雙氣缸鉸鏈式大門機構的製作方法

2023-05-27 01:10:36 1

專利名稱：雙氣缸鉸鏈式大門機構的製作方法
雙氣缸鉸鏈式大門機構
技術領域：
本發明涉及一種雙氣缸鉸鏈式大門機構，屬於大中型臥式容器的大門機構領域。背景糹支術
直徑大於①4m的大中型臥式容器是進行各類大型地面模擬試驗的主要場所，這類容器的大門直徑通常與容器直筒段的直徑相當，屬於非標準設計。由於這類大門本身的結構較重，加上大門內安裝的附屬裝置(比如熱沉等)，大門總重可達幾噸甚至十幾噸，在長期使用中多數大門因為變形而發生工作故障或失效。
對直徑大於04ra臥式容器大門機構，主要的開啟方式有單門軸式、多門軸式和平移式幾種。在容器大門機構設計中，傳統的單門軸開啟方式結構最簡單，但單門軸式在生產和組裝過程中，由於加工和裝配誤差，通常會出現大門法蘭端面與容器直筒段法蘭端面不能完全貼合、容器不能可靠密封的問題。另外，單門軸長期承受整個大門的重載荷會使大門法蘭產生較大變形，加劇兩法蘭端面的不貼合程度；強行關門時大門法蘭會對密封圈產生斜剪切力，這種不對稱力會把密封圈迅速剪斷或是密封圈性能嚴重降低。
為解決兩法蘭面的不貼合問題，設計人員提出了多門軸結構。每增加一個門軸(迴轉中心)就增加一個大門運動的自由度，能有效的解決兩法蘭端面的不貼合問題。通常主門軸靠其連接結構固定在地基或容器上，其餘門軸懸空，各門軸之間用鋼架相連。但連接鋼架一般不能承受大門及附屬機構的重力，門軸越多變形越大。另外，大門機構自由度增加會影響大門運動軌跡，增加控制難度，需要額外設計地面導軌或導引槽。
臥式容器的平移式大門機構又分為吊掛式和小車式。吊掛式是在容器的大門側建有橫梁，大門吊掛在橫梁上，靠電機控制大門在橫梁上移動，橫梁需大於兩倍的大門直徑。由於橫梁的撓度變形較大，吊掛式大門的底部一般也需用鋼架支撐。小車式是將大門安裝在車架上，利用電機驅動小車移動實現大門的開閉，小車式對地面基建的要求較高，且大門沿容器軸線方向的移動設計難度大。平移式大門的缺點是佔用的空間大；為使兩法蘭端面準確貼合，大門在容器軸線方向上的移動設計和控制較為困難。
圖1為中國空間環境模擬器KM6設備直徑06. 5m的大門機構原理圖"，它集成了吊掛式和小車式的特點，靠一根主梁承受大門的主要重量，底部鋼架進行輔助支撐。框架底部有4個心軸結構式的車輪，其中2個帶電機驅動。大門吊杆是3自由度可調結構，有1個平衡裝置保持大門吊掛的穩定性和垂直度，大門沿容器軸線的移動主要靠抽真空時的吸合和卸壓後大門的自重被動實現。該大門結構的缺點是需要有地面導
3軌；沒能很好地解決關門時兩法蘭端面貼合的問題。
圖2為KM6載人艙直徑5m的大門機構原理圖2。該結構是單門軸式的演變(圖 2-a)，利用兩個距離2m的轉臂把大門及法蘭支撐在容器筒體上，轉臂能以支撐座迴轉 軸為中心轉動。大門底部有兩輪型支撐架，為消除支撐輪軸受到的扭矩，支撐輪設計 成浮動式。該結構的優點靠迴轉臂將大門和容器連成整體，提高了整體強度；彈性支 撐小車能分擔部分大門機構的重力。缺點是大門在容器軸線方向不可調，會出現兩法 蘭端面的不貼合問題；兩輪支撐會出現輪子懸空的問題。
總的來講，大中型臥式容器的大門運行^U勾設計應考慮下述幾個因素
1. 大門運行機構佔用空間小、對地面基建要求低；
2. 大門運行機構及大門法蘭的受力變形；
3. 大門法蘭面與容器直筒段法蘭端面的貼合及密封；
4. 大門運行機構的自動化控制。 參考文獻黃本誠《空間真空環境與真空技術》，國防工業出版社，2005.1; [2]陳金明《KM6載人輪05m大門的結構設計》，環模技術，1996年第4期。
發明內容
本發明的目的是設計一種應用於大中型臥式容器的鉸鏈式大門機構。針對大直徑 大門自重引起的變形問題，提出"拉壓雙氣缸-鉸鏈連杆式，，鉸鏈結構，有效解決了大 門自重引起的受力不對稱及法蘭端面不貼和的問題。
