RU2451232C1

RU2451232C1 - Quick-disconnect unit

Info

Publication number: RU2451232C1
Application number: RU2011108059/06A
Authority: RU
Inventors: Игорь Константинович Богоявленский (RU); Игорь Константинович Богоявленский; Николай Иванович Медведев (RU); Николай Иванович Медведев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева"
Priority date: 2011-03-03
Filing date: 2011-03-03
Publication date: 2012-05-20

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: quick-disconnect unit includes on-board connection and ground connection with shutoff device installed on it and including collet, shutoff drive sleeve with pneumatic actuator, which is connected to the tightening device. On-board and ground connections are made with common housing which has breaking element in the form of breaking connection strap, and pneumatic actuator is equipped with breaking mechanism made in the form of piston with retractable pins. Energy accumulation mechanism is installed in piston which includes a ball pressed with a spring to retaining slot on collet, and shutoff device is provided with safety stop contacting the breaking connection strap.

EFFECT: tightness of quick-disconnect unit under normal operation and reliability of actuation of shutoff device of quick-disconnect unit at separation of on-board and ground connections.

5 dwg

Description

Изобретение относится к области ракетно-космической техники, в частности к устройствам, обеспечивающим экстренное разделение межблочных пневмогидромагистралей при возникновении аварийной ситуации, и может быть использовано в машиностроении.The invention relates to the field of rocket and space technology, in particular, to devices providing emergency separation of interunit pneumohydraulic lines in an emergency, and can be used in mechanical engineering.

Известно разъемное соединение [RU №2167360], включающее в себя бортовой и наземный штуцера с торцевым, уплотнительным элементом между ними, соединенные шариковым замком. Недостатком данного устройства является невозможность обеспечения абсолютной герметичности стыка бортового и съемного штуцеров, а также недостаточно высокая надежность разделения бортового и наземного штуцеров.Known detachable connection [RU No. 2167360], which includes an airborne and ground connection with an end, sealing element between them, connected by a ball lock. The disadvantage of this device is the inability to ensure absolute tightness of the junction of the onboard and removable fittings, as well as the insufficiently high reliability of separation of the onboard and ground fittings.

Близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является быстроразъемный агрегат [RU №2173427], включающий бортовой и наземный штуцера, соединенные между собой запорным устройством, состоящим из цанги, соединенной с устройством для затяжки, запорной приводной втулки, имеющей пневмопривод. Быстроразъемный агрегат снабжен пружинной защелкой, жестко связанной с цангой, а на запорной втулке выполнены проушина для присоединения к тросу аварийного открытия и на ее конце конический буртик, взаимодействующий с защелкой.Close in technical essence to the proposed technical solution is a quick-disconnect assembly [RU No. 2173427], including an airborne and a ground fitting, interconnected by a locking device consisting of a collet connected to a tightening device, a locking drive sleeve having a pneumatic drive. The quick disconnect unit is equipped with a spring latch rigidly connected to the collet, and an eye is made on the locking sleeve for connecting to the emergency opening cable and at its end a conical collar interacting with the latch.

Недостатком данного устройства является невозможность обеспечения абсолютной герметичности стыка бортового и съемного штуцеров, а также недостаточно высокая надежность разделения бортового и наземного штуцеров.The disadvantage of this device is the inability to ensure absolute tightness of the junction of the onboard and removable fittings, as well as the insufficiently high reliability of separation of the onboard and ground fittings.

Техническим результатом предлагаемой конструкции является абсолютная герметичность быстроразъемного агрегата при штатной эксплуатации и высокая надежность срабатывания запорного устройства быстроразъемного агрегата при разделении бортового и наземного штуцеров.The technical result of the proposed design is the absolute tightness of the quick coupler during normal operation and the high reliability of the locking device of the quick coupler when separating the airborne and ground fittings.

