БЫСТРОРАЗЪЕМНЫЙ АГРЕГАТ Российский патент 2003 года по МПК F16L37/00 F16L39/00 F16B2/00 

Изобретение относится в области ракетно-космической техники, а точнее для расстыковки гидромагистралей при разделении блоков ракеты-носителя.

Известен быстроразъемный агрегат (патент СССР 1825406 кл. F 16 В 2/16, 1991 г. ) содержащий стянутые пневмозамком колодки, причем пневмозамок состоит из захватывающего механизма, содержащего цангу с подвижной запирающей втулкой, соединенного с пневмоприводом, и захватывающего механизма, содержащего упор.

Недостатком известного устройства является невысокая надежность из-за одностороннего подвода управляющего газа, т.е. пневмосистем одного блока.

Наиболее близким по технической сущности является известный быстроразъемный агрегат (патент РФ 2118735 С1 кл. F 16 L 39/100 от 18.07.96), содержащий стянутые пневмозамком бортовую и наземную колодки, причем пневмозамок снабжен бортовым и наземным взаимно захватывающими механизмами в виде цанг, бортовым и наземным пневмопоршнями.

Недостатком данного устройства, несмотря на двойной пневмопривод с подводом управляющего давления от разных источников, является недостаточная надежность при использовании в криогенных системах. При захолаживании такой системы и прохождении криогенной рабочей среды, например жидкого кислорода с температурой порядка минус 190^o, на поверхности (снаружи и внутри пневмозамка) из окружающей воздушной среды образуется лед. Наличие льда во внутренней полости пневмозамка может привести к отказу в его раскрытии.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение надежности расстыковки быстроразъемного агрегата за счет принудительного раскрытия цангового замка при приложении растягивающего усилия определенной величины.

Сущность изобретения заключается в том, что в быстроразъемном агрегате, включающем бортовую и наземную колодки, соединенные пневмозамками, состоящим каждый из захватывающего механизма в виде цанги с запирающим поршнем пневмопривода, между торцами каждой цанги и контактирующего с ней запирающего поршня установлена регулировочная втулка, длина которой определяется по формуле:

где L - длина регулировочной втулки;
L₁ - величина зазора между торцем запирающего поршня и теоретической плоскостью, проходящей через точки контактов бортовой и наземной цанг;
N - усилие, необходимое для механической расстыковки колодок (расчетное);
К - коэффициент, зависящий от геометрических и прочностных параметров цанг.

Фиг.1. Общий вид быстроразъемного агрегата.

Фиг.2. Расчетная схема раскрытия цанг замка.

Фиг.3. Расчетная схема раскрытия цанг замка.

Быстроразъемный агрегат состоит из наземной 1 и бортовой 2 колодок. Наземная колодка 1 состоит из плиты 3, в которой выполнен ряд штуцеров 4, соединенных с магистралями пневмогидросистем блока. В центре плиты в сквозном отверстии с помощью гайки 5 закреплен стакан 6. В стакан 6 установлен подвижный поджатый пружиной 7 в сторону бортовой колодки 2 запирающий поршень 8, который упирается буртиком через регулировочную втулку 9 в буртик наземной цанги 10. Цанга 10 снабжена внутренним цилиндрическим выступом 11 и образует с поршнем 8 пневмополость 12, которая сообщается через штуцер 13 с пневмомагистралями управления разделения каналами 14, выполненными в цанге 10. Внутри цанги 10 установлен поджатый пружиной 15 шток поршня 16 пневмопривода захватывающего механизма, состоящего из цанги 10 и запирающего поршня 8. На торце штока поршня 16 закреплена чашка 17. Цанга 10 закреплена в стакане 6 с помощью гайки 18. Пневмополость 12 герметизирована подвижными уплотнениями 19, а подпоршневая полость поршня 16 уплотнением 20.

Бортовая колодка 2 состоит из плиты 21, в которой выполнены штуцера 22, входящие цилиндрическими хвостиками 23 в штуцера 4 на плите 3. Место стыка герметизируется уплотнителем 24. В центральном отверстии плиты 21 с помощью гайки 25 закреплен стакан 26 с бортовой цангой 27, пружиной 28 и штуцером 29 подвода управляющего давления. Во внутренней полости 30 цанги 28 установлен дополнительный пневмопривод с запирающим поршнем 31, поджатый пружиной 28 в сторону от наземной колодки 1. Запирающий поршень 31 герметизирован уплотнителем 32 и жестко соединен с упором 33. Цанга 27 снабжена цилиндрическим наружным выступом 34. Цанга 27 с упором 33 образуют захватываемый механизм бортовой колодки. Между торцами запирающего поршня 31 и цанги 27 (стакана 26) установлена регулировочная втулка 35.

