CN114455108B - 一种空间站机械加注装置及工质加注方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空间站机械加注装置及工质加注方法，属于空间站工质加注技术领域，解决了现有技术中的简单的加注器不能重复使用，且加注量不精准的问题。本发明的空间站机械加注装置，将加注桶安装在加注组件上，旋转手轮并通过传动丝杠带动传动螺母下移，进而推动加注活塞下移，加注活塞将加注桶中的工质通过加注口注入设备，完成加注。本发明通过调整传动丝杠和传动螺母的传动精度，能够实现对加注精度的调节，实现了在太空环境中能够保证宇航员在工作与试验操作中定量加注工质，提高了宇航员在太空中的工作效率与加注精准度。

Description

一种空间站机械加注装置及工质加注方法

技术领域

本发明涉及空间站工质加注技术领域，尤其涉及一种空间站机械加注装置及工质加注方法。

背景技术

随着我国航天事业的快速发展，空间站将成为中国空间科学和空间技术研究实验的重要基地，一般空间站在轨运营10年以上，宇航员在空间驻留时间长，在空间站内生活与执行空间试验任务需要定量加注工质，简单的加注器不能重复使用，加注量不精准，需要宇航员观察控制，密封不完备易污染宇航员的工作环境，因此需要有一种定量可重复使用的加注装置。

目前，针对宇航员在太空中的加注装置还没有成熟的产品，在太空中进行日常的行动较费力，因此需要提供加注装置可以有效提高加注效率以及加注精准度。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种空间站机械加注装置及工质加注方法，用以解决现有加注装置还没有成熟的产品，在太空中进行日常的行动较费力，在空间站内生活与执行空间试验任务需要定量加注工质，简单的加注器不能重复使用，加注量不精准，需要宇航员观察控制，密封不完备易污染宇航员的工作环境的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种空间站机械加注装置，其特征在于，包括：加注桶和加注组件；加注组件包括：手轮、传动机构和加注结构架；传动机构与手轮连接，传动机构能够将手轮的旋转运动转换为直线位移；加注桶安装在加注结构架内部，且加注桶内设置加注活塞；手轮能够通过传动机构驱动加注活塞发生位移，加注活塞下压时能够将加注桶中工质排出进行加注。

进一步地，加注桶还包括：加注桶体和加注口；加注口设置在加注桶体的下部，且加注口与被加注设备连接；加注活塞设置在加注桶体的上方，且能够密封加注桶体。

进一步地，传动机构包括：传动丝杠和传动螺母；传动丝杠和传动螺母组成丝杠螺母副；传动丝杠与手轮连接；传动螺母能够推动加注活塞下移。

进一步地，传动螺母与加注结构架滑动连接；传动丝杠与加注结构架转动连接。

进一步地，加注结构架上设置导轨，传动螺母上设置卡合部；卡合部与导轨滑动连接。

进一步地，加注结构架上设置滑槽，传动螺母上设置凸出部；凸出部能够在滑槽中滑移。

进一步地，凸出部上固定设置指示键。加注结构架的上方设置上支筒，传动螺母位于上支筒内部；滑槽设置在上支筒上；凸出部能够通过滑槽伸出上支筒；且凸出部上安装指示键。

进一步地，上支筒上设置体积刻度，指示刻度位于滑槽的两侧。

进一步地，传动螺母的下方固定安装下压套筒，下压套筒与加注活塞接触。

一种工质加注方法，采用空间站机械加注装进行加注，包括以下步骤：

步骤S1：将加注桶安装到加注组件中；

步骤S2：连接加注口和待加注设备；

步骤S3：旋转手轮，通过传动机构传递位移，下压加注桶上的加注活塞，完成加注。

本发明技术方案至少能够实现以下效果之一：

1.实现了不同工质独立加注。

本发明的空间站机械加注装置，通过将加注桶安装在加注组件上，完成加注，不同的加注桶中储存不同的工质，宇航员通过更换加注桶可以加注所需的不同工质，且不会相互污染。

2.保证了加注精确度。

本发明的空间站机械加注装置，通过手轮旋转传动丝杠，通过传动丝杠和传动螺母沟槽丝杠螺母副，将转动角位移转换为直线位移输出，传动丝杠旋转带动传动螺母下移，进而推动加注活塞下移，加注活塞将加注桶中的工质通过加注口注入设备，完成加注，通过调整传动丝杠和传动螺母的传动精度，能够实现对加注精度的调节，传动丝杠和传动螺母的传动精度越高，加注量的精确度越高。

