一种球锁式连接接头的制作方法

本发明属于运载火箭发射技术领域，尤其涉及火箭与地面间供液、排气管路接口。

背景技术：

目前新一代中大型运载火箭采用有球锁提前解锁、预分离的零秒加泄排气连接器，箭地接口为直通式结构，其内部介质压力对箭地接口分离面产生的轴向分离力较大，因而球锁正常工作所需承载的拉力较高；为防止连接器零秒脱落时发生故障，因而采取了球锁提前解锁，连接器预分离进行支撑的方案。该种连接器方案仍存在球锁提前解锁时发生故障的可能性，球锁承载的拉力较高，其强制拉断力也过高，对箭上载荷偏大；同时设置球锁、支撑对接机构两种对接方案，结构方案复杂；该种提前解锁、预分离的连接器，不能够满足预分离后、火箭持续补加及异常工况泄出供气等应急处置要求。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提供一种球锁式连接接头，用于供液、排气管路连接，其轴向力被平衡，通过球锁连接、电磁阀驱动及手动等其它拉拽方式解锁或无球锁结构直接通过对接机构支撑。

本发明所采用的技术方案是：一种球锁式连接接头，包括插座、插头、球锁；插座前端法兰的两侧安装球锁，插座后端法兰连接地面管路，插座的内部法兰沿周向分布有若干第一介质通道孔；对接时，插头端部插入插座内，安装在内部法兰上；插头前端侧壁上沿周向分布有若干第二介质通道孔，介质通过第一介质通道孔、第二介质通道孔流通；球锁实现对插座、插头的锁定和解锁。

所述插头包括插头本体、球头；插头本体包括圆筒结构和法兰盘，通过圆筒结构端部的法兰盘与管路连接，插头本体前端为封闭状态，周向均布开有第二介质通道孔，第二介质通道孔为矩形孔；插头本体的法兰盘上设有螺纹孔安装球头，球头用于与球锁对接。

所述插头还包括上密封圈、下密封圈，上密封圈安装在插头本体圆筒结构外壁中部，下密封圈安装在插头本体圆筒结构的封闭端。

所述插头还包括导向套、钢丝挡圈，上密封圈、下密封圈通过导向套固定并由钢丝挡圈限位。

所述插座为圆筒结构，圆筒结构两端分别设置有前端法兰、后端法兰，圆筒结构内壁上设置有内部法兰，内部法兰中部设置有圆形凹槽，凹槽底面为弧面，圆形凹槽内侧壁为后端密封面；插座设置有前端法兰的一端端口向内设置有环形结构，环形结构内壁为前端密封面。

对接时，所述插头的上密封圈与前端密封面配合形成径向密封，下密封圈与后端密封面配合形成径向密封，插头前端与内部法兰中部凹槽底面间构成封闭腔。

所述球锁包括球锁本体、销轴、外套、弹簧、钢球、螺母、解锁杆、电磁阀；球锁本体通过外螺纹安装在前端法兰上，球锁本体为圆筒结构，球锁本体中部沿径向开有通孔，在侧壁上形成环形凸起；解锁杆安装在球锁本体内，外套安装在球锁本体一端，销轴穿过外套侧壁、球锁本体中部沿径向的通孔和解锁杆一端端部，将外套与球锁本体固定；球锁本体另一端连接电磁阀，解锁杆另一端连接电磁阀的阀芯；弹簧安装在外套内，位于外套端盖与球锁本体外壁上的环形结构之间；钢球安装在球锁本体在外套内的一端内壁上的凹槽内；螺母安装在球锁本体的外螺纹段，用于固定球锁。

所述球头端部设置有环形凹槽，对接时，球头端部插入球锁本体端部，在弹簧作用下，外套将钢球压入球头的凹槽中实现对接锁紧；解锁时，电磁阀加电，解锁杆带动销轴在球锁本体径向的通孔内沿轴向运动，带动外套移动，使得钢球径向限位解除，球锁与球头实现解锁。

所述上密封圈、下密封圈为弹簧张力密封圈。

所述球头的中部设置削弱拉断槽，在球头与球锁发生卡滞时，能够强行拉断。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明采用轴向力平衡式接头结构，能够实现供气或供液时接头间的轴向分离力被平衡减小，结构简单、承载拉力较小的球锁锁紧装置即可实现连接接头的可靠对接及脱落，冗余强制拉断力载荷可降低至20％左右。