Запирающий поршень 8 смещен относительно теоретической плоскости, проходящей через точки контактов цанг, на величину зазора L₁, соответствующего определенному механическому усилию раскрытия замка. Зазор для цанги 27 определяется аналогичным образом.

Зазор L₁ регулируется за счет изменения длины L втулки, а при изменении длины от 0 до L₁:

Момент вращения М=Q•L₁, где
Q = N•ctgα;
Отсюда растягивающее усилие:

Зазор
При известном N коэффициент К определяется (см. фиг 2 и 3) в результате решения задачи изгиба цанги как защемленной балки (Сопротивление материалов. В.И. Феодосьев, Физматгиз, 1960).

В результате:

где

Е - модуль упругости материала цанги;
δ_A - перемещение конца цанги;
α - угол подъема опорной поверхности цанги;
J₁ - момент инерции тонкой части цанги;
J₂ - момент инерции утолщенной части цанги;
l₁, l₂, b_l, b₂ - геометрические параметры.

Таким образом, изменяя длину регулировочной втулки, устанавливаем необходимое усилие (аварийное) раскрытия замка и расстыковки быстроразъемного агрегата.

Быстроразъемный агрегат работает следующим образом:
При состыкованных блоках ракеты-носителя пневмогидромагистрали их соединены, т. е. штуцеры 4 и 22 состыкованы, цанги 10 и 27 находятся в зацеплении. Жесткость агрегата обеспечивается затяжкой расчетным моментом гайки 18.

При подводе управляющего давления со стороны наземной колодки 1 давление через штуцер 13 попадает в полости 12 и подпоршневую полость поршня 16, при этом гильза 8, сжимая пружину 7, перемещается в сторону от бортовой колодки 2 и освобождает цангу 10, выступы 11 которой имеют возможность выйти из зацепления с выступами 34 и цанги 27. Шток поршня 16 перемещается в сторону бортовой колодки 2, сжимая пружину 15, упирается чашкой 17 в торец цанги 27 и начинает расталкивать колодки 1 и 2, выводя штуцера 4 и 21 из зацепления.

Управляющее давление со стороны бортовой колодки 2 подводится к штуцеру 29. Поршень 31, сжимая пружину 28, перемещается в сторону наземной колодки 1, освобождает цангу 27, при этом выступы 34 ее выходят из зацепления с выступами 11 цанги 10.

Поршень 31 перемещается до упора в донышко чашки 17. Глубина чашки 17 равна ходу поршня 31 до выхода его из зацепления с цангой 27.

Дальнейшим ходом поршень обеспечивает расталкивание обеих колодок 1 и 2.

При подаче управляющего давления к штуцерам 13 и 29 происходит одновременное взаимное расталкивание колодок.

В случае зависания, например, от попадания льда в полости 12 и 30 бортового и наземного поршней привода под действием растягивающего усилия расходящих блоков происходит изгиб цанг, например цанги 10 относительно опоры А (торец гильзы 8) до величины зазора δ_A за счет смещения точки опоры цанги 10 в гильзе 8, обеспечиваемого регулировочной втулкой 9, т.е. выхода цанг из зацепления. Разъемное соединение расстыковывается.

Таким образом данное исполнение замкового устройства быстроразъемного агрегата обеспечивает расстыковку криогенных магитсралей без придания нерасчетного возмущающего импульса отходящему блоку.

Изобретение относится к ракетной технике, в частности к устройствам, обеспечивающим разделение криогенных магистралей, и может быть использовано в машиностроении. Быстроразъемный агрегат содержит бортовую и наземную колодки, соединенные пневмозамками, состоящими каждый из захватывающего механизма в виде цанги, запирающего поршня и пневмопривода. Между торцами каждой цанги и контактирующего с ней запирающего поршня установлена регулировочная втулка, длина которой определяется по формуле: где L - длина регулируемой части втулки; N - расчетное усилие раскрытия замка; К - коэффициент, зависящий от геометрических и прочностных параметров цанг. В изобретении обеспечена надежность расстыковки быстроразъемного агрегата за счет принудительного раскрытия цангового замка при приложении растягивающего усилия определенной величины. 3 ил.

Быстроразъемный агрегат, включающий бортовую и наземную колодки, соединенные пневмозамками, состоящими каждый из захватывающего механизма в виде цанги, запирающего поршня и пневмопривода, отличающийся тем, что между торцами каждой цанги и контактирующего с ней запирающего поршня установлена регулировочная втулка, длина которой определяется по формуле

где L - длина регулируемой части втулки;
N - расчетное усилие раскрытия замка;
К - коэффициент, зависящий от геометрических и прочностных параметров цанг.