CN111336363B - 环抱式圆柱结构件外表面固定装置及其工作方式 - Google Patents

环抱式圆柱结构件外表面固定装置及其工作方式 Download PDF

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Abstract

一种环抱式圆柱结构件外表面固定装置及其工作方式。该装置主要针对圆柱结构件设计，为需要放置于圆柱结构件表面某一位置的设备、仪器或其他装置提供固定支持。当确定仪器的固定位置后，通过旋转部件令多枚叶片旋出，卡紧在圆柱结构件的表面，完成固定。多枚弧形叶片旋出所围成的区域截面近似圆形，同时接触面附着有一定厚度的摩擦橡胶材料，能够更好的贴合圆柱结构件的表面，使固定更加牢固。本装置可以轻松应对圆柱结构件的尺寸变化，不仅可以应用于不同尺寸的圆柱结构件，而且还可以应用于存在尺寸变化的单一圆柱结构件。本装置操作简单，不需要借助外部工具。

Description

环抱式圆柱结构件外表面固定装置及其工作方式
技术领域
本发明涉及一种环抱式圆柱结构件外表面固定装置及其工作方式，属于快速固定连接工具的技术领域。
背景技术
目前，很多领域的大型建筑结构及诸多装置、设备等都离不开圆柱结构件。例如海洋立管，水下拖曳系统的细长拖缆、风力发电机、桥梁的牵引索等都是典型的圆柱结构件。在相关理论的不断深入研究和发展情况下，各种圆柱结构件的动力学性能响应研究也越来越受到重视，相关实验也不断开展起来。其中比较重要的问题之一便是相关试验装置、外部测量仪器等设备如何在圆柱结构件外表面的安装和固定。
目前，圆柱结构件表面附着设备在固定时，更多是利用细绳缠绕、粘贴、焊接、螺丝加固等方式。这几种固定方式存在的主要问题是：1、紧固性不够可靠，容易脱落或移动。2、进行固定操作时需要额外的工具介入，应用比较繁琐。3、适应性差，针对圆柱结构件不同的尺寸变化，无法灵活的完成调整。4、可回收能力差，无法满足二次利用的要求。 5、固定过程中会对圆柱结构件表面造成破坏。
同时，对于设计用于柱体结构外表面的设备或装置，基本上都拥有一体式的套筒用于固定，但是应用对象单一，局限性大，针对不同尺寸的圆柱结构件只能进行独立的设计，成本较高。故需要提出一种可应用于多种柱体结构外表面的固定装置，既可以作为设备的固定结构，可以通过悬挂的方式外接设备，作为独立固定装置使用。同时在满足最小设计尺寸的基础上，适应一定范围的尺寸变化。
发明内容
本发明的目的是提供一种环抱式圆柱结构件外表面固定装置及其工作方式，其核心为若干枚外形一致的弧形可动叶片，使用时将其从圆周多个方向旋出卡紧圆柱结构件以提供固定支持，然后利用螺纹以及结构接触部分的压力及摩擦力锁紧，该结构可以灵活应对圆柱结构件的尺寸变化，同时保证固定的可靠性。
本发明采用的技术方案是：一种环抱式圆柱结构件外表面固定装置，这种固定装置包括锁止外壳、旋转内壳、结构外壳、弧形叶片和传动机构，所述结构外壳从下向上依次设有底轴承、下轴承、下隔板、弧形叶片、上隔板、上轴承和旋转内壳；下轴承的内圈与结构外壳的底凸环固定连接，外圈与下齿圈固定连接，下隔板的周边与结构外壳的下凸块采用下螺栓固定连接，上隔板的侧部与结构外壳采用中螺栓固定连接，旋转内壳的下端内侧与上隔板之间设有上轴承，上齿圈与旋转内壳的上凸块采用上螺栓固定连接，锁止外壳的下内壁设有内螺纹；
所述弧形叶片设置在下隔板与上隔板之间，并通过弧形叶片上表面的上凸杆约束于上隔板底部表面的上弧形槽中，下表面的下凸杆约束于下隔板上表面的下弧形槽中；
所述弧形叶片与圆柱结构件接触的弧形接触面以摩擦橡胶材料覆盖，上部通过球头杆与叶片连杆转动连接，叶片连杆通过条形孔穿过下隔板，使轴销移动端的顶部凸杆插入叶片连杆底部的固定槽中；
所述传动机构包含齿轮轴、与上齿圈啮合的上小齿轮和与下齿圈啮合的下小齿轮；齿轮轴下端设有下小齿轮并由设置在结构外壳内侧底部的底轴承支承，上端设有上小齿轮；
所述齿轮轴穿过布置在上隔板上的上定位孔和下隔板上的下定位孔；下齿圈采用齿缺段与齿圈段相间均布，下小齿轮与下齿圈上的齿圈段啮合，轴销设置在齿缺段位置，通过旋转销将轴销的连接端与下齿圈旋转连接，同时通过轴销移动端底部的限位杆约束于结构外壳底部的条形槽中。
所述弧形叶片和传动机构为四套，互相配合。
所述结构外壳外侧底部设有外挂环。
