CN104646908B - 一种5m级贮箱封箱环缝内撑装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种5M贮箱封箱环缝内撑装置，用于对贮箱的封箱环缝进行撑圆，适用于大直径贮箱封箱环缝焊接时的内部支撑，重量较轻，且方便拆卸。该贮箱封箱环缝内撑装置包括：内支撑环A、外支撑环B和多个支撑机构C；所述内支撑环A为由多个内环周向连杆(3)构成的环形结构，所述外支撑环B为由多个外环周向连杆(4)构成的环形结构；所述内支撑环A通过多个径向连杆(5)与所述外支撑环B连接；所述外支撑环B的周向上设有多个所述支撑机构C；所述支撑机构C用于为封箱环缝提供由内向外的径向支撑力。
Description
技术领域
本发明涉及贮箱环缝焊接内撑装置领域，尤其涉及一种5M级贮箱封箱环缝内撑装置。
背景技术
贮箱是运载火箭箭体结构中最大的结构部件，是用于贮存液氢/液氧推进剂的压力容器，同时贮箱作为火箭的主承力结构，起着支撑热防护系统(即绝热防护层)的作用，并为其他系统仪器设备提供安装基础和空间。一般来说，贮箱由前底、前短壳、中间筒段、后底、后短壳组合焊接而成。焊接顺序依次为前短壳和前底焊接(焊接完成后下架，称为前底组合件)、后短壳和后底焊接(焊接完成后称为后底组合件)、后底组合件和中间筒段的焊接、中间筒段间的焊接、最后一节筒段和前底组合件的焊接(封箱焊接)。
在进行贮箱箱体环缝焊接装配时，对于开敞性好的环缝内撑工装为固定式的刚性内撑结构，而对于贮箱最后一条封箱焊缝，因焊接时箱体结构封闭，仅有人工孔供出入，因此对内支撑结构要求较高。
现有技术中的3M级贮箱的前底面通常开了两个人人孔法兰，为此可以一个人孔法兰作为内支撑结构的入口，一个人孔法兰作为人工操作入口。
目前国外在运载火箭封箱焊缝中采用自动化装配方式，例如，美国的新一代发射系统和法国的阿里安5，其封箱焊缝采用自动化内支撑工装，该支撑工装可以实现自动化涨紧、自动回收等功能，封箱焊接完成后工装自动回收，并通过人孔法兰移出。但是，自动涨紧、回收的封箱焊接工装，其功能、结构复杂，并且体积较大，因此对运载火箭贮箱人孔法兰直径有一定要求，要求人孔法兰直径大于等于740mm。而我国新一代运载火箭贮箱人孔法兰直径只有500mm，无法使用可自动涨紧、回收的封箱焊接工装。
发明内容
为此，本发明实施例提供一种5M级贮箱封箱环缝内撑装置，可解决现有封箱环缝内撑装置的功能结构复杂，并且体积较大的问题；且整个装置可拆卸、质量轻、刚性好，适用于5M级大直径薄壁贮箱的封箱环缝焊接。
本发明实施例提供一种贮箱筒段的环缝内撑装置，焊接筒段时安装于贮箱筒段内部，包括：
内支撑环A、外支撑环B和多个支撑机构C；所述内支撑环A为由多个内环周向连杆(3)构成的环形结构，所述外支撑环B为由多个外环周向连杆(4)构成的环形结构；所述内支撑环A通过多个径向连杆(5)与所述外支撑环B连接；所述外支撑环B的周向上设有多个所述支撑机构C；所述支撑机构C用于为封箱环缝提供由内向外的径向支撑力。
本发明实施例提供的5M级贮箱封箱环缝内撑装置实际上为一种多连杆式的封箱环缝内撑装置，可以实现对大直径的薄壁贮箱封箱环缝内撑需求，同时，组成该装置内支撑环、外支撑环和支撑机构的零件(如支撑块、各种连杆)体积较小，可以顺利通过直径较小的人孔将其快速拆解后运出贮箱。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中:
图1是本发明实施例提供的贮箱的环缝内撑装置的总体结构示意图。
图2a是本发明实施例提供的五端固定接头的结构示意图。
图2b是本发明实施例提供的四端固定接头的结构示意图。
图3a是本发明实施例提供的四爪旋合接头的结构示意图。
图3b是本发明实施例提供的四爪旋合接头的截面示意图。
图4a是本发明实施例提供的四爪接头盒的结构示意图。
图4b是本发明实施例提供的四爪接头盒的截面示意图。
图5a是本发明实施例提供的四爪接头的结构示意图。
图5b是本发明实施例提供的四爪接头盒的截面示意图。
图6是本发明实施例提供的两爪旋合接头的结构示意图。
图7a是本发明实施例提供的两爪接头盒的结构示意图。
图7b是本发明实施例提供的两爪接头盒的截面示意图。
图8a是本发明实施例提供的两爪接头的结构示意图。
图8b是本发明实施例提供的两爪接头的截面示意图。