雙氣缸鉸鏈式大門機構包括鉸鏈軸(1)、上鉸鏈連杆(2)、下鉸鏈連杆(3)、推 力氣缸(4 )、拉力氣缸(5 )、鉸鏈前蓋(6 )、鉸鏈後蓋(7 )、軸瓦(8 )、徑向軸承(9 )、 推力軸承(10 )、彈簧墊(11 )、可調節彈簧(12 )、支撐輪(13 )、控制機構(14 )、驅 動電機(15 )。
雙氣缸鉸鏈式大門機構的積極效果在於
1. 鉸鏈機構通過鋼架和加強筋與大門和容器直筒段連成整體，提高了大門和鉸鏈 機構的剛度和強度；
2. 鉸鏈軸(1)的上下兩端設計有徑向軸承(9)和推力軸承(10)組成的承力單 元，分別承擔徑向力和軸向力，有效消除大門自重對4史^^連結構的影響；
蘭端面不貼和，拉力氣缸(5)可拖動上鉸鏈連杆(2),調整調節間隙使兩法蘭端面貼 合，確保關門後容器密封性能；
4.下鉸鏈連杆(3 )上的推力氣缸(5 )能有效抵消大門"下沉"時對鉸鏈軸(1 )的推力，並保證鉸鏈機構的上下端調節間隙始終存在；
5. 推力氣缸(4)、拉力氣缸(5)和大門加緊器上的氣缸(16)採用同一氣源，確保三個氣缸的同步工作；
6. 上鉸鏈連杆(2)、下鉸鏈連杆(3)、軸瓦(8)都採用了加長型結構，避免開門時鉸鏈連杆(2、 3)與各自配合的軸瓦(8)出現"卡死"現象；
7. 可調節彈簧(12)和支撐輪(13)組成的"遠端承力單元"能有效分擔大門的
重力，分擔重力的大小通過可調節彈簧(n)調節；
8. 控制機構(14)自鎖和限位裝置，保證大門電動或手動控制切換時的安全。

圖1中國KM6直徑6. 5m大門機構原理圖；圖2中國KM6直徑5m大門才幾構原理圖；圖3雙氣缸鉸鏈式大門結構圖；圖4遠端承力單元結構圖；圖5大門加緊器示意圖。
圖中l-鉸鏈軸、2-上鉸鏈連杆、3-下鉸鏈連杆、4-推力氣缸、5-拉力氣缸、6-鉸鏈前蓋、7-鉸鏈後蓋、8-軸瓦、9-徑向軸承、l(H推力軸承、11-彈簧墊、12-可調節彈簧、13-支撐輪、14-控制機構、15-驅動電機、16-氣缸具體實施方式
下面結合附圖進一 步說明本發明。
雙氣缸鉸鏈式大門機構適用於直徑〉①4m的大中型臥式容器或搶體的大門，如圖3所示，機構主要包括安裝在容器或槍體一側的鉸鏈機構和安裝在另 一側大門底部的遠端承力單元，以及大門加緊器。
大門可繞鉸鏈機構的鉸鏈軸(1)轉動，由於大門自重較大，大門鉸鏈離大門重心較遠，導致鉸鏈機構的受力較為複雜，鉸鏈軸上下端各有一個承力單元，由徑向軸承(9)和推力軸承(10)組成，徑向軸承承擔徑向力，推力軸承承擔軸向力。上鉸鏈連杆(2 )上連接有拉力氣缸(5 ),下鉸鏈連杆(3 )上連接有推力氣缸(4 ), 4史鏈連杆(2、 3)通過各自的軸瓦(8)安裝在鉸鏈後蓋(7)上，鉸鏈連杆與鉸鏈後蓋間有一調節間隙，大門關閉後若兩法蘭端面不貼和，可通過拉力氣缸(5 )拖動鉸鏈連杆(2、3)沿容器或艙體的軸線方向移動，使兩法蘭端面完全貼合。
大門圍繞鉸鏈軸(1 )轉動時，由於大門及附屬機構的重力，會對下鉸鏈連杆(3 )產生很大的推力，在該推力的作用下，沿容器或艙體軸線方向的調節間隙可能會被結構帶來的變形"吃掉"。為消除這種影響，在下鉸鏈連杆(3)的另一端設置了推力氣缸(4),當大門運動時，推力氣缸會頂住下鉸鏈連杆(3),避免調節間隙被"吃掉"。
大門開啟時，上鉸鏈連杆(2)在軸瓦(8)內滑動時，由於受力的不對稱，有可 能出現鉸鏈連杆(2)與軸瓦(8)或軸瓦(8)與鉸鏈後蓋(7)的"頂死，，現象，造 成大門無法正常工作。為消除這種影響，對會i鏈連杆(2、 3)和軸瓦(8)進行了加長 設計。在大門打開時，上鉸鏈連杆另一端的拉力氣缸(5 )可以提供一個沿鉸鏈連杆軸 線方向的拉力，進一步避免"頂死"現象的發生。
推力氣缸(4)、拉力氣缸(5)和大門加緊器上的氣缸(16)的氣源相通，當大門 運動時，三氣缸可同時工作(拉力氣缸(5)拖動上鉸鏈連杆(2),防止鉸鏈連杆在軸 瓦(8)內"頂死"；推力氣缸(4)頂住下鉸鏈連杆(3),抵消大門自重對下鉸鏈連杆 的推力，並保證調解間隙不被大門的結構下沉"吃掉，，)，保證大門的正常運動。
