CN103697241A - 用于管路隔振抗冲的金属橡胶-碟簧全金属复合吊架 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于管路隔振抗冲的金属橡胶-碟簧全金属复合吊架，包括金属橡胶网垫和碟形弹簧,以及用于支撑和固定这些弹性元件的压盖、导向杆、承载螺栓、外壳以及与管路相连接的伸出杆、万向球铰等。本发明利用碟形弹簧的大承载能力和软刚度特性、碟形弹簧与碟形弹簧之间的库伦阻尼，金属橡胶网垫的硬刚度特性和与碟形弹簧间的库伦阻尼，以及导向杆和承载螺杆之间间隙中的空气阻尼，实现软硬刚度复杂特性和大的阻尼。本发明结构紧凑、质量轻巧，高温环境适应性强，具有较高的静刚度和较低的动刚度，优越的阻尼性能，隔振频率较低并能够自动限位；并且能兼顾隔冲效果和限位作用，使冲击加速度响应和冲击位移响应均能保持在合理范围内。

Description

用于管路隔振抗冲的金属橡胶-碟簧全金属复合吊架

技术领域

本发明涉及隔振抗冲击装置设计技术领域，尤其涉及一种用于管路隔振抗冲的金属橡胶-碟簧全金属复合吊架。

 

背景技术

燃气轮机进排气管道系统在冲击环境下的冲击防护性能是一个比较薄弱的环节，直接影响整个舰船动力系统的运行功能，关系到全舰的生命力。实船爆炸试验结果表明，管路系统的抗冲击性能是一个不可忽视的重要问题，其抗冲击性能优劣直接关系到舰艇的生命力和战斗力。

在舰艇中，管道支座通常与管道吊架配合使用，被用作管道系统的弹性支撑元件。其首要的作用是为管道系统提供结构载荷支撑，调整和控制管道系统的固有频率，即通过正确设计计算管道系统弹性支撑元件的刚度，确保管道系统固有频率避开扰动频率，避免管道系统共振。第二，是振动隔离，隔离管道系统与其它结构及设备之间振动传递，以减小振动能量向艇体传递。第三，是冲击隔离，隔离爆炸产生冲击波对管道系统的冲击，减小冲击能量向管道系统的传递与交换。

根据采用材料，目前应用的管道支座主要是采用橡胶隔振器作为承载元件，橡胶类的隔振器易发生变形，并且需要在连接部件上增加隔热垫以适应高温要求，且目前大多数的支座只能起到隔振的作用。

 

发明内容

本发明为一种用于管路隔振抗冲的金属橡胶-碟簧全金属复合吊架, 包括外壳、压盖、上下伸缩导管和弹性机构，其中，

所述上下伸缩导管的上端设有凸起盘体，且其上端设置在所述外壳内，下端伸出所述外壳与管路相连；

所述上下伸缩导管的外侧壁与所述外壳内侧壁之间形成一容置空间，所述弹性机构套设在所述上下伸缩导管上并位于所述容置空间内；所述弹性机构的上端抵住所述凸起盘体，且其下端抵住所述外壳的内侧下端；

