一种具有双向承载功能的火工解锁装置的制作方法

本发明涉及一种具有双向承载功能的火工解锁装置，尤其适用于星上小型机构在轨锁紧、支撑或解锁，属于火工品解锁装置技术领域。

背景技术：

随着航天技术的不断发展，卫星有效载荷的形式呈多样化发展，比如大型相机、机械臂等。在卫星发射过程中，这些大型的运动机构的刚度较低，必须进行有效的锁紧，提高整星结构刚度。但运动机构的转动轴承和运动副不能承受过大的力，若承力过大将会导致运动副破坏，引起机构不能正常运动。因此，需要一种装置，在发射阶段既能锁紧机构提高刚度，又能支撑机构防止运动副受到过大的力而被破坏，并且在卫星入轨后能解锁，解锁后，运动机构之间具有一定的分离距离，保证机构能够自由运动。

目前成熟的解锁装置结构和功能相对简单，只有一套钢球或楔块承力，一般用于在发射阶段锁紧结构以提高结构刚度，入轨后解锁。此类解锁器难以在锁紧的同时提供支撑力，不能在解锁后为运动机构提供分离距离，应用领域受限。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种具有双向承载功能的火工解锁装置，通过第一楔块和第二楔块共同作用，实现了解锁装置的双向承载，克服了普通解锁器无法在锁紧时提供支撑力的难题；通过螺栓、弹簧、剪切销、滑杆和活塞的配合，有效确保待解锁机构解锁后的自由运动，弥补了普通解锁器解锁后，难以保障待解锁机构分离距离的缺陷；通过设置外筒、第一内筒、第二内筒和壳体，完善了解锁器的功能，解决了普通解锁器应用领域受限的问题。

本发明的技术解决方案是：

一种具有双向承载功能的火工解锁装置，包括压紧螺母、螺栓、弹簧、外筒、第一内筒、第一楔块、剪切销、第二内筒、滑杆、点火器、壳体、活塞、密封圈、第二楔块、蜂窝组件和垫片；外筒和壳体分别与第一待解锁机构和第二待解锁机构固定连接；

外筒为空心圆柱体，外筒一端设有用于安装压紧螺母、弹簧和垫片的凸台，外筒另一端设有用于安装第一内筒和蜂窝组件的台阶孔，外筒和第一内筒中均设有用于安装第一楔块的环形凹槽，第一楔块一端嵌入外筒和第一内筒的环形凹槽中，第一楔块另一端与螺栓贴合，螺栓依次穿过第一内筒、蜂窝组件、垫片后与压紧螺母螺接；

壳体为L形空心圆柱体，壳体一端设有用于安装点火器的通孔，壳体另一端设有用于安装第二内筒和活塞的台阶孔，第二内筒和壳体中均设有用于安装第二楔块的环形凹槽，第二楔块一端嵌入的环形凹槽中，第二楔块另一端与滑杆贴合，滑杆一端穿过第二内筒后与活塞贴合，滑杆另一端穿设在螺栓中并通过剪切销固定。

在上述的一种具有双向承载功能的火工解锁装置中，所述螺栓上设有用于防止第一楔块回缩的凸缘，螺栓内设有用于防止滑杆脱落的卡槽。

在上述的一种具有双向承载功能的火工解锁装置中，所述弹簧的行程大于20mm，用于在第一内筒与第二内筒完全分离时，使螺栓保持缩入外筒的状态。

在上述的一种具有双向承载功能的火工解锁装置中，所述第一内筒和第二内筒端部贴合，第二内筒端部贴合处设有用于消除径向力干扰的凸块，凸块高度不小于1mm。

在上述的一种具有双向承载功能的火工解锁装置中，所述点火器的数量不少于2个。

在上述的一种具有双向承载功能的火工解锁装置中，所述活塞上套装有密封圈，密封圈采用氟醚O形密封圈。

在上述的一种具有双向承载功能的火工解锁装置中，所述第二楔块的形状为楔形，第二楔块的数量不少于3个，第二楔块沿滑杆周向均匀分布。

在上述的一种具有双向承载功能的火工解锁装置中，所述蜂窝组件粘贴在外筒台阶面与第一内筒之间，用于缓解第一内筒对外筒造成的冲击。

在上述的一种具有双向承载功能的火工解锁装置中，所述第一楔块的形状为楔形，第一楔块的数量不少于个，第一楔块沿螺栓周向均匀分布。

在上述的一种具有双向承载功能的火工解锁装置中，所述滑杆一端设有用于配合螺栓卡槽的薄边，薄边高度设为0.3mm，薄边厚度设为0.4mm。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

