CN113184230B - 一种空间压紧释放装置 - Google Patents

Abstract

一种空间压紧释放装置，包括：压板、压板转轴、壳体、分离螺母、外罩、卡线板、螺杆、锁紧螺母、吊板转轴、吊板扭簧、压簧、螺母、销轴、滚轮支架、滚轮、底盖、导向支架、挡板、右压板扭簧、左压板扭簧、限位螺母、吊板、固定底座和压紧件。本发明提出的一种空间压紧释放装置，可手动压紧、手动释放、空间火工释放功能产品，该产品将机构、弹簧与火工品高度集成，实现火工起爆后机构在弹簧力驱动下可靠释放压紧件。本发明有效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。

Description

一种空间压紧释放装置

技术领域

本发明涉及一种空间压紧释放装置，特别涉及一种空间舱外机械臂或其他机构类产品的压紧释放装置，属于航空航天飞行器技术领域。

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。但是现有产品均为结构类产品，无法满足地面多次试验验证工作需求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种空间压紧释放装置,该装置可压紧空间机械臂或其他机构类产品，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。入轨后能实现分离螺母火工品起爆自动释放被压产品。

本发明的技术解决方案是：

一种空间压紧释放装置，包括：压板、压板转轴、壳体、分离螺母、外罩、卡线板、螺杆、锁紧螺母、吊板转轴、吊板扭簧、压簧、螺母、销轴、滚轮支架、滚轮、底盖、导向支架、挡板、右压板扭簧、左压板扭簧、限位螺母、吊板、固定底座和压紧件；

压板转轴与吊板转轴穿过壳体，并由限位螺母固定，左压板扭簧与右压板扭簧安装在压板转轴上，左压板扭簧与右压板扭簧两端的扭柄分别固定在压板与壳体之间，保证压板与壳体之间保持预紧力；挡板安装在壳体上，限制压板的运动角度；

吊板扭簧安装在吊板转轴上，吊板扭簧两端的扭柄固定在吊板与壳体之间，保证吊板与壳体之间保持预紧力；

分离螺母通过安装法兰固定在壳体上端面，外罩套装在分离螺母外侧，卡线板固定在外罩顶部，螺杆顶端安装在分离螺母上，螺杆穿过吊板的预留通孔后由锁紧螺母固定，通过调整锁紧螺母的位置，带动吊板与压板运动，将压紧件压紧在固定底座上，压紧力由粘贴在压板上的应变片控制；

滚轮通过销轴安装在滚轮支架上组成滚轮组件，四套滚轮组件安装在导向支架上，导向支架与壳体之间布置四个压簧，从而组成拨杆组件，拨杆组件通过螺母安装在螺杆底端；拨杆组件与壳体之间设置四个压簧，在壳体与拨杆组件之间形成预紧力，底盖固定在壳体上，限制拔杆组件及螺杆运动的极限位置；

分离螺母通电后火工品起爆释放螺杆，螺杆与锁紧螺母在四个压簧的作用下，通过拔杆组件向下运动，解除锁紧螺母对吊板的刚性约束，吊板在吊板扭簧作用下向下翻转，压板在左压板扭簧与右压板扭簧作用下向下翻转，释放对压紧件的压紧力，从而保证压紧件与固定底座分离，完成火工释放动作。

进一步的，压板、压板转轴、壳体、吊板转轴、吊板、吊板扭簧、挡板、右压板扭簧、左压板扭簧与限位螺母组成压紧组件；压板、右压板扭簧与左压板扭簧套装在压板转轴上，压板可相对于压板转轴旋转，形成旋转副；压板转轴穿过壳体前端的转轴孔，并由限位螺母固定，右压板扭簧的一端扭柄与左压板扭簧的一端扭柄均与压板固定，另外一端扭柄均与壳体固定，从而在压板与壳体之间形成预紧力，推动压板相对与壳体的旋转动作。