所述外壳上端开口，所述压盖与所述外壳上端相连，且所述压盖压在所述凸起盘体上；

所述弹性机构由若干碟形弹簧和若干金属橡胶网垫组成。

一些实施例中，所述上下伸缩导管包括导向杆和承载螺栓，其中，

所述导向杆的上端设置有第一盘体，所述第一盘体抵住所述压盖；

所述承载螺栓呈上下开口的中空状，所述导向杆下端伸进所述承载螺栓的上端开口内，且所述导向杆可沿所述承载螺栓的内侧壁移动；

所述承载螺栓的上端设置有第二盘体，所述第二盘体将所述容置空间分割成下侧的主隔振抗冲区和上侧的副隔振抗冲区。

一些实施例中，所述主隔振抗冲区内设置的碟形弹簧和金属橡胶网垫所产生的刚度大于所述副隔振抗冲区内设置的碟形弹簧和金属橡胶网垫所产生的刚度。

一些实施例中，所述导向杆与所述承载螺栓之间设置有1-2毫米的间隙。

一些实施例中，所述碟形弹簧采用对合和/或叠合的多片连接方式设置在所述容置空间内。

一些实施例中，所述金属橡胶网垫与所述碟形弹簧的直径和倾斜角相同，且所述金属橡胶网垫设置在相互叠合的碟形弹簧之间。

一些实施例中，所述碟形弹簧嵌入所述金属橡胶网垫内。

一些实施例中，所述压盖与所述外壳之间通过螺纹连接。

一些实施例中，所述压盖的上端设置有第一连接机构，用于连接到所述管路的设置位置处。

一些实施例中，所述承载螺栓的下端设置有第二连接机构，用于与所述管路相连。

一些实施例中，所述压盖、外壳和所述上下伸缩导管采用45号钢等抗冲击的金属材料制造而成。

一些实施例中，所述压盖和所述外壳的外表面上涂有防锈漆。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有的优点和积极效果为：

（1）本发明利用碟形弹簧的大承载能力和加载时的软刚度特性、碟形弹簧与碟形弹簧之间的库伦阻尼，以及金属橡胶的库伦阻尼和硬刚度特性，实现软硬刚度复杂特性和大的阻尼，并可以通过调整碟形弹簧的数目、尺寸和金属橡胶的尺寸、数目等实现不同的承载能力、刚度曲线和位移行程；

（2）本发明提供的全金属复合吊架，由于其刚度特性为高静刚度低动刚度特性，在处于冲击状态时，碟形弹簧在大变形情况下为软特性，而金属橡胶为硬特性，因此，两者的组合可以实现如图9所示的软硬特性刚度曲线；这样在较大变形范围内，全金属复合吊架处于低刚度区域，对于冲击来临瞬间能够有效降低管路的加速度，满足冲击隔离的要求；当冲击变形大于一定程度时，刚度曲线变为硬特性，能够实现自动的软限位，因此，此全金属复合吊架能够保证较小的相对位移，实现较好的隔冲效果和软限位作用，使冲击加速度响应和冲击位移响应均能保持在合理范围；

（3）本发明利用导向杆与承载螺栓之间设置的间隙，在两者运动时存在空气阻尼，从而增加了全金属复合吊架的阻尼的效果；

（4）本发明采用碟形弹簧、金属橡胶网垫作为主要承力部件，利用其金属特性，使得本发明具有很好的高温环境适应性；

（5）本发明各组成部分之间结构紧凑，质量轻巧，可批量生产，成本较低。

 

附图说明

结合附图，通过下文的述详细说明，可更清楚地理解本发明的上述及其他特征和优点，其中：

图1为本发明的结构示意图；

图2a、2b分别为本发明压盖的主视图和俯视图；

图3a、3b分别为本发明导向杆的主视图和俯视图；

图4a、4b分别为本发明金属橡胶网垫的主视图和俯视图；

图5a、5b分别为本发明外壳的主视图和俯视图；

图6a、6b分别为本发明碟形弹簧的主视图和俯视图；

图7a、7b分别为本发明承载螺栓的主视图和A向视图；

图8a、8b分别为本发明全金属符合吊架的安装示意图；

图9为本发明的位移-力曲线图；

符号说明：

01-全金属复合吊架

011-主隔振抗冲区

012-副隔振抗冲区

02-过渡接头

03-管路

04-球铰或关节轴承

051-第一伸出杆

052-第二伸出杆

1-压盖

11-第一连接结构

2-导向杆

21-第一盘体

3-副金属橡胶网垫

4-外壳

41-通孔

5-副碟形弹簧

6-承载螺栓

61-第二盘体

62-第二连接结构

7-主碟形弹簧

8-主金属橡胶网垫

具体实施方式

参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。这些附图中，为清楚起见，可能放大了层及区域的尺寸及相对尺寸。