3.实现了加注稳定性。

本发明的空间站机械加注装置，将传动螺母与加注结构架上方的上支筒通过轴承连接，在实现了相对转动的基础上，保证传动丝杠只能发生沿自身轴线的转动而不会发生偏转，保证了加注过程的稳定性。

4.加注量可视化。

本发明的空间站机械加注装置，在上支筒上设置体积刻度，进一步地在传动螺母上安装指示键，旋转手轮使传动丝杠转动时，传动螺母和指示键沿上支筒上的滑槽下移，通过观察指示键处于不同位置时对应的体积刻度的刻度值，能够得知加注量。

本发明提供的空间站机械加注装置，在太空环境中能够保证宇航员在工作与试验操作中定量加注工质，在太空失重的情况下，提高了宇航员在太空中的工作效率与加注精准度。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明的空间站机械加注装置；

图2为加注桶；

图3为本发明的空间站机械加注装置传动示意图；

图4为本发明的空间站机械加注装置剖视图。

附图标记：

1.加注桶体；2.加注口；3.加注活塞；4.手轮；5.传动丝杠；6.传动螺母；7.指示键；8.固定抱带；9.加注结构架；10-上支筒；11-下压套筒。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

本发明的一个具体实施例，公开了一种空间站机械加注装置，如图1-图4所示，属于空间站工质加注领域，解决了在太空环境下宇航员在工作与试验操作中定量加注的技术问题。

本实施例的空间站机械加注装置，包括：加注桶与加注组件。

其中，加注桶包括：加注桶体1、加注口2和加注活塞3。加注桶体1用于储存需要宇航员加注的工质，例如超纯水、油、或需要使用的化学工质等。加注口2设置在加注桶体1的下方，加注口2能够与被加注设备连接，将加注桶体1中储存的工质加注到设备中。加注活塞3设置在加注桶体1的上方，能够密封加注桶体1，且加注活塞3下压时能够促进加注桶体1内部的工质从加注口2排出。

进一步地，在加注桶体1的上方设置直径小于加注活塞3的限位部，限位部用于限制加注活塞3相对于加注桶体1的向上位移，防止加注活塞3脱离加注桶体1，保证加注桶的密封效果。

进一步地，加注活塞3与加注桶体1之间安装有密封圈，通过密封圈实现对加注桶的有效密封。

加注组件包括：传动机构、加注结构架9和下压结构。

加注桶通过加注结构架9进行固定，加注结构架9的上方设置下压结构和传动机构。通过手动或电动的方式向传动机构输入角位移，传动机构能够将角度位移转化为下压结构的下压位移(直线位移)，下压结构设置在加注桶的加注活塞3的上方，下压结构向下移动时，能够下压加注活塞3进行加注。

本发明的空间站机械加注装置用于对宇航员在太空中生活以及试验任务的定量精确加注的需求，将需要加注的工质通过加注桶安装在机械加注装置内部，手动旋转加注装置，完成加注桶内部工质的加注。

本发明的一种具体实施方式中，加注结构架9上设置能够容纳加注桶的容纳空腔，容纳空腔与加注桶体1形状相同，加注桶体1嵌合在容纳空腔中，并通过固定抱带8进行固定。

进一步地，固定抱带8为环形带，固定抱带8与加注结构架9之间通过第一螺栓连接。

进一步地，加注结构架9的上方设置通孔，为下压结构提供避让空间，方便下压结构与加注桶的加注活塞3接触，下压结构推动加注活塞3下移进行加注。

优选地，不同的加注桶中储存不同的工质，宇航员通过更换加注桶可以加注所需的不同工质，且不会相互污染。

本发明的一种具体实施方式中，传动结构包括：传动丝杠5和传动螺母6。其中，传动丝杠5的外部套设传动螺母6，传动丝杠5和传动螺母6通过螺纹耦合，传动丝杠5和传动螺母6组成丝杠螺母副。

