開口氣缸的柔性開口緊固與密封裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種開口氣缸的柔性開口緊固與密封裝置，包括柔性緊固密封帶、氣缸開口結構、緊固密封帶分離與閉合裝置及活塞，克服現(xiàn)有開口氣缸技術中存在的開口緊固缺失、不足，以及氣體密封不足，可靠性差的問題。緊固帶設置于氣缸內(nèi)或外，可彎曲繞過活塞臂，實現(xiàn)活塞臂的無障礙通過，實現(xiàn)開口的緊固作用；密封帶設置于氣缸內(nèi)，可彎曲繞過活塞臂，實現(xiàn)氣缸內(nèi)氣體的連續(xù)密封；緊固密封帶分離與閉合裝置提供柔性帶與開口的分離與結合；活塞提供柔性帶的通過滑道，提供緊固密封帶分離與閉合裝置的固定，提供與密封帶配合的聯(lián)合密封裝置。
【專利說明】開口氣缸的柔性開口緊固與密封裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及動力傳遞所使用的開口氣缸機械領域，尤其涉及開口氣缸其開口部分所需要的緊固與密封，以及相關配套需要的技術裝置。
【背景技術】
[0002]在使用氣缸(包括氣體、液體氣缸)進行動力傳遞的場景中，有時需要使用開口氣缸(例如航空母艦上飛機的起飛彈射)。開口氣缸優(yōu)勢:在氣缸活塞上直接輸出動力(完成這種功能的機構稱為活塞臂，從缸體活塞上通過氣缸縫即開口伸出缸體外)，可以最大程度減少動力輸出裝置的死重，減少氣缸及動力輸出裝置的總體長度，提高動力輸出響應速度與效率。
[0003]開口氣缸的正常工作，需要解決由于氣缸缸體開口之特點帶來的缸體變形及氣缸工作物資(包括高壓氣體、水蒸汽或液體等，本文以氣體代替)泄漏的問題。
[0004]缸體的變形有兩種解決途徑。
[0005]一、加強缸體自身強度。包括加厚缸壁、在缸體外部設置加強機構。該方式易于實現(xiàn)，但是會增加很大的結構重量與設備尺寸。
[0006]二、對開口進行活動性緊固?；顒有跃o固是指:當活塞及活塞臂通過時，可快速打開便于活塞臂無障礙通過；當活塞及活塞臂通過后立即緊固開口，防止缸體漲開而變形。該方式實現(xiàn)難度較大，尤其是在高速度、大壓力、長行程的氣缸上實現(xiàn)困難很大。
[0007]氣缸壁厚需求分析:
[0008]采用常規(guī)壓力容器，根據(jù)《鋼制壓力容器》GB150-1998厚度公式:δ =(PXD) + (2 δ tX Φ-Ρ)+1
[0009]P是設計壓力(單位為MPa)，D是直徑(mm)，δ t是材料在設計溫度下的許用應力(MPa), Φ為焊接系數(shù)(取1.0), I為腐蝕裕量。
[0010]Q235B δ t 為 113MPa，常規(guī)航母 P = 2MPa, D = 500mm,則 δ = 5.46mm。
[0011]現(xiàn)有航母壁厚分析:
[0012]從公開的圖片中看氣缸壁厚約30mm?60_ ;從公開的結構重量中估算，彈射機構總體重量500噸，其中彈射氣缸占125噸，按100米長度，則氣缸壁厚度約80mm。
[0013]無論從哪個數(shù)據(jù)看，現(xiàn)有航母的缸體壁厚(50_左右)都比滿足其基本氣體壓力需要的缸壁厚度(6_左右)大得多。究其原因，正是由于沒有解決開口緊固問題，不得不加強缸體自身強度，采用很厚的缸體來抵御缸體變形。
[0014]如果利用其它裝置在開口氣缸的開口處提供額外的緊固力克服缸體漲力，則不要如此厚的缸壁結構。
[0015]開口氣缸的氣密封通常采用活動性密封。密封形式包括缸體內(nèi)密封及缸體外密封兩種方式。無論那種方式，都要解決活塞臂的順利通過問題，面臨密封體的可靠性、密封結構活動的靈活性及活塞臂快速通過的便利性之間的矛盾，其設計非常復雜。
[0016]由于開口氣缸的開口緊固與密封技術可以應用于航空母艦的飛機起飛彈射機構，公開文獻與專利很少。從已公開的航母彈射機構看，缸體很厚，其開口緊固機構的緊固作用很小，密封機構的密封性不夠，從公開的視頻看蒸汽泄露比較大；其它方案很少涉及開口緊固機制。