参考图1-9，本发明提供了一种用于管路隔振抗冲的金属橡胶-碟簧全金属复合吊架，管路通过该全金属复合吊架01固定设置在甲板或穿舱板上，用于提高舰艇燃气轮机进排气管道高温环境条件下的隔振抗冲性能。该全金属复合吊架01主要由压盖1、外壳4、上下伸缩导管和弹性机构组成，其中弹性机构套设在上下伸缩导管的上端上并一起设置在外壳4内，通过压盖1进行封装，弹性机构由碟形弹簧和金属橡胶网垫组成。

本实施例中，上下伸缩管由导向杆2和承载螺栓6组成。具体的，如图3a、3b所示，导向杆2的上端设置有第一盘体21。如图7a、7b所示，承载螺栓6呈上下开口的筒状，其上端设置有第二盘体61；导向杆2的下端伸进承载螺栓6的上端开口内并可沿承载螺栓6的内侧壁上下运动，且两者之间留有1-2毫米的间隙，当导向杆2与承载螺栓6之间在相互运动时挤压空气，使空气通过两者之间的缝隙流动，存在空气阻尼，实现增加全金属复合吊架01的阻尼的效果。如图5a、5b所示，外壳4呈上端开口的筒状，且其下端设置有一圆形通孔41；导向杆2和承载螺栓6设置在外壳4内，且承载螺栓6的下端穿过通孔41伸出外壳4。导向杆2和承载螺栓6的外侧壁、第一盘体21以及外壳4的内侧壁之间形成一容置空间，该容置空间内设置有由若干碟形弹簧5和金属橡胶网垫3组成的弹性机构，若干碟形弹簧和金属橡胶网垫套设在导向杆2和承载螺栓6上，且弹性机构的上端抵住第一盘体21，下端抵住外壳4的内侧底部，外壳4从而起到导向和约束的作用。如图2a、2b，压盖1呈下端开口的盖状，其下端内侧壁上设置有螺纹，压盖1设置在外壳4的上端并通过螺纹连接，且压盖1刚好压在第一盘体21的上端面上，压盖1用于对整个全金属复合吊架01的封装；另外，可通过旋转压盖1来调整由碟形弹簧和金属橡胶网垫组成的弹性机构的压缩量。在本实施例中，承载螺栓6下端内侧设置有第二连接机构62，通过第一伸出杆051配合第二连接机构62，使全金属复合吊架01与管路相连，承载螺栓6与伸出杆之间的连接可为螺纹连接，此处不作限制；压盖1的上端上设置有第一连接机构11，压盖1通过第二伸出杆052并配备第一连接机构11，将本发明连接到管路设置目标处，例如甲板上或穿舱板等。

在本实施例中，若干碟形弹簧以串联（对合）和/或并联（叠合）的多片连接形式进行设置，如图1中所示。碟形弹簧为主要承力部件，在振动状态下提供动态刚度特性，在冲击作用时通过其相对于金属橡胶网垫来说较大的变形实现软刚度特性，提供缓冲行程，且碟形弹簧与碟形弹簧之间存在较大的阻尼。另外，可通过碟形弹簧的连接形式、设置数目以及尺寸来实现不同的刚度及可容许的最大变形和承载特性。当碟形弹簧5以串联的方式布置时，承载能力相对于单片碟形弹簧保持不变，而变形量可增加；当碟形弹簧5以并联的方式布置时，刚度、承载能力增加，变形量不会随之增加。

在本实例中，金属橡胶网垫由不锈钢丝绕制模压而成，其主要为阻尼作用。金属橡胶网垫可设置在叠合的碟形弹簧之间且与碟形弹簧串联，也可设置在碟形弹簧与第一盘体21或外壳4内侧底部之间。金属橡胶网垫本身具有弹性，与碟形弹簧串联时能够提供部分刚度，起到抗冲击的作用，当金属橡胶网垫在载荷作用下受压时为硬刚度特性；因此，金属橡胶网垫与碟形弹簧一起设置能够提供软硬结合的刚度特性，并能够实现限位作用；且由于全金属复合吊架01的弹性元件为离散分布的碟形弹簧和金属橡胶网垫，相对于一个整体的弹性结构来说其驻波频率较高，在中频段的振动隔离性能较优。另外，碟形弹簧和金属橡胶网垫的尺寸相同，即碟形弹簧与金属橡胶网垫的直径以及倾斜角度相同，相互间连接紧凑，质量轻巧；在本实施例中，碟形弹簧可以翻边并嵌入金属橡胶网垫内，使得两者之间固定连接，从而增大振动、冲击时碟形弹簧与金属橡胶网垫之间的库伦阻尼。

