УСТРОЙСТВО ФИКСАЦИИ РАЗДЕЛЯЕМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ
DEVICE FOR FIXATION OF SEPARATED STRUCTURAL ELEMENTS

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в агрегатах, требующих фиксации и мгновенного дистанционного разделения элементов конструкции, например в ракетно-космической технике.
Известно устройство для разделения элементов конструкции, описанное в патенте RU №2103657, включающее корпус, пироэнергодатчик, поршень и хвостовик, при этом корпус и поршень выполнены с взаимносопрягающимися конусными поверхностями.
Недостатком указанной конструкции является однократность использования и невозможность повторной фиксации из-за разрушения конструкции посредством пиросредств.
Наиболее близким к предложенной конструкции - прототипом - является устройство разделения элементов конструкции, описанное в патенте RU №2494289, содержащее корпус с двумя пневмоцилиндрами и размещенными в них пневмопоршнями, имеющими шток, оканчивающийся скошенным клиновидным торцем, а также замковый элемент, взаимодействующий со штоками пневмопоршней, имеющий фланец с конической образующей, которая параллельна скосу торца штока в плоскости, проходящей через оси замкового элемента и пневмопоршня, при этом каждый пневмоцилиндр со стороны, противоположной клиновидному торцу, взаимодействует с пружиной сжатия, причем пневмопоршень снабжен узлом предотвращения окружного проворота.
Недостатком указанной конструкции является недостаточная надежность и долговечность, т.к. острая кромка фланца конической образующей замкового элемента при срабатывании устройства повреждает скос клиновидного торца пневмопоршня, аналогично острая кромка скоса клиновидного торца пневмопоршня при срабатывании устройства повреждает коническую образующую фланца замкового элемента, а цилиндрическая образующая пневмопоршня недопустимо изнашивает плоскость основания конуса фланца замкового элемента. Кроме этого возможно заклинивание замкового элемента из-за разномоментного начала движения пневмопоршней, обусловленного разными нагрузочными характеристиками пружин.
Задачей усовершенствованной конструкции является сглаживание острых кромок в местах соприкосновения конической образующей замкового элемента и кромки клиновидного торца пневмопоршня и увеличение площади контакта основания конуса замкового элемента с пневмопоршнем.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение надежности и долговечности.
Технический результат достигается тем, что в известном устройстве, содержащем корпус с двумя пневмоцилиндрами и размещенными в них пневмопоршнями, имеющими шток, оканчивающийся скошенным клиновидным торцем, а также замковый элемент, взаимодействующий со штоками пневмопоршней, имеющий фланец с конической образующей, которая параллельна скосу торца штока в плоскости, проходящей через оси замкового элемента и пневмопоршня, при этом каждый пневмоцилиндр со стороны, противоположной клиновидному торцу, взаимодействует с пружиной сжатия, причем пневмопоршень имеет узел предотвращения окружного проворота, в отличие от прототипа в нем при пересечении оснований конуса с конической образующей фланца замкового элемента выполнены радиусные скругления, а на штоке каждого пневмопоршня выполнена лыска, обращенная к нижнему основанию конуса замкового элемента, параллельная последнему, с расположенным на пересечении с плоскостью скоса клиновидного торца радиусным скруглением, при этом каждая пружина снабжена узлом регулировки поджатия, а ход X пневмопоршня определяется соотношением:
G>Х>В-K+(D-L-r-R) tgα, где:
G - длина лыски;
В - радиус окружности при пересечении конической образующей фланца ее замкового элемента с плоскостью лыски на штоке пневмопоршня;
K - максимальное расстояние от оси замкового элемента до точки пересечения скоса клиновидного торца штока пневмопоршня с его цилиндрической поверхностью;
D - диаметр штока пневмопоршня;
L - глубина лыски на штоке пневмопоршня;
r - радиус скругления конической образующей замкового элемента при нижнем основании конуса;
R - радиус скругления штока пневмопоршня при пересечении плоскостей лыски и скоса клиновидного торца;
α - угол наклона конической образующей фланца замкового элемента к его оси.
Конструкция и принцип работы устройства фиксации разделяемых элементов конструкции поясняются с помощью графических материалов. На фиг. 1 представлено устройство фиксации разделяемых элементов конструкции в исходном положении с зафиксированным замковым элементом, на фиг. 2 представлено устройство фиксации разделяемых элементов конструкции с расфиксированным замковым элементом (после подачи газа в пневмоцилиндры).