Сущность изобретения заключается в том, что быстроразъемный агрегат, включающий бортовой штуцер и наземный штуцер, с установленным на нем запорным устройством, включающим соединенную с устройством для затяжки цангу, запорную приводную втулку с пневмоприводом, отличается тем, что бортовой и наземный штуцера выполнены единым корпусом, который имеет разрывной элемент в виде разрывной перемычки, а пневмопривод снабжен разрывным механизмом, выполненным в виде поршня с выдвигающимися стержнями, и механизмом накопления энергии, установленным в поршне и содержащим шарик, поджатый пружиной к удерживающему пазу на цанге, при этом запорное устройство снабжено предохранительным упором, контактирующим с разрывной перемычкой.The essence of the invention lies in the fact that the quick-disconnect assembly, including an on-board fitting and a ground fitting, with a locking device installed on it, including a collet connected to the device for tightening, a locking drive sleeve with a pneumatic actuator, is characterized in that the on-board and ground fitting are made in a single body, which has a discontinuous element in the form of a discontinuous jumper, and the pneumatic actuator is equipped with a discontinuous mechanism made in the form of a piston with retractable rods and an energy storage mechanism m in the piston and containing a ball, pressed by a spring to the retaining groove on the collet, while the locking device is equipped with a safety stop in contact with the bursting jumper.

На фиг.1 изображен общий вид быстроразъемного агрегата.Figure 1 shows a General view of a quick coupler.

На фиг.2 изображен механизм накопления энергии и действующие на шарик силы после начала действия давления Р.Figure 2 shows the mechanism of energy storage and the force acting on the ball after the onset of pressure R.

На фиг.3 изображен быстроразъемный агрегат в момент получения максимально возможного заряда энергии, который удерживается механизмом накопления энергии.Figure 3 shows a quick coupler at the time of receipt of the maximum possible charge of energy, which is held by the energy storage mechanism.

На фиг.4 изображены наземный штуцер с запорным устройством после разрыва разрывной перемычки.Figure 4 shows a ground fitting with a locking device after rupture of the rupture bridge.

На фиг.5 изображен бортовой штуцер после разрыва разрывной перемычки.Figure 5 shows the side fitting after rupture of the rupture bridge.

Конструкция быстроразъемного агрегата включает бортовой штуцер 1 и наземный штуцер 2, с установленным на нем запорным устройством, при этом запорное устройство находится в резьбовом соединении с ним. Запорное устройство включает в себя цангу 3, устройство для затяжки 4, запорную приводную втулку 5 с пневмоприводом, разрывной механизм, состоящий из поршня 6 со стержнями 7 и механизма накопления энергии (см. фиг.2), которые установлены на наземном штуцере 2. На устройстве для затяжки 4 находится предохранительный упор 8, контактирующий с разрывной перемычкой 9. Торцевая поверхность 10 поршня 6 и запорная приводная втулка 5 со стороны ее торцевой поверхности 11 образуют полость 12 для подвода управляющего давления Р. Запорная приводная втулка 5 поджата к поршню 6 пружиной 13. На цанге 3 находится головка 14, контактирующая с устройством для затяжки 4, запорной приводной втулкой 5 и упорным буртиком 15 бортового штуцера 1. Болты 16 прижимают головку 14 цанги 3 к упорному буртику 15 бортового штуцера 1.The design of the quick coupler includes an on-board fitting 1 and a ground fitting 2, with a locking device installed on it, the locking device being threadedly connected to it. The locking device includes a collet 3, a tightening device 4, a locking drive sleeve 5 with a pneumatic actuator, a discontinuous mechanism consisting of a piston 6 with rods 7 and an energy storage mechanism (see figure 2), which are installed on the ground fitting 2. On device for tightening 4 there is a safety stop 8 in contact with the bursting jumper 9. The end surface 10 of the piston 6 and the locking drive sleeve 5 from the side of its end surface 11 form a cavity 12 for supplying control pressure R. Locking drive sleeve 5 ata to the piston 6 by the spring 13. On the collet 3 there is a head 14 in contact with the tightening device 4, the locking drive sleeve 5 and the stop shoulder 15 of the side fitting 1. The bolts 16 press the head 14 of the collet 3 to the stop shoulder 15 of the side fitting 1.