本发明并不仅以图1中的设置方式为限，具体可通过调整碟形弹簧的数目、尺寸、排列方式和金属橡胶的尺寸、数目，以及碟形弹簧与碟形弹簧或金属橡胶网垫之间的排列方式等，实现不同的承载能力、刚度特性曲线和位移行程，从而使得金属橡胶网垫和碟形弹簧构成的弹性机构达到所需要的刚度特性，此处不作限制。

在本实施例中，承载螺栓6上端设置的第二盘体61将导向杆2和承载螺栓6与外壳4之间形成的容置空间分割成下侧的主隔振抗冲区011和上侧的副隔振抗冲区012。主隔振抗冲区011内设置有由主金属橡胶网垫8和主碟形弹簧7构成的主弹性机构，并套设在承载螺栓6上，主弹性机构的上端抵在第二盘体61的下表面上，下端抵在外壳4内侧的底部；副隔振抗冲区012内设置有由副金属橡胶网垫3和副碟形弹簧5的副弹性机构，并套设在导向杆2上，副弹性机构的上端抵在第一盘体21的下端面上，下端抵在第二盘体61的上表面上。其中，主隔振抗冲区011内的主弹性机构的刚度大于副隔振抗冲区012内的副弹性机构的刚度，副隔振抗冲区012内的弹性机构的允许变形量大于主隔振抗冲区011内的弹性机构的允许变形量。具体的可通过选用不同金属橡胶网垫与碟形弹簧尺寸并采取不同碟形弹簧排布方式，实现主金属橡胶网垫和主碟形弹簧形成的刚度较大，副金属橡胶网垫和主碟形弹簧形成的刚度较小的复杂刚度特性。

初始状态下，副金属橡胶网垫3和副碟形弹簧5的主要功能是在受压盖1预压时提供压紧力使得主弹性机构和副弹性机构均处于压缩状态，保证其整体刚度为并联刚度以降低隔振频率，并且使得全金属复合吊架的静载作用点位于刚度曲线较低点，如图9中的A点位置处；图9中的横向坐标轴反映第二盘体61的位移状况，初始位置位于A点处。在全金属复合吊架01的下端受到载荷时，承载螺栓6向外壳4的外侧方向运动，此时副金属橡胶网垫3和副碟形弹簧5不会承受载荷作用；在第二盘体61的带动下，主金属橡胶网垫8和主碟形弹簧7随承载螺栓6运动而首先受力，刚度较大的主隔振抗冲区011内的主金属橡胶网垫8和主碟形弹簧7起到较好的冲击隔离效果且位移量相对较小，从而防止冲击载荷过大导致主弹性机构变形，同时通过主金属橡胶网垫8和主碟形弹簧7间摩擦吸收一部分能量。而后，在主隔振抗冲区011内主弹性机构的弹性恢复力的作用下，承载螺栓6向外壳4的内侧方向运动，使得第二盘体61的上端面挤压副金属橡胶网垫3和副碟形弹簧5组成的副弹性机构；一方面由于副金属橡胶网垫3和副碟形弹簧5形成的刚度较低，能够实现较大的位移量，消耗大量的冲击剩余能量；另一方面，通过副金属橡胶网垫3和副碟形弹簧5间的摩擦阻尼以及承载螺栓6和导向杆2之间的空气阻尼进一步吸收冲击能量，从而达到保护燃气轮机管路的目的。

在本实施例中，压盖1和导向杆2均采用45号钢制作而成，压盖1、承载螺栓6以及外壳4外表面涂有防锈漆以防腐蚀，此外导向杆2的外表面上还涂有润滑油脂以增加与承载螺栓6之间运动的畅通性。另外，本发明以金属橡胶网垫、碟形弹簧作为承力部件，利用其金属性质，使得本发明具有很好的高温适应性，适用范围广且耐用。