[0017]涉及氣體密封的文獻及專利，很多是采用分段密封，密封斷面多，密封體與活塞間的密封形狀復雜，其解決的徹底性不足，漏氣較多，存在較大的缺點；其它采用連續(xù)密封的方案，使用拖曳滑動的方式實現(xiàn)密封體的到位，在高速運行的系統(tǒng)中較難解決結構重量、密封帶慣性以及滑動磨損等問題。
[0018]為此，本發(fā)明提供了一種解決開口氣缸的的開口緊固以及密封問題的裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]本發(fā)明所要解決的技術問題是:
[0020]克服現(xiàn)有開口氣缸技術中存在的開口緊固缺失、不足，以及氣體密封不足，可靠性差的問題，提供一種開口氣缸的開口緊固與密封裝置。
[0021]本發(fā)明采用以下技術方案:
[0022]提供一種柔性緊固與密封裝置，由柔性緊固密封帶、開口機構、柔性緊固密封帶分離與閉合裝置以及活塞等4部分組成。
[0023]在活塞臂通過前，柔性緊固密封帶在分離臂的作用下離開開口，活塞臂通過后在閉合臂的作用下重新與開口結合，從而既實現(xiàn)開口的緊固與密封功能，又能使活塞臂無障礙通過，解決了開口氣缸的開口緊固、氣體密封及活塞臂無障礙通過之間的矛盾。
[0024]采用柔性緊固密封帶一體的結構，本發(fā)明將其設置在氣缸內(nèi)部實現(xiàn)內(nèi)緊固與內(nèi)密封。
[0025]采用柔性緊固與密封功能分開設置的結構，本發(fā)明將柔性緊固帶設置在氣缸外部實現(xiàn)外緊固，柔性密封帶依然設置在氣缸內(nèi)實現(xiàn)內(nèi)密封。
[0026]開口機構設置于氣缸縫處，承載氣缸缸體的漲力，提供活塞臂的通過，提供與柔性緊固密封帶的結合能力，提供與柔性密封帶的聯(lián)合密封能力。
[0027]柔性緊固密封帶與開口的分離與結合動作，通過柔性緊固密封帶分離與閉合裝置實現(xiàn)。
[0028]活塞承擔氣缸高壓氣體的壓力，提供動力輸出，提供柔性緊固密封帶的通過滑道，提供分離與閉合裝置的固定，提供常規(guī)的圓形活塞環(huán)組件，還提供與緊固密封帶配合的彈性密封片。
[0029]在上述4種組件的配合下，柔性緊固與密封裝置可實現(xiàn)開口的緊固與密封能力。
[0030]可達到的有益效果:
[0031]采用本發(fā)明所述裝置，與現(xiàn)有技術相比，利用柔性緊固密封帶繞過活塞臂，實現(xiàn)了開口氣缸開口的快速、可靠緊固作用，提供了氣缸內(nèi)氣體的連續(xù)、緊致密封能力，同時使活塞臂無障礙快速通過，響應速度快，緊固可靠，密封簡單、磨損小。又由于緊固作用抵抗了缸體的漲力，可以降低缸體強度與材料厚度，減少缸體體積、重量，提高了動力輸出效率與速度，可充分體現(xiàn)開口氣缸動力輸出直接的優(yōu)勢。
【專利附圖】

【附圖說明】[0032]圖1是柔性開口緊固與密封裝置整體結構圖
[0033]圖2是緊固密封帶示意圖
[0034]圖3是緊固片與柔性帶連接圖
[0035]圖4是緊固密封一體式的開口、緊固密封帶結構
[0036]圖5是緊固密封分離式的開口、緊固密封帶結構
[0037]圖6是設置緩沖帶的柔性緊固密封帶
[0038]圖7是緩沖帶置于開口底部示意圖
[0039]圖8是分離與閉合裝置示意圖
[0040]圖9是分離與閉合臂推力分析圖
[0041]圖10是活塞結構圖
[0042]圖11是各組件之間的相對關系示意圖
【具體實施方式】
[0043]下面結合附圖對本發(fā)明技術方案的實施作進一步的詳細描述。
[0044]本發(fā)明所述開口氣缸的柔性開口緊固與密封裝置整體結構見圖1。
[0045]本發(fā)明所述開口氣缸的柔性開口緊固與密封裝置包括以下組件:
[0046]A、柔性緊固密封帶
[0047]柔性緊固密封帶由柔性帶、緊固片構成，見圖2。柔性帶可彎曲，緊固片與柔性帶固定彈性連接，從而可以跟隨柔性帶運動。
[0048]緊固片與柔性帶固定彈性連接采用如圖3所示的一種彈性楔片連接。楔片與柔性帶固定連接，穿過緊固片中的通道，楔片頂端為圓柱形，容納在緊固片的菱形腔體中，與其有一定間隙且可彈性變形。這種結構允許柔性帶與緊固片在接觸面的法線方向有相對位移，以適應柔性帶的彎曲。