Устройство фиксации разделяемых элементов конструкции состоит из корпуса 1 с пневмоцилиндрами 2 и 3, в которых установлены пневмопоршни 4. Каждый пневмопоршень 4 имеет цилиндрический шток 5 с клиновидным торцем, взаимодействующий с замковым элементом 6, снабженным фланцем 7 с конической образующей 8 и параллельными основаниями. Клиновидный торец штока 5 имеет скос 9 под углом, соответствующим углу наклона образующей 8. На штоке 5 каждого пневмопоршня выполнена лыска 10, обращенная к нижнему основанию конуса фланца 7 замкового элемента 6, параллельно последнему. Лыска 10 снабжена радиусным скруглением 11 на пересечении с плоскостью скоса 9 клиновидного торца. При пересечении оснований конуса с конической образующей 8 фланца 7 замкового элемента 6 выполнены радиусные скругления 12. Пружины 13 поджимают пневмопоршни 4 к замковому элементу 6 и снабжены узлами регулировки поджатия 14, выполненными, например, в виде набора шайб.
При подаче газа определенного давления в штуцер С корпуса 1, он по каналам попадает в пневмоцилиндры 2 и 3, при этом установленные в них пневмопоршни 4 преодолевают сопротивление пружин 13 и перемещаются в противоположные стороны от оси замкового элемента 6. Штоки 5 выходят из зацепления с фланцем 7 замкового элемента 6, который расфиксируется и удаляется из корпуса 1, освобождая разделяемые элементы конструкции. Коническая образующая 8 замкового элемента 6 и выполненный под тем же углом скос 9 на торце штока 5 обеспечивают возврат замкового элемента 6 в исходное положение вручную при отсутствии давления в штуцере С корпуса 1. Лыска 10 с радиусным скруглением 11 на штоке 5 и соответствующие радиусные скругления 12 фланца 7 замкового элемента 6 значительно уменьшают повреждение основания конуса фланца 7 конической образующей 8 и скоса 9 при расфиксации и возврате замкового элемента 6 в исходное положение вручную за счет увеличения площади контакта. Узлы регулировки поджатия 14 пружин 13 обеспечивают одновременность выхода из зацепления штоков 5 с замковым элементом 6, что устраняет перекос замкового элемента 6 и его возможное заклинивание.
Максимальное расстояние OQ от оси замкового элемента 6 до его радиусного скругления 12 определяется как разность радиуса В окружности при пересечении конической образующей 8 фланца ее замкового элемента 6 с плоскостью лыски 10 на штоке 5 пневмопоршня 3 и отрезка SQ из треугольника SQT, который приблизительно равен r·tgα, т.е.
OQ=B-r·tgα,
где r - радиус скругления конической образующей замкового элемента при нижнем основании конуса, а α - угол наклона конической образующей фланца замкового элемента к его оси.
Минимальное расстояние от оси замкового элемента 6 до радиусного скругления 11 на штоке 5 определяется как разность максимального расстояния K от оси замкового элемента 6 до точки пересечения скоса 9 клиновидного торца штока 5 пневмопоршня 3 с его цилиндрической поверхностью и отрезка NM. В свою очередь отрезок NM=FM-FN. Из треугольника FNP с достаточной точностью FN определяется как R·tgα, где R - радиус скругления 11 штока 5 пневмопоршня 3 при пересечении плоскостей лыски 10 и скоса 9 клиновидного торца, из треугольника FME получим FM=(D-L)·tgα, где D - диаметр штока 5 пневмопоршня 3, L - глубина лыски 10 на штоке 5 пневмопоршня 3;
отсюда: NM=(D-L)·tgα-R·tgα.
Ход X пневмопоршня должен быть больше, чем разность величин OQ и (K-NM) для того, чтобы замковый элемент 6 вышел из зацепления с пневмопоршнями 3, но меньше длины лыски 10, т.е. должно выполняться соотношение: G>X>OQ-(K-NM) (1)
Подставляя в (1) значения OQ и NM, получим:
G>X>В-r·tgα-{K-[(D-L)·tgα-R·tgα]} или:
G>X>B-K+(D-L-r-R)·tgα, где:
G - длина лыски;
B - радиус окружности при пересечении конической образующей фланца ее замкового элемента с плоскостью лыски на штоке пневмопоршня;
K - максимальное расстояние от оси замкового элемента до точки пересечения скоса клиновидного торца штока пневмопоршня с его цилиндрической поверхностью;
D - диаметр штока пневмопоршня;
L - глубина лыски на штоке пневмопоршня;
r - радиус скругления конической образующей замкового элемента при нижнем основании конуса;
R - радиус скругления штока пневмопоршня при пересечении плоскостей лыски и скоса клиновидного торца;
α - угол наклона конической образующей фланца замкового элемента к его оси.
Выполнение лыски с радиусным скруглением на штоке и соответствующих радиусных скруглений при пересечении оснований конуса с конической образующей фланца замкового элемента значительно уменьшают повреждение основания конуса фланца конической образующей и скоса при их взаимном перемещении за счет увеличения площади контакта. Узлы регулировки поджатия пружин обеспечивают одновременность выхода из зацепления штоков с замковым элементом, что устраняет перекос замкового элемента и его возможное заклинивание, а следовательно, повышается надежность работы и долговечность устройства.
Литература
1. Патент RU №2103657, F42B 15/36, 1998 г.
2. Патент RU №2494289, F16B 1/00, 2004 г. - прототип.