本发明提供的用于管路隔振抗冲的金属橡胶-碟簧全金属复合吊架，其装配以及工作原理如下：

在装配前检查全金属复合吊架01中各零件外观是否有损坏，螺纹部位是否完好等；并将所有零件清洗干净，并用压缩空气吹干，表面涂机油，用于润滑和防锈蚀。然后按照顺序将各零件装配成全金属复合吊架01，具体的，先将副金属橡胶网垫3和副碟形弹簧5套设在导向杆2上，将导向杆2伸进承载螺栓6的上端内；将主金属橡胶网垫8和主碟形弹簧7套设在承载螺栓6上，再将导向杆2以及承载螺栓6从外壳4的上端开口处安装到外壳4内；最后，将压盖1通过螺纹连接的方式与外壳4的上端连接。

安装完毕后，可旋转压盖1进行预紧，根据压盖1底端在外壳4外侧壁上的位置确定预压缩量，从而确定压盖1是否安装到位。在预紧时，能够保证主、副隔振抗冲区内的金属橡胶网垫和碟形弹簧组均处于压缩状态，因此他们处于并联关系，使得全金属复合吊架01初始状态下总刚度较小，这样在小位移振动时的隔振频率较低，隔振效果较优。

预紧工作完成后，推拉承载螺栓6，检查承载螺栓6是否有位移，防止卡死，并在全金属复合吊架01外表面上喷银灰漆，以适用于舰船管路系统的安装。参考图8a、8b，全金属复合吊架01一端通过第一伸出杆和万向球铰或关节轴承与管路03相连；具体的，第一伸出杆的一端与承载螺栓6的下端通过螺纹连接，第一伸出杆的另一端通过过渡接头02与管路03相连，且第一伸出杆通过万向球铰或关节轴承与过渡接头02相连；一般管路03的同一截面上设置有多个全金属复合吊架01，每个全金属复合吊架01可单独使用一个过渡接头，也可每两个共用一个过渡接头，如图8b所示，此处不作限制。全金属复合吊架01的另一端固定到甲板或穿舱板，具体的，第二伸出杆的一端与压盖1的顶端通过螺纹连接，第二伸出杆的另一端通过万向球铰或关节轴承连接到甲板或穿舱板上，且使得全金属复合吊架01的中心轴与管路03的中心轴垂直设置。

在处于冲击状态时，由于碟形弹簧在大位移情况下为软特性，而金属橡胶网垫的刚度特性为硬特性，因此，两者的组合可以实现如图9所示的软硬刚度特性曲线，图9中的横向坐标轴反映第二盘体61的位移状况，纵向坐标轴反映承载螺栓6的受力状况，初始位置位于A点处；这样在较大位移范围内，全金属复合吊架01处于低刚度区域，对于冲击来临瞬间能够有效降低管路的加速度，满足冲击隔离的要求；当位移大于一定程度时，刚度曲线变为硬特性，能够实现自动的软限位。因此，此全金属复合吊架能够保证较小的相对位移，实现较好的隔冲效果和软限位作用，使冲击加速度响应和冲击位移响应均能保持在合理范围。

综上所述，本发明提供了一种用于管路隔振抗冲的金属橡胶-碟簧全金属复合吊架，包括金属橡胶网垫和碟形弹簧,以及用于支撑和固定这些弹性元件的压盖、导向杆、承载螺栓、外壳以及与管路相连接的伸出杆、万向球铰等。本发明利用碟形弹簧的大承载能力和软刚度特性、碟形弹簧与碟形弹簧之间的库伦阻尼，金属橡胶网垫的硬刚度特性和与碟形弹簧间的库伦阻尼，以及导向杆和承载螺杆之间间隙中的空气阻尼，实现软硬刚度复杂特性和大的阻尼。本发明结构紧凑、质量轻巧，高温环境适应性强，具有较高的静刚度和较低的动刚度，优越的阻尼性能，隔振频率较低并能够自动限位；并且能兼顾隔冲效果和限位作用，使冲击加速度响应和冲击位移响应均能保持在合理范围内。