1、本发明的第一楔块和第二楔块共同作用，使解锁装置能同时锁紧和支撑机构，并在解锁后和待解锁机构之间形成5mm的分离距离，使待解锁机构可以自由运动。解决了现有解锁器只锁紧、不支撑和不能保证分离距离的问题，完善解锁器的功能，使解锁器的应用范围更加广阔。

2、本发明滑杆顶端设有薄边，使滑杆剪断剪切销后撞击螺栓使薄边变形，配合螺栓内腔的结构设计，使滑杆锁定在螺栓内部，保证解锁器工作后的有效分离距离。

3、本发明通过第一楔块和第二楔块共同作用，实现了解锁装置的双向承载，克服了普通解锁器无法在锁紧时提供支撑力的难题。

4、本发明通过设计预压弹簧，在解锁器工作后，利用弹簧的弹力完成螺栓和第一内筒的完全收纳，达到了解锁装置完全分离的效果。

5、本发明整体结构紧凑，适用于多种工作环境，在复杂工况下依然能够良好运转，具有通用性强、适用范围广的特点。

6、本发明的压紧螺母、剪切销、点火器、垫片均为标准件，无需特制，而且便于维修和更换，大幅降低了生产成本。

附图说明

图1为本发明主剖视图

图2为本发明俯视图

图3为本发明滑杆的轴测图

图4为本发明安装示意图

其中：1压紧螺母；2螺栓；3弹簧；4外筒；5第一内筒；6第一楔块；7剪切销；8第二内筒；9滑杆；10点火器；11壳体；12活塞；13密封圈；14第二楔块；15蜂窝组件；16垫片；17第一待解锁机构；18转轴；19第二待解锁机构；

具体实施方式

为使本发明的方案更加明了，下面结合附图说明和具体实施例对本发明作进一步描述：

如图1～4所示，一种具有双向承载功能的火工解锁装置，包括压紧螺母1、螺栓2、弹簧3、外筒4、第一内筒5、第一楔块6、剪切销7、第二内筒8、滑杆9、点火器10、壳体11、活塞12、密封圈13、第二楔块14、蜂窝组件15和垫片16；外筒4和壳体11分别与第一待解锁机构17和第二待解锁机构19固定连接；

外筒4为空心圆柱体，外筒4一端设有用于安装压紧螺母1、弹簧3和垫片16的凸台，外筒4另一端设有用于安装第一内筒5和蜂窝组件15的台阶孔，外筒4和第一内筒5中均设有用于安装第一楔块6的环形凹槽，第一楔块6一端嵌入外筒4和第一内筒5的环形凹槽中，第一楔块6另一端与螺栓2贴合，螺栓2依次穿过第一内筒5、蜂窝组件15、垫片16后与压紧螺母1螺接；

壳体11为L形空心圆柱体，壳体11一端设有用于安装点火器10的通孔，壳体11另一端设有用于安装第二内筒8和活塞12的台阶孔，第二内筒8和壳体11中均设有用于安装第二楔块14的环形凹槽，第二楔块14一端嵌入的环形凹槽中，第二楔块14另一端与滑杆9贴合，滑杆9一端穿过第二内筒8后与活塞12贴合，滑杆9另一端穿设在螺栓2中并通过剪切销7固定。

螺栓2上设有用于防止第一楔块6回缩的凸缘，螺栓2内设有用于防止滑杆9脱落的卡槽。

弹簧3的行程设为20mm，用于在第一内筒5与第二内筒8完全分离时，使螺栓2保持缩入外筒4的状态。

优选的，第一内筒5和第二内筒8端部贴合，第二内筒8端部贴合处设有用于消除径向力干扰的凸块，凸块高度设为1mm。

点火器10的数量设为2个。

活塞12上套装有密封圈13，密封圈13采用氟醚O形密封圈。

第二楔块14的形状为楔形，第二楔块14的数量设为3个，第二楔块14沿滑杆9周向均匀分布。

蜂窝组件15粘贴在外筒4台阶面与第一内筒5之间，用于缓解第一内筒5对外筒4造成的冲击。

第一楔块6的形状为楔形，第一楔块6的数量设为4个，第一楔块6沿螺栓2周向均匀分布。

滑杆9一端设有用于配合螺栓2卡槽的薄边，薄边高度设为0.3mm，薄边厚度设为0.4mm。

螺栓2材料强度高于第一楔块6和第二楔块14材料强度，螺栓2底端开有3个方孔用于连接第二楔块14，中部有环形凸起，用于支撑第一楔块6，顶部有M12×1-6h的螺纹，用于连接压紧螺母1。

