专利名称:扬伸式伸展臂浮道路设备的制作方法
本发明主要属于浮桥、浮道路领域，也涉及到临时码头、船舶抗沉设备、可收卷的机翼、架空升降装置、水下打捞中的浮体装置、推土机的传力伸展臂装置、消防云梯、浮油打捞的快速圈定装置、临时围墙和路障等。它是一种既能扬伸展开，又能自动折叠收卷的设备。
目前已有的技术中是采用小舟或浮箱作为浮体，这些浮体做成的浮桥或浮道路是用刚性构架或钢板连接起来的，其体积和重量较大，架设不易，它们都不能兼而在水面、泽地、碎石地上架设;已有用长形橡皮袋做成的浮桥，是充气式的，但充气压力小，承载能力小、易破，且收卷需用人力;已有的临时码头用趸船，但当大船离岸较远时，便用驳船，增加了过驳费用和时间;现在，飞机起降需要一段滑跑距离，在陆上，已有的飞机跑道用钢筋混凝土做成，因此起降场地很受限制;在现在的水下打捞中所用的打捞方式如浮筒式、起吊式、充塑式等，各有其优缺点，但共同的是作业时间长，动用船只和辅助设备多，总费用高;现时的船舶抗沉性设计中，多采用隔舱法，即某舱破损进水后，便将该舱封闭，这是被动的，另外还置有少量的压载水舱，在它们排水后可以提供一定的补充浮力，但是，扩大压载水舱将占用较多的舱容，而且大量的压载水舱排水后，将造成船的重心上移，对稳性不利，所以压载水舱的办法较多用在为潜艇等水下船只提供上浮力，而水面的大型船舶在遇到特殊情况时需要大量的补充浮力的问题，实际上没有得到解决;已有的船舶减摇鳍用刚性翼板组成，可做成能收能撑的结构，长度只有几米，这种设备只有在高航速时，减摇效果才好，一般中、低速船均不宜采用，尤其在停航时，减摇效果更微;随着宇航事业的发展，太空物体的打捞和放置设备是需要的，而且作用距离越长越好;在现有的空中补给系统中，直接用管子放出去，连接的时间长，又难以准确对位;在现有的浮油打捞系统中，对大量泄漏的浮油用浮筒来圈定，需要小艇施放浮筒，圈定效率低;现有的飞机用的舷梯或自动梯，多采用刚性梯子，占用空间大，架设不方便，一般不自带;现有的直升飞机用绳梯，人员上下时爬登费力又费时，而且给人以一种不安全感;现有的飞机机翼采用刚性构架、外包蒙皮而成，不能收卷，停机时占用空间大，高速时阻力大;现有的直升飞机的旋翼中的浆叶用大而长的整板制成，笨重、阻力大，不能收卷;现有的围墙、路障均采用固定设施，圈围费时又占地，拆除时也费事，不能迅即架设。
本发明的目的在于克服上述诸设备的缺点，借助于工作流体的压力、设备的弹力及外界力(如载荷)等诸因素之间的相互作用和平衡，提供一种能迅速铺设和迅速收卷的设备。
本发明的内容设备主要由两部分组成，即能在压力流体作用下扬伸展开的空心涡卷弹簧组，及与该弹簧组的开口处牢固相连并能向它提供压力流体的压力流体源装置。本发明的空心涡卷弹簧组在一些场合当作浮体使用以载重，在另一些场合当作伸展臂使用以传力，还可作圈围屏障使用。在工作流体作用下自动扬伸展开，在自身弹力作用下自动折叠、收卷，扬伸展开时占有巨大空间，承受巨大的载荷或推力，收卷后体积小，占地小，所用材料比现有同类设备节省得多。压力流体源装置为上述弹簧组提供、排放压力流体，及在该弹簧组工作时负责保持流体的正常工作压力，该工作流体一般用压缩空气或压力水，或用其它气体、液体、混合流体，可根据周围环境的状况及使用要求不同而异。
