一种具有助力功能的在轨维修液路浮动对接标准接口的制作方法

本发明属于精密机械空间技术领域，具体涉及一种具有助力功能的在轨维修液路浮动对接标准接口。

背景技术：

空间站为满足长期在轨安全、可靠运行要求，必须具备在轨维修能力，空间站各分系统液体管路的维修的基本策略为发现故障设备、将故障设备功能切换到备份设备、拆下故障设备、将备用设备替换故障设备、启动更换的备用设备。空间站舱外液体管路用于空间站热量的收集、输运和向太空排散，其管路系统中的各种组件因寿命或可靠性等原因，需要在轨更换，另外管路工质意外损失较多时，需要在轨补充工质。为了使这些操作方便进行，需要在舱外布置维修适配接口。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种具有助力功能的在轨维修液路浮动对接标准接口，该标准接口具备适应航天员在轨舱外操作相关要求，满足具有自密封功能的通径20mm液路流通面积，具有浮动对接功能，同时设计适应航天员舱外操作的手动助力机构。航天员在身穿舱外宇航服的状态下进行设备的维修操作，对于在标准接口的插拔操作需要满足灵活、简便，锁定解锁可靠方便等特点。

本发明的一种在轨维修液路对接标准接口，包括分离端(1)和固定端(2)以及助力机构(3)，所述助力机构(3)包括机架(33)、连杆(32)、滑套(35)、滑轨(36)、摇杆(31)和转销(34)；滑轨(36)与滑套(35)配合，形成一个滑动副，分离端(1)两侧分别设置一个滑动副；滑轨(36)一端固定在机架(33)上；滑套(35)内侧固定在分离端(1)的外套(12)上；摇杆(31)具有一个手柄以及手柄前端固连的两个叉臂，两个叉臂的前端分别固连在分离端(1)两侧的滑套(35)上；两个叉臂各配置一个连杆(32)，所述连杆(32)一端通过转销(34)连接在机架(33)上，另一端通过转销(34)连接在对应的叉臂上，连接点位于叉臂与滑套(35)连接点的上部。

进一步的，分离端(1)的端口内壁加工成外大内小的锥形孔；所述对接标准接口还包括浮动机构(4)；浮动机构(4)包括挡块(41)、浮动壳体(42)、顶珠(44)以及弹簧(43)；助力机构(3)的滑套(35)与分离端(1)的连接点位于浮动机构(4)上；所述浮动壳体(42)为环状空腔结构，套装在分离端(1)的外套(13)上，浮动壳体(42)的空腔中设置顶珠(44)，顶珠(44)的尖端安放在分离端(1)外套(13)的凹槽内，顶珠(44)的尾端与浮动壳体(42)的内壁之间设置压缩的弹簧(43)；所述挡块为L型环状结构，一端固连浮动壳体(42)的外壁，另一端朝向分离端(1)的外套(13)，外套(13)加工的凸起位于浮动壳体(42)与挡块(41)之间，以此限制浮动机构(4)的轴向移动。

较佳的，顶珠(44)的数量为四个，均布在浮动壳体(42)内部。

较佳的，所述摇杆(31)的叉臂设计有向上的弯角。

本发明具有如下有益效果：

1)标准接口采用助力机构设计减少标准接口对接时插拔力。助力机构采取两套对称布置的平面四杆机构，该机构由机架、连杆、滑套、滑轨、摇杆、转销等组成。由于标准接口带压操作对接时需600N左右对接力，利用摇杆杠杆原理减少至适应航天员舱外操作力90N以下。

2)标准接口对接导向设计。标准接口分离端壳体采用锥孔导向设计，采用20度锥度设计，导向长度14.5mm。满足初步定位时标准接口分离端与固定端±3mm定位误差引导对接。

3)标准接口分离端采用浮动机构设计，解决航天员手动操作对接误差。浮动机构由挡块、浮动壳体、顶珠、弹簧等组成。浮动壳体内均布四个可伸缩的顶珠，顶珠尖端安放在标准接口分离端壳体凹槽内，通过弹簧的伸缩实现标准接口径向和角度偏移误差(≤±1.5mm、≤±1°)的补偿，通过标准接口内部滑芯自身的退让行程余量补偿标准接口轴向误差(≤±1.5mm)，以此满足对准性要求。

4)满足航天员在轨舱外操作的人机功效学设计。在轨维修标准接口设计时按照空间站舱外航天员操作人机工效学要求进行设计。标准接口采用增大操作把手尺寸、减小操作力、增加结构圆角等设计使之符合航天员操作要求。

附图说明

图1—在轨维修液路浮动对接标准接口断接器及浮动机构结构图；

图2—助力机构结构图；

图3—标准接口对接三维示意图；

其中，1-分离端，11-接头，12-壳体，13-外套，14-滑芯弹簧，15-密封圈，16-外套弹簧，17-滑芯，18-钢珠，19-滑盖，110-滑芯杆，2-固定端，21-固定端接头，22-滑芯座，23-固定端弹簧，24-滑芯杆，25-固定端壳体，26-固定端密封圈，27-滑芯帽，3-助力机构，31-摇杆，32-连杆，33-机架，34-转销，35-滑套，36-滑轨，4-浮动机构，41-挡块，42-浮动壳体，43-弹簧，44-顶珠。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

在轨维修液路浮动对接标准接口采用直插式钢球锁定方式对接，通过助力机构将产品带压对接过程需要克服液体压力及密封弹簧力导致的过大对接力转换为较小的操作力，采用浮动技术，使航天员易于操作。

