的爆炸螺栓5起爆后，旋转释放组件的螺旋转盘13转动，其上螺旋圆柱副推出推动连杆19，在短连杆18与长连杆21共同作用下锁钩22向外摆动，实现自动释放解锁。

如图4为本发明的旋转式空间锁紧释放装置火工解锁组件原理示意图；火工解锁组件包括2个爆炸螺栓5、固定支架6、过渡支架7与活动支架8，固定支架6安装在活动底板9上，在固定支架6与过渡支架7、过渡支架7与活动支架8之间由一个爆炸螺栓5连接，活动支架8与螺旋转盘13固定。固定支架6通过螺钉固定在活动底板9上，在固定支架6与过渡支架7之间安装爆炸螺栓5，爆炸螺栓5与固定支架6贴合面处设置凹垫片与凸垫片，用于消除拧紧时的过约束。在过渡支架7与活动支架8之间安装爆炸螺栓5，爆炸螺栓5与过渡支架7贴合面处设置凹垫片与凸垫片，用于消除拧紧时的过约束。活动支架8安装在旋转释放组件的螺旋转盘13上，压紧时通过2个爆炸螺栓5将螺旋转盘13与活动底板9刚性连接，从而实现双火工品互为备份方案。释放时，任1个或2个爆炸螺栓5起爆，均可解除螺旋转盘13与活动底板9刚性连接，螺旋转盘13在拉簧15的作用下旋转，带动锁钩组件完成自动释放。

如图5为本发明的旋转式空间锁紧释放装置旋转释放组件原理示意图。旋转释放组件包括压紧端盖16、轴承12、螺旋转盘13、3个拉簧15、3个拉簧固定螺钉17与3个拉簧连杆14，压紧端盖16通过位于中心的螺钉固定在活动底板9中心的端盖安装座上，压紧端盖16能够在壳体2的圆筒部分内部运动；螺旋转盘13通过轴承12安装在活动底板9的端盖安装座上，螺旋转盘13与活动底板9之间由3个拉簧15连接，拉簧15一端与拉簧连杆14连接，另外一端与拉簧固定螺钉17连接，拉簧连杆14沿螺旋转盘13周向分布且与螺旋转盘13固定，拉簧固定螺钉17沿活动底板9的周向分布在活动底板9边缘；螺旋转盘13沿周向分布滑动销安装腰孔，滑动销11在滑动销安装腰孔内滑动，滑动销11两端分别安装推动连杆19开口端的两个平行的边框端部，形成螺旋圆柱副。旋转释放组件的螺旋转盘13通过2个轴承12与压紧端盖16固定在活动底板9上，螺旋转盘13可围绕活动底板9旋转运动。3个拉簧固定螺钉17安装在活动底板9上，3个拉簧连杆14安装在螺旋转盘13上，3个拉簧15一端固定在拉簧固定螺钉17上，另外一端固定在拉簧连杆14，锁紧时拉簧保持一定的预紧力。火工释放组件爆炸螺栓5起爆后，螺旋转盘13在3个拉簧15作用下相对活动底板9旋转运动，带动锁钩组件的锁钩22运动，实现自动火工释放。

综上，本发明的旋转式空间锁紧释放装置提出一种双火工互为备份，并与连杆机构高度集成，实现2个互为备份的爆炸螺栓与3个互为备份的拉簧控制4套互为备份的锁钩组件联动。本发明具有地面手动重复锁紧与释放功能、空间一次性火工自动释放功能、双火工品互为备份功能、4套锁紧机构互为备份功能。

因此本发明的旋转式空间锁紧释放装置技术特点为地面可重复使用、火工品互为备份、拉簧并联备份、锁紧组件联动并互为备份、操作简单、自动释放、机构集成度高、动作可靠等。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。

Claims (10)

1.一种旋转式空间锁紧释放装置，其特征在于，包括手动操作组件、锁钩组件、火工解锁组件、旋转释放组件；

手动操作组件包括压紧板(1)、壳体(2)、长螺杆(3)、锁紧螺钉(4)与活动底板(9)，壳体(2)包括法兰盘、法兰盘中部向下凹陷的台阶结构及位于台阶结构中心的圆筒部分，压紧板(1)安装在台阶结构中，圆筒部分沿纵向开有若干锁钩槽，锁钩槽沿圆筒的周向均匀分布；长螺杆(3)沿周向分布，穿过压紧板(1)与壳体(2)后拧紧在活动底板(9)上；锁紧螺钉(4)沿压紧板(1)的周向分布，与压紧板(1)连接；

锁钩组件沿壳体(2)的圆筒部分的周向均布在壳体(2)上；锁钩组件通过连杆机构分别连接活动底板(9)、壳体(2)和螺旋转盘(13)，通过锁钩(22)实现对壳体(2)的锁紧和释放；