弹簧3为Ф2mm的弹簧钢丝，弹簧3为预压弹簧，刚度为2.7N/mm，自由高度为42mm，安装高度为18mm，工作到位后的弹力为10N，当解锁装置工作完成后，弹力可保证结构件收纳，保证分离后，两部分机构的有效分离距离大于5mm，实现系统结构的自由转动

第一楔块6和第二楔块14表面进行喷涂MoS₂膜，可防止楔块在真空环境中发生真空冷焊，影响楔块的运动。为了防止解锁后楔块从结构中掉落产生多余物，对传统楔块的结构进行了改进，在楔块的尾部增加薄边，有效防止楔块脱落形成多余物。

点火器10为钝感点火器，将2发点火器10装入壳体11垂直于轴向方向的M14×1-6H螺纹孔内，并采用铝垫圈进行密封，安装时需加30±2N·m的力矩保证密封，两点火器之间的夹角为20°，点火器10的能量通过2个直径Ф5mm、夹角60°的通孔传递到活塞12底部。

蜂窝组件15由蜂窝和垫圈组成，蜂窝采用边长1mm、铝箔厚度0.04mm的铝蜂窝，蜂窝厚度为8mm，垫圈为0.5mm厚的铝垫圈，蜂窝和垫圈粘接。装配前，采用专用的预压工装将蜂窝组件15预压2mm，保证蜂窝压溃。

解锁器通过外筒4法兰上的4个Ф5.5孔和第一待解锁机构17连接，通过壳体11法兰上的2个Ф5.5孔和第二待解锁机构19连接，当第一待解锁机构17、第二待解锁机构19之间受到外界拉力或压力时，外力均通过解锁装置自身结构承受，避免第一待解锁机构17、第二待解锁机构19间的转轴18受挤压破坏。解锁后，解锁装置完全分离，第一待解锁机构17和第二待解锁机构19均可自由转动。

装配过程如下：

第一步，首先用酒精清洗所有金属零件(除蜂窝组件和楔块)，并晾置30min以上。

第二步，将尺寸为Ф12.4×Ф2.1的氟醚O形密封圈13装入活塞12的凹槽内，然后将活塞12从壳体11的一端装入。

第三步，将第二内筒8有台阶的一端从螺栓2无螺纹的一端插入，然后将第二楔块14从螺栓2一端的内孔放入并和第二内筒8的环形凹槽镶嵌，然后将滑杆9装入螺栓2的内孔，使滑杆9顶住第二楔块14，然后调整滑杆9位置，将剪切销7从螺栓2上的小孔插入并穿过滑杆9的孔，然后采用专用的收口工装，将螺栓2上的两个孔口进行收口处理。

第四步，将第二内筒8从壳体11的螺纹端装入，并加30±2N·m力矩。

第五步，将蜂窝组件15铝垫圈的一面粘接到第一内筒5端面，保证蜂窝组件15和第一内筒5的同轴度，使第一内筒5在外筒4内能顺利滑动，然后将第一内筒5粘接蜂窝组件15的一端装入外筒4内，将第一楔块6从第一内筒4的孔内装入并和外筒4的环形凹槽镶嵌，然后将第3步安装好的螺栓2具有螺纹的一端装入第一内筒5，使第一内筒5和第二内筒8完全对接上。

第六步，转动外筒4，调整外筒4的安装法兰和壳体11法兰之间的角度，然后在外筒4较细的一端套上弹簧3，随后装上垫片16，压缩弹簧3，最后装上两个压紧螺母1，并根据需要加拧紧力矩。

第七步，在装配过程中，所有螺纹连接处均在外螺纹牙上涂抹螺纹紧固剂，以填满螺纹牙2/3为准，然后再拧紧，可有效防止在螺纹松动。

本发明的工作原理是：

当火工解锁装置接收到工作信号时，点火器10接到电信号后发火，点火器10工作产生的燃气做功推动活塞12，活塞12推动滑杆9剪断剪切销7，并向左运动，产生约4.5mm位移后，第二楔块14被释放，螺栓2与第二内筒8之间的约束被解除，螺栓2在滑杆9的推动下向左运动4mm后，第一楔块6被释放，第一内筒5和外筒4的约束被解除，滑杆9、螺栓2和第一内筒5一起向左运动，压缩蜂窝组件15，降低到位冲击，最终使螺栓2和第一内筒5完全收纳入外筒4，并在弹簧3的作用下保持收纳状态，解锁完成。

本发明说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知技术。