一种抽真空式机械限位装置的制作方法

领域

本发明涉及一种机械限位装置，特别涉及一种应用于气体持续爆燃测试系统的抽真空式机械限位装置。

背景技术：

有限空间，是指封闭或者部分封闭，与外界相对隔离，出入口较为狭窄，作业人员不能长时间在内工作，自然通风不良，易造成有毒有害、易燃易爆物质积聚或者氧含量不足的空间。通常，作业人员对有限空间概念的陌生，以致于根本无法认清相应空间存在的危害性，使得在有限空间内作业出现事故的发生率较高。随着工业化的不断发展，对于有限空间作业安全的要求也越来越高，能够对作业人员进行现场有限空间爆燃模拟，并能够连续展示爆燃危害的测试系统随之诞生。

在研制用于气体持续爆燃的新型测试系统中，系统采用自动覆膜机构，其包括并列设置的爆燃箱和供膜组件，爆燃箱顶部具有一个可覆盖测试膜的爆燃测试口，系统还包括一可在爆燃测试口与供膜组件之间往复翻转180°的覆膜圈，覆膜圈上设有若干接入抽真空系统的活动式真空吸盘，各真空吸盘配备有用于控制真空吸盘伸出或缩回覆膜圈的限位装置。

系统工作时，覆膜圈翻转至供膜组件上方进行测试膜吸附，此时，朝下的真空吸盘则伸出接触测试膜，并通过工作状态的限位装置来对真空吸盘进行位置限制，避免抽真空时真空吸盘晃动影响吸附甚至因为负压等其他原因回缩到覆膜圈内，确保系统工作的可靠性；

吸附有测试膜的覆膜圈翻转至爆燃测试口进行爆燃测试，此时，真空吸盘朝上，为避免反复爆燃造成真空吸盘损坏，抽真空系统停止工作，并需要控制限位装置处于非工作状态，使得朝上的真空吸盘在自重作用下缩回覆膜圈内。

目前已知的限位装置在应用至该种测试系统时，由于对安全性能的高要求，无法采用电动执行器作为限位装置，一般需要采用气动、液压驱动的执行器来实现，其虽然均能够实现在两种位置下对真空吸盘的限位或自由移动，但是仍然存在一些缺陷：

(1)采用气缸或液压缸来驱动时，在测试系统的覆膜圈上增加了额外的气动或液压管路，并需要配备压缩气源或液压站作为动力源来实现，结构复杂，成本高，且管路种类众多，给维护带来不便；

(2)由于结构限制，气缸、液压缸的体积大，结构不够紧凑，使得覆膜圈尺寸相应增大，造成整个系统的重量和体积进一步增加；

(3)需要通过控制器以及多个传感器配合来实现各位置下限位装置的不同动作，系统复杂，降低工作稳定性；

(4)采用气缸和液压缸作为限位装置，其制造要求高，工艺相对复杂，进一步增加了成本。

因此，在能够实现对上述测试系统真空吸盘限位的基础上，研发一种无需额外类别动力源，且结构紧凑、简单、制造成本低的限位装置势在必行。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种抽真空式机械限位装置，在应用于气体持续爆燃测试系统中时可共用动力源，且结构紧凑、制造维护方便。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种抽真空式机械限位装置，其创新点在于：包括

一机械限位壳体，该机械限位壳体为多台阶回转体结构，限定机械限位壳体在沿多台阶回转体结构的轴线方向上的一端为第一端，另一端为第二端，在沿机械限位壳体多台阶回转体结构的轴线方向上，所述机械限位壳体外表面自第一端向第二端依次设有第一连接段、主体段和第二连接段，在第一连接段上设有用于安装机械限位的外螺纹结构，主体段上靠近第一连接段的一侧螺纹连接有锁紧螺母；第一连接段的外径记做r1，主体段的外径记做r2，第二连接段的外径记做r3，r1≤r3＜r2；