所述的环抱式圆柱结构件外表面固定装置的工作方式：在初始状态下，首先将圆柱结构件从装置的中间穿过后，将锁止外壳从结构外壳的外螺纹上拧下；然后用手固定结构外壳，转动旋转内壳，此时固定于旋转内壳内的上齿圈转动，与之啮合的上小齿轮被带动旋转，上小齿轮的转动经由固定连接的齿轮轴传递，使下小齿轮也被带动旋转，从而带动啮合的下齿圈旋转；此时轴销的连接端会配合下齿圈的转动，绕旋转销旋转来调整与下齿圈之间的夹角，从而使轴销的移动端沿条形槽所规定的轨迹进行直线移动；此时，通过叶片连杆连接的弧形叶片也会在条型槽和条形孔的共同约束下，被推动进行与轴销的移动端相同轨迹的直线移动，但由于上弧形槽以及下弧形槽的约束，使得弧形叶片在球头杆连接下相对于叶片连杆发生转动，从而使得弧形叶片整体运动为弧形旋出状态，多个叶片组合呈现出环抱状，卡紧在圆柱结构件的外表面，此时停止旋转内壳的转动，在摩擦和系统阻尼的作用下，弧形叶片依旧保持卡紧的状态；此时将锁止外壳扣在旋转内壳上并与结构外壳接触，通过螺纹将锁止外壳完全拧紧在结构外壳上（锁止外壳的拧紧方向与使弧形叶片旋出时的旋转内壳旋转方向相同，这样可以保证在拧紧时不会出现将弧形叶片收回并松开圆柱结构件的情况），当完全拧紧后，锁止外壳内壁会与旋转内壳紧密贴合并完全压紧，使锁止外壳、旋转内壳、结构外壳三者相互贴合固定，实现了装置的锁止，进而使弧形叶片在工作状态下始终保持卡紧圆柱结构件的状态，完成固定工作。
本发明的有益效果为：该装置主要针对圆柱结构件设计，为需要放置于圆柱结构件表面任意位置的设备、仪器或其他装置提供固定支持。该装置通过若干枚弧形叶片从多个方向旋出，并卡紧在圆柱结构件外表面的某一位置完成固定，由于叶片为弧形，同时表面覆盖一定厚度的摩擦弹性材料，所以能够更好的贴合圆柱表面外形，在提供强有力的固定支持的同时，对于结构物表面也能够提供更好的保护。同时利用结构外壳外表面布置的外挂环或镶嵌孔来实现仪器设备的悬挂或小型检测仪器的镶嵌安装，提高仪器布置的牢固性、稳定性和适用性，本装置也可作为设备的固定模块出现。本装置属于纯机械结构，没有电气系统，可靠性强和适用范围广，制造、使用及后期维护成本更低。本装置的设计结构可以轻松应对圆柱结构件的尺寸变化，中间用以圆柱结构件穿过的贯穿区域直径为圆柱结构件最小直径尺寸的若干倍，一个装置不仅可以用于不同尺寸的圆柱结构件，而且还可以应用于存在尺寸变化的圆柱结构件。对整个装置的锁止通过构件本身完成，通过增加接触面的摩擦和压力，不借助外物即可完成任意角度锁止，这也进一步的增强了该装置针对圆柱结构件尺寸变化的适应性。操作更加方便，可以仅通过双手随时调整叶片的旋出尺寸以应对结构物的尺寸变化，并完成固定工作，不需要借助工具。
附图说明
图1为环抱式圆柱结构件外表面固定装置的外观图。
图2为环抱式圆柱结构件外表面固定装置的(图3中的D-D)主剖视图。
图3为图2中的A-A视图。
图4为图2中的弧形叶片旋松状态下的剖视图B-B。
图5为图2中的弧形叶片旋紧状态下的剖视图B1-B1。
图6为图2中的C-C视图。
图7为下隔板俯视图。
图8为上隔板仰视图。
图9为图4中的M-M视图。
图10为图2中的N放大图。
图11为图6中的O放大图。
图12为图2中的P放大图。
图13为图2中的Q放大图。
图14为弧形叶片局部剖视图。
图中：1、锁止外壳，2、旋转内壳，2a、上齿圈，2b、上小齿轮，2c、上凸块，3、上隔板，3a、上定位孔，3b、上弧形槽，4、弧形叶片，4a、叶片连杆，4b、球头杆，4c、固定槽，4d、上凸杆，4e、下凸杆，5、下隔板，5a、条形孔，5b、下定位孔，5c、下弧形槽，6、结构外壳，6a、条形槽，6b、外挂环，6c、下凸块，6d、底凸环，7、下齿圈，7a、轴销，7a1、凸杆，7a2、限位杆，7a3、旋转销，7b、下小齿轮，7c、齿缺段，7d、齿圈段，8、上轴承，9、下轴承，10、底轴承，11、齿轮轴，12、上螺栓，13、中螺栓，14、下螺栓。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明，文中提到的上、中、下均指在附图上的方位。
图1-14示出了一种环抱式圆柱结构件外表面固定装置。