进一步的，吊板与吊板扭簧套装在吊板转轴上，吊板可相对于吊板转轴旋转，形成旋转副；吊板转轴穿过壳体后端的转轴孔，并由限位螺母固定，吊板扭簧的一端扭柄与吊板固定，另外一端扭柄与壳体固定，从而在吊板与壳体之间形成预紧力，推动吊板相对与壳体的旋转动作。

进一步的，压板一端与压紧件通过圆柱面接触，另一端通过圆柱面与吊板前端平面接触，吊板中央设置一个球形面与通孔，挡板固定在壳体上，限制压板翻转运动的极限位置。

进一步的，分离螺母、外罩、卡线板、螺杆、锁紧螺母与螺母组成火工组件；锁紧螺母上端为球面，拧紧时锁紧螺母的上端球面与吊板中央的球形面接触。

进一步的，压紧件置于固定底座上，壳体与固定底座通过螺纹连接，壳体法兰与固定底座之间设置调力垫片，通过选择不同厚度的调力垫片调整壳体法兰与固定底座安装面的间隙，控制压板压紧压紧件时的变形量，施加不同的压紧力将压紧件压紧在固定底座上；通过拧紧安装螺钉施加压紧力，与之相反，拆除安装螺钉实现释放被压紧件。

进一步的，处于压紧状态时，压紧件上的压紧力通过压板、压板转轴、吊板、吊板转轴、壳体传递到分离螺母的螺杆上，从而在螺杆与分离螺母之间形成预紧力。

进一步的，左压板扭簧、右压板扭簧与吊板扭簧其中任一个扭簧起作用，即可推动压板与吊板的翻转运动，实现火工释放；拔杆组件与壳体之间设置四个压簧，任一压簧的弹簧力即可推动拔杆组件完成拔杆动作。

进一步的，压板上粘贴应变片，压紧前采用拉力机完成应变片与压紧力的标定试验，压紧过程中采集应变精确控制压紧力。

进一步的，限位螺母受拉力，限位螺母拧紧在压板转轴上，限位螺母与壳体之间预留间隙；限位螺母受拉力，限位螺母拧紧在吊板转轴上，限位螺母与壳体之间预留间隙。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明提出的空间压紧释放装置，是一种火工与机构相结合的方案，可实现地面手动重复压紧与释放、入轨后分离螺母一次性火工释放的功能。具有地面可重复使用、压紧力可调、自动释放、操作简单、机构集成度高、动作可靠等特点。

(2)本发明的一种空间压紧释放装置具有地面手动重复压紧与释放功能与空间一次性火工自动释放功能。具有地面可重复使用、压紧力可调、自动释放、操作简单、机构集成度高、动作可靠等特点。

(3)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。本发明的一种空间压紧释放装置提出一种可手动压紧、手动释放、空间火工释放功能产品，该产品将机构、弹簧与火工品高度集成，实现火工起爆后机构在弹簧力驱动下可靠释放压紧件。本发明有效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。

附图说明

图1为本发明的空间压紧释放装置整体布局与结构组成示意图；

图2为本发明的空间压紧释放装置活动部件布局示意图；

图3为本发明的空间压紧释放装置压紧状态原理示意图；

图4是本发明的空间压紧释放装置火工释放状态原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。

如图1、2、3、4所示，本发明公开了一种空间压紧释放装置，包括压板1、压板转轴2、壳体3、分离螺母4、外罩5、卡线板6、螺杆7、锁紧螺母8、吊板转轴9、吊板扭簧10、压簧11、螺母12、销轴13、滚轮支架14、滚轮15、底盖16、导向支架17、挡板18、右压板扭簧19、左压板扭簧20、限位螺母21、调力垫片22、吊板23、固定底座24、压紧件25、安装螺钉26。

其中压板1、压板转轴2、壳体3、吊板转轴9、吊板23、吊板扭簧10、挡板18、右压板扭簧19、左压板扭簧20与限位螺母21组成压紧组件；分离螺母4、外罩5、卡线板6、螺杆7、锁紧螺母8与螺母12组成火工组件；压簧11、销轴13、滚轮支架14、滚轮15、底盖16与导向支架17组成拔杆组件。