鉸鏈前蓋(6)與大門剛架連接，鉸鏈後蓋(7)與容器或艙體的剛架連接，為提 高鉸鏈結構的剛度，在鉸鏈前蓋和鉸鏈後蓋附近加焊覆板和加強筋，確保鉸鏈處局部 不會受力變形，在容器或搶體和大門上也採用覆^1和加強筋周向固定來分擔局部受力。
遠端承力單元主要包括可調節彈簧(12)、支撐輪(13)、控制機構(14)和驅動 電機U5)。支撐輪和調節彈簧能分擔部分大門自重對鉸鏈機構的力和力矩，調節彈簧 (12)的受力大小可調。控制機構和驅動電機用於控制大門的開閉，控制機構(14) 上有解鎖和制動裝置。自動控制時，靠驅動電機(15)帶動大門繞鉸鏈軸(1)轉動， 在大門開位及關位處設有限位開關，驅動電機(15 )在到達限位處自動停止。大門手 動開閉時，須先打開控制機構(14)的解鎖裝置，大門運動到指定位置後，打開控制 機構(14)上的制動裝置，大門即被鎖定。
權利要求
1、雙氣缸鉸鏈式大門機構，其特徵在於包括鉸鏈軸(1)、上鉸鏈連杆(2)、下鉸鏈連杆(3)、推力氣缸(4)、拉力氣缸(5)、鉸鏈前蓋(6)、鉸鏈後蓋(7)、軸瓦(8)、徑向軸承(9)、推力軸承(10)、彈簧墊(11)、可調節彈簧(12)、支撐輪(13)、控制機構(14)、驅動電機(15)、氣缸(16)。
2、 如權利要求1所述的雙氣缸鉸鏈式大門機構，其特徵在於鉸鏈機構通過鋼架和加強筋與大門和容器直筒段連成整體，提高了大門和鉸鏈機構的剛度和強度。
3、 如權利要求l所述的雙氣缸鉸鏈式大門機構，其特徵在於鉸鏈軸(1)的上下兩端設計有徑向軸承(9)和推力軸承(10)組成的承力單元，分別承擔徑向力和軸向力，能有效抵消大門自重對鉸鏈機構的力和力矩。
4、 如權利要求1所述的雙氣缸鉸鏈式大門機構，其特徵在於可調節彈簧(12)和支撐輪(13)組成的"遠端承力單元"能有效分擔大門的重力，分擔重力的大小通過可調節彈簧(12)調節。
5、 如權利要求1所述的雙氣缸鉸鏈式大門機構，其特徵在於鉸鏈連杆(2、 3)與鉸鏈後蓋(7)之間有一調節間隙，大門關閉後若兩法蘭端面不貼和，可通過拉力氣缸(5)拖動鉸鏈連杆(2、 3)沿容器或艙體的軸線方向移動，使兩法蘭端面完全貼合。
6、 如權利要求l所述的雙氣缸鉸鏈式大門機構，其特徵在於鉸鏈連杆(2、 3)和軸瓦(8)採用加長型結構，有效消除大門開啟時上鉸鏈連杆(2)在軸瓦(8)內滑動時可能出現"頂死"現象，在大門開啟時，上鉸鏈連杆(2)另一端的拉力氣缸(5)可以提供一個沿鉸鏈連杆軸線方向的拉力，進一步避免"頂死"現象的發生。
7、 如權利要求l所述的雙氣缸鉸鏈式大門機構，其特徵在於推力氣缸(4)、拉力氣缸(5)和大門加緊器上的氣缸(16)的氣源相通，當大門繞鉸鏈軸(1)運動時，三氣缸可同時工作，保證大門的正常運動。
全文摘要
本發明提出了一種適用於大中型臥式容器的雙氣缸鉸鏈式大門機構，主要包括鉸鏈軸(1)、上鉸鏈連杆(2)、下鉸鏈連杆(3)、推力氣缸(4)、拉力氣缸(5)和遠端承力單元。大門的重力主要靠鉸鏈機構承擔，遠端承力單元上的可調節彈簧(12)和支撐輪(13)分擔部分大門重力，大門的自動控制靠遠端承力單元的控制機構(14)和驅動電機(15)實現。大門關閉後可沿容器軸線方向運動，靠拉力氣缸(5)調節鉸鏈機構上的調節間隙實現。推力氣缸(4)用於抵消大門自動對鉸鏈軸下端的推力，並保證鉸鏈機構沿容器軸線方向的調節間隙始終存在，拉力氣缸(5)的另一個作用是消除大門開啟時可能出現的上鉸鏈連杆(2)與軸瓦(8)的「卡死」現象。
文檔編號F16J13/16GK101649906SQ20091008607
公開日2010年2月17日 申請日期2009年6月8日 優先權日2009年6月8日
發明者凌桂龍, 張國舟, 李曉娟, 王文龍, 蔡國飆, 黃本誠 申請人:北京航空航天大學