CN113184229A - 一种联动式空间卡爪释放装置 - Google Patents

Abstract

一种联动式空间卡爪释放装置，包括手动操作组件、卡爪组件、火工解锁组件；操作螺钉穿过活动底板的中心孔与联动螺母连接；固定底板为环状结构，固定底板安装在壳体的一端，活动底板相对固定底板沿轴向滑动；若干组卡爪组件沿固定底板周向均匀分布，卡爪组件为铰链连杆机构，通过连杆机构连接联动螺母、壳体和卡爪，并通过伸出壳体上端盖的卡爪抓紧被固定的设备；火工解锁组件连接固定底板和活动底板，通过爆炸螺栓爆炸实现固定底板和活动底板的自动解锁。本发明可实现手动锁紧与释放、火工品自动释放功能，本发明具有地面可重复使用、卡爪组件联动、火工自动释放、手动操作简单、机构集成度高、动作可靠等特点。

Description

一种联动式空间卡爪释放装置

技术领域

本发明属于航空航天飞行器技术领域，涉及一种联动式空间卡爪释放装置，特别涉及一种空间站舱外或卫星舱外载荷与运动机构的卡爪释放装置。

背景技术

我国载人航天工程三期工程为空间站任务，空间站长期在轨运营阶段，需完成大量的舱外试验与工程应用，如舱外暴露载荷试验，舱外释放微小飞行器等任务等。另外现阶段多星发射任务较多，多数以运载火箭的分离机构实现，目前也有字母卫星同时入轨后再行分离的任务需求。无论是空间站任务需求还是卫星任务需求，发射段均需将舱外试验器件采用压紧机构可靠要紧，一方面保证舱体或卫星的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。

舱体或卫星随火箭入轨后，随舱体或卫星入轨的产品均需自动释放，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。

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。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：本发明提供一种联动式空间卡爪释放装置，该装置可压紧空间随舱体或卫星共同入轨的载荷或子星，克服运载火工发射段的力学环境载荷，保护载荷或子星产品发射段不发生损坏，入轨后能实现火工品自动解锁释放被压载荷或子星产品。

本发明所采用的技术方案如下：一种联动式空间卡爪释放装置，包括手动操作组件、卡爪组件、火工解锁组件；

手动操作组件包括操作螺钉、联动螺母、活动底板、固定底板和壳体；操作螺钉穿过活动底板的中心孔与联动螺母连接；固定底板为环状结构，固定底板安装在壳体的一端，活动底板相对固定底板沿轴向滑动；

若干组卡爪组件沿固定底板周向均匀分布，卡爪组件为铰链连杆机构，通过连杆机构连接联动螺母、壳体和卡爪，并通过伸出壳体上端盖的卡爪抓紧被固定的设备；

火工解锁组件连接固定底板和活动底板，通过爆炸螺栓爆炸实现固定底板和活动底板的自动解锁。

卡爪组件包括卡爪、连杆销、短连杆、摇杆、卡爪销和长连杆；卡爪一端通过卡爪销铰链连接在壳体的外壁，卡爪端部从壳体上端盖伸出；短连杆一端从壳体侧壁伸出后通过连杆销铰链连接在卡爪中部，另一端通过连杆销铰链连接在摇杆一端，摇杆与短连杆连接的一端通过连杆销与长连杆转动连接，摇杆另一端通过连杆销铰链连接固定底板，长连杆与联动螺母通过连杆销铰链连接。

卡爪组件有三组。

火工解锁组件包括连接杆、爆炸螺栓、拉簧固定支架和拉簧，两个拉簧固定支架分别安装在拉簧支杆一端和活动底板上，拉簧两端分别连接两个拉簧固定支架，拉簧支杆另一端固定在固定底板上；连接杆安装在活动底板上，固定底板上设置爆炸螺栓安装支架，爆炸螺栓端部穿过爆炸螺栓安装支架与连接杆端部连接。

