一种管路减振卡箍结构的制作方法

本发明属于管路系统优化设计领域，涉及一种管路减振卡箍结构。

背景技术：

管路系统在航天、航空、汽车行业中广泛应用，主要实现传输推进剂、气动控制等功能。管路结构内部承受介质压力，外部则承受复杂恶劣的振动、冲击载荷作用，综合加工、装配、温度等因素引起的疲劳断裂为常见的失效模式。管路减振技术是提高管路力学环境适应性的关键技术。

目前国内火箭管路减振设计停留在工程经验准则应用阶段，通常在管线上安装固定卡箍改变管路的频率特性，避开与激振频率的耦合从而实现管路振动响应降幅，并在卡箍内表面与管路外表面之间装上内损耗、内摩擦大的环形高阻尼非金属材料来衰减管路与固定外结构间的振动能量从而进一步提高管路的抗振性。

火箭管路上应用的减振阻尼材料主要为橡胶阻尼垫或玻璃纤维带、聚四氟乙烯等辅料。减振辅料的应用完全基于装配现场工程经验，无法进行量化减振设计与施工质量控制，橡胶阻尼垫虽然可作为规范产品管理，但一方面橡胶材料在承受高低温变化、耐腐蚀性能和抗空间辐射等方面易造成老化，极易导致减振失效，另一方面无法满足长期贮存的需求。此外，管路卡箍安装位置选择一般依靠经验，对如何达到最优减振效果缺少量化评价。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种管路减振卡箍结构，该结构为耐高低温，耐腐蚀，抗老化的火箭管路专用减振卡箍结构，同时设计一种量化的减振卡箍位置优化技术，实现减振效率最大化。

本发明解决技术的方案是：

一种管路减振卡箍结构，包括管路、支座、紧固件、卡箍、外环组件、阻尼垫组件和内环组件；其中，管路轴向水平放置；支座设置在管路的竖直下方；内环组件包覆在管路的外壁；外环组件包覆在内环组件和管路的外壁；阻尼垫组件设置在外环组件与内环组件之间；管路放置在支座上，且外环组件的下部外壁与支座接触；卡箍套装在外环组件的上部外壁；卡箍的两端通过紧固件与支座固定连接；实现将管路与支座固连。

在上述的一种管路减振卡箍结构，适用该卡箍结构的管路外壁直径大于60mm。

在上述的一种管路减振卡箍结构，其特征在于：所述外环组件包括2个相同的外环；外环为半圆环状结构；2个外环对接围成环状外环组件；内环组件包括2个相同的内环；内环为半圆环状结构；2个内环对接围成环状内环组件；每个内环对应与1个外环配合；所述阻尼垫组件包括2个相同的阻尼垫；阻尼垫为弧度小于半圆的弧形结构；每个阻尼垫对应设置在一对内环与外环之间。

在上述的一种管路减振卡箍结构，所述外环径向外壁半径r1为41-272.5mm；径向内壁半径r5为35-259mm；轴向长度l5为33mm～167mm；外环外壁沿周向设置有环状外凹槽；外环的内壁沿轴向两端设置有2个环状内凹槽；实现外环的截面为m形结构。

在上述的一种管路减振卡箍结构，所述外凹槽位于外环外壁的中部；的外凹槽槽深l1为4-4.5mm；槽宽l2为22-110mm；内凹槽的槽深l3为4-13.5mm；槽宽l4为2.5-13mm；内凹槽的外侧壁壁厚l6为2-8mm。

在上述的一种管路减振卡箍结构，所述内环径向外壁直径r2为37-267.5mm；径向内壁直径r3为30-237.5mm；轴向长度l7为30-150mm；内环的外壁沿周向设置有环形凹槽；环形凹槽设置在内环外壁中部位置，且环形凹槽截面为矩形；实现内环截面为u形结构。

在上述的一种管路减振卡箍结构，所述环形凹槽的槽深l8为5-31.5mm；槽宽l9为26-130mm。

在上述的一种管路减振卡箍结构，装配时，内环中环形凹槽轴向两端的凸起外壁对应伸入外环的2个环状内凹槽；阻尼垫套装在内环的环形凹槽中，实现内环与外环的嵌入式装配；2对内环与外环对接成环形实现对管路外壁的包覆；卡箍为半圆环状结构；卡箍嵌入在管路顶部外环的外凹槽中；卡箍两端通过紧固件与支座固定连接；实现将管路与支座固连；卡箍施加压力后；2个阻尼垫压缩后伸长，实现对接成环状阻尼垫组件。

在上述的一种管路减振卡箍结构，所述支座、卡箍、外环组件和内环组件采用不锈钢或铝合金材料；所述阻尼垫为由金属丝经过选丝、绕丝、拉伸、编织和模压成型的金属橡胶材料。

在上述的一种管路减振卡箍结构，所述阻尼垫的刚度为4×10⁵-24×10⁵n/m；阻尼为45-550n/(m/s)；阻尼比为0.1-0.5；阻尼垫的厚度δ为3-10mm；内壁直径r为32-248mm；轴向长度b为25-120mm；每个阻尼垫弧长占周长比例系数为0.42～0.46。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明设计了一种适用于火箭大口径管路减振卡箍结构，填补了航天管路专用化、精细化减振装置设计技术的空白；