Механизм накопления энергии состоит из шарика 17, который через опору 18 прижат пружиной 19 к удерживающему пазу 20 на цанге 3. Пружина 19 зафиксирована вкладышем 21 в отверстии поршня 6. Бортовой штуцер 1 снабжен силовым фланцем 22. Болт 23 находится в резьбовом соединении с цангой 3 и, упираясь в запорную приводную втулку 5, не позволяет ей перемещаться. Болт 23 снимается с быстроразъемного агрегата перед началом штатной эксплуатации.The energy storage mechanism consists of a ball 17, which is pressed by a spring 19 through the support 18 to the retaining groove 20 on the collet 3. The spring 19 is fixed by a liner 21 in the piston bore 6. The side fitting 1 is equipped with a power flange 22. The bolt 23 is in a threaded connection with a collet 3 and, resting against the locking drive sleeve 5, does not allow it to move. The bolt 23 is removed from the quick coupler before starting normal operation.

Усиление разрывной перемычки 9 осуществляется следующим образом. При сборке устройство для затяжки 4 накручивают на резьбу наземного штуцера 2 до соприкосновения предохранительного упора 8 с разрывной перемычкой 9. Цангу 3, предварительно установленную на устройстве для затяжки 4, защелкивают на стыке предохранительного упора 8 с разрывной перемычкой 9. Цанга 3 конусом головки 14 захватывает упорный буртик 15 бортового штуцера 1. При закручивании болтов 16 происходит затягивание запорного устройства. Предохранительный упор 8 своей поверхностью прижимается к поверхности упорного буртика 15, предохраняя разрывную перемычку 9 от внешних нагрузок. Тем самым воздействие внешних нагрузок происходит от бортового штуцера 1 к наземному штуцеру 2 или наоборот через предохранительный упор 8 на упорный буртик 15 бортового штуцера 1. Раскрыться усикам цанги 3 не дает запорная приводная втулка 5, которая под действием пружины 13 закрывает головку 14 цанги 3.The strengthening of the bursting jumper 9 is as follows. When assembling, the tightening device 4 is screwed onto the thread of the ground fitting 2 until the safety stop 8 contacts the bursting jumper 9. The collet 3 pre-installed on the tightening device 4 is latched onto the junction of the safety stop 8 with the bursting jumper 9. The collet 3 captures the head cone 14 stop flange 15 of side fitting 1. When tightening bolts 16, locking device is tightened. The safety stop 8 is pressed against the surface of the thrust shoulder 15 by its surface, protecting the bursting jumper 9 from external loads. Thus, the effect of external loads occurs from the side fitting 1 to the ground fitting 2 or vice versa through the safety stop 8 to the stop shoulder 15 of the side fitting 1. The antennae of the collet 3 is not opened by the locking drive sleeve 5, which, under the action of the spring 13, closes the head 14 of the collet 3.

Разделение бортового 1 и наземного 2 штуцеров осуществляется следующим образом. В полость 12 подают управляющее давление Р, которое действует на торцевую поверхность 11 запорной приводной втулки 5 по стрелке Б и на торцевую поверхность 10 поршня 6 по стрелке В. Запорная приводная втулка 5 перемещается относительно цанги 3 по стрелке Б до упора в торец 24 цанги 3, освобождая при этом головку 16 цанги 3, и далее, двигаясь вместе с цангой 3 до торца 25 устройства для затяжки 4, раздвигает усики цанги 3. При этом защитная силовая нагрузка перестает действовать, то есть устройство для затяжки 4 с предохранительным упором 8 утрачивает свою защитную функцию, оставляя разрывную перемычку 9 свободной от воздействия механических усилий. Поршень 6 по мере роста давления Р некоторое время остается в состоянии покоя благодаря тому, что в механизме накопления энергии пружина 19 прижимает шарик 17 к удерживающему пазу 20 цанги 3 силой F_пр. Накопитель «собирает» энергию до тех пор, пока сила F₁ от действия давления Р не будет равной силе F_пр. Когда сила F₁ превысит силу F_пр, поршень 6, обладая к тому моменту кинетической энергией W, резко сорвется с места и ударит стержнями 7 в силовой фланец 22. Кинетическая энергия W определяется по формуле:The separation of airborne 1 and ground 2 fittings is as follows. The control pressure P is applied to the cavity 12, which acts on the end surface 11 of the locking drive sleeve 5 in the direction of arrow B and on the end surface 10 of the piston 6 in the direction of arrow B. The locking drive sleeve 5 is moved relative to the collet 3 in direction of arrow B as far as the stop in the end 24 of the collet 3 thus freeing the head 16 of the collet 3, and then moving together with the collet 3 to the end face 25 of the tightening device 4, it extends the antennae of the collet 3. In this case, the protective power load ceases to act, that is, the tightening device 4 with the safety stop 8 loses its protective function, leaving the bursting jumper 9 free from mechanical stress. As the pressure P increases, the piston 6 remains at rest for some time due to the fact that the spring 19 in the energy storage mechanism presses the ball 17 against the retaining groove 20 of the collet 3 by the force F _pr The drive “collects” energy until the force F ₁ from the action of pressure P is equal to the force F _pr When the force F ₁ exceeds the force F _CR , the piston 6, possessing by that moment kinetic energy W, will abruptly disengage and hit the rods 7 into the power flange 22. The kinetic energy W is determined by the formula:

,

где m - масса поршня 6 со стержнями 7, v - начальная скорость поршня 6.where m is the mass of the piston 6 with the rods 7, v is the initial speed of the piston 6.

Из формулы видно, что кинетическая энергия прямо пропорциональна квадрату скорости поршня 6.The formula shows that the kinetic energy is directly proportional to the square of the speed of the piston 6.

Приращение кинетической энергии движущегося тела равно работе А действующих на это тело сил:The increment of the kinetic energy of a moving body is equal to the work A of the forces acting on this body:

Работа А является произведением силы F на путь s:Work A is the product of force F and path s:

А=FsA = Fs

Подставляя значение работы А в формулу приращения кинетической энергии, получаем:Substituting the value of work A in the kinetic energy increment formula, we obtain:

Таким образом, сила F, с которой поршень 6 стержнями 7 ударит в силовой фланец 22, будет равнаThus, the force F, with which the piston 6 by the rods 7 will strike into the power flange 22, will be equal to

,

то есть прямо пропорциональна квадрату скорости поршня 6.that is, directly proportional to the square of the speed of the piston 6.

Ударную силу поршня 6 стержнями 7 в силовой фланец 22 воспринимает разрывная перемычка 9, от чего она, имея малую толщину, рвется и разделяет бортовой и наземный штуцера.The shock force of the piston 6 by the rods 7 in the power flange 22 is perceived by the bursting jumper 9, from which it, having a small thickness, breaks and separates the side and ground fittings.

Таким образом, предложенная конструкция быстроразъемного агрегата, в которой механизм накопления энергии за счет шарика 17, поджатого пружиной 19 к удерживающему пазу 20 на цанге 3, обеспечивает возникновение, накопление и передачу ударной нагрузки на разрывную перемычку 9, за счет чего последняя рвется, гарантирует высокую надежность срабатывания запорного устройства при разделении бортового 1 и наземного 2 штуцеров. А также данное изобретение позволяет сделать толщину перегородки 9 оптимальной, чтобы она, с одной стороны, не деформировалась раньше времени при сборке и транспортировке до разделения бортового 1 и наземного 2 штуцеров, а с другой стороны, надежно рвалась при их разделении.Thus, the proposed design of the quick coupler, in which the energy storage mechanism due to the ball 17, pressed by the spring 19 to the retaining groove 20 on the collet 3, provides the occurrence, accumulation and transmission of the shock load to the bursting jumper 9, due to which the latter breaks, guarantees high the reliability of the locking device when separating the airborne 1 and ground 2 fittings. And also this invention allows to make the thickness of the partition 9 optimal so that, on the one hand, it does not deform ahead of time during assembly and transportation until the airborne 1 and ground 2 fittings are separated, and on the other hand, reliably breaks when they are separated.

Claims

A quick-disconnect assembly, including an on-board fitting and a ground fitting with a locking device mounted on it, including a collet connected to a device for tightening, a pneumatic drive locking sleeve, characterized in that the on-board and ground fitting are made in a single body, which has a bursting element in the form of a bursting jumper and the pneumatic actuator is equipped with a discontinuous mechanism made in the form of a piston with extendable rods and an energy storage mechanism installed in the piston containing a ball, a spring loaded different to the retaining groove on the collet, while the locking device is equipped with a safety stop in contact with the bursting jumper.