图9a是本发明实施例提供的第一支撑块和第二支撑块未咬合状态示意图。
图9b是本发明实施例提供的第一支撑块和第二支撑块咬合状态示意图。
图10a是本发明实施例提供的丝杠式顶升机构的结构示意图。
图10b是本发明实施例提供的丝杠式顶升机构的局部结构示意图。
图11a是本发明实施例提供的棘轮式顶升机构的结构示意图。
图11b是本发明实施例提供的棘轮式顶升机构的内部结构示意图。
图12是本发明实施例提供的销钉式顶升机构的结构示意图。
附图标记说明：
A-内支撑环；B-外支撑环；C-支撑机构；1-第一支撑块；2-第二支撑块；11-第一弧形面；12-第一内平面；13-第一斜面；21-第二弧形面；22-第二内平面；23-第二斜面；3-内环周向连杆；4-外环周向连杆；5-径向连杆；6-五端固定接头；7-四端固定接头；8-连杆接头；9-四爪旋合接头；91-四爪接头盒；92-四爪接头；10-两爪旋合接头；101-两爪接头盒；102-两爪接头；31-螺纹销；32-连接接头；33-第一丝杠；34-第一加力杆；35-丝母；36-支撑连杆；37-环形槽；38-螺纹销孔；311-第二丝杠；312-活动丝母；313-棘轮机构；314-第二加力杆；315-丝母固定杆；3111-外套杆；3112-内套杆；3113-螺纹销钉；3114-销钉。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1是本发明实施例提供的贮箱的环缝内撑装置的总体结构示意图。如图1所示，该贮箱筒段的环缝内撑装置包括：内支撑环A、外支撑环B和多个支撑机构C；所述内支撑环A为由多个内环周向连杆3构成的环形结构，所述外支撑环B为由多个外环周向连杆4构成的环形结构；所述内支撑环A通过多个径向连杆5与所述外支撑环B连接；所述外支撑环B的周向上设有多个所述支撑机构C；所述支撑机构C用于为封箱环缝提供由内向外的径向支撑力。
在本发明一实施例中，如图2a所示，内支撑环A上每相邻的两个内环周向连杆3通过一个五端固定接头6与三根径向连杆5连接。如图2b所示，外支撑环B上相邻的两个外环周向连杆4通过一个四端固定接头7与一个径向连杆5和一个支撑机构C连接。
同时，如图1所示，相邻的两个外环周向连杆4中较长的外环周向连杆通过两个连杆接头分别与两个支撑机构C连接。五端固定接头6连接的3根径向连杆5中间的径向连杆通过连杆接头8与较长的外环周向连杆4连接。
在本发明一实施例中，五端固定接头6和四端固定接头7的每一端上设置有旋合接头；旋合接头可为四爪旋合接头9或两爪旋合接头10。连杆接头(8)也通过旋合接头与支撑机构C连接。
在本发明一实施例中，四爪旋合接头9(如图3a所示，3b为截面图)由四爪接头盒91(如图4a所示，4b为截面图)和四爪接头92(如图5a所示，5b为截面图)组成，安装时将四爪接头92的四个耳片沿轴向开口插入到四爪接头盒91四个耳片的下方，使用加力杆将连杆进行旋转，使四爪接头的耳片与四爪接头盒的耳片咬合，实现各种连杆与四爪接头的连接。
在本发明一实施例中，如图6所示为两爪旋合接头的结构，同样，两爪旋合接头10由两爪接头盒101(如图7a所示，7b为截面图)和两爪接头102(如图8a所示，8b为截面图)组成，安装时同样将两爪接头102的两个耳片沿两爪接头盒101径向开口插入两爪接头盒101的两个耳片下方，使用加力杆将连杆进行旋转，使两爪接头耳片与两爪接头盒耳片咬合，实现各种连杆与接头的连接。
在本发明一实施例中，五端固定接头6上安装有4个四爪旋合接头9和1个两爪旋合接头10，其中两爪旋合接头10用于连接和外支撑环上连杆接头8连接的径向连杆5，在这里，引入1个两爪旋合接头10主要是因为空间位阻的影响，如果再连1个四爪旋合接头9是无法接入的。四端固定接头7安装有3个四爪旋合接头9和1个两爪旋合接头10，连杆接头8上安装有1个四爪旋合接头9。
本领域技术人员可以理解，在上述安装有四爪旋合接头9的地方，也可以用两爪旋合接头10替代，但是四爪旋合接头9的牢固性和稳定性要高于两爪旋合接头10，所以四爪旋合接头9为优选方案，但是由于空间位阻的作用，如果五端或四端固定接头上不能再连接四爪旋合接头9时，选用两爪旋合接头10替代。
通过利用四端固定接头和五端固定接头可实现各种连杆的快速拆卸，由此解决了因零件数量较多带来了的拆卸工作量大的问题，也因其操作便捷能够在较短的时间内实现装置的装配和拆卸。