机械限位壳体的中心开有贯通的多台阶孔腔，在沿机械限位壳体多台阶回转体结构的轴线方向上，所述多台阶孔腔自第一端向第二端依次为第一圆柱腔、锥形过渡腔、第二圆柱腔和第三圆柱腔，第三圆柱腔的内壁上设置有内螺纹结构；第一圆柱腔的内径记做r4，第二圆柱腔的内径记做r5，第三圆柱腔的内径记做r6，r4＜r5＜r6；

一限位活塞杆，该限位活塞杆具有一金属限位管体，所述金属限位管体的末端向外翻边形成一环状结构，在该环状结构上注塑成型有活塞；所述金属限位管体嵌入机械限位壳体的第一圆柱腔内与第一圆柱腔内壁滑动配合，所述活塞嵌入机械限位壳体的第二圆柱腔内与第二圆柱腔内壁滑动配合；并在金属限位管体上开有抽真空第一连通孔；

一活塞杆复位弹簧，该活塞杆复位弹簧套装在金属限位管体外，并位于机械限位壳体第二圆柱腔内，该活塞杆复位弹簧的一端抵住活塞端面，另一端抵在第二圆柱腔与锥形过渡腔之间形成的台阶面上；

一端盖，该端盖为台阶状回转体结构，限定端盖在沿端盖回转体结构的轴线方向上的一端为第三端，另一端为第四端，

在沿端盖回转体结构的轴线方向上，端盖外表面自第三端向第四端依次设有锁紧段和外平衡段，在锁紧段上设置有外螺纹结构，锁紧段的外径记做r7，外平衡段的外径记做r8，r7＞r8；所述端盖的外表面锁紧段与机械限位壳体的第三圆柱腔通过内、外螺纹结构连接固定；

端盖的中心开有贯通的台阶孔腔，在沿端盖回转体结构的轴线方向上，所述台阶孔腔自第三端向第四端依次设有第四圆柱腔和第五圆柱腔，第四圆柱腔的内径记做r9，第五圆柱腔的内径记做r10，r9＞r10；所述端盖的第四圆柱腔内壁与外平衡段表面之间均匀设置有若干端盖平衡孔，端盖的第四圆柱腔与第五圆柱腔之间形成环形内限位面；

一抽真空连接管，该抽真空连接管为一端封闭的管体，限定抽真空连接管在其管体轴线方向上的一端为第五端，另一端为第六端，抽真空连接管中心具有一在其管体轴线方向上自第六端的端面向第五端延伸且不贯通第五端的抽真空孔道，并在靠近第五端侧的抽真空连接管周向外表面上开有与抽真空孔道连通的抽真空第二连通孔；

在抽真空导管上靠近第六端的管体周向外表面模压成型有用于与端盖连接固定的橡胶定位塞，该橡胶定位塞具有一个刚好可嵌入端盖第五圆柱腔内并与第五圆柱腔内壁紧配合的小环形体，在小环形体的一端整体成型有用于嵌入端盖中第四圆柱腔内的圆锥体内限位部，在小环形体的另一端整体成型有环形外限位部；所述圆锥体内限位部的底面外径记做r11，环形外限位部的外径记做r12，r10＜r11＜r9＜r12；

所述小环形体嵌入端盖中第五圆柱腔内，且小环形体与第五圆柱腔内壁之间紧配合，所述圆锥体内限位部嵌入端盖中第四圆柱腔内，且圆锥体内限位部的锥形底面紧贴环形内限位面，所述环形外限位部紧贴端盖的第四端外端面；

所述抽真空连接管中靠近第五端的管体部分嵌入限位活塞杆的金属限位管体内并与金属限位管体的内壁滑动配合，所述抽真空连接管中靠近第六端的管体部分通过橡胶定位塞定位在端盖中心。