爆炸螺栓有两个，对称布局在固定底板与活动底板之间。

壳体内侧120°均布设置3个拉簧。

手动拧紧操作螺钉时，联动螺母向靠近活动底板方向运动，同时带动卡爪组件的长连杆、摇杆与短连杆相对旋转运动，通过铰链机构转换为卡爪向内侧摆动，实现卡爪组件的手动锁紧运动。

手动松开操作螺钉时，联动螺母向远离活动底板的方向运动，同时带动卡爪组件的长连杆、摇杆与短连杆相对旋转运动，通过铰链机构转换为卡爪向外侧摆动，实现卡爪组件的手动解锁运动。

爆炸螺栓同时起爆后，解除活动底板与壳体之间的连接，在拉簧的同时作用下，活动底板相对于壳体向靠近壳体端盖方向滑动，同时带动卡爪组件的长连杆、摇杆与短连杆相对旋转运动，通过铰链机构转换为卡爪向外侧摆动，实现卡爪组件的自动释放运动。

本发明与现有技术相比的有益效果如下：

本发明的联动式空间卡爪释放装置具有地面手动重复锁紧与释放功能、火工自动释放功能。本发明的联动式空间卡爪释放装置提出爆炸螺栓与连杆机构高度集成，实现爆炸螺栓与拉簧控制卡爪组件联动功能。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。本发明采用火工与机构相结合的方案，可实现地面手动重复锁紧与解锁、火工品一次性火工释放的功能。本发明具有地面可重复使用、卡爪组件联动、火工自动释放、手动操作简单、机构集成度高、动作可靠等特点。

附图说明

图1为本发明的联动式空间卡爪释放装置布局与结构组成示意图；

图2为本发明联动式空间卡爪释放装置手动操作组件原理示意图；

图3是本发明的联动式空间卡爪释放装置卡爪组件原理示意图；

图4为本发明的联动式空间卡爪释放装置火工解锁组件原理示意图。

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，本发明的一种联动式空间卡爪释放装置包括手动操作组件、卡爪组件、火工解锁组件；

手动操作组件包括操作螺钉11、联动螺母10、活动底板9、固定底板7、壳体6，操作螺钉11穿过活动底板9光孔后与联动螺母10螺纹连接，固定底板7为环状结构，固定底板7安装在壳体6的一端，活动底板9相对固定底板7可轴向滑动。

卡爪组件有三组，沿固定底板7周向均匀分布；卡爪组件包括卡爪1、连杆销2、短连杆3、摇杆4、卡爪销5、长连杆8，卡爪1一端通过卡爪销5铰链连接在壳体6的外壁，卡爪1端部从壳体6上端盖伸出；短连杆3一端从壳体6侧壁伸出后通过连杆销2铰链连接在卡爪1中部，另一端通过连杆销2铰链连接在摇杆4一端，摇杆4与短连杆3连接的一端通过连杆销2与长连杆8转动连接，摇杆4另一端通过连杆销2铰链连接固定底板7，长连杆8与联动螺母10通过连杆销2铰链连接。

火工解锁组件包括连接杆12、爆炸螺栓13、拉簧固定支架14、拉簧15，两个拉簧固定支架14分别安装在拉簧支杆16一端和活动底板9上，拉簧15两端分别连接两个拉簧固定支架14，拉簧支杆16另一端固定在固定底板7上；连接杆12安装在活动底板9上，固定底板7上设置爆炸螺栓安装支架，爆炸螺栓13端部穿过爆炸螺栓安装支架与连接杆12端部连接。

手动操作组件的操作螺钉11与联动螺母10螺纹连接，操作螺钉11拧紧或松开的旋转运动通过螺纹副转换为联动螺母10的直线运动。联动螺母10与3组卡爪组件的长连杆8通过连杆销2组成铰链机构，3组卡爪组件的卡爪1与内壳6体通过卡爪销2组成铰链机构，卡爪组件的摇杆4与手动操作组件的壳体6通过连杆销组2成铰链机构。火工解锁组件的连接杆12与手动操作组件的活动底板9固定连接，爆炸螺栓13拧紧在固定底板7与连接杆12之间，形成活动底板9与固定底板7的刚性连接。卡爪组件通过3个卡爪1将被压产品的楔形法兰压紧在上端面。

如图2所示，本发明的联动式空间卡爪释放装置手动操作组件原理示意图。活动底板9中心预留一个通孔，操作螺钉11的头部为一段圆柱，与活动底板9中心孔间隙配合，操作螺钉11末端为一段普通螺纹，与联动螺母10组成螺纹副，从而将操作螺钉11的旋转运动转换为联动螺母的直线运动。活动底板9与壳体6之间为间隙配合，可沿着壳体6内壁轴向滑动，其相对位置由火工解锁组件固定。在火工解锁组件将活动底板9与壳体6相对位置固定后，拧紧操作螺钉11时，联动螺母10向下运动，同时带动3个卡爪组件的长连杆8、摇杆4与短连杆3相对旋转运动，通过铰链机构转换为卡爪1向内侧摆动，从而实现卡爪组件的手动锁紧运动。松开操作螺钉11时，联动螺母10向上运动，同时带动3个卡爪组件的长连杆8、摇杆4与短连杆3相对旋转运动，通过铰链机构转换为卡爪1向外侧摆动，从而实现卡爪组件的手动解锁运动。

如图3是本发明的一种联动式空间卡爪释放装置卡爪组件原理示意图。壳体6上120°均布设置3套卡爪组件压紧被压产品，保证被压产品受力均匀，可靠压紧；3个卡爪通过3个卡爪销5与壳体6形成铰链机构；短连杆3一端与卡爪1中部通过连杆销2形成铰链机构，另一端与摇杆4一端通过连杆销2形成铰链机构；摇杆4中部与长连杆8通过连杆销2形成铰链机构，另外一端与壳体6通过连杆销2形成铰链机构；3个卡爪组件的长连杆8与联动螺母10通过连杆销2形成铰链机构；所有铰链机构均旋转运动。手动解锁组件中联动螺母10向下运动时，通过长连杆8、摇杆4余短连杆3铰链机构运动传递，带动卡爪1向内侧摆动，完成手动压紧过程。如图2所示，手动解锁组件联动螺母10向上运动时，通过长连杆8、摇杆4与短连杆3铰链机构运动传递，带动卡爪1向外侧摆动，完成手动释放过程。联动螺母10的上下运动可通过手动调整操作螺钉11实现，也可通过爆炸螺栓13起爆解除刚性连接后，在拉簧15作用下向上运动。

如图4为本发明一种联动式空间卡爪释放装置火工解锁组件原理示意图；爆炸螺栓13对称布局在固定底板7与活动底板9之间，保证活动底板9与固定底板7之间压紧力可靠传递，不产生额外弯矩，壳体6内侧120°均布设置3个拉簧15，保证火工解锁后，活动底板9受均匀的轴向拉力，避免轴向运动过程中产生卡滞现象。手动操作组件的操作螺钉11拧紧后保持联动螺母10与活动底板9之间刚性连接，火工解锁组件的2个爆炸螺栓13同时起爆后，解除活动底板9与壳体6之间的刚性连接，在3个拉簧15同时作用下，活动底板9相对于壳体6向上滑动，同时带动3个卡爪组件的长连杆8、摇杆4与短连杆3相对旋转运动，通过铰链机构转换为卡爪1向外侧摆动，从而实现卡爪组件的自动释放运动。

综上，本发明的联动式空间卡爪释放装置提出爆炸螺栓与连杆机构高度集成，通过2个爆炸螺栓与3个拉簧控制3套卡爪组件联动的新方案。本发明具有地面手动重复锁紧与释放功能与空间火工自动释放功能。

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 (9)