本发明的在轨维修液路浮动对接标准接口包括分离端1、浮动机构4、助力机构3、固定端2四部分。

现有的标准接口如图1所示，包括分离端1和固定端2；分离端1主要包括接头11、壳体12、外套13、滑芯弹簧14、密封圈15、外套弹簧16、滑芯17、钢珠18、滑盖19、滑芯杆110等。滑芯杆110一端硫化密封件，另一端与壳体12通过螺母连接；滑芯17安装在接头与滑芯杆110之间，滑芯17一端密封槽内装有密封圈15与接头11密封，另一端在滑芯弹簧14作用在与滑芯杆110密封，保证分离端关闭状态的密封；钢球18在壳体锥形槽内分离时由滑盖19限位，当对接时滑盖19后退，钢球18滑落在固定端壳体25凹槽内，外套13在外套弹簧16作用下将钢珠18限位，保证对接时两端锁定可靠。

固定端2主要包括固定端接头21、滑芯座-22、固定端弹簧23、滑芯杆24、固定端壳体25、固定端密封圈26、滑芯帽27。固定端壳体25上硫化一道密封圈，与固定端接头22直接螺纹连接。内部的滑芯座22在固定端弹簧23的作用下顶在接头内，滑芯帽27和滑芯杆24在弹簧23作用下顶在固定端壳体25的一侧与密封圈26配合，实现分离状态的固定端密封。

助力机构3为摇杆滑块四杆机构，如图2和3所示，由机架33、连杆32、滑套35、滑轨36、摇杆31和转销34等组成。滑轨36与滑套35配合，滑套35可在滑轨36上滑动，形成一个滑动副，分离端1两侧分别设置一个滑动副；滑轨36一端固定在机架33上；滑套35内侧固定在分离端的外套12上；摇杆31具有一个手柄以及手柄前端固连的两个叉臂，两个叉臂的前端分别固连分离端1两侧的滑套35；两个叉臂各配置一个连杆32，所述连杆32一端通过转销34连接在机架33上，另一端通过转销34连接在摇杆31的叉臂上，连接点位于叉臂与滑套35连接点的上部。当航天员操作摇杆31顶部时，摇杆31带动连杆32的转销34(转动副)转动，同时连杆32绕机架33的转销34(转动副)转动，共同作用下摇杆31带动滑套35在滑轨36上直线运动，滑套35带动分离端1做直线运动与固定端2对接及断开。

由于标准接口带压操作时需600N左右对接力，因此通过将摇杆31加长，利用杠杆原理，增加摇杆31长力臂，尽量缩短短力臂长度。不考虑摩擦力等因素影响减少操作力约1/8。摇杆31的叉臂通过设计向上的弯角，可降低摇杆31的整体高度，缩小机构尺寸，节约空间。

为方便航天员对接操作，本发明还设计了浮动机构，解决了航天员手动操作对接误差问题。如图1所示，浮动机构4主要由挡块41、浮动壳体42、顶珠44以及弹簧43等组成。助力机构3的滑套35与分离端1的连接点位于浮动机构4上。当操作助力机构3时，作用力通过浮动机构4传递给分离端1。其中，浮动壳体42为环状空腔结构，套装在分离端1的外套13外侧，浮动壳体42的空腔中设置顶珠44，顶珠44的尖端安放在分离端1外套13的凹槽内，顶珠44的尾端与浮动壳体42的内壁之间设置压缩的弹簧43，使得顶珠可伸缩。顶珠44的数量为四个，均布在浮动壳体42内部。所述挡块为L型环状结构，一端固连浮动壳体42的外壁，另一端朝向分离端1的外套13，外套13加工的凸起位于浮动壳体42与挡块41之间，用于限制浮动机构的轴向移动。同时，分离端1的端口内壁加工成外大内小的锥形孔，在航天员将分离端1和固定端2对准时，分离端1的锥形接口一方面起到导向的作用，也使得对准有一定的余量，同时，由于浮动机构4的设计，使得分离端1与固定端2在初始对接时不需要严格的同轴，可以有一定的误差，因此，可方便航天员的手动对接操作。分离端1与顶珠44尖端通过弹簧43的伸缩实现标准接口偏移误差(ΔX≤±1.5mm、Δβ≤±1°)的补偿，通过标准接口自身的退让行程余量补偿断接器轴向误差(Δρ≤±1.5mm)，以此满足浮动要求。

如图3所示，对接过程零部件运动情况：当航天员操作摇杆31顶部时，摇杆31绕连杆32的转销34转动，连杆32绕机架33的转销34转动，同时摇杆31带动滑套35在机架33的滑轨36上直线运动，滑套35带动浮动机构4和分离端1直线运动与固定端2对接。当分离端1与固定端2通过锥孔导向引导相互接触时，分离端1的滑芯杆110位置相对不动，顶着固定端2的滑芯帽27与滑芯杆24在滑芯座22的导向下向后退让；当分离端1的滑芯17台阶与固定端2壳体25相接触，两端继续插入，滑芯17向后退让，直至钢球18落入固定端2凹槽内，两端对接完成，钢球具有自锁功能。对接后助力机构3随浮动机构4一起与固定端2固定。

分离过程与对接过程完全相反，向后拉动助力机构3的摇杆31把手，通过浮动机构4的挡块31将分离端1外套13向后拉动，解锁钢球18位置，将钢球18退出固定端2凹槽，标准接口两端解锁，在弹簧力作用下两端分离，完成断开。

在轨维修液路浮动对接标准接口作为发明型机构产品，不仅可以应用在空间站各液体管路子系统设备在轨维修上，经过适应性改造还将继续应用在我国载人航天器、空间站舱内及舱外管路设备在轨更换等后续航天任务中，可以有效提高航天器在轨使用寿命及其可靠性和安全性，具有广泛的应用前景。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。