进一步地，传动丝杠5与手轮4固定连接，旋转手轮4能够使传动丝杠5同步旋转，传动丝杠5旋转过程中，传动螺母6相对于传动丝杠5转动，且能够沿传动丝杠5上下移动。传动螺母6下移时，能够同时推动下压结构下移，下压结构向下推动加注活塞3，实现加注。

本发明的一种具体实施方式中，加注结构架9的上方固定安装上支筒10，上支筒10与加注结构架9之间通过第三螺栓连接。或者上支筒10与加注结构架9为一体结构，上支筒10为加注结构架9的一部分。

本发明的一种具体实施方式中，传动丝杠5与手轮4之间通过固定销货固定螺丝紧固为一体。

本发明的一种具体实施方式中，传动丝杠5与上支筒10之间转动连接，转动手轮4能够使传动丝杠5相对于上支筒10(或加注结构架9)旋转。

进一步地，上支筒10的上方固定安装上端盖，上端盖与上支筒10之间通过焊接、粘接或螺钉连接。

进一步地，传动丝杠5与上端盖之间通过轴承连接。具体的，传动丝杠5套设在安装孔中，上端盖的中间设置安装孔，安装孔中安装轴承，且传动丝杠5与轴承内圈过盈配合。也就是说，轴承设置在传动丝杠5和上端盖之间，传动丝杠5通过轴承相对于上端盖转动。

值得注意的是，上端盖和传动丝杠5之间通过轴承连接，轴承保证了传动丝杠5旋转时的轴线的稳定性，即传动丝杠5的轴线始终与轴承的中心轴线重合，保证了传动过程中传动丝杠5仅发生沿自身轴线的旋转，而不会发生偏转，保证了加注过程的稳定性，有利于确保加注量的精确度。

本发明的一种具体实施方式中，下压结构为下压套筒11，下压套筒11与传动螺母6固定连接。具体地，下压套筒11的上端设置固定部，固定部与传动螺母6通过第二螺栓连接固定。旋转手轮4使传动丝杠5带动传动螺母6下移时，下压套筒11同步传动螺母6向下移动且下压加注活塞3。

本发明的一种具体实施方式中，下压套筒11的底部设置圆柱形的活塞柱，加注活塞3上设置活塞孔，活塞柱套设在活塞孔中，下压套筒11与加注活塞3通过螺塞柱和活塞孔连接或接触。

进一步地，加注结构架9的底部设置支撑结构，支撑结构能够上下移动，用于推动加注桶体1上的加注活塞3与下压套筒11接触。保证加注的顺利进行，支撑结构用于限制加注桶体1的初始位置，保证加注桶体1与加注结构架9之间的相对位置的固定，进而保证加注准确度。

本发明的一种具体实施方式中，传动螺母6与上支筒10之间滑动连接，旋转手轮4使传动丝杠5旋转时，传动螺母6相对于上支筒10滑移。

本发明的一种具体实施方式中，上支筒10上设置沿筒身轴线方向的细长的导轨，传动螺母6上设置卡合部，卡合部能够与导轨卡合且能够在导轨上滑移。传动丝杠5旋转时，传动螺母6受到上支筒10的导轨的限制而不会转动，因此，传动螺母6相对于传动丝杠5旋转并沿导轨滑移。

本发明的另一种具体实施方式中，上支筒10上设置沿筒身轴线方向的细长的滑槽，且滑槽贯穿上支筒10的筒身。传动螺母6上设置凸出部，所述凸出部能够从滑槽中伸出，且凸出部上设置指示键7。所述指示键7与传动螺母6的凸出部之间固定连接，连接方式为焊接、粘接或螺栓连接。

进一步地，上支筒10的筒身上设置体积刻度，精确度为1mm(毫米)。具体的，体积刻度为设置在滑槽两侧的沿滑槽的延伸方向排列的刻度尺，如图1所示。

进一步地，指示键7与传动螺母6分别设置在上支筒10的外侧和内侧。也就是说，旋转手轮4使传动丝杠5转动时，传动螺母6相对于传动丝杠5旋转且沿滑槽下移(或上移)，传动螺母6沿滑槽下移时，指示键7同步传动螺母6运动，指示键7也沿滑槽下移。通过指示键7对应的体积刻度的刻度值，进而显示加注活塞3的下移量，通过加注活塞3的下移量能够计算加注量。

在使用过程中：宇航员先将空间站机械加注装置的固定抱带8打开，将需要加注的加注桶安装在加注组件内部，再完成固定抱带8的安装。连接加注口2与所需加注设备或产品，手动旋转手轮4，观察指示键7的刻度达到所需加注量，完成加注。

通过旋转手轮4使得传动螺母6在传动丝杠5上运动，指示键7安装在传动螺母6上，随着传动螺母6运动，指示键7显示加注的体积，通过改变传动丝杠5的传动精度，可以提高加注的精度。

本发明的空间站机械加注装置，能够在太空失重的情况下，为宇航员的生活和试验工作提供便捷，提高了加注效率以及加注精准度。加注桶内部可以装填不同的加注工质，加注组件可以反复利用，不与工质接触，提高了装置的循环利用率。

实施例2

本发明的一个具体实施例，提供一种空间站机械加注装置的加注方法，采用实施例1中的加注装置进行加注，具体包括以下步骤：

步骤S1：打开固定抱带8，将加注桶安装到加注组件中。

步骤S2：连接加注口2和待加注设备。

步骤S3：旋转手轮4，通过传动机构传递位移，下压加注桶上的加注活塞3，完成加注。

所述步骤S1中，加注桶中储存有不同类型的工质，当在太空中宇航员需要精确加注某种工质时，将对应的加注桶固定到加注组件上。

具体的，固定抱带8与加注结构架9通过螺栓连接。

安装加注桶时：首先，松开螺栓，将固定抱带8拆卸；然后，将加注桶放入加注结构架9上对应的中间空腔中，将加注桶体1安装至加注结构架9内部；最后，将固定抱带8与加注结构架9通过螺栓固定，重新安装固定抱带8，完成加注桶的安装。

所述步骤S3中，旋转手轮4，传动丝杠5与手轮4通过固定销固定，传动丝杠5相对于加注结构架9旋转，传动丝杠5旋转时，传动螺母6相对于传动丝杠5旋转且沿传动丝杠5下移(传动丝杠5的旋转方向不同，传动螺母6上移或下移，加注时，使传动螺母6下移)。

传动螺母6下移时，传动螺母6上固定连接的下压套筒11同步下移，传动螺母6通过下压套筒11推动加注活塞3向下移动。

加注活塞3下移过程中，在加注活塞3的推动下，加注桶体1内的工质通过加注口2进入连接的被加注设备(待加注设备)内部。

传动螺母6下移时，传动螺母6带动指示键7沿上支筒10上的滑槽滑移，指示键7在刻有体积刻度的滑槽中滑移，通过指示键7指示的刻度值，能够得知加注量。

进一步地，加注完成后，打开固定抱带8，将加注桶体1从加注结构架9内部取出，重新安装固定抱带8；旋转手轮4使传动螺母6和指示键7回复原位，宇航员完成精确加注工作。

本发明的空间站机械加注装置，用于宇航员在太空中生活以及试验任务的定量加注的需求，将需要加注的工质通过加注桶安装在机械加注装置内部，手动旋转加注装置，完成加注桶内部工质的加注。

与现有技术相比，本实施例提供的技术方案至少具有如下有益效果之一：

本发明提供的空间站机械加注装置用于对宇航员在太空中生活以及试验任务的定量加注的需求，将需要加注的工质通过加注桶安装在机械加注装置内部，手动旋转加注装置，完成加注桶内部工质的加注。综上所述，本发明为太空舱内宇航员的日常生活和工作提供了一定的便利性，提高了加注的精准度。

本发明提供的一种空间站机械加注装置，为太空舱内宇航员的日常生活和工作提供了一定的便利性，提高了加注的精准度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种工质加注方法，其特征在于，采用空间站机械加注装置进行加注；

