CN1051127C - 弹性充气式囊袋,组合和将充气式囊袋附设于支承结构之方法 - Google Patents
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Abstract
本发明总的涉及强化复合结构连接系统，可连接于其他类似材料或各种支承结构。本发明尤指充气式囊袋设计。本发明另一方面涉及水坝溢洪道之堰顶闸门系统所用的充气式囊袋，例如其中一个或更多的刚性闸门是可枢动地附设在溢洪道结构顶部，并可借囊袋充气而移至上升位置，并用于不利用可枢动地附设的镶板的充气式水坝。
Description
本发明总的涉及强化复合结构连接系统，可连接于其他类似材料或各种支承结构。本发明尤指充气式囊袋设计。本发明另一方面涉及水坝溢洪道之堰顶闸门系统所用充气式囊袋，例如其中一个或更多的刚性闸门是可枢动地附设在溢洪道结构顶部，并可借囊袋充气而移至上升位置，并用于不利用可枢动地附设的镶板的充气式水坝。
充气式囊袋已知用于水坝溢洪道枢转安装的堰顶闸门镶板之下游侧，以控制堰顶闸门后面的水高度。这种系统例如在美国专利4 780 024和5 092707号中说明，在此列入参考。
在已知堰顶闸门系统中，充气式囊袋包含一边部，利用螺栓栓紧于溢洪道的夹件固定在水坝溢洪道的上表面。
在已知橡胶水坝中，充气式隔膜利用螺栓栓紧于溢洪道的一排或多排夹件，固定于溢洪道。这类系统例如在美国专利4299514，4330224，4498810，4836713，4909666，5067851，5318381号中有说明。
现有技术的夹持机构适用于局限高度的系统，对于受到较大负荷的较高系统则效果不佳或不经济。高负荷需要多层的强化物。已知的夹持机构将剪力负荷从内层强化物，经外层强化物传至夹持系统，以致在强化膜的外层有不成比例的高剪力负荷。此外，现有技术依赖固定螺栓，将受夹持膜施与的剪力负荷全部或部分，带到诸如混凝土溢洪道等支承结构。这导致在固定螺栓进入混凝土结构之处，有高的固定螺栓应力和混凝土中的集中负荷。在现有技术的设计中，随时间变化之变形(蠕变或压缩变形)有减少将隔膜彼此密封和密封于结构的夹力之倾向，导致泄漏或需定期再锁紧螺栓。大多数现有技术的夹持系统有赖改变受夹持膜与夹持系统元件间的摩擦程度。
按照本发明，提供了一种改进充气式囊袋系统，其中囊袋包括充气式封袋，具有楔形的相对边部。在较佳实施例中，囊袋包括多个方向性强化弹性片材，彼此重叠，而边部包含多个三角形楔，结合在强化层间。
在一实施例中，楔可包括刚性楔，相对表面粘结于强化层。在另一变型中，楔可包括弹料楔，相对表面粘结于强化层。
楔最好插入全部相邻的强化层间，也可粘结于强化表面层的外面。
边部最好为互补形状，彼此相顶设置时，形成密封边，套合夹持系统的内侧。当边部彼此相顶设置，并且固定于支承表面或结构中之凹部或凹沟内时，边部则牢靠固定成使附着力大约等于囊袋强化层的内部强度。
在一实施例中，囊袋是固定在水坝溢洪道上表面的长形凹部或凹沟内。夹件延伸于凹部上方，并螺栓于溢洪道，以挡住充气式囊袋的边部。在囊袋充气时，夹持边部即保持牢固固定在凹部或凹沟内。附着强度大约等于囊袋本身的内部强度。换言之，本发明系统在夹持位置的橡胶或其强化物内，不产生高应力区域。楔容许夹持系统内的压缩应力对强化层施以拉力负荷，并没有从隔膜中间向外逐层累积剪应力的效应。橡胶楔充分适于耐受所产生之三轴向压缩应力。最大剪应力在楔间均匀分布，且在个别楔内较低。楔形边利用空气囊袋的箍环拉力之作用，紧紧压缩，在弹性组件发生随时间而变形时，可维持紧密密封所需夹力。此自行夹紧特性即不需定期用手上紧夹持系统。自行夹紧特性亦可容许直接对不适用现有技术的夹持机构的不规则粗糙混凝土溢洪道表面有可靠的防漏夹持。该实施例又一优点，在于造成剪力负荷均匀分布于支承结构，而非集中于固定螺栓。该夹持系统又一优点是，不依赖对夹件的摩擦或化学粘结，将膜扣持于夹件内。事实上，即使所有组件都在组合以前润滑，本发明功能仍极佳。本发明夹持系统即可避免因摩擦表面随时间而变滑所致之故障。