旋转释放组件包括压紧端盖(16)、轴承(12)、螺旋转盘(13)、拉簧(15)、拉簧固定螺钉(17)与拉簧连杆(14)；压紧端盖(16)固定在活动底板(9)中心的端盖安装座上，压紧端盖(16)能够沿壳体(2)的圆筒部分的内腔运动；螺旋转盘(13)通过轴承(12)安装在活动底板(9)的端盖安装座上，螺旋转盘(13)与活动底板(9)之间由拉簧(15)连接；各拉簧(15)一端与拉簧连杆(14)连接，另外一端与拉簧固定螺钉(17)连接，锁紧时拉簧(15)保持预紧力；拉簧连杆(14)沿螺旋转盘(13)周向分布且与螺旋转盘(13)固定，拉簧固定螺钉(17)沿活动底板(9)的周向分布在活动底板(9)边缘；

火工解锁组件连接活动底板(9)和螺旋转盘(13)，并通过爆炸螺栓(5)实现解锁。

2.根据权利要求1所述的一种旋转式空间锁紧释放装置，其特征在于，锁钩组件包括锁钩(22)、连杆销(10)、长连杆(21)、锁钩销(20)、短连杆(18)、推动连杆(19)与滑动销(11)；锁钩(22)一端端部通过锁钩销(20)固定在壳体(2)圆筒部分的端口处，形成铰链机构，锁钩(22)另一端端部与长连杆(21)一端通过连杆销(10)形成铰链机构，锁钩(22)中部的凸起结构插入壳体(2)上的锁钩槽中；短连杆(18)为T字形，长连杆(21)另一端与短连杆(18)一端通过连杆销(10)形成铰链机构，短连杆(18)另一端与活动底板(9)通过连杆销(10)形成铰链机构；推动连杆(19)为一边开口的方框结构，短连杆(18)中部与推动连杆(19)的边框的中部通过连杆销(10)形成铰链机构；螺旋转盘(13)沿周向分布滑动销安装腰孔，滑动销(11)在滑动销安装腰孔内滑动，滑动销(11)两端分别安装推动连杆(19)开口端的两个边框端部，形成螺旋圆柱副。

3.根据权利要求1或2所述的一种旋转式空间锁紧释放装置，其特征在于，火工解锁组件包括爆炸螺栓(5)、固定支架(6)、过渡支架(7)与活动支架(8)；固定支架(6)安装在活动底板(9)上，在固定支架(6)与过渡支架(7)之间、过渡支架(7)与活动支架(8)之间分别由爆炸螺栓(5)连接，活动支架(8)与螺旋转盘(13)固定。

4.根据权利要求3所述的一种旋转式空间锁紧释放装置，其特征在于，爆炸螺栓(5)与固定支架(6)的贴合面处设置凹垫片与凸垫片，用于消除拧紧时的过约束。

5.根据权利要求4所述的一种旋转式空间锁紧释放装置，其特征在于，爆炸螺栓(5)与过渡支架(7)的贴合面处设置凹垫片与凸垫片，用于消除拧紧时的过约束。

6.根据权利要求5所述的一种旋转式空间锁紧释放装置，其特征在于，手动依次拧紧锁紧螺钉(4)，增大压紧板(1)与壳体(2)之间的间隙，压紧板(1)通过长螺杆(3)将活动底板(9)向靠近壳体(2)方向拉动，推动连杆(19)保持不动，在短连杆(18)与长连杆(21)共同作用下锁钩(22)向内摆动，实现手动压紧。

7.根据权利要求6所述的一种旋转式空间锁紧释放装置，其特征在于，手动依次松开锁紧螺钉(4)，减少压紧板(1)与壳体(2)之间的间隙，压紧板(1)通过长螺杆(3)将活动底板(9)向远离壳体(2)的方向推动，推动连杆(19)保持不动，在短连杆(18)与长连杆(21)共同作用下锁钩(22)向外摆动，实现手动解锁。

8.根据权利要求7所述的一种旋转式空间锁紧释放装置，其特征在于，手动操作组件的锁紧螺钉(4)保持不动时，活动底板(9)与壳体(2)之间由长螺杆(3)保持不动，爆炸螺栓(5)起爆后，在拉簧(15)的作用下，螺旋转盘(13)转动，螺旋圆柱副推出推动连杆(19)，在短连杆(18)与长连杆(21)共同作用下锁钩(22)向外摆动，实现自动释放解锁。

9.根据权利要求8所述的一种旋转式空间锁紧释放装置，其特征在于，锁钩组件有四组。

10.根据权利要求9所述的一种旋转式空间锁紧释放装置，其特征在于，拉簧(15)、拉簧固定螺钉(17)与拉簧连杆(14)分别有三个。

Images