本发明所述的设备可用作水面浮桥、浮道路，在不适于行走或行车的地方充作临时道路，用作船间或船与岸间通行的道路，用作临时码头，用作起落飞机的临时跑道，在水下打捞及船舶抗沉设备中用作能迅速展开以提供浮力的装置，在船舶减摇系统中用作能方便地扬伸或收卷的减摇鳍设备，在卫星或太空物体的打捞和投放设备中及空中补给系统中用作伸展臂装置，在推土机上用作机体与铲头间的传力伸缩臂装置，在建筑业中和在高空作业中用作升降装置，在消防和救生设备中用作云梯，在飞机(或其他飞行物)中用作舷梯或自动梯，在飞机上用作可扬伸和收卷的机翼及直升机的旋翼或浆叶，在水面浮油打捞系统中用作浮油快速圈定装置，在围墙和路障设置中当作圈围屏障使用(在需要时圈围或设置，在不需要时可以收卷)。总之在水上多作为浮体使用，在陆上、空中和水中当作伸展臂使用，同时也可作为一种圈围的屏障和路障等阻塞的器具使用。
本发明是这样实现的预制一个其大小和形状与要完成的工作情况相适应的、空心的涡卷弹簧组，该弹簧组具有开口，并通过开口与压力流体源装置牢固地连接在一起，除开口处外的其他端面、上下表面、侧面、以及这些面间的连接处都被牢固地密封起来，构成一个密封的容积空间，以使被导入的压力流体不会被泄漏。当压力流体源装置启动后，机械能转变成压力势能，即提高了流体的压力，使之高于周围环境的压力，当压力适当的流体被导入上述的涡卷弹簧组时，便克服弹簧组的变形能而作功，使该弹簧组扬伸展开并鼓起，这样就可以承担外载荷或执行其任务了。在充作浮道路、浮桥、临时码头、飞机水上跑道、水下打捞、船舶减摇系统、船舶抗沉系统中，本发明的空心涡卷弹簧组在水面展开常作为浮体使用，由于其内部充满着压力气体，因此，可以提供巨大的浮力，人员和车辆可以在上面经过，成为一种载体。而在另一些场合，如在卫星或太空物体的打捞和放置设备中、推土机的传力伸缩臂装置中、在各种用途的云梯和升降装置中、飞机用自动舷梯装置中、空中补给设备中，均用作伸展臂，以传递力和物件。至于用作飞机的机翼和直升机的旋翼或浆叶，则是利用其能方便地扬伸和收卷的性能，从而可使飞机和直升机向前高速航行时阻力较小，它也是一种特殊的伸展臂。在浮油打捞系统中用作浮油快速圈定装置时，则一方面是利用其作为浮体的性能，另一方面也由于卷成锥体的空心涡卷弹簧组能迅速展开成弧状或园圈状的特点，从而将被污染的水域迅速圈定住，以便使浮油不致扩散开去。在充作临时围墙和路障设备时，由于它能迅速展开，并鼓起时有一定的高度，因此可以作为临时屏障物使用，此时的工作流体可用压缩气体，也可用其他流体。本发明中的空心涡卷弹簧组在执行上述各项任务时，如附近已有现成的压力流体源装置，则它可充当上述设备的基本构件，即本发明所带的压力流体源装置可省去。本发明的结构视需要和用途的不同，可做成向同一个方向扬伸展直的涡卷弹簧组，也可做成展开后成弧状、园圈状或其他曲线形状的空心涡卷弹簧组，这些形状的差异主要由其上下表面、侧面及肋板的形状和结构配置不同而定。当使用完毕后，只要将排放阀打开，借助于涡卷弹簧组自身的弹力就可迅速将该组件内的流体排出，同时弹簧组也就迅速地折叠、收卷起来，伸展的长度取决于组接后的弹簧组件的长度，可以做得很长(如数百米)，根据需要而定，由于收卷后的涡卷弹簧组的圈与圈之间的距离可很小，甚至互相接触，即使很长的设备收卷后的体积也是较小的。该设备使用时扬伸、收卷的过程为气动或液动过程，其自动化程度可很高。当需要展开后的浮体或伸展臂是直的形状时，则涡卷弹簧组的收卷部分定形成园柱形;当需要展开后的浮体或伸展臂成园弧形时，则涡卷弹簧组的上下表面也应是园弧形，且收卷部分定形成截园锥形体(或园台);当需要展开后的浮体或伸展臂为其他的曲线形状时，则其上下表面也应具有这种形状，并使收卷部分在收卷后定形成不同锥度的截园锥形体，或园锥形体与园柱形体混卷。因为这样可以得到最小的收卷体积。由于使用薄的金属带材(厚度常在几毫米以下)，设备用料很省，即使很长的设备，其自重也不太大。在展开时，适当提高所充压力流体的压力，就可提高设备的承载能力。