在本发明一实施例中，支撑机构C包括：支撑块和顶升机构；顶升机构的上端与支撑块连接，下端与连杆接头8或四端固定接头7连接；其中，支撑块的外表面与环缝贴合；相邻支撑机构C的支撑块的接触端通过斜面相配合。相邻的支撑块相互拼接形成与环缝匹配的环形接触面。
如图9a所示，第一支撑块1和第二支撑块2为相邻的支撑块，第一支撑块1和第二支撑块2的接触端为斜面。第一支撑块1的两个端面为自其第一弧形面11向其第一内平面12收紧设置的第一斜面13，第二支撑块2的两个端面为自第二弧形面21向其第二内平22面发散设置的第二斜面23，第一斜面13与第二斜面23匹配贴合。其中图9a所示第一支撑块1和第二支撑块2未咬合时的状态，图9b所示二者咬合时的状态。
相邻支撑块之所以通过斜面配合，是因为若将支撑块按照直径方向分割，顶升机构带动支撑块沿直径方向运动时相邻的两支撑块会产生干涉，不利于调节，因此将两支撑块接触位置采用更便于调节的斜面接触方式。
在本发明一具体实施例中，支撑块的数目总和为24，相对应的，由于每一个支撑块对应一个顶升机构，所以顶升机构的数目也为24。内环周向连杆3的数目为6，外环周向连杆4的数目为12，径向连杆5的数目为18。其中，与外环支撑结构上四端固定接头7连接的径向连杆5的数目为12，与外环支撑结构上连杆接头8连接的径向连杆5的数目为6。五端固定接头6的数目为6，四端固定接头7的数目为12。连杆接头8的数目为18，其中12个连杆接头8将12个顶升机构连接在外环支撑结构上，另外6个连杆接头8将6个径向连杆5连接在外环支撑结构上。
这种分段支撑块及与其配合的顶升机构的使用可以满足对贮箱筒段局部圆度的调整，也可以配合外压机构等实现对焊缝焊接时所需错缝及间隙的精确调整。
在本发明一实施例中，顶升机构可采用：丝杠式顶升机构，或棘轮式顶升机构，或销钉式顶升机构。下面通过三个实施例来对顶升机构的三种结构进行具体说明。
图10a是本发明实施例提供的丝杠式顶升机构的结构示意图。如图10a所示，该顶升机构采用丝杠传动，包括螺纹销31、连接接头32、第一丝杠33、第一加力杆34、丝母35及支撑连杆36，连接接头32用于与支撑块连接，将丝母35嵌套在支撑连杆36中，第一丝杠33端头沿圆周方向切出环形槽37，在连接接头32上钻制螺纹销孔38，将螺纹销31拧入螺纹销孔38并固定在第一丝杠33的环形槽37中(如图10b局部放大图所示)，限制连接接头32沿轴向的运动，只能进行沿第一丝杠33轴线的回转，需要调整支撑块时，只需将第一加力杆34插入丝杠33的圆孔中进行旋转，通过第一丝杠33的旋转将支撑块顶起并通过自锁固定，从而实现了支撑块的顶升功能，保证其与封箱环缝壁板的接触间隙以及调整整个封箱环缝的圆度。
图11a是本发明实施例提供的棘轮式顶升机构的结构示意图。该棘轮式顶升机构包括第二丝杠311、活动丝母312、棘轮机构313、第二加力杆314和丝母固定杆315，其中活动丝母312与棘轮机构313固定(如图11b所示)，棘轮机构313中棘爪可以左右摆动，使得活动丝母312可以实现顺时针和逆时针两个方向的转动，通过扭动棘轮机构313使活动丝母312绕丝母固定杆315轴线旋转，驱动第二丝杠311上下移动，实现顶升功能。
图12是本发明实施例提供的销钉式顶升机构的结构示意图。该销钉式顶升机构包括外套杆3111、内套杆3112、螺纹销钉3113、销钉3114，内套杆3112与支撑块块连接。螺纹销钉3113将内套杆3112和外套杆3111连接起来，通过变换螺纹销钉3113在外套杆3111上的位置(例如图12中位置1’、位置2’)，实现内套杆3112的上下运动，从而实现顶升功能。其中，销钉3114可以在外套杆3111的U形槽中上下滑动，销钉3114与内套杆3112连接用于内套杆(3112)上下运动导向及防止内套杆3112的周向转动，从而避免当螺纹销钉3113拆下时，内套杆3112自己转动，而使内套杆3112的螺纹销钉孔和外套杆3111的螺纹销钉孔不能对上，起到一个定向的作用。
