专利名称：双气缸铰链式大门机构的制作方法
双气缸铰链式大门机构
技术领域：
本发明涉及一种双气缸铰链式大门机构，属于大中型卧式容器的大门机构领域。背景纟支术
直径大于①4m的大中型卧式容器是进行各类大型地面模拟试验的主要场所，这类容器的大门直径通常与容器直筒段的直径相当，属于非标准设计。由于这类大门本身的结构较重，加上大门内安装的附属装置(比如热沉等)，大门总重可达几吨甚至十几吨，在长期使用中多数大门因为变形而发生工作故障或失效。
对直径大于04ra卧式容器大门机构，主要的开启方式有单门轴式、多门轴式和平移式几种。在容器大门机构设计中，传统的单门轴开启方式结构最简单，但单门轴式在生产和组装过程中，由于加工和装配误差，通常会出现大门法兰端面与容器直筒段法兰端面不能完全贴合、容器不能可靠密封的问题。另外，单门轴长期承受整个大门的重载荷会使大门法兰产生较大变形，加剧两法兰端面的不贴合程度；强行关门时大门法兰会对密封圈产生斜剪切力，这种不对称力会把密封圈迅速剪断或是密封圈性能严重降低。
为解决两法兰面的不贴合问题，设计人员提出了多门轴结构。每增加一个门轴(回转中心)就增加一个大门运动的自由度，能有效的解决两法兰端面的不贴合问题。通常主门轴靠其连接结构固定在地基或容器上，其余门轴悬空，各门轴之间用钢架相连。但连接钢架一般不能承受大门及附属机构的重力，门轴越多变形越大。另外，大门机构自由度增加会影响大门运动轨迹，增加控制难度，需要额外设计地面导轨或导引槽。
卧式容器的平移式大门机构又分为吊挂式和小车式。吊挂式是在容器的大门侧建有横梁，大门吊挂在横梁上，靠电机控制大门在横梁上移动，横梁需大于两倍的大门直径。由于横梁的挠度变形较大，吊挂式大门的底部一般也需用钢架支撑。小车式是将大门安装在车架上，利用电机驱动小车移动实现大门的开闭，小车式对地面基建的要求较高，且大门沿容器轴线方向的移动设计难度大。平移式大门的缺点是占用的空间大；为使两法兰端面准确贴合，大门在容器轴线方向上的移动设计和控制较为困难。
图1为中国空间环境模拟器KM6设备直径06. 5m的大门机构原理图"，它集成了吊挂式和小车式的特点，靠一根主梁承受大门的主要重量，底部钢架进行辅助支撑。框架底部有4个心轴结构式的车轮，其中2个带电机驱动。大门吊杆是3自由度可调结构，有1个平衡装置保持大门吊挂的稳定性和垂直度，大门沿容器轴线的移动主要靠抽真空时的吸合和卸压后大门的自重被动实现。该大门结构的缺点是需要有地面导
3轨；没能很好地解决关门时两法兰端面贴合的问题。
图2为KM6载人舱直径5m的大门机构原理图2。该结构是单门轴式的演变(图 2-a)，利用两个距离2m的转臂把大门及法兰支撑在容器筒体上，转臂能以支撑座回转 轴为中心转动。大门底部有两轮型支撑架，为消除支撑轮轴受到的扭矩，支撑轮设计 成浮动式。该结构的优点靠回转臂将大门和容器连成整体，提高了整体强度；弹性支 撑小车能分担部分大门机构的重力。缺点是大门在容器轴线方向不可调，会出现两法 兰端面的不贴合问题；两轮支撑会出现轮子悬空的问题。
总的来讲，大中型卧式容器的大门运行^U勾设计应考虑下述几个因素
1. 大门运行机构占用空间小、对地面基建要求低；
2. 大门运行机构及大门法兰的受力变形；
3. 大门法兰面与容器直筒段法兰端面的贴合及密封；
4. 大门运行机构的自动化控制。 参考文献黄本诚《空间真空环境与真空技术》，国防工业出版社，2005.1; [2]陈金明《KM6载人輪05m大门的结构设计》，环模技术，1996年第4期。
发明内容
本发明的目的是设计一种应用于大中型卧式容器的铰链式大门机构。针对大直径 大门自重引起的变形问题，提出"拉压双气缸-铰链连杆式，，铰链结构，有效解决了大 门自重引起的受力不对称及法兰端面不贴和的问题。