本发明所用的空心涡卷弹簧组，当要求其在使用中有足够的结构强度和要求其表面鼓起的拱形不太高时，可以在其内部增加肋板或拉筋，而且该肋板或拉筋的金属部分也应在收卷状态下进行定形处理(或定形热处理)，以使其不会阻碍上述涡卷弹簧组的扬伸和收卷运动。若该拉筋是柔性材料或索具，对运动的阻力很小，则也可不进行定形处理。
本发明所述的设备可全部安装于车、船等运输工具之上，以便于移动。
下面将根据实施例作进一步的介绍一种3米宽、2米高、100米长的本发明设备在展开后能提供的总浮力约为600吨。如将上述设备当作伸展臂使用时，若内压为1kg/cm2表压时，其推力可达60吨，而且随着横截面积或内压力的增加，推力也将按正比增加。
当上述设备被当作临时围墙使用时，若在涡卷弹簧组内充以液体，如水，则该设备的向下的正压力便有600吨，可见充作临时围墙亦是很有效的。
设想一名高大的男子登上浮桥，行进中常常单脚落地，他的一只26厘米的胶鞋，其下部与地接触的面积约185厘米2，对于这样一位高约1.8米男子，其体重一般70公斤，再带30公斤行李，共100公斤，这样，鞋对桥面的压力平均为0.54公斤/厘米2，即本设备之空心涡卷弹簧组的内压达0.54表压，就可供人们行走。实际上这个压力还可降低，因为与人的鞋底面接触的弹簧板，它在受力变形时有一个较大的弧度，当弹簧组上表面受到人脚(鞋底)的压力而变形时，也牵带着周围地区的变形，也就是说，周围有一较大的影响区，比如说，影响区的折算面积与直接受压区的面积大致相等(给定变形量)，则上述内压可降至0.27表压。
对于车辆过桥也有相似的效果。如卡车前轮与桥面接触部分，其前后长20厘米，宽15×2＝30厘米，四轮总接触面积为20×30×2＝1200厘米2，若在横度采取措施(如加横肋)，使影响区加宽，当影响区加宽到200厘米时，则总面积为20×200×2＝8000厘米2，即内压为1表压的该设备，在变形很小时，可通行8吨四轮卡车。显然，若要增加过桥车辆的载重，可以增加车辆自身的轮子数(这也是与车辆本身的重载需要一致的)，也可以增加空心涡卷弹簧组的内压(内压的增加必须同时提高结构强度)，再就是加固桥面以扩大影响区。例如，对于一种3米长、2米宽的车辆而言，若其影响区能占到3米×2米的面积的一半，则对于12吨的这类车辆，设备内压只需0.5表压，甚至更小，而且桥面变形不大。因此说，本发明设备所提供的浮道路，不但能通行人员，而且还可以通行重型车辆。
随着内压力和受力面积的增加，对结构强度的要求也将更高，这将使表面加厚，还需设置拉筋、肋板;表面厚度的增加，又将增加其弯曲应力，因此在单层结构太厚又不能满足要求时，可采用多层表面、多层侧面或肋板的多层结构来解决，使其总厚度虽较大，但弯曲应力仍较小。如有一种横截面积为200厘米×200厘米的伸展臂，当内压达1表压时，设伸展臂受力后横截面鼓成园形，其纵向承受约50000公斤的拉力，横向承受的拉力强度更大，若所使用的金属弹性材料的许用抗拉强度为50公斤/毫米2，则该伸展臂的单层壁厚用0.5毫米就可以了。若用两层的结构，每层只需0.25毫米厚。如若在其内部再设肋板和拉筋，则其鼓起的程度将受到控制，同时壁厚也可减薄。