本领域技术人员可以理解，顶升机构和支撑块可以通过某种连接结构连接在一起，也可以由顶升机构本身携带的连接结构进行连接，只要达到牢固连接，且支撑块不会随顶升机构轴向转动即可，本发明对顶升机构和支撑块的连接方式不做限定。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种5m级贮箱封箱环缝内撑装置，其特征在于，用于焊接贮箱最末一筒段部件与后底之间的环缝，该装置包括：内支撑环A、外支撑环B和多个支撑机构C；所述内支撑环A为由多个内环周向连杆(3)构成的环形结构，所述外支撑环B为由多个外环周向连杆(4)构成的环形结构；所述内支撑环A通过多个径向连杆(5)与所述外支撑环B连接；所述外支撑环B的周向上设有多个所述支撑机构C；所述支撑机构C用于为封箱环缝提供由内向外的径向支撑力；
所述内支撑环A上每相邻的两个内环周向连杆(3)通过一个五端固定接头(6)与三根所述径向连杆(5)连接；
所述外支撑环B上相邻的两个外环周向连杆(4)通过一个四端固定接头(7)与一个径向连杆(5)和一个支撑机构C连接；
所述五端固定接头(6)和所述四端固定接头(7)的每一端上设置旋合接头；所述旋合接头为四爪旋合接头或两爪旋合接头。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述相邻的两个外环周向连杆(4)中较长的外环周向连杆通过两个连杆接头(8)分别与两个支撑机构C连接。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述五端固定接头(6)连接的3根所述径向连杆(5)中间的径向连杆通过连杆接头(8)与所述较长的外环周向连杆(4)连接。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述连杆接头(8)上通过旋合接头与所述支撑机构C连接，所述旋合接头为四爪旋合接头或两爪旋合接头。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述四爪旋合接头(9)包括四爪接头盒(91)和四爪接头(92)；所述四爪接头(92)底端的四个耳片插入所述四爪接头盒(91)的四个耳片下方后，再旋转即可实现咬合固定；和/或，
所述两爪旋合接头(10)包括两爪接头盒(101)和两爪接头(102)；所述两爪接头(102)底端的两个耳片插入所述两爪接头盒(101)的两个耳片下方后，再旋转即可实现咬合固定。
6.根据权利要求2至4中任一所述的环缝内撑装置，其特征在于，所述支撑机构C包括：支撑块和顶升机构；所述顶升机构的上端与所述支撑块连接，下端与所述连杆接头(8)或四端固定接头(7)连接；
其中，所述支撑块的外表面与所述环缝贴合；相邻支撑机构C的支撑块的接触端通过斜面相配合；
所述顶升机构包括：丝杠式顶升机构，或棘轮式顶升机构，或销钉式顶升机构。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述丝杠式顶升机构包括第一丝杠(33)、丝母(35)、连接接头(32)、螺纹销(31)、第一加力杆(34)和支撑连杆(36)；其中所述连接接头(32)用于与所述支撑块连接，所述丝母(35)将所述第一丝杠(33)嵌套在所述支撑连杆(36)中；所述第一丝杠(33)端头沿圆周方向切出环形槽(37)，所述连接接头(32)上钻制有螺纹销孔(38)，所述螺纹销(31)拧入所述螺纹销孔(38)并固定在所述第一丝杠(33)的环形槽(37)中，所述第一加力杆(39)插入所述第一丝杠(33)的圆孔中进行旋转将所述第一丝杠(33)顶起。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述棘轮式顶升机构包括第二丝杠(311)、活动丝母(312)、棘轮机构(313)、第二加力杆(314)和丝母固定杆(315)；活动丝母(312)与棘轮机构(313)固定，通过扭动棘轮机构(313)使活动丝母(312)绕丝母固定杆(315)轴线旋转，驱动第二丝杠(311)上下移动。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述销钉式顶升机构包括外套杆(3111)、内套杆(3112)、螺纹销钉(3113)和销钉(3114)；内套杆(3112)用于与所述支撑块连接，通过变换螺纹销钉(3113)在外套杆(311)上的位置控制内套杆(3112)的上下运动，销钉(3114)与内套杆(3112)连接用于内套杆(3112)上下运动导向及防止内套杆(3112)周向转动。
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