本技术领域的技术人员应理解，本发明可以以许多其他具体形式实现而不脱离本发明的精神或范围。尽管也已描述了本发明的实施例，应理解本发明不应限制为这些实施例，本技术领域的技术人员可如所附权利要求书界定的本发明精神和范围之内作出变化和修改。

Claims (12)

1.一种用于管路隔振抗冲的金属橡胶-碟簧全金属复合吊架，其特征在于，包括外壳、压盖、上下伸缩导管和弹性机构，其中，

所述上下伸缩导管的上端设有凸起盘体，且其上端设置在所述外壳内，下端伸出所述外壳与管路相连；

所述上下伸缩导管的外侧壁与所述外壳内侧壁之间形成一容置空间，所述弹性机构套设在所述上下伸缩导管上并位于所述容置空间内；所述弹性机构的上端抵住所述凸起盘体，且其下端抵住所述外壳的内侧下端；

所述外壳上端开口，所述压盖与所述外壳上端相连，且所述压盖压在所述凸起盘体上；

所述弹性机构由若干碟形弹簧和若干金属橡胶网垫组成。

2.根据权利要求1所述的用于管路隔振抗冲的金属橡胶-碟簧全金属复合吊架，其特征在于，所述上下伸缩导管包括导向杆和承载螺栓，其中，

所述导向杆的上端设置有第一盘体，所述第一盘体抵住所述压盖；

所述承载螺栓呈上下开口的中空状，所述导向杆下端伸进所述承载螺栓的上端开口内，且所述导向杆可沿所述承载螺栓的内侧壁移动；

所述承载螺栓的上端设置有第二盘体，所述第二盘体将所述容置空间分割成下侧的主隔振抗冲区和上侧的副隔振抗冲区。

3.根据权利要求2所述的用于管路隔振抗冲的金属橡胶-碟簧全金属复合吊架，其特征在于，所述主隔振抗冲区内设置的碟形弹簧和金属橡胶网垫所产生的刚度大于所述副隔振抗冲区内设置的碟形弹簧和金属橡胶网垫所产生的刚度。

4.根据权利要求2所述的用于管路隔振抗冲的金属橡胶-碟簧全金属复合吊架，其特征在于，所述导向杆与所述承载螺栓之间设置有1-2毫米的间隙。

5.根据权利要求1或2所述的用于管路隔振抗冲的金属橡胶-碟簧全金属复合吊架，其特征在于，所述碟形弹簧采用对合和/或叠合的多片连接方式设置在所述容置空间内。

6.根据权利要求5所述的用于管路隔振抗冲的金属橡胶-碟簧全金属复合吊架，其特征在于，所述金属橡胶网垫与所述碟形弹簧的直径和倾斜角相同，且所述金属橡胶网垫设置在相互叠合的碟形弹簧之间。

7.根据权利要求6所述的用于管路隔振抗冲的金属橡胶-碟簧全金属复合吊架，其特征在于，所述碟形弹簧嵌入所述金属橡胶网垫内。

8.根据权利要求1或2所述的用于管路隔振抗冲的金属橡胶-碟簧全金属复合吊架，其特征在于，所述压盖与所述外壳之间通过螺纹连接。

9.根据权利要求1或2所述的用于管路隔振抗冲的金属橡胶-碟簧全金属复合吊架，其特征在于，所述压盖的上端设置有第一连接机构，用于连接到所述管路的设置位置处。

10.根据权利要求1或2所述的用于管路隔振抗冲的金属橡胶-碟簧全金属复合吊架，其特征在于，所述承载螺栓的下端设置有第二连接机构，用于与所述管路相连。

11.根据权利要求1所述的用于管路隔振抗冲的金属橡胶-碟簧全金属复合吊架，其特征在于，所述压盖、外壳和所述上下伸缩导管采用45号钢等抗冲击的金属材料制造而成。

12.根据权利要求1或3所述的用于管路隔振抗冲的金属橡胶-碟簧全金属复合吊架，其特征在于，所述压盖和所述外壳的外表面上涂有防锈漆。

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