如图1、2、9所示，结构外壳6从下向上依次设有底轴承10、下轴承9、下隔板5、弧形叶片4、上隔板3、上轴承8和旋转内壳2，下轴承9的内圈与结构外壳6的底凸环6d固定连接，外圈与下齿圈7固定连接，下隔板5的周边与结构外壳6对应位置的下凸块6c配合安装后采用下螺栓14连接，上隔板3的侧部与结构外壳6采用中螺栓13连接，旋转内壳2的下端内侧与上隔板3之间设有上轴承8，上齿圈2a与旋转内壳2对应位置的上凸块2c配合安装后采用上螺栓12连接。锁止外壳1其内壁布置内螺纹，与旋转内壳2嵌套式活动连接，可相对于整体结构拆分为独立部件。
如图7、8、9、14所示，四个弧形叶片4设置在下隔板5与上隔板3之间，并通过弧形叶片上表面的上凸杆4d约束于上隔板3底部表面的上弧形槽3b中，下表面的下凸杆4e约束于下隔板5上表面的下弧形槽5c中。弧形叶片4与圆柱结构件接触的弧形接触面以高摩擦橡胶材料覆盖，上部通过球头杆4b与叶片连杆4a转动连接，叶片连杆4a通过条形孔5a穿过下隔板5，使轴销7a移动端的顶部凸杆7a1插入叶片连杆4a底部的固定槽4c中。
如图2所示，传动机构包含四个齿轮轴11、与上齿圈2a啮合的上小齿轮2b和与下齿圈7啮合的下小齿轮7b。齿轮轴11下端设有下小齿轮7b并由设置在结构外壳6内侧底部的底轴承10支承，上端设有上小齿轮2b。齿轮轴11穿过布置在上隔板3上的上定位孔3a和下隔板5上的下定位孔5b。
如图3所示，下齿圈7表现为四个齿缺段7c和四个齿圈段7d周向均匀间隔分布。齿圈段7d为下齿圈7轮齿分布区域，下小齿轮7b与下齿圈7上的齿圈段7d啮合。轴销7a分布在齿缺段7c中，通过旋转销7a3将轴销7a的连接端与下齿圈7主体旋转连接，设置齿缺段7c以保证轴销7a转动时不会对下齿圈7主体造成妨碍，同时通过轴销7a移动端底部的限位杆7a2约束于结构外壳6底部的条形槽6a中。
这种环抱式圆柱结构件外表面固定装置的工作方式：
如图1所示，在初始状态下，首先，将圆柱结构件从装置的中间穿过后，将锁止外壳1从结构外壳6的外螺纹上拧下，解除整个装置的锁止状态。然后用手固定结构外壳6，转动旋转内壳2，此时固定于旋转内壳2内的上齿圈2a被带动，与之啮合的上小齿轮2b也被带动旋转，上小齿轮2b的转动经由固定连接的齿轮轴11传递，使下小齿轮7b也被带动旋转，从而带动啮合的下齿圈7旋转。此时轴销7a的连接端会配合下齿圈7的转动，绕旋转销7a3旋转来调整与下齿圈7主体之间的夹角，从而使轴销7a的移动端沿条形槽6a所规定的轨迹进行直线移动。此时，如图4、5所示，通过叶片连杆4a连接的弧形叶片4也会在条型槽6a和条形孔5a的共同约束下，被推动进行与轴销7a的移动端相同轨迹的直线移动，但由于上弧形槽3b以及下弧形槽5c的约束，使得弧形叶片4在球头杆4b连接下相对于叶片连杆4a发生转动，从而使得弧形叶片4整体运动为弧形旋出状态，多个叶片组合呈现出环抱状，卡紧在圆柱结构件的外表面，此时停止旋转内壳2的转动，在摩擦和系统阻尼的作用下，弧形叶片4依旧保持卡紧的状态。此时将锁止外壳1扣在旋转内壳2上并与结构外壳6接触，通过螺纹将锁止外壳1完全拧紧在结构外壳6上，锁止外壳的拧紧方向与使弧形叶片旋出时的旋转内壳旋转方向相同，这样可以保证在拧紧时不会出现将弧形叶片4收回并松开圆柱结构件的情况，当完全拧紧后，锁止外壳1内壁会与旋转内壳2紧密贴合并完全压紧，使锁止外壳1、旋转内壳2、结构外壳6三者相互贴合固定，防止发生相对转动，实现了装置的锁止，进而使弧形叶片4在工作状态下始终保持卡紧圆柱结构件的状态，完成固定工作。
上述技术方案与现有技术方案相比，本发明提出了一种更加方便，适用范围更广的固定装置。本装置不需要借助螺丝紧固，不需要借助外部工具，仅通过使用人员的双手即可完成全部操作。本装置的结构设计特点使得应对不同尺寸的圆柱结构件更加有优势，同一个固定装置既可以应用于不同尺寸的圆柱结构件，对于存在尺寸变化的圆柱结构件也同样适用，只需要调整叶片的旋出尺寸即可实现。由于叶片为弧形，同时表面覆盖一定厚度的摩擦弹性材料，所以能够更好的贴合圆柱表面外形，在提供强有力的固定支持的同时，对于结构物表面也能够提供更好的保护。对整个装置的锁止通过构件本身完成，通过增加接触面的摩擦和压力，不借助外物即可完成任意角度锁止，这也进一步的增强了该装置针对圆柱结构件尺寸变化的适应性。该装置为纯机械结构，增加了整个装置的稳定性，同时应用于恶劣条件下的能力也大幅度提升，使用及维修成本更低。