(2)本发明的球锁解锁时机可设置在火箭起飞后，无需球锁提前解锁、连接器预分离，能够满足火箭起飞前持续补加及异常工况泄出等处置要求。

(3)本发明采用平衡式接头实现箭地接口较小的介质分离力时，连接器可以仅应用支撑对接机构实现连接器的可靠对接及脱落。本发明的接头可应用于低温推进剂的加泄使用工况。

附图说明

图1为本发明的球锁式连接接头的结构图。

图2(a)为插座的结构图；

图2(b)为插座a-a位置截面图。

图3为插头的结构图。

图4为球锁的结构图。

图5为插座与插头的对接及脱落过程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施对本发明作进一步详细说明。

一种球锁式连接接头，其结构如图1所示。接头由插座1、插头2、球锁3等结构组成。插头2通过法兰与箭上管路连接固定，插座1后端法兰连接地面管路，插座1与插头2通过均布的两个球锁3进行对接、脱落。

插座1结构见图2(a)、图2(b)，插座1前端法兰101两侧安装球锁3，插座1后端法兰102连接地面管路。插座1的内部法兰103周向分布开有多个第一介质通道孔104，第一介质通道孔104连通插头2的矩形孔207，插座1与插头2对接到位后，上密封圈202与插座1的前端密封面105配合形成径向密封，下密封圈203与插座1的后端密封面106配合形成径向密封，插头2前端与插座1的内部法兰103间构成封闭腔107，介质通过周向的第一介质通道孔104流通，实现插座1与插头2的分离力被平衡。

插头2结构见图3，包括插头本体201、上密封圈202、下密封圈203、导向套204、钢丝挡圈205、球头206。插头本体201前端为封闭状态，周向均布开有第二介质通道孔207，介质从插头本体201的矩形孔207径向流通因而与插座1间的轴向分离力被平衡掉。上密封圈202、下密封圈203固定于导向套204后，由钢丝挡圈205限位，导向套204用于接头对接初始插入时的定位导向。插头本体201的法兰设有螺纹孔安装球头206，球头206用于与球锁3对接。上密封圈202、下密封圈203为弹簧张力密封圈。

球锁3结构见图4，包括球锁本体301、销轴302、外套303、弹簧304、钢球305、螺母306、解锁杆307、电磁阀308；球锁本体301通过外螺纹安装在前端法兰101上，球锁本体301为圆筒结构，球锁本体301中部沿径向开有通孔，在侧壁上形成环形凸起；解锁杆307安装在球锁本体301内，外套303安装在球锁本体301一端，销轴302穿过外套303侧壁、球锁本体301中部沿径向的通孔和解锁杆307一端端部，将外套303与球锁本体301固定；球锁本体301另一端连接电磁阀308，解锁杆307另一端连接电磁阀308的阀芯；弹簧304安装在外套303内，位于外套303端盖与球锁本体301外壁上的环形结构之间；钢球305安装在球锁本体301在外套303内的一端内壁上的凹槽内；螺母306安装在球锁本体301的外螺纹段，用于固定球锁3。球头206端部设置有环形凹槽，球锁本体301安装在前端法兰101，球锁3的外套303通过销轴302与中心解锁杆307连接，解锁杆307连接电磁阀308的阀芯，通常在弹簧304的作用下销轴302处于球锁本体301槽孔的左端，此时外套303将钢球305压入球头206的凹槽中可实现对接锁紧，当电磁阀308加电，解锁杆307带动销轴302及外套303向右移动，钢球305径向限位解除，此时球锁3与球头206实现解锁。球头206的中部设置削弱拉断槽，在球头206与球锁3发生卡滞不能解锁时，能够强行拉断。

本发明工作过程分为接头对接锁紧和解锁过程。

接头对接后状态如图1所示，对接前及脱落过程图如图5所示。

接头对接原理：接头对接前将球锁3安装于插座1，然后将球锁3处于解锁状态，将插座1与插头2对接，使球锁本体301套合球头206，然后复位外套303，钢球305进入球头206凹槽，球锁3上锁，拧紧螺母306，实现接头对接锁紧，此时上密封圈202与插座1的前端密封面105配合形成径向密封，下密封圈203与插座1的后端密封面106配合形成径向密封。

接头脱落原理：同时对电磁阀308加电或采用手动等方式直接将电磁阀308向后拉动，解锁杆307带动销轴302及外套303向右移动，钢球305径向限位解除，球锁3均与球头206实现解锁，插座1在重力或外力作用牵拉下，进而与插头2脱落分离。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。