优选的，所述抽真空连接管上的抽真空第二连通孔有一对，对称设置在抽真空连接管上。

优选的，所述抽真空连接管第六端的管体外周向上设置有至少一道环形凹槽。

优选的，所述与橡胶定位塞接触部分的抽真空连接管外表面设置有若干环形凸起。

优选的，所述端盖平衡孔与端盖轴线之间的夹角等于圆锥体内限位部母线与抽真空连接管轴线之间的夹角。

本发明的优点在于：

(1)本发明中，抽真空连接管的第六端接入抽真空系统，抽真空连接管的抽真空孔道通过抽真空第二连通孔以及限位活塞杆上的抽真空第一连通孔与机械限位壳体的有杆腔连通，以便抽真空系统对机械限位壳体的有杆腔进行抽真空，使得限位活塞杆伸出机械限位壳体的第一端；当关闭抽真空系统或者切断抽真空系统接入抽真空连接管的管路时，在活塞杆复位弹簧作用下，限位活塞杆缩回机械限位壳体的第一端，进而实现可控的机械限位，满足气体爆燃测试系统的自动覆膜机构动作需求；

同时，由于气体爆燃测试系统本身必须配备抽真空系统，因此，无需像传统的气缸、液压驱动的限位装置一样额外配备压缩气源或液压站作为动力源，精简整个系统的体积，降低成本；且测试系统的覆膜圈上管路均为统一的抽真空管路，维护方便。

(2)限位装置应用在气体爆燃测试系统的自动覆膜机构中，当气体爆燃测试系统的覆膜圈吸附测试膜时，真空吸盘位于覆膜圈下表面，限位装置、真空吸盘均与抽真空系统连通，真空吸盘在重力作用下伸出并吸附测试膜，而同时，限位装置的限位活塞杆伸至真空吸盘上方，对真空吸盘限位，避免抽真空时真空吸盘的移动影响真空吸附；当气体爆燃测试系统的覆膜圈将测试膜翻转180°移动至爆燃测试口进行爆燃测试时，真空吸盘位于覆膜圈上表面，限位装置、真空吸盘均不与抽真空系统连通，限位装置的限位活塞杆回缩，朝上的真空吸盘在自重作用下缩回覆膜圈内，避免反复爆燃造成真空吸盘损坏；

因此，本发明的限位装置与真空吸盘在与抽真空系统连通时启闭动作一致，实现联动，减少限位装置、真空吸盘上抽真空管路的阀组数量，降低控制难度。

(3)在实现限位装置与真空吸盘的抽真空启闭联动时，需要在抽真空系统工作时将限位装置的限位活塞杆伸出，即需要对机械限位壳体的有杆腔抽真空，而本发明中，采用内置式抽真空连接管与抽真空系统的管路连通实现有杆腔抽真空，无需从机械限位壳体的侧壁上开孔与有杆腔连通；既能够顺利实现联动，又避免在机械限位壳体侧部设置管路造成限位装置体积过大，使得限位装置结构更加紧凑。

(4)本发明中，抽真空连接管和限位活塞杆均采用标准规格的不锈钢管加工制成，抽真空连接管中靠近第五端的管体部分嵌入限位活塞杆内，抽真空连接管中靠近第六端的管体部分则通过橡胶定位塞快速定位在端盖中心，组装方便快捷，制作成本低，且便于后期进行更换维护。

(5)本发明的限位装置，通过在机械限位壳体的第一连接段设置外螺纹，而且机械限位壳体的侧壁外无管路，可直接将机械限位装置旋紧到需要限位的部件上，连接方便快捷；而机械限位壳体的主体段上连接有锁紧螺母，并可在锁紧螺母与需要限位部件之间嵌入不同厚度的弹性垫块，进而方便控制机械限位装置的有效限位位置，调节更加方便。

附图说明

图1为本发明抽真空式机械限位装置的结构示意图。

图2为本发明机械限位壳体结构示意图。

图3为本发明限位活塞杆结构示意图。

图4为本发明端盖结构示意图。

图5为本发明抽真空连接管及橡胶定位塞结构示意图。

图6为本发明抽真空式机械限位装置安装在自动覆膜机构上的第一状态示意图。

图7为本发明抽真空式机械限位装置安装在自动覆膜机构上的第二状态示意图。

具体实施方式

如图1所示，包括机械限位壳体311、限位活塞杆312、活塞杆复位弹簧313、端盖314、抽真空连接管315、橡胶定位塞316和锁紧螺母317，具体结构如下：

机械限位壳体311，如图2所示，该机械限位壳体311为压铸的多台阶回转体结构，限定机械限位壳体311在沿多台阶回转体结构的轴线方向上的一端为第一端，另一端为第二端。