双气缸铰链式大门机构包括铰链轴(1)、上铰链连杆(2)、下铰链连杆(3)、推 力气缸(4 )、拉力气缸(5 )、铰链前盖(6 )、铰链后盖(7 )、轴瓦(8 )、径向轴承(9 )、 推力轴承(10 )、弹簧垫(11 )、可调节弹簧(12 )、支撑轮(13 )、控制机构(14 )、驱 动电机(15 )。
双气缸铰链式大门机构的积极效果在于
1. 铰链机构通过钢架和加强筋与大门和容器直筒段连成整体，提高了大门和铰链 机构的刚度和强度；
2. 铰链轴(1)的上下两端设计有径向轴承(9)和推力轴承(10)组成的承力单 元，分别承担径向力和轴向力，有效消除大门自重对4史^^连结构的影响；
兰端面不贴和，拉力气缸(5)可拖动上铰链连杆(2),调整调节间隙使两法兰端面贴 合，确保关门后容器密封性能；
4.下铰链连杆(3 )上的推力气缸(5 )能有效抵消大门"下沉"时对铰链轴(1 )的推力，并保证铰链机构的上下端调节间隙始终存在；
5. 推力气缸(4)、拉力气缸(5)和大门加紧器上的气缸(16)采用同一气源，确保三个气缸的同步工作；
6. 上铰链连杆(2)、下铰链连杆(3)、轴瓦(8)都采用了加长型结构，避免开门时铰链连杆(2、 3)与各自配合的轴瓦(8)出现"卡死"现象；
7. 可调节弹簧(12)和支撑轮(13)组成的"远端承力单元"能有效分担大门的
重力，分担重力的大小通过可调节弹簧(n)调节；
8. 控制机构(14)自锁和限位装置，保证大门电动或手动控制切换时的安全。
图1中国KM6直径6. 5m大门机构原理图；图2中国KM6直径5m大门才几构原理图；图3双气缸铰链式大门结构图；图4远端承力单元结构图；图5大门加紧器示意图。
图中l-铰链轴、2-上铰链连杆、3-下铰链连杆、4-推力气缸、5-拉力气缸、6-铰链前盖、7-铰链后盖、8-轴瓦、9-径向轴承、l(H推力轴承、11-弹簧垫、12-可调节弹簧、13-支撑轮、14-控制机构、15-驱动电机、16-气缸具体实施方式
下面结合附图进一 步说明本发明。
双气缸铰链式大门机构适用于直径〉①4m的大中型卧式容器或抢体的大门，如图3所示，机构主要包括安装在容器或枪体一侧的铰链机构和安装在另 一侧大门底部的远端承力单元，以及大门加紧器。
大门可绕铰链机构的铰链轴(1)转动，由于大门自重较大，大门铰链离大门重心较远，导致铰链机构的受力较为复杂，铰链轴上下端各有一个承力单元，由径向轴承(9)和推力轴承(10)组成，径向轴承承担径向力，推力轴承承担轴向力。上铰链连杆(2 )上连接有拉力气缸(5 ),下铰链连杆(3 )上连接有推力气缸(4 ), 4史链连杆(2、 3)通过各自的轴瓦(8)安装在铰链后盖(7)上，铰链连杆与铰链后盖间有一调节间隙，大门关闭后若两法兰端面不贴和，可通过拉力气缸(5 )拖动铰链连杆(2、3)沿容器或舱体的轴线方向移动，使两法兰端面完全贴合。
大门围绕铰链轴(1 )转动时，由于大门及附属机构的重力，会对下铰链连杆(3 )产生很大的推力，在该推力的作用下，沿容器或舱体轴线方向的调节间隙可能会被结构带来的变形"吃掉"。为消除这种影响，在下铰链连杆(3)的另一端设置了推力气缸(4),当大门运动时，推力气缸会顶住下铰链连杆(3),避免调节间隙被"吃掉"。
大门开启时，上铰链连杆(2)在轴瓦(8)内滑动时，由于受力的不对称，有可 能出现铰链连杆(2)与轴瓦(8)或轴瓦(8)与铰链后盖(7)的"顶死，，现象，造 成大门无法正常工作。为消除这种影响，对会i链连杆(2、 3)和轴瓦(8)进行了加长 设计。在大门打开时，上铰链连杆另一端的拉力气缸(5 )可以提供一个沿铰链连杆轴 线方向的拉力，进一步避免"顶死"现象的发生。
推力气缸(4)、拉力气缸(5)和大门加紧器上的气缸(16)的气源相通，当大门 运动时，三气缸可同时工作(拉力气缸(5)拖动上铰链连杆(2),防止铰链连杆在轴 瓦(8)内"顶死"；推力气缸(4)顶住下铰链连杆(3),抵消大门自重对下铰链连杆 的推力，并保证调解间隙不被大门的结构下沉"吃掉，，)，保证大门的正常运动。