[0049]采用柔性緊固密封帶一體的結構，本發(fā)明將其設置在氣缸內(nèi)部實現(xiàn)內(nèi)緊固與內(nèi)密封。與此配合的開口方案見圖4。緊固片起到開口緊固與氣體承壓作用，柔性片起到密封作用。這種方式下，活動部件少，但是開口暴露在外，沒有收到保護，受力較大的緊固片在開口內(nèi)，維護復雜。
[0050]采用柔性緊固與密封功能分開設置的結構，本發(fā)明將柔性緊固帶設置在氣缸外部實現(xiàn)外緊固，柔性密封帶依然設置在氣缸內(nèi)實現(xiàn)內(nèi)密封。與此配合的開口方案見圖5。這種方式下，分離與閉合臂受力可以部分抵消活塞動力輸出力矩(因活塞氣動中心與活塞臂動力輸出點不重合)；因緊固片在氣缸外部，有利于裝置的維護保養(yǎng)；外部柔性帶可以蓋住開口，防止異物進入氣缸內(nèi)部，起到保護氣缸的作用；內(nèi)部密封帶與外部緊固帶可以分別設計，可以做到各自結構最簡，性能最優(yōu)，有利于工程實現(xiàn)，但是活動部件增多，工程實施中需要綜合考慮。
[0051]柔性緊固密封帶在活塞臂之前和之后都是與開口機構連接在一起(從緊固密封帶的作用看，其在活塞臂之前并不需要承擔緊固與密封作用，因此也就不需要與開口機構連接，但是很長的柔性帶需要有附著的地方，因此本發(fā)明采用使其附著在開口機構之上的方案來解決這個問題)。在活塞臂前，由于其柔性特性，可以彎曲離開開口，并繞過活塞臂以提供活塞臂的通過。當活塞臂通過后，再與開口閉合，完成開口的鎖固、氣體密封功能。由于柔性帶為連續(xù)的結構，密封面連續(xù)、平整，斷面少，密封結構簡單，密封性能好。
[0052]柔性緊固密封帶主要承受兩種較大的力量:開口側拉力、氣缸內(nèi)氣體壓力。由于柔性緊固密封帶的長度方向與開口側拉力、氣缸內(nèi)氣體壓力相互垂直，互相之間的干涉很小，工程實現(xiàn)比較容易。
[0053]活塞臂之后緊固片所受拉力分析:
[0054]設f為緊固片在開口長度方向上的單位長度所受拉力，P為氣體壓力，D為氣缸直徑，
[0055]f = p*D*/2
[0056]常規(guī)工作參數(shù)P = 2MPa, D = 50cm,則 f = 500Kg/cm
[0057]柔性緊固密封帶與開口的離開與閉合動作行程很小，在分離與閉合裝置的機械作用下，可以快速完成離合的動作，適應高速活塞臂的通過。
[0058]更進一步的設計:
[0059]柔性緊固密封帶的結構，需要考慮其快速彎曲的需要，在緊固片與柔性帶之間設置一緩沖層，緩沖層可輕微彈性變形以適應柔性帶的彎曲，如圖6所示。緩沖層亦可增強密封作用。
[0060]另一種方案，緩沖帶可固定于開口底部，這樣柔性緊固密封帶上的緩沖層可取消。如圖7所示。
[0061]B、開口結構
[0062]開口結構除承擔氣缸的氣體漲力、提供活塞臂的通過能力外，還提供柔性緊固密封帶的附著、聯(lián)合密封功能。由于緊固密封帶的方案不同，開口結構也有對應多種方案，見圖4、圖5。
[0063]C、柔性緊固密封帶與開口的分離與閉合裝置
[0064]該裝置提供柔性緊固密封帶的分離與閉合功能。沿活塞運行方向，在活塞臂的前后方各設置一套，以適應活塞的往返。這兩套結構可以一樣，也可不同以適應往返不同的技術要求(往返的速度不同，力量也不同，因此結構可以各有側重)。其基本特點是分離部分以較小的進入角切向柔性緊固密封帶的緊固片與開口接觸面，將其擠壓離開開口部位。閉合部分與分離部分作用原理類似，只是作用面、作用力與分離部分方向相反。見圖8。
[0065]分離與閉合臂推力分析:
[0066]其作用是提供柔性帶與開口的分離與閉合作用力。一般來說，影響其大小的因素有:氣缸開口張力、緊固片與開口的摩擦力、切入角，與緊固片在開口上的滑動行程也可能有關系。在此提供一簡化模型分析，如圖9所示。
[0067]設分離臂水平推力為fl，緊固片與開口的摩擦力f2，氣缸壓強P，氣缸直徑D，緊固片與開口的摩擦系數(shù)μ，切入角α，緊固片在開口上的滑動行程高度H，長度L。
[0068]氣缸開口張力=p*D*L/2
[0069]緊固片與開口的摩擦力f2 =氣缸開口張力*μ = p*D*L/2* μ
[0070]分離臂水平推力fl = f2*sin α
[0071]sin α = H/L
[0072]則Π = p*D*/2* μ *H
[0073]可見分離臂水平推力與切入角沒有關系，但是與滑動行程高度H有關系(這個結論與一般的常識不同。一般的常識中，切入角越小越省力。但是本案例中，切入角越小，力臂需要推動的緊固片越多，f2有增大的趨勢)。這個結論可以指導緊固片在開口上的滑動行程及切入角的選擇。
[0074]當氣缸壓強為20個大氣壓，氣缸直徑為50cm (現(xiàn)有航母彈射常規(guī)參數(shù))，摩擦系數(shù)為0.1時，
[0075]fl = 50H
[0076]當緊固片在開口上的滑動行程高度為3cm時，分離臂水平推力為150Kg。
[0077]閉合臂受力分析與分離臂類似。根據(jù)上述數(shù)據(jù)，活塞給分離閉合臂提供的推力為300Kg，與活塞總推力(39.25噸)相比很小(0.76% )0
[0078]D、活塞
[0079]該組件提供氣缸高壓氣體的受力、動力輸出，以及柔性緊固密封帶的通過滑道?；钊w內(nèi)提供柔性緊固密封帶繞過活塞臂通過的滑道，提供分離與閉合裝置的固定，提供常規(guī)的圓形活塞環(huán)組件，最重要的是還提供與緊固密封帶配合的密封帶密封片。見圖10。與緊固密封帶配合的密封帶密封片為彈性結構，可適應制造公差及系統(tǒng)運行公差，使氣體密封效果更好。
[0080]活塞可左右自由滑動，緊固密封帶可緊固或離開開口。分離與閉合裝置與活塞固定連接在一起?；钊h(huán)組件、密封帶密封件與活塞連接在一起隨活塞運動。
[0081]就柔性緊固與密封一體的方案，以活塞自右向左運動為例說明其工作機制。
[0082]隨著活塞的運動，根據(jù)活塞與緊固密封帶的相對位置不同，各結構之間的相對關系如圖11所示。下面結合圖11對技術方案的實施作進一步的詳細描述。
[0083]在A處，緊固密封帶與開口結合在一起，氣缸壁與密封帶構成固定的外密封面，活塞、活塞環(huán)及密封帶密封片一起構成活動的內(nèi)密封面；
[0084]在B處，緊固密封帶開始接觸到分離與閉合裝置的分離臂。在分離臂向下的擠壓作用下，緊固密封帶向下運動離開開口，通過活塞上的窗口進入活塞內(nèi)部；
[0085]在C處，緊固密封帶已完全離開開口，沉入到活塞臂下方，在滑道中滑行，從而讓出開口位置供活塞臂通過開口；
[0086]在D處，緊固密封帶開始上升接觸到分離與閉合裝置的閉合臂。緊固密封帶通過活塞上的窗口逐步離開活塞體，在閉合臂向上的壓力作用下，向上運動卡住開口 ；
[0087]在E處，各組件相對位置恢復到與A處一致的狀態(tài)。外密封面與內(nèi)密封面重新構成完整的氣密面。
[0088]由于活塞臂的前后兩端都設置有分離與閉合裝置，因此活塞自左向右運動可以實現(xiàn)同樣的功能。
【權利要求】
1.一種開口氣缸的柔性開口緊固與密封裝置，其特征是:可彎曲的柔性帶，以及與柔性帶連接在一起的緊固片，可一起彎曲繞過活塞臂與氣缸縫開口結合。
2.權利I所要求的柔性開口緊固與密封裝置，其特征是:柔性緊固與密封帶可合一設置在開口內(nèi)部，也可分離，緊固帶在開口外部，密封帶設置在開口內(nèi)部。
3.權利I所要求的柔性開口緊固與密封裝置，其特征是:與柔性帶不同的設置方案配合的開口結構。
4.權利I所要求的柔性開口緊固與密封裝置，其特征是:與活塞、活塞臂連接在一起的柔性帶分離與閉合裝置。
5.權利I所要求的柔性開口緊固與密封裝置，其特征是:活塞上提供柔性帶穿過的窗口、滑道，提供與密封帶配合的密封裝置。
6.權利I所要求的柔性開口緊固與密封裝置，其特征是:柔性帶與緊固片之間設置緩沖帶。
7.權利I所要求的柔性開口緊固與密封裝置，其特征是:柔性帶與緊固片之間采用楔片連接。
8.權利I所要求的柔性開口緊固與密封裝置，其特征是:開口機構底部設置緩沖帶保證氣密性。
【文檔編號】F16J15/16GK103939611SQ201410189265
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月7日 優(yōu)先權日:2014年5月7日
【發(fā)明者】夏彤宇 申請人:夏彤宇