(2)本发明首次应用金属橡胶为主结构设计了一种新型火箭管路专用减振结构，具有减振效率高、安装简单、通用性强、承载性好、贮存性能稳定等优点；

(3)本发明提出了一种通过刚度、阻尼比参数表征减振卡箍结构阻尼性能的设计方法，提高了管路减振效率量化评估的准确性。

附图说明

图1为本发明卡箍结构配合示意图；

图2为本发明卡箍结构俯视剖视图；

图3为本发明外环组件、阻尼垫组件和内环组件配合示意图；

图4为本发明阻尼垫示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

本发明的目的是提供一种耐高低温，耐腐蚀，抗老化的火箭管路专用减振卡箍结构，同时设计一种量化的减振卡箍位置优化技术，实现减振效率最大化。

如图1和图2所示，管路减振卡箍结构主要包括管路1、支座2、紧固件3、卡箍4、外环组件5、阻尼垫组件6和内环组件7；适用于通径以上的中等及大口径管路1；其中，管路1轴向水平放置；支座2设置在管路1的竖直下方；内环组件7包覆在管路1的外壁；外环组件5包覆在内环组件7和管路1的外壁；阻尼垫组件6设置在外环组件5与内环组件7之间；管路1放置在支座2上，且外环组件5的下部外壁与支座2接触；卡箍4套装在外环组件5的上部外壁；卡箍4的两端通过紧固件3与支座2固定连接；实现将管路1与支座2固连。支座2、卡箍4、外环组件5和内环组件7采用不锈钢或铝合金材料；所述阻尼垫组件6是一种多孔的功能性结构阻尼材料，是由金属丝经过选丝、绕丝、拉伸、编织和模压成型的金属橡胶材料。工作中发生变形时通过金属丝接触点产生的干摩擦耗散振动能量，从而衰减传递至管路的激励量级。

外环组件5包括2个相同的外环51；外环51为半圆环状结构；2个外环51对接围成环状外环组件5；内环组件7包括2个相同的内环71；内环71为半圆环状结构；2个内环71对接围成环状内环组件7；每个内环71对应与1个外环51配合；所述阻尼垫组件6包括2个相同的阻尼垫61；阻尼垫61为弧度小于半圆的弧形结构；每个阻尼垫61对应设置在一对内环71与外环51之间，如图3所示。外环51径向外壁半径r1为41-272.5mm；径向内壁半径r5为35-259mm；轴向长度l5为33mm～167mm；外环51外壁沿周向设置有环状外凹槽511；外环51的内壁沿轴向两端设置有2个环状内凹槽512；实现外环51的截面为m形结构。外凹槽511位于外环51外壁的中部；的外凹槽511槽深l1为4-4.5mm；槽宽l2为22-110mm；内凹槽512的槽深l3为4-13.5mm；槽宽l4为2.5-13mm；内凹槽512的外侧壁壁厚l6为2-8mm。

内环71径向外壁直径r2为37-267.5mm；径向内壁直径r3为30-237.5mm；轴向长度l7为30-150mm；内环71的外壁沿周向设置有环形凹槽711；环形凹槽711设置在内环71外壁中部位置，且环形凹槽711截面为矩形；实现内环71截面为u形结构。环形凹槽711的槽深l8为5-31.5mm；槽宽l9为26-130mm。

装配时，内环71中环形凹槽711轴向两端的凸起外壁对应伸入外环51的2个环状内凹槽512；阻尼垫61套装在内环71的环形凹槽711中，实现内环71与外环51的嵌入式装配；2对内环71与外环51对接成环形实现对管路1外壁的包覆；卡箍4为半圆环状结构；卡箍4嵌入在管路1顶部外环51的外凹槽511中；卡箍4两端通过紧固件3与支座2固定连接；实现将管路1与支座2固连；卡箍4施加压力后；2个阻尼垫61压缩后伸长，实现对接成环状阻尼垫组件6。

如图4所示，阻尼垫61的刚度为4×10⁵-24×10⁵n/m；阻尼为45-550n/(m/s)；阻尼比为0.1-0.5；阻尼垫61的厚度δ为3-10mm；内壁直径r为32-248mm；轴向长度b为25-120mm；每个阻尼垫61弧长占周长比例系数为0.42～0.46。

管路减振卡箍结构为全金属结构，具有抗油、抗腐蚀、抗温差、抗湿度、耐老化、易维护等优点，其结构型式对通径大于等于60mm的管路1均适用，可显著提高严酷振动力学环境下管路工作可靠性。

管路选用减振卡箍时，应按照管系承载和实际工作力学环境条件确定初始管路减振卡箍布局、所需金属橡胶垫的刚度和阻尼比值等性能参数，该性能参数通过阻尼垫结构、密度及金属丝材、丝径、螺旋径、初始螺旋角等工艺参数设计实现。考虑工艺性和制造偏差进行阻尼件以外零件的尺寸设计，并选配紧固件，装配时应保证阻尼件的预变形量在设计值域内。管路安装该减振卡箍结构后，通过金属橡胶在工作中通过变形产生的结构阻尼和元件内部金属丝接触点产生的干摩擦，实现阻尼减振。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。