通过上述简算可知，本发明的设备所能承载的物重和所能提供的推力或正压力均是相当大的，而其壁厚又可做得较小。当然，在单层壁厚能胜任时，尽量采用单层结构，因其工艺较简。
以下将结合附图对发明作进一步的详细描述。
图1是本发明的主要构件(空心涡卷弹簧组)收卷后的正视图。
图2是空心涡卷弹簧组充入压力流体后，扬伸展直的正视图(示意图)。
图3是空心涡卷弹簧组充入压力流体后，扬伸展直的俯视图(示意图)。
图4是空心涡卷弹簧组与压力流体源管道(或接管)的连接方式之一。
图5是空心涡卷弹簧组横剖面(A-A)的两侧面连接的实例。
图6是空心涡卷弹簧组横剖面(A-A)的侧面与上、下表面连接的又一实例。
图7是空心涡卷弹簧组的主要面(本图上是上表面)用金属弹簧材料，其他面用编结物或其他材料组合而成的实例。
图8是空心涡卷弹簧组内增加肋板或筋条后的实例。
图9是空心涡卷弹簧组的侧面用非金属材料的实例。
图10是本发明设备的系统图实例。
图11是本发明的设备装于船舶使用的实例(图中有4个展开的涡卷弹簧组)。
图12是中间开口的涡卷弹簧组展开后的示意图。
图13是涡卷弹簧组的中间某处开口与压力流体源管道连接的实例。
图14是用多层结构的空心涡卷弹簧组在收卷折叠后的横剖面(局部)图。图中是三层结构。
图中所标的各件序号为1-空心涡卷弹簧组2-压力流体源管道(或接管)3-紧固件(如螺钉、铆钉等)4-密封圈5-压板6-肋板(或筋条)
7-上表面8-下表面9-侧面10-由编结物与密封胶粘剂组成的或由其他非金属材料组成的面。
11-调节器(或自动控制装置)12-原动机13-压缩机(或泵)14-阀门15-阀门16-贮压器17-阀门18-安全阀19-排放阀20-船舶(俯视图)21-中间某处有开口的空心涡卷弹簧组22-压力流体源管道23-压板24-紧固件25-密封圈图中粗实线箭头所指的方向表示流体流动方向。
本发明的主要部件-空心涡卷弹簧组(1)或(21)，主要由涡卷弹簧或金属弹簧带材连接组合而成。它可以由一根或几根平面涡卷弹簧(或带材)连接组合而成，如图5的结构是由两根涡卷弹簧(或两根金属弹簧带材)连接组合成的空心涡卷弹簧组的实例;它也可以由重量较轻而且韧性好、拉伸强度较高的材料(如编结物、或塑料膜、橡胶膜及复合材料)与少量的平面涡卷弹簧连接组合而成，但至少必须有一根涡卷弹簧，以保证所组合的空心涡卷弹簧组在收卷时有足够的弹力，并且也使承载表面在工作时有足够的承载能力，如图7所示是只有一根涡卷弹簧作为上表面，其余的面用编结物涂以密封胶粘剂或用其他复合材料、塑料膜、橡胶膜构成。如图9所示，也可用两根涡卷弹簧作上、下表面，并可设置肋板或拉筋，而侧面仍用图7所示的侧面材料构成。为了得到更长和更宽的空心涡卷弹簧组，所用的弹簧带材(如弹簧钢带)可以拼接加长或加宽。所用的金属弹簧材料(或带材)必须进行定形热处理(或定形处理)，以使其成为具有足够弹力的涡卷弹簧。视连接组合情况的不同，该定形热处理(或定形处理)可在连接组合前进行，或在连接组合后进行。例如，与纤维编结物或塑料膜、橡胶膜组合的情况，因这些材料不能耐高温，所以，金属弹簧材料必须在连接组合前作好定形热处理。组合后的空心涡卷弹簧组在未收卷时象一个长形的空心口袋，除开口处外，其他各面，如端面及上表面(件7)、下表面(8)和侧面(9)，以及这些面间的连接处都被牢固地密封起来，其开口用以与压力流体源装置(或通过一段接管)牢固地连接起来。在收卷时，侧面的板及肋板都必须折叠、收卷，材料在扬伸和收卷时将产生较大的弯曲应力。