压板转轴2与吊板转轴9穿过壳体3，并由限位螺母21固定，左压板扭簧20与右压板扭簧19安装在压板转轴2上，两端扭柄分别固定在压板1与壳体3之间，保证压板1与壳体3之间保持预紧力；吊板扭簧10安装在吊板转轴9上，两端扭柄固定在吊板23与壳体3之间，保证吊板23与壳体3之间保持预紧力；挡板18安装在壳体3上，限制压板1的运动角度。螺杆7一端安装在分离螺母4上，螺杆7穿过吊板后由锁紧螺母8固定，通过调整锁紧螺母的位置，带动吊板23与压板1运动，将压紧件25压紧在固定底座24上，压紧力可由粘贴在压板1上的应变片控制；滚轮15通过销轴13安装在滚轮支架14上组成滚轮组件，4套滚轮组件安装在导向支架17上，导向支架17与壳体3之间布置4个压簧11，从而组成拨杆组件，拨杆组件通过螺母12安装在螺杆7上。分离螺母4通电后火工品起爆释放螺杆7，螺杆7与锁紧螺母8在4个压簧11的作用下，通过拔杆组件向下运动，解除对吊板23的刚性约束，吊板23在吊板扭簧10作用下向下反转，压板1在左压板扭簧20与右压板扭簧19作用下向下反转，释放对压紧件25的压紧力，从而完成火工释放动作。地面压紧时，通过选配调力垫片22厚度，控制壳体3与固定底座24的间隙，通过拧紧安装螺钉26手动施加压紧力，与之相反，拆除安装螺钉26可实现手动释放被压紧件。

压板1、压板转轴2、壳体3、吊板转轴9、吊板23、吊板扭簧10、挡板18、右压板扭簧19、左压板扭簧20与限位螺母21组成压紧组件。压板1、右压板扭簧19与左压板扭簧20套装在压板转轴2上，压板1可相对于压板转轴2旋转，形成旋转副，压板转轴2穿过壳体3前端的转轴孔，并由限位螺母21固定，右压板扭簧19与左压板扭簧20的一端扭柄与压板1固定，另外一端扭柄与壳体3固定，从而在压板1与壳体3之间形成预紧力，推动压板1相对与壳体3的旋转动作。

吊板23与吊板扭簧10套装在吊板转轴9上，吊板23可相对于吊板转轴9旋转，形成旋转副，吊板转轴9穿过壳体3后端的转轴孔，并由限位螺母21固定，吊板扭簧10的一端扭柄与吊板23固定，另外一端扭柄与壳体3固定，从而在吊板23与壳体3之间形成预紧力，推动吊板23相对与壳体3的旋转动作。压板1一端与压紧件25通过圆柱面接触，另一端通过圆柱面与吊板23前端平面接触，吊板23中央设置一个球形面与通孔，挡板18固定在壳体上，限制压板1翻转运动的极限位置。

分离螺母4、外罩5、卡线板6、螺杆7、锁紧螺母8与螺母12组成火工组件。分离螺母4通过安装法兰固定在壳体3上端面，分离螺母4的螺杆7穿过吊板23的预留通孔，锁紧螺母8拧紧在螺杆7上，锁紧螺母8上端为球面，拧紧时锁紧螺母8的上端球面与吊板23中央的球形面接触。

压簧11、销轴13、滚轮支架14、滚轮15、底盖16与导向支架17组成拔杆组件。2个滚轮通过2个销轴安装在1个滚轮支架上形成滚轮组件，4个滚轮组件安装在导向支架17上组成拨杆组件，拨杆组件通过螺母12固定在螺杆上7，拨杆组件与壳体3之间设置4个压簧11，在壳体3与拨杆组件之间形成预紧力，底盖16固定在壳体3上，限制拔杆组件及螺杆7运动的极限位置。