在沿机械限位壳体多台阶回转体结构的轴线方向上，机械限位壳体311外表面自第一端向第二端依次设有第一连接段3111、主体段3112和第二连接段3113，在第一连接段3111上设有用于安装机械限位的外螺纹结构，主体段3112上靠近第一连接段3111的一侧螺纹连接有锁紧螺母317；第一连接段3111的外径记做r1，主体段3112的外径记做r2，第二连接段3113的外径记做r3，r1≤r3＜r2；

机械限位壳体311的中心开有贯通的多台阶孔腔，在沿机械限位壳体多台阶回转体结构的轴线方向上，该多台阶孔腔自第一端向第二端依次为第一圆柱腔3114、锥形过渡腔3115、第二圆柱腔3116和第三圆柱腔3117，第三圆柱腔3117的内壁上设置有内螺纹结构；第一圆柱腔3114的内径记做r4，第二圆柱腔3116的内径记做r5，第三圆柱腔3117的内径记做r6，r4＜r5＜r6。

限位活塞杆312，如图3所示，该限位活塞杆312具有一金属限位管体3121，金属限位管体3121的末端向外翻边形成一环状结构，在该环状结构上注塑成型有活塞3122；金属限位管体3121嵌入机械限位壳体311的第一圆柱腔3114内与第一圆柱腔3114内壁滑动配合，而活塞3122嵌入机械限位壳体311的第二圆柱腔3116内与第二圆柱腔3116内壁滑动配合；并在金属限位管体3121上开有一对抽真空第一连通孔3123。

活塞杆复位弹簧313，参见图1，该活塞杆复位弹簧313套装在金属限位管体3121外，并位于机械限位壳体第二圆柱腔3116内，该活塞杆复位弹簧313的一端抵住活塞3122端面，另一端抵在第二圆柱腔3116与锥形过渡腔3115之间形成的台阶面上。

端盖314，如图4所示，该端盖314为台阶状回转体结构，限定端盖在沿端盖回转体结构的轴线方向上的一端为第三端，另一端为第四端，

在沿端盖回转体结构的轴线方向上，端盖314外表面自第三端向第四端依次设有锁紧段3141和外平衡段3142，在锁紧段3141上设置有外螺纹结构，锁紧段3141的外径记做r7，外平衡段3142的外径记做r8，r7＞r8；端盖314的外表面锁紧段3141与机械限位壳体311的第三圆柱腔3117通过内、外螺纹结构连接固定。

端盖314的中心开有贯通的台阶孔腔，在沿端盖回转体结构的轴线方向上，台阶孔腔自第三端向第四端依次设有第四圆柱腔3143和第五圆柱腔3144，第四圆柱腔3143的内径记做r9，第五圆柱腔3144的内径记做r10，r9＞r10；端盖314的第四圆柱腔3143内壁与外平衡段3142表面之间均匀设置有若干导通两者的端盖平衡孔3145，端盖314的第四圆柱腔3143与第五圆柱腔3144之间形成环形内限位面。

抽真空连接管315，如图5所示，该抽真空连接管315为一端封闭管体，该管体的外径与金属限位管体3121的内径相配，限定抽真空连接管315在其管体轴线方向上的一端为第五端，另一端为第六端，

抽真空连接管315中心具有一在其管体轴线方向上自第六端的端面向第五端延伸且不贯通第五端的抽真空孔道3151，并在靠近第五端侧的抽真空连接管周向外表面上开有与抽真空孔道3151连通的抽真空第二连通孔3152。本实施例中，抽真空第二连通孔3152有一对，对称设置在抽真空连接管315上。

橡胶定位塞316，在抽真空导管315上靠近第六端的管体周向外表面模压成型有用于与端盖314连接固定的橡胶定位塞316，参见图5，该橡胶定位塞316具有一个刚好可嵌入端盖第五圆柱腔3144内并与第五圆柱腔3144内壁紧配合的小环形体3161，在小环形体3161的一端整体成型有用于嵌入端盖314中第四圆柱腔3143内的圆锥体内限位部3162，在小环形体3161的另一端整体成型有环形外限位部3163；圆锥体内限位部3162的底面外径记做r11，环形外限位部3163的外径记做r12，r10＜r11＜r9＜r12。

小环形体3161嵌入端盖中第五圆柱腔3144内，且小环形体3161与第五圆柱腔3144内壁之间紧配合，圆锥体内限位部3162嵌入端盖中第四圆柱腔3143内，且圆锥体内限位部3162的锥形底面紧贴端盖314的环形内限位面，而环形外限位部3163紧贴端盖314的第四端外端面。

抽真空连接管315被设置在机械限位壳体311的轴线上，其中，抽真空连接管315中靠近第五端的管体部分嵌入限位活塞杆312的金属限位管体3121内并与金属限位管体3121的内壁滑动配合，抽真空连接管315中靠近第六端的管体部分则通过橡胶定位塞316定位在端盖中心。

作为本发明更具体的实施方式，本发明中，限位活塞杆312采用8*1mm的不锈钢管制成，抽真空连接管315采用6*1mm的不锈钢管制成，并在抽真空连接管315第六端的管体外周向上设置有至少一道环形凹槽3153，该环形凹槽3153用于抽真空连接管315第六端与抽真空管道连接时定位管道锁紧件。此外，与橡胶定位塞316接触部分的抽真空连接管315外表面上通过工装压制出若干环形凸起3154，该环形凸起3154用于更好的与橡胶定位塞316进行连接，确保连接可靠。

为了确保限位活塞杆312上开的一对抽真空第一连通孔3123能够与抽真空连接管315的抽真空第二连通孔3152对应，在橡胶定位塞316的环形外限位部3163上，以及端盖314的第四端外端面上设置可配合的定位凸起、定位孔。

端盖平衡孔3145与端盖314轴线之间的夹角等于圆锥体内限位部3162母线与抽真空连接管315轴线之间的夹角。

工作原理：

将抽真空式机械限位装置安装在自动覆膜机构上，自动覆膜机构的覆膜圈32上端面均匀分布有若干呈环形分布的吸盘容纳腔33，吸盘容纳腔33内安装有可伸出或缩回覆膜圈32上端面的真空吸盘34，该吸盘容纳腔33底部是接入抽真空系统的。

在覆膜圈32的外圆周面上开有若干与真空吸盘34对应的限位装置安装孔，该限位装置安装孔的前端与吸盘容纳腔33底部连通，机械限位壳体311的第一连接段3111通过外螺纹结构锁紧在限位装置安装孔内。

吸附状态：如图6所示，自动覆膜机构的覆膜圈32翻转至供膜组件上方进行测试膜吸附时，真空吸盘34朝下，在重力作用下真空吸盘34伸出覆膜圈32接触测试膜，抽真空系统接通本发明机械限位装置的抽真空连接管315，限位活塞杆312伸出机械限位壳体311的第一端，使得限位活塞杆312位于真空吸盘上方，实现对真空吸盘的限位，避免抽真空时真空吸盘晃动影响吸附；吸盘容纳腔33的底部与此同时或略迟于限位装置接通抽真空系统，实现真空吸附测试膜；

测试状态：如图7所示，吸附有测试膜的覆膜圈32翻转180°至爆燃测试口进行爆燃测试，此时，真空吸盘34朝上，然后同时切断抽真空连接管315、真空吸盘34与抽真空系统的连通，使得抽真空连接管315、真空吸盘与大气连通，在活塞杆复位弹簧313作用下，限位活塞杆312缩回机械限位壳体311的第一端，真空吸盘34在自重作用下缩回覆膜圈32内，避免在后续爆燃测试过程中，避免气体反复冲击造成真空吸盘34损坏。