铰链前盖(6)与大门刚架连接，铰链后盖(7)与容器或舱体的刚架连接，为提 高铰链结构的刚度，在铰链前盖和铰链后盖附近加焊覆板和加强筋，确保铰链处局部 不会受力变形，在容器或抢体和大门上也采用覆^1和加强筋周向固定来分担局部受力。
远端承力单元主要包括可调节弹簧(12)、支撑轮(13)、控制机构(14)和驱动 电机U5)。支撑轮和调节弹簧能分担部分大门自重对铰链机构的力和力矩，调节弹簧 (12)的受力大小可调。控制机构和驱动电机用于控制大门的开闭，控制机构(14) 上有解锁和制动装置。自动控制时，靠驱动电机(15)带动大门绕铰链轴(1)转动， 在大门开位及关位处设有限位开关，驱动电机(15 )在到达限位处自动停止。大门手 动开闭时，须先打开控制机构(14)的解锁装置，大门运动到指定位置后，打开控制 机构(14)上的制动装置，大门即被锁定。
权利要求
1、双气缸铰链式大门机构，其特征在于包括铰链轴(1)、上铰链连杆(2)、下铰链连杆(3)、推力气缸(4)、拉力气缸(5)、铰链前盖(6)、铰链后盖(7)、轴瓦(8)、径向轴承(9)、推力轴承(10)、弹簧垫(11)、可调节弹簧(12)、支撑轮(13)、控制机构(14)、驱动电机(15)、气缸(16)。
2、 如权利要求1所述的双气缸铰链式大门机构，其特征在于铰链机构通过钢架和加强筋与大门和容器直筒段连成整体，提高了大门和铰链机构的刚度和强度。
3、 如权利要求l所述的双气缸铰链式大门机构，其特征在于铰链轴(1)的上下两端设计有径向轴承(9)和推力轴承(10)组成的承力单元，分别承担径向力和轴向力，能有效抵消大门自重对铰链机构的力和力矩。
4、 如权利要求1所述的双气缸铰链式大门机构，其特征在于可调节弹簧(12)和支撑轮(13)组成的"远端承力单元"能有效分担大门的重力，分担重力的大小通过可调节弹簧(12)调节。
5、 如权利要求1所述的双气缸铰链式大门机构，其特征在于铰链连杆(2、 3)与铰链后盖(7)之间有一调节间隙，大门关闭后若两法兰端面不贴和，可通过拉力气缸(5)拖动铰链连杆(2、 3)沿容器或舱体的轴线方向移动，使两法兰端面完全贴合。
6、 如权利要求l所述的双气缸铰链式大门机构，其特征在于铰链连杆(2、 3)和轴瓦(8)采用加长型结构，有效消除大门开启时上铰链连杆(2)在轴瓦(8)内滑动时可能出现"顶死"现象，在大门开启时，上铰链连杆(2)另一端的拉力气缸(5)可以提供一个沿铰链连杆轴线方向的拉力，进一步避免"顶死"现象的发生。
7、 如权利要求l所述的双气缸铰链式大门机构，其特征在于推力气缸(4)、拉力气缸(5)和大门加紧器上的气缸(16)的气源相通，当大门绕铰链轴(1)运动时，三气缸可同时工作，保证大门的正常运动。
全文摘要
本发明提出了一种适用于大中型卧式容器的双气缸铰链式大门机构，主要包括铰链轴(1)、上铰链连杆(2)、下铰链连杆(3)、推力气缸(4)、拉力气缸(5)和远端承力单元。大门的重力主要靠铰链机构承担，远端承力单元上的可调节弹簧(12)和支撑轮(13)分担部分大门重力，大门的自动控制靠远端承力单元的控制机构(14)和驱动电机(15)实现。大门关闭后可沿容器轴线方向运动，靠拉力气缸(5)调节铰链机构上的调节间隙实现。推力气缸(4)用于抵消大门自动对铰链轴下端的推力，并保证铰链机构沿容器轴线方向的调节间隙始终存在，拉力气缸(5)的另一个作用是消除大门开启时可能出现的上铰链连杆(2)与轴瓦(8)的“卡死”现象。
文档编号F16J13/16GK101649906SQ20091008607
公开日2010年2月17日 申请日期2009年6月8日 优先权日2009年6月8日
发明者凌桂龙, 张国舟, 李晓娟, 王文龙, 蔡国飙, 黄本诚 申请人:北京航空航天大学