当对设备的强度要求较高，而壁厚又不能太厚时，组成空心涡卷弹簧组的金属弹性材料和非金属材料，可用多层的结构，这样可以增加设备充压时的可靠性、增加收折次数和提高使用寿命，即提高了设备的使用性能。图14即空心涡卷弹簧组的侧面用多层结构组合而成的实例在折叠后的横剖面图。有时还局部地做成波纹形，尤其对于展开后成弧状和其他曲线形状的涡卷弹簧组，其侧面和肋板做成波纹状可使其能更顺利地扬伸展开和收卷。组成空心涡卷弹簧组的弹性材料在运动中有摩擦，金属材料与介质接触时有腐蚀，腐蚀、擦伤、加工痕迹都将造成应力集中，从而降低了该材料的许多应力和使用寿命。因此，为提高耐腐蚀性、减少摩擦损伤、及减少敏感地区的应力集中，可在空心涡卷弹簧组的表面和侧面或弹性材料的表面涂以涂层，或粘一薄层的复盖膜，以保护之。空心涡卷弹簧组的各面之间的连接应该牢固、密封，金属材料组成的各个面之间及面与肋板、筋条间的连接可用焊接方式(如滚焊、搭接焊等)、铆钉或螺钉连接方式等，也可用粘接;非金属材料间及非金属与金属材料间的连接多用粘接，或用紧固件连接。组合后的涡卷弹簧组必须泵压或检漏。
图10是本发明的设备系统图实例，即空心的涡卷弹簧组与压力流体源装置的管道系统连接后，压力流体产生、排放、贮存和系统控制的简图。操纵调节器11使原动机12启动，带动压缩机(或泵)13，将吸进的流体加压后通过阀14和阀17，进入空心涡卷弹簧组1(或21)，便可使件1(或21)扬伸展开。当系统压力高于额定值后，为保证件1(或21)的使用安全，安全阀18将起作用，自动排出一部分流体，使压力恢复正常后，安全阀18重新关闭。当管路上的压力偏高或偏低时，可通过调节器11操纵原动机12使之停机或启动。如图10中的虚线箭头即表示调节器11能根据管路上的压力来操纵原动机的转速或启停。为保证急用时能更迅速地向涡卷弹簧组1(或21)充压，可设贮压器16，例如使用前将阀17关闭，阀14和阀15打开，即可单独向贮压器16充压，一旦阀17也打开时，贮压器16和压缩机13同时向空心涡卷弹簧组1(或21)输送压力流体，以使其更迅速地展开。贮压器的另一作用是保持压力，当设备正在工作时，涡卷弹簧组1(或21)已经展开，压力也已足够，不需要再继续不断输送大量流体，此时压缩机13可以暂停其工作，当关闭阀14和停止原动机12后，此时补偿管道系统里少量的漏泄以保持一定压力的任务就靠贮压器来完成。当然，没有贮压器16也可保持系统的压力稳定在一定的范围内，那就要靠原动机所带动的压缩机13，这样，原动机工作的时间将要更长些。当需要收卷设备时，只要打开排放阀19，同时停止原动机12和关闭阀17，便可借助于件1(或件21)自身的弹力而收卷。所以，压力流体源装置的作用主要有输送压力流体，以使设备伸展开来;保持管道上的压力，以保持设备的工作状态;过压保护，用以超压时进行安全排放;贮存压力流体，以供快速启动设备及在原动机停止工作时维持管路上的压力;完工排放，以收卷设备。
由上述可知，本发明中的空心涡卷弹簧组即件(1)和件(21);本发明的压力流体源装置包括原动机、气体压缩机(或泵)、安全阀、排放阀、调节器、各段阀门及管路，以及贮压器。
图11是在船的两侧加装了两对本发明所提供的设备的实例。由图可见，在船舶的水面附近扬展开来的涡卷弹簧组1所提供的巨大的补充浮力，将明显地提高该船舶的抗横摇能力和抗沉性，象翼一样铺展在水面的巨大浮体，相当于增加了船宽，因而使稳心半径增加，复原力矩增加，提高了该船的稳性。又由于本发明所述的设备能在急需时迅速地扬伸展开，所以对一些特别需要安全和稳定的船舶(如游轮、客轮、测量船、大型货船等)，本发明设备的应用将使人们增加安全感，减少海难损失。在平常情况下，如需要靠岸时，该船可以不必靠上，而只要将距岸较近一侧的本设备扬伸出去，即可当作船载浮桥使用，既方便，又不依赖深水码头，不占码头舶位，可以在大多数岸情、甚至泥岸的情况下实行远距离装卸和上、下人员及旅客，因此本发明设备在船上广泛应用后，将减少对固定码头的运输压力。