压紧件25置于固定底座24上，壳体3与固定底座24通过螺纹连接，壳体3法兰与固定底座24之间设置调力垫片22，通过选择不同厚度的调力垫片22调整壳体3法兰与固定底座24安装面的间隙，控制压板1压紧压紧件25时的变形量，施加不同的压紧力将压紧件25压紧在固定底座24上。

本发明的一种空间压紧释放装置可实现手动压紧与释放、分离螺母火工自动释放功能，本发明具有地面可重复使用、压紧力可调、自动释放、操作简单、机构集成度高、动作可靠等特点。

本发明实施例：

如图2所示，本发明的一种空间压紧释放装置活动部件布局示意图。压板转轴2穿过壳体3前端两个预留孔，压板转轴2一端由自身的法兰与壳体3限位，另外一端由限位螺母21固定，为避免压板转轴2受力弯曲变形时，限位螺母21受拉力，限位螺母21拧紧在压板转轴2上，限位螺母21与壳体3之间预留间隙；右压板扭簧19与左压板扭簧20以压板转轴2作为导向轴，套装在压板1的左右两侧，2个扭簧的一端扭柄穿在压板1预留孔内，与压板1固连，另外一端扭柄穿在壳体3两内侧面的预留孔内，与壳体3固定，从而施加压板1与壳体3之间预紧力。

吊板转轴9穿过壳体3后端两个预留孔，吊板转轴9一端由自身的法兰与壳体3限位，另外一端由限位螺母21固定，为避免吊板转轴9受力弯曲变形时，限位螺母21受拉力，限位螺母21拧紧在吊板转轴9上，限位螺母21与壳体3之间预留间隙；吊板扭簧10以吊板转轴9作为导向轴，套装在吊板23中间预留位置，吊板扭簧10的一端扭柄穿在吊板23预留孔内，与吊板23固连，另外一端扭柄与壳体3内侧面接触，从而施加吊板23与壳体3之间预紧力。压板1后端圆柱面与吊板23的前端面接触，锁紧螺母8上端凸球面与吊板23下端凹球面接触，避免锁紧螺母8与螺杆7拧紧时不同轴产生额外载荷。

分离螺母选用一种双火工品双作动机构互为备份的产品，其中任意一个火工品起爆，或任意一套作动机构动作均可释放螺杆，从而提高压紧机构在轨释放的可靠性。

如图3为本发明的一种空间压紧释放装置压紧状态原理示意图。压紧件25置于固定底座24上，壳体3通过安装螺钉26与调力垫片22安装在固定底座24上，压板转轴2通过限位螺母21安装在壳体3上，吊板转轴9通过限位螺母21安装在壳体3上。压板1套装在压板转轴2上，右压板扭簧19与左压板扭簧20处于处于预紧状态，保持压板1解锁后反向旋转的驱动力，吊板23套装在吊板转轴9上，吊板扭簧10处于预紧状态，保持吊板23解锁后反向旋转的驱动力。压板1对压紧件25上的压紧力通过压板1与压板转轴2传递到吊板23前端面，通过吊板23与吊板转轴9传递到锁紧螺母8上，进一步传递到螺杆7与分离螺母4与壳体3上，最终实现压紧。

8个销轴13、4滚轮支架14、8个滚轮15组成4个滚轮组件，4个滚轮组件安装在导向支架17上，导向支架17通过螺母12安装在螺杆7上，8个滚轮15在壳体3内壁指定位置接触，导向支架17与壳体3之间设置4个压簧11，压紧状态下4个压簧11处于压紧状态，在导向支架17与壳体3之间保持预紧力。底盖16安装壳体壳体3下端面，用于限制导向支架向下运动的运动范围，挡板18安装在壳体3前端开口处，用于限制压板1翻转运动的极限位置。

如图4是本发明的一种空间压紧释放装置火工释放状态原理示意图。分离螺母4通电后火工品起爆，释放对螺杆7的轴向约束，导向支架17通过螺母12与锁紧螺母8固定在螺杆7上，导向支架17上的4个滚轮组件的8个滚轮15沿壳体3内壁滚动，导向支架17在4个压簧11作用下，向底盖16方向运动指定距离，并由4个压簧11压紧在底盖16上。吊板23在吊板扭簧10作用下，绕吊板转轴9向下翻转指定角度，并由吊板扭簧10的剩余预紧力压紧在锁紧螺母8上端面。压板1在右压板扭簧19与左压板扭簧20共同作用下向下翻转指定角度，并由右压板扭簧19与左压板扭簧20的剩余预紧力压紧在挡板18上，从而解除压板1对压紧件25的压紧力，完成释放动作。火工释放后，除压紧件25外，其他所有零件均通过壳体3固定在固定底座24上。

本发明的一种空间压紧释放装置提出一种火工与机构相结合的方案，可实现地面手动重复压紧与释放、入轨后分离螺母一次性火工释放的功能。本发明提出的一种空间压紧释放装置技术特点为具有地面可重复使用、压紧力可调、自动释放、操作简单、机构集成度高、动作可靠等。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域的公知技术。

Claims (8)

1.一种空间压紧释放装置，其特征在于包括：压板（1）、压板转轴（2）、壳体（3）、分离螺母（4）、外罩（5）、卡线板（6）、螺杆（7）、锁紧螺母（8）、吊板转轴（9）、吊板扭簧（10）、压簧（11）、螺母（12）、销轴（13）、滚轮支架（14）、滚轮（15）、底盖（16）、导向支架（17）、挡板（18）、右压板扭簧（19）、左压板扭簧（20）、限位螺母（21）、吊板（23）、固定底座（24）和压紧件（25）；

压板转轴（2）与吊板转轴（9）穿过壳体（3），并由限位螺母（21）固定，左压板扭簧（20）与右压板扭簧（19）安装在压板转轴（2）上，左压板扭簧（20）与右压板扭簧（19）两端的扭柄分别固定在压板（1）与壳体（3）之间，保证压板（1）与壳体（3）之间保持预紧力；挡板（18）安装在壳体（3）上，限制压板（1）的运动角度；

吊板扭簧（10）安装在吊板转轴（9）上，吊板扭簧（10）两端的扭柄固定在吊板（23）与壳体（3）之间，保证吊板（23）与壳体（3）之间保持预紧力；

分离螺母（4）通过安装法兰固定在壳体（3）上端面，外罩（5）套装在分离螺母（4）外侧，卡线板（6）固定在外罩（5）顶部，螺杆（7）顶端安装在分离螺母（4）上，螺杆（7）穿过吊板（23）的预留通孔后由锁紧螺母（8）固定，通过调整锁紧螺母（8）的位置，带动吊板（23）与压板（1）运动，将压紧件（25）压紧在固定底座（24）上，压紧力由粘贴在压板（1）上的应变片控制；

滚轮（15）通过销轴（13）安装在滚轮支架（14）上组成滚轮组件，四套滚轮组件安装在导向支架（17）上，导向支架（17）与壳体（3）之间布置四个压簧（11），从而组成拨杆组件，拨杆组件通过螺母（12）安装在螺杆（7）底端；拨杆组件与壳体（3）之间设置四个压簧（11），在壳体（3）与拨杆组件之间形成预紧力，底盖（16）固定在壳体（3）上，限制拔杆组件及螺杆（7）运动的极限位置；

分离螺母（4）通电后火工品起爆释放螺杆（7），螺杆（7）与锁紧螺母（8）在四个压簧（11）的作用下，通过拔杆组件向下运动，解除锁紧螺母（8）对吊板（23）的刚性约束，吊板（23）在吊板扭簧（10）作用下向下翻转，压板（1）在左压板扭簧（20）与右压板扭簧（19）作用下向下翻转，释放对压紧件（25）的压紧力，从而保证压紧件（25）与固定底座（24）分离，完成火工释放动作；