Claims (4)

1.一种环抱式圆柱结构件外表面固定装置，这种固定装置包括锁止外壳（1）、旋转内壳（2）、结构外壳（6）、弧形叶片（4）和传动机构，其特征是：所述结构外壳（6）从下向上依次设有底轴承（10）、下轴承（9）、下隔板（5）、弧形叶片（4）、上隔板（3）、上轴承（8）和旋转内壳（2）；下轴承（9）的内圈与结构外壳（6）的底凸环（6d）固定连接，外圈与下齿圈（7）固定连接，下隔板（5）的周边与结构外壳（6）的下凸块（6c）采用下螺栓（14）固定连接，上隔板（3）的侧部与结构外壳（6）采用中螺栓（13）固定连接，旋转内壳（2）的下端内侧与上隔板（3）之间设有上轴承（8），上齿圈（2a）与旋转内壳（2）的上凸块（2c）采用上螺栓（12）固定连接，锁止外壳（1）的下内壁设有内螺纹；
所述弧形叶片（4）设置在下隔板（5）与上隔板（3）之间，并通过弧形叶片上表面的上凸杆（4d）约束于上隔板（3）底部表面的上弧形槽（3b）中，下表面的下凸杆（4e）约束于下隔板（5）上表面的下弧形槽（5c）中；
所述弧形叶片（4）与圆柱结构件接触的弧形接触面以摩擦橡胶材料覆盖，上部通过球头杆（4b）与叶片连杆（4a）转动连接，叶片连杆（4a）通过条形孔（5a）穿过下隔板（5），使轴销（7a）移动端的顶部凸杆（7a1）插入叶片连杆（4a）底部的固定槽（4c）中；
所述传动机构包含齿轮轴（11）、与上齿圈（2a）啮合的上小齿轮（2b）和与下齿圈（7）啮合的下小齿轮（7b）；齿轮轴（11）下端设有下小齿轮（7b）并由设置在结构外壳（6）内侧底部的底轴承（10）支承，上端设有上小齿轮（2b）；
所述齿轮轴（11）穿过布置在上隔板（3）上的上定位孔（3a）和下隔板（5）上的下定位孔（5b）；下齿圈（7）采用齿缺段（7c）与齿圈段（7d）相间均布，下小齿轮（7b）与下齿圈（7）上的齿圈段（7d）啮合，轴销（7a）设置在齿缺段（7c）位置，通过旋转销（7a3）将轴销（7a）的连接端与下齿圈（7）旋转连接，同时通过轴销（7a）移动端底部的限位杆（7a2）约束于结构外壳（6）底部的条形槽（6a）中。
2.根据权利要求1 所述的一种环抱式圆柱结构件外表面固定装置，其特征是：弧形叶片（4）和传动机构为四套，互相配合。
3.根据权利要求1所述的一种环抱式圆柱结构件外表面固定装置，其特征在于，结构外壳（6）外侧底部设有外挂环（6b）。
4.根据权利要求1所述的环抱式圆柱结构件外表面固定装置的工作方式，其特征是：
在初始状态下，首先将圆柱结构件从装置的中间穿过后，将锁止外壳（1）从结构外壳（6）的外螺纹上拧下；然后用手固定结构外壳（6），转动旋转内壳（2），此时固定于旋转内壳（2）内的上齿圈（2a）转动，与之啮合的上小齿轮（2b）被带动旋转，上小齿轮（2b）的转动经由固定连接的齿轮轴（11）传递，使下小齿轮（7b）也被带动旋转，从而带动啮合的下齿圈（7）旋转；此时轴