在本发明另一实施例中，充气式囊袋可表面安装在要求的支承结构(例如水坝溢洪道)的表面，不需在支承表面形成凹部或凹沟。
在本发明另一实施例中，充气式囊袋可为车辆的车轮或轨道系统的一段。在该实施例中的楔之几何形状，容许充气式段在消气状态时容易插入燕尾槽的尾端或取出。充气时，隔膜张力维持紧密紧封，并以机械式可靠连结于车轮或轨道段。与现有的充气轮胎不同的是，损坏段可以快速更换，不需重装备或将车辆顶起。
在本发明另一实施例中，充气式囊袋可以采用强化软管或充气弹簧的形式，楔形断面的突缘段，加设前述楔，插在强化层之间。该突缘末端可用刚性环和相关螺栓系统彼此夹持或夹持于普通的刚性突缘。这一实施例享有上述实施例的优点，包含自行旋紧和高强度。此实施例也具有软管内衬的完整连续性，使软管组件的耐腐蚀性和耐磨耗性最佳化。
下面参照附图详述本发明，其中诸图中的同样组件以同样符号标示，附图中：
图1为按照本发明构成的堰顶闸门溢洪道系统一实施例在囊袋充气时之透视图；
图2为图1所示系统之断面图；
图3为图2所示系统一部分之放大断面图；
图4为图1所示系统在囊袋消气时之断面图；
图5为按照本发明构成的堰顶闸门溢洪道系统另一实施例在囊袋充气时之断面图；
图6为图5所示实施例在囊袋消气时之断面图；
图7为图5所示系统一部分在囊袋充气时之放大断面图；
图8为图5所示系统一部分在囊袋消气时之放大断面图；
图9为图5至图8所示实施例之透视断面图；
图10为图9所示系统一部分之放大图，亦示出单个强化层和楔之断面；
图11为图10所示系统一部分之断面图；
图12为图1至图4所示熔接件实施例之透视图；
图13a为单个楔件的一段之未变形有限元模型网；
图13b为图13a之变形有限元模型网，表示粘结强化层之拉力负荷，和夹持系统所施压缩负荷；
图13c为初期弹性von Mises应力通过本发明单个楔断面之分布图；
图14为本发明在橡胶水坝上连结机构另一实施例之断面图；
图14a为图14所示连结机构之放大图；
图15为本发明橡胶水坝夹持机构另一实施例之断面图；
图16为本发明橡胶水坝夹持机构另一实施例之断面图；
图17为本发明软管连结系统之断面图；
图18和图18A表示本发明分段轮胎；
图19表示本发明有轨车辆或输送带系统的典型连杆图；
图20表示在组装于夹持系统内之前典型的成型充气式囊袋刚成型之形态；
图21为充气式囊袋相对于限定囊袋形状的心轴和成型件之断面图。
包含本发明独特连结系统的充气式囊袋，是由多层增强弹性材料(例如天然或合成橡胶)组成。一个较佳强化囊袋之构成描述于1995年6月15日申请之美国专利申请案第08/490643中，该案于此列入参考。
在图1至图4中，示出本发明堰顶闸门溢洪道系统10之一实施例。图示堰顶闸门系统附设于混凝土溢洪道18的上表面18A。以肋条20c加强的熔接件20，埋入溢洪道18，用固定螺栓17a固定。
熔接件20的下游侧最好向前朝熔接件的上游侧弯角，使朝凹部或凹沟开口的顶部比凹沟基部狭。当囊袋12和铰翼22的楔形边部，置于凹部内且被夹件16压下，囊袋和铰翼即牢靠地固定于凹部内。囊袋和铰翼的楔形边部无法向上拉出凹部外。夹件16最好为三角形断面，以螺栓17固紧时，夹件16扣住囊袋的楔形边部12A和12B以及铰翼的楔形边部于凹部内。
铰翼部22最好含有上段22A和楔形下段22B。上段22a利用螺栓15固定于闸门镶板14的下端14A。下段22B利用夹件16扣于凹部或凹沟内，如图3所示。
铰翼部22典型地由强化之硫化可挠性弹性材料(诸如橡胶)构成，其可无限地挠曲。翼部上边最好含有不可压缩性插件23。铰翼最好含有第一强化构件22C，包含斜交轮胎帘布强化层，相对于闸门枢轴呈45度方向，从楔组件的大端22d中间，延伸及包围不可压缩性插件(例如尼龙棒)，到邻接楔组件的大边始点以及在楔组件大端上角起始的直层强化物为止，延伸包围尼龙棒插件，再延伸回到楔组件下端的下角。楔22e和22f是在内斜交帘布层22c和各纵向外层22g间整体硫化。以此方式，楔内剪切应力即很均匀，利用斜交帘布层包围附设于闸门镶板14所需螺栓孔15a，提供负荷通径。
闸门镶板的下边B最好是圆边，如图3所示，其直径至少等于(最好大于)闸门镶板的厚度。此圆边可将翼部22以及与边B接触的囊袋12部分的应力减到最小。
熔接件20的角部20a圆滑，以减少与角部20a接触的囊袋橡胶部之应力。
可挠性扣带13最好是一端固设于溢洪道，相对端固设于闸门镶板14上端。该带可防止闸门镶板向前倾斜太远。
空气可经管件24供至囊袋12。管件最好埋于水坝溢洪道之上表面内。
充气式囊袋系统30之另一实施例，如图5至图8所示。在此实施例中，水坝溢洪道并无凹部或凹沟，以扣持充气式囊袋的边部。而囊袋的楔形边部12A和12B，是利用夹持机构32扣持。而后者是利用螺栓33固紧于溢洪道的上表面，夹件32包含脚部32A，向下突出。囊袋的楔形边部和翼部32，被扣持在夹件与水坝溢洪道上表面之间。
溢洪道内的管件34，需要时供应空气至囊袋。
图13a，13b和13c示出，拉力负荷47由夹件系统所施之压缩力48承载，不需将剪力负荷传到邻层。
用做橡胶水坝的充气式囊袋系统另一实施例，如图14，14a，15，16所示。用做橡胶水坝的图示夹持系统之功能与所述用于含有枢动闸门镶板的系统者相似。
参见图10和图21，可由内衬12c，各层强化物(例如以-45度12d，0度12f和-45度12h方向的贴胶轮胎帘布)，接着是耐气候盖层a，在具有半径边a的平坦长方形心轴34上(半径边减少在充气囊袋内的拉应力集中)，依序叠积即可制成有楔形边的空气囊袋。上述诸层构成后，未硫化的高硬度橡胶的挤出楔12e，12g，12j和12k，插在强化层的相邻边之间。具有楔形腔室的成型件35a，35b则固定于心轴34，以控制楔形囊袋边的正确形状。成型件可加设可在硫化周期内供应额外未硫化的橡胶材料的装置，以消除组装过程中产生的非故意的空隙。组件连同就位的成型件，即可利用已知机构在压床或压热器内熟化。
楔角最好选择在强化层间可具有相等楔角，使总楔角等于夹持系统的内角。与强化帘布层接触的楔和相对应剪力区之长度，被选择为使粘结强度乘粘结面积，等于或大于超过帘布拉力强度所需的粘结长度。楔最方便由高硬度弹性材料制成，可形成对各强化层的高强度粘结。
上述夹持系统和相对应有楔介入之多层强化物，可用于许多重要的工业用途，包含如图17所示之大直径软管的连接，空气弹簧之附设，充气式浮船之附设，以及节段式轮胎之构成，如图18a所示。
图17所示软管连接组件，包括衬材36，各层强化物37、盖层38、夹环39a和39b，以及螺栓40。夹环内凹部成型为与软管的夹持楔形突缘配合。由此产生紧密密封，无金属零件露出至软管所载流体，而连接强度很接近软管强化物本身的强度。此外，不需弹性材料对金属之化学粘结来固定软管。
参见图18和18a，节段式轮胎可用上述楔附设机构构成。轮胎段42可固设于加设多个燕尾槽之贴圈内，诸段利用充气过程固定于其内。充气线44可直接夹入诸段的夹边内。可设成型胎面42b以产生圆形周缘。
参见图19，充气囊袋46可容易固定于车辆轨道系统之键节45，例如在各键节设有有为此目的之燕尾槽45a即可。
Claims (22)
- 按照条约第19条的修改1.一种弹性充气式囊袋(12)，包括连接装置(22b)，其特征在于所述的囊袋(12)包括多个强化弹性片材，彼此重叠，产生充气式封袋，其具有相对边，其中至少有一边为楔形(12a，12b)，并且所述的连接装置与其成整体，且其中所述相对边形成一开口。
- 2.如权利要求1的囊袋，其特征在于所述的楔形边包含具有三角形断面之多个楔(12a，12b)。
- 3.如权利要求2的囊袋，其特征在于所述的楔(12a，12b)包括刚性楔，其含有对立侧面，粘结于该弹性片材之强化层。
- 4.如权利要求2的囊袋，其特征在于所述的楔(12a，12b)包括弹料楔，含有相对侧面，粘结于该弹性片材之强化层。
- 5.如权利要求1的囊袋，其特征在于有两个所述的边部，具有互补形状。
- 6.如权利要求1的囊袋，其特征在于弹性片材包含强化帘布(22c)。
- 7.如上述权利要求中任一项的囊袋与一支承结构(16，32)的组合，其特征在于所述的支承结构包括一支承表面或夹持机构，内有长形凹部；其中所述的囊袋的所述的相对边部固定于该长形凹部内。
- 8.如权利要求7的组合，其特征在于所述的夹持机构(32)包括夹件，延伸越过该凹部，以及固定螺栓(33)，固定于该支承表面，将该夹件扣持于固定位置内。
- 9.如权利要求7的组合，其特征在于所述的支承表面包括混凝土溢洪道。
- 10.如权利要求9的组合，其特征在于所述的溢洪道包含一上表面，且所述的凹部沿所述的上表面延伸。
- 11.如权利要求7的组合物，其特征在于还包括闸门镶板(14)，具有前边铰接于该囊袋(12)，邻近该所述的囊袋的所述的相对边部。
- 12.如权利要求11的组合，其特征在于所述的囊袋(12)还包含楔形翼部(22)，并且在所述的闸门镶板(14)的所述的前边固定于所述的翼部。
- 13.一种将充气式囊袋(12)附设于支承结构(16，32)的方法，包括下列步骤：(a)提供一个弹性充气式囊袋(12)，它包括多个强化弹性片材，彼此重叠，以产生充气式封袋，其具有相对边限定一开口，其中至少一边为楔形(12a，12b)以形成一个整体的连接装置(22b)；(b)提供一长形凹部，设于所述的支承结构或所述的夹持机构内；(c)将所述的囊袋的所述的连接装置固定于所述的凹部内。
- 14.如权利要求13的方法，其特征在于有两个相对边为楔形。
- 15.如权利要求14的方法，其特征在于所述的相对边部是利用楔形夹件(32)固定于所述的凹部内。
- 16.如权利要求15的方法，其特征在于所述的凹部的断面形状与所述的边部和所述的夹件之断面形状互补。
- 17.一种组合，包括：(a)一个复合结构(12)，包括多个强化材料层，含有楔(12a，12b)，固定于所述的层间，形成突部(22b)；(b)一支承表面(18a)；(c)夹持机构(16，32)，将所述的突部附设于所述的支承表面。
- 18.如权利要求17的组合，其特征在于所述的复合结构包含一边，所述的突部位于该边。
- 19.如权利要求1的囊袋与一细长链节(45)的组合，其特征在于所述的链节具有一上表面，其中有一槽(45a)，并且所述的连接装置(22b)连接在所述的槽中，并延伸高于所述的上表面。
- 20.一种软管，包括多个强化材料层(36-38)，并包含一终端部，其中所述的端部又含有楔，粘结于所述的强化材料相邻层间。
- 21.如权利要求7的组合，其中所述的支承表面包含一台圈(41)和多个充气式囊袋附设于该胎圈之周边。
- 22.如权利要求21的组合，其特征在于所述的胎圈包含多个凹沟设于所述的胎圈的周边。
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