压板（1）、压板转轴（2）、壳体（3）、吊板转轴（9）、吊板（23）、吊板扭簧（10）、挡板（18）、右压板扭簧（19）、左压板扭簧（20）与限位螺母（21）组成压紧组件；压板（1）、右压板扭簧（19）与左压板扭簧（20）套装在压板转轴（2）上，压板（1）可相对于压板转轴（2）旋转，形成旋转副；压板转轴（2）穿过壳体（3）前端的转轴孔，并由限位螺母（21）固定，右压板扭簧（19）的一端扭柄与左压板扭簧（20）的一端扭柄均与压板（1）固定，另外一端扭柄均与壳体（3）固定，从而在压板（1）与壳体（3）之间形成预紧力，推动压板（1）相对与壳体（3）的旋转动作；

吊板（23）与吊板扭簧（10）套装在吊板转轴（9）上，吊板（23）可相对于吊板转轴（9）旋转，形成旋转副；吊板转轴（9）穿过壳体（3）后端的转轴孔，并由限位螺母（21）固定，吊板扭簧（10）的一端扭柄与吊板（23）固定，另外一端扭柄与壳体（3）固定，从而在吊板（23）与壳体（3）之间形成预紧力，推动吊板（23）相对与壳体（3）的旋转动作。

2.根据权利要求1所述的一种空间压紧释放装置，其特征在于：压板（1）一端与压紧件（25）通过圆柱面接触，另一端通过圆柱面与吊板（23）前端平面接触，吊板（23）中央设置一个球形面与通孔，挡板（18）固定在壳体上，限制压板（1）翻转运动的极限位置。

3.根据权利要求2中所述的一种空间压紧释放装置，其特征在于：分离螺母（4）、外罩（5）、卡线板（6）、螺杆（7）、锁紧螺母（8）与螺母（12）组成火工组件；锁紧螺母（8）上端为球面，拧紧时锁紧螺母（8）的上端球面与吊板（23）中央的球形面接触。

4.根据权利要求3所述的一种空间压紧释放装置，其特征在于：压紧件（25）置于固定底座（24）上，壳体（3）与固定底座（24）通过螺纹连接，壳体（3）法兰与固定底座（24）之间设置调力垫片（22），通过选择不同厚度的调力垫片（22）调整壳体（3）法兰与固定底座（24）安装面的间隙，控制压板（1）压紧压紧件（25）时的变形量，施加不同的压紧力将压紧件（25）压紧在固定底座（24）上；通过拧紧安装螺钉（26）施加压紧力，与之相反，拆除安装螺钉（26）实现释放被压紧件。

5.根据权利要求4所述的一种空间压紧释放装置，其特征在于：处于压紧状态时，压紧件（25）上的压紧力通过压板（1）、压板转轴（2）、吊板（23）、吊板转轴（9）、壳体（3）传递到分离螺母（4）的螺杆（7）上，从而在螺杆（7）与分离螺母（4）之间形成预紧力。

6.根据权利要求4所述的一种空间压紧释放装置，其特征在于：左压板扭簧（19）、右压板扭簧（20）与吊板扭簧（10）其中任一个扭簧起作用，即可推动压板（1）与吊板（23）的翻转运动，实现火工释放；拔杆组件与壳体（3）之间设置四个压簧（11），任一压簧（11）的弹簧力即可推动拔杆组件完成拔杆动作。

7.根据权利要求4所述的一种空间压紧释放装置，其特征在于：压板（1）上粘贴应变片，压紧前采用拉力机完成应变片与压紧力的标定试验，压紧过程中采集应变精确控制压紧力。

8.根据权利要求1所述的一种空间压紧释放装置，其特征在于：限位螺母（21）受拉力，限位螺母（21）拧紧在压板转轴（2）上，限位螺母（21）与壳体（3）之间预留间隙；限位螺母（21）受拉力，限位螺母（21）拧紧在吊板转轴（9）上，限位螺母（21）与壳体（3）之间预留间隙。

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