权利要求
1.扬伸式伸展臂浮道路设备，其特征在于浮体或伸展臂是一种既能在压力流体作用下扬伸展开，也能在排放了压力流体后在自身弹力作用下折叠、收卷的空心涡卷弹簧组，并有一个与它牢固连接的压力流体源装置。
2.如权利要求
1所述的设备，其特征在于所说的空心涡卷弹簧组全部用金属弹性材料(包括复合弹性材料)连接组合而成，或部分用金属弹性材料(包括复合弹性材料)和部分用非金属材料组合而成，在空心涡卷弹簧组上，除了与压力流体源装置相连有一接口外，其他的各面，包括上下表面、侧面、以及这些面间的连接处，都被牢固地密封起来，构成一个完全密封的容积空间，以使被导入的压力流体不会被泄漏。
3.如权利要求
1、2所述的设备，其特征在于构成空心涡卷弹簧组的金属弹性材料和非金属材料，既可采用单层结构，也可采用多层的结构。
4.如权利要求
1，2所述的设备，其特征在于构成空心涡卷弹簧组的金属弹性材料应进行定型热处理。
5.如权利要求
1，2所述的设备，其特征在于空心涡卷弹簧组的内部，可增加肋板或拉筋，该肋板或拉筋的金属部分也应进行定型热处理。
6.如权利要求
1，2所述的设备，其特征在于空心涡卷弹簧组的表面或弹性材料的表面需涂以防腐涂层，或粘附一层复盖膜。
7.如权利要求
1，2所述的设备，其特征在于空心涡卷弹簧组可以做成能扬伸展直的形状，也可以做成在扬伸展开后成弧状、园圈状、或其它曲线形状，这些形状的差异主要因其上下表面、侧面及肋板的形状和结构配置的不同而造成的。
8.如权利要求
1，2所述的设备，其特征在于空心涡卷弹簧组上的开口，可以设在它的端部，也可以设在它的中间某处。
9.如权利要求
1所述的设备，其特征在于与空心涡卷弹簧组牢固连接的压力流体源装置可包括原动机、压缩机(或泵)、安全阀、排放阀、调节器、各段阀门及管路，以及贮压器。
10.如权利要求
1所述的设备，可用作临时道路、浮桥、临时码头、飞机临时跑道、船舶抗沉设备、船舶减摇鳍设备、水下打捞中的浮体装置、空间物体的打捞和投放设备，空中补给系统中的伸展臂装置、推土机的传力伸缩臂装置、消防云梯、建筑业中以及架空作业中的升降装置、飞机上的舷梯或自动梯，也可用于飞机的机翼、直升飞机的旋翼或浆叶，还可作浮油打捞中的快速圈定装置，以及临时围墙和路障。
专利摘要
一种扬伸式伸展臂浮道路设备，包括空心涡卷弹簧组和压力流体源装置。当后者向前者充压时，前者就扬伸展开，并能承受巨大载荷；使用后，只要打开排放阀，该弹簧组自动收卷成涡卷状。本发明可用于临时道路、浮桥、临时码头、飞机临时跑道、船舶抗沉及减摇鳍设备、水下打捞装置、太空打捞和投放设备、空中补给装置、推土机伸缩臂、消防云梯、架空升降装置、飞机舷梯或自动梯、飞机机翼、直升机旋翼或浆叶、浮油圈定、围墙、路障等。
文档编号E02B15/04GK87100233SQ87100233
公开日1988年8月31日 申请日期1987年2月18日
发明者赵斌, 杨海, 杨荣光 申请人:赵斌, 杨海, 杨荣光导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan