CN104785999A - 一种5m级贮箱封箱环缝内撑装置 - Google Patents

一种5m级贮箱封箱环缝内撑装置 Download PDF

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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的周向上设置多个单合页快拆机构(6)；所述外支撑环B为由多个外环周向支撑板(4)构成的环形结构，相邻两个外环周向支撑板(4)通过多合页快拆机构(3)周向连接；每个所述多合页快拆机构(3)的径向一端通过径向连杆(5)与一个单合页快拆机构(6)连接，径向另一端与所述支撑机构C连接；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

一种5M级贮箱封箱环缝内撑装置
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的周向上设置多个单合页快拆机构(6)；所述外支撑环B为由多个外环周向支撑板(4)构成的环形结构，相邻两个外环周向支撑板(4)通过多合页快拆机构(3)周向连接；每个所述多合页快拆机构(3)的径向一端通过径向连杆(5)与一个单合页快拆机构(6)连接，径向另一端与所述支撑机构C连接；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，且采用单合页快拆机构或多合页快拆机构进行结点连接，可以顺利通过直径较小的人孔将整个装置快速拆解后运出贮箱。
附图说明
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单合页快拆机构的结构示意图。
图2b是本发明实施例提供的单合页快拆机构用于连接时的状态示意图。
图3是本发明实施例提供的多合页快拆机构的结构示意图。
图4是本发明实施例提供的内支撑环的结构示意图。
图5a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5b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6a是本发明实施例提供的丝杠式顶升机构的结构示意图。
图6b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7a是本发明实施例提供的棘轮式顶升机构的结构示意图。
图7b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8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；4-支撑板；5-径向连杆；6-单合页快拆机构；3-多合页快拆机构；61-回转销；62-防脱销；63-固定合页；64-活动合页；65-螺纹销；66-螺纹销套；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；内支撑环A的周向上设置多个单合页快拆机构6；外支撑环B为由多个外环周向支撑板4构成的环形结构，相邻两个外环周向支撑板4通过多合页快拆机构3周向连接；每个多合页快拆机构3的径向一端通过径向连杆5与一个单合页快拆机构6径向连接，径向另一端与一支撑机构C径向连接；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1所示，每个外环周向支撑板4进一步通过一个单合页快拆机构6与一个支撑机构C连接。
图2a是本发明实施例提供的单合页快拆机构的结构示意图。如图2a所示，该单合页快拆机构6包括：回转销61、防脱销62、固定合页63、活动合页64、螺纹销65及螺纹销套66；防脱销62设置于回转销61的侧面，用于防止回转销61脱落；固定合页63和/或活动合页64均可绕回转销61转动；固定合页63和活动合页64上设置有可穿过螺纹销65的销钉孔；螺纹销的一端与螺纹销套66连接。
图2b是本发明实施例提供的单合页快拆机构用于连接时的状态示意图。将需要径向连接的杆插入快拆机构6中，合上活动合页64并将螺纹销65沿固定合页63、活动合页64及两杆的销钉孔中穿过，将螺纹销套66拧紧即可实现快速连接。当需要拆卸时，直接将螺纹销65拔出即可实现快速拆开。
图3是本发明实施例提供的多合页快拆机构的结构示意图。如图3所示，该多合页快拆机构3包括径向连接的4个单合页快拆机构；且该4个单合页快拆机构的合页开合方向交叉设置，从下至上的开和方向依次为：左右左右。
其中，位于下方的两个交叉开合的单合页快拆机构用于固定径向连杆5；位于上方的两个交叉开合的单合页快拆机构用于固定支撑机构C底端的连接杆。同时，该4个单合页快拆机构的固定合页63交叉固定于相邻的两个外环周向支撑板4上。由此便实现了相邻的两个外环周向支撑板4与一个径向连杆5和依次支撑机构C的相互连接。
在本发明一实施例中，固定合页63可通过螺纹连接固定在支撑板4或内支撑环A上；也可以直接与支撑板4或内支撑环A为一体。如图4所示，该内支撑环A的周向上设置有多个凹槽，这些凹槽则直接作为了固定合页63。
本领域技术人员可以理解，一个多合页快拆机构3中所包含的单合页快拆机构数量可根据所要实现的紧固程度而定，本发明对一个多合页快拆机构3中所包含的单合页快拆机构数量不做限定。
通过利用单合页快拆机构、多合页快拆机构可实现径向连杆和外环周向支撑板4的快速拆卸和安装，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，可在较短的时间内实现整个装置的装配和拆卸。
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，下端与所述单合页快拆机构6或多合页快拆机构3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5a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5a所示第一支撑块1和第二支撑块2未咬合时的状态，图5b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。外环周向支撑板4的数目为12，径向连杆6的数目为12。
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6a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6a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用于与支撑块组件连接，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6b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7a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7b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8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与支撑块组件块连接。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8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 (10)

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的周向上设置多个单合页快拆机构(6)；所述外支撑环B为由多个外环周向支撑板(4)构成的环形结构，相邻两个外环周向支撑板(4)通过多合页快拆机构(3)周向连接；每个所述多合页快拆机构(3)的径向一端通过径向连杆(5)与一个单合页快拆机构(6)连接，径向另一端与所述支撑机构C连接；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。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每个所述外环周向支撑板(4)进一步通过一个单合页快拆机构(6)与一个支撑机构C连接。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述单合页快拆机构(6)包括：回转销(61)、防脱销(62)、固定合页(63)、活动合页(64)、螺纹销(65)及螺纹销套(66)；所述防脱销(62)设置于所述回转销(61)的侧面，用于防止所述回转销(61)脱落；所述固定合页(63)和/或活动合页(64)均可绕所述回转销(61)转动；所述固定合页(63)和所述活动合页(64)上设置有可穿过所述螺纹销(65)的销钉孔；所述螺纹销的一端与所述螺纹销套(66)连接。
4.据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述多合页快拆机构(3)包括径向连接的至少一个单合页快拆机构；所述多个单合页快拆机构的合页开合方向交叉设置。
5.根据权利要求3或4所述的环缝内撑装置，其特征在于，所述固定合页(63)通过螺纹连接固定在所述支撑板(4)或所述内支撑环A上；或，
所述固定合页(63)与所述支撑板(4)或所述内支撑环A为一体。
6.根据权利要求1至5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，下端与所述单合页快拆机构(6)或多合页快拆机构(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。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，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。
8.根据权利要求7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)用于与所述支撑块组件连接，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。
9.根据权利要求7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。
10.根据权利要求7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)用于与所述支撑块组件连接，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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