1.一种联动式空间卡爪释放装置，其特征在于，包括手动操作组件、卡爪组件、火工解锁组件；

手动操作组件包括操作螺钉(11)、联动螺母(10)、活动底板(9)、固定底板(7)和壳体(6)；操作螺钉(11)穿过活动底板(9)的中心孔与联动螺母(10)连接；固定底板(7)为环状结构，固定底板(7)安装在壳体(6)的一端，活动底板(9)相对固定底板(7)沿轴向滑动；

若干组卡爪组件沿固定底板(7)周向均匀分布，卡爪组件为铰链连杆机构，通过连杆机构连接联动螺母(10)、壳体(6)和卡爪(1)，并通过伸出壳体(6)上端盖的卡爪(1)抓紧被固定的设备；

火工解锁组件连接固定底板(7)和活动底板(9)，通过爆炸螺栓(13)爆炸实现固定底板(7)和活动底板(9)的自动解锁。

2.根据权利要求1所述的一种联动式空间卡爪释放装置，其特征在于，卡爪组件包括卡爪(1)、连杆销(2)、短连杆(3)、摇杆(4)、卡爪销(5)和长连杆(8)；卡爪(1)一端通过卡爪销(5)铰链连接在壳体(6)的外壁，卡爪(1)端部从壳体(6)上端盖伸出；短连杆(3)一端从壳体(6)侧壁伸出后通过连杆销(2)铰链连接在卡爪(1)中部，另一端通过连杆销(2)铰链连接在摇杆(4)一端，摇杆(4)与短连杆(3)连接的一端通过连杆销(2)与长连杆(8)转动连接，摇杆(4)另一端通过连杆销(2)铰链连接固定底板(7)，长连杆(8)与联动螺母(10)通过连杆销(2)铰链连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种联动式空间卡爪释放装置，其特征在于，卡爪组件有三组。

4.根据权利要求3所述的一种联动式空间卡爪释放装置，其特征在于，火工解锁组件包括连接杆(12)、爆炸螺栓(13)、拉簧固定支架(14)和拉簧(15)，两个拉簧固定支架(14)分别安装在拉簧支杆(16)一端和活动底板(9)上，拉簧(15)两端分别连接两个拉簧固定支架(14)，拉簧支杆(16)另一端固定在固定底板(7)上；连接杆(12)安装在活动底板(9)上，固定底板(7)上设置爆炸螺栓安装支架，爆炸螺栓(13)端部穿过爆炸螺栓安装支架与连接杆(12)端部连接。

5.根据权利要求4所述的一种联动式空间卡爪释放装置，其特征在于，爆炸螺栓(13)有两个，对称布局在固定底板(7)与活动底板(9)之间。

6.根据权利要求5所述的一种联动式空间卡爪释放装置，其特征在于，壳体(6)内侧120°均布设置3个拉簧(15)。

7.根据权利要求6所述的一种联动式空间卡爪释放装置，其特征在于，手动拧紧操作螺钉(11)时，联动螺母(10)向靠近活动底板(9)方向运动，同时带动卡爪组件的长连杆(8)、摇杆(4)与短连杆(3)相对旋转运动，通过铰链机构转换为卡爪(1)向内侧摆动，实现卡爪组件的手动锁紧运动。

8.根据权利要求7所述的一种联动式空间卡爪释放装置，其特征在于，手动松开操作螺钉(11)时，联动螺母(10)向远离活动底板(9)的方向运动，同时带动卡爪组件的长连杆(8)、摇杆(4)与短连杆(3)相对旋转运动，通过铰链机构转换为卡爪(1)向外侧摆动，实现卡爪组件的手动解锁运动。

9.根据权利要求8所述的一种联动式空间卡爪释放装置，其特征在于，爆炸螺栓(13)同时起爆后，解除活动底板(9)与壳体(6)之间的连接，在拉簧(15)的同时作用下，活动底板(9)相对于壳体(6)向靠近壳体(6)端盖方向滑动，同时带动卡爪组件的长连杆(8)、摇杆(4)与短连杆(3)相对旋转运动，通过铰链机构转换为卡爪(1)向外侧摆动，实现卡爪组件的自动释放运动。

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