所述空间站机械加注装置，包括：加注桶和加注组件；所述加注组件包括：手轮(4)、传动机构和加注结构架(9)；所述传动机构与所述手轮(4)连接，所述传动机构能够将手轮(4)的旋转运动转换为直线位移；所述加注桶安装在所述加注结构架(9)内部，且所述加注桶内设置加注活塞(3)；所述手轮(4)能够通过所述传动机构驱动所述加注活塞(3)发生位移，所述加注活塞(3)下压时能够将加注桶中工质排出进行加注；加注活塞(3)与加注桶体(1)之间安装有密封圈，通过密封圈实现对加注桶的有效密封；

所述加注桶还包括：加注桶体(1)和加注口(2)；所述加注口(2)设置在所述加注桶体(1)的下部，且所述加注口(2)与被加注设备连接；所述加注活塞(3)设置在加注桶体(1)的上方，且能够密封加注桶体(1)；所述加注结构架(9)上设置能够容纳加注桶的容纳空腔，容纳空腔与加注桶体(1)形状相同，加注桶体(1)嵌合在容纳空腔中，并通过固定抱带(8)进行固定；

所述传动机构包括：传动丝杠(5)和传动螺母(6)；所述传动丝杠(5)和传动螺母(6)组成丝杠螺母副；所述传动丝杠(5)与所述手轮(4)连接；所述传动螺母(6)能够推动所述加注活塞(3)下移；

所述传动螺母(6)与所述加注结构架(9)滑动连接；所述传动丝杠(5)与加注结构架(9)转动连接；加注结构架(9)的上方设置上支筒(10)；

上支筒(10)的上方固定安装上端盖；所述传动丝杠(5)与上端盖之间通过轴承连接；轴承设置在传动丝杠(5)和上端盖之间，传动丝杠(5)通过轴承相对于上端盖转动；

所述加注结构架(9)上设置导轨，所述传动螺母(6)上设置卡合部；所述卡合部与所述导轨滑动连接；

所述加注结构架(9)上设置滑槽，所述传动螺母(6)上设置凸出部；所述凸出部能够在所述滑槽中滑移；

所述凸出部上固定设置指示键(7)；

所述上支筒(10)上设置体积刻度，所述体积刻度位于所述滑槽的两侧；

所述传动螺母(6)的下方固定安装下压套筒(11)，所述下压套筒(11)与所述加注活塞(3)接触；

所述工质加注方法包括以下步骤：

步骤S1：将加注桶安装到加注组件中；

步骤S2：连接加注口(2)和待加注设备；

步骤S3：旋转手轮(4)，通过传动机构传递位移，下压加注桶上的加注活塞(3)，完成加注；

所述步骤S1中，加注桶中储存有不同类型的工质，当在太空中宇航员需要精确加注某种工质时，将对应的加注桶固定到加注组件上；

固定抱带(8)与加注结构架(9)通过螺栓连接；

安装加注桶时：首先，松开螺栓，将固定抱带(8)拆卸；然后，将加注桶放入加注结构架(9)上对应的中间空腔中，将加注桶体1安装至加注结构架(9)内部；最后，将固定抱带(8)与加注结构架(9)通过螺栓固定，重新安装固定抱带(8)，完成加注桶的安装；

所述步骤S3中，旋转手轮(4)，传动丝杠(5)与手轮(4)通过固定销固定，传动丝杠(5)相对于加注结构架(9)旋转，传动丝杠(5)旋转时，传动螺母(6)相对于传动丝杠(5)旋转且沿传动丝杠(5)下移；传动丝杠(5)的旋转方向不同，传动螺母(6)上移或下移，加注时，使传动螺母(6)下移；

传动螺母(6)下移时，传动螺母(6)上固定连接的下压套筒(11)同步下移，传动螺母(6)通过下压套筒(11)推动加注活塞(3)向下移动；

加注活塞(3)下移过程中，在加注活塞(3)的推动下，加注桶体(1)内的工质通过加注口(2)进入连接的被加注设备内部；

传动螺母(6)下移时，传动螺母(6)带动指示键(7)沿上支筒(10)上的滑槽滑移，指示键(7)在刻有体积刻度的滑槽中滑移，通过指示键(7)指示的刻度值，能够得知加注量；

加注完成后，打开固定抱带(8)，将加注桶体(1)从加注结构架(9)内部取出，重新安装固定抱带(8)；旋转手轮(4)使传动螺母(6)和指示键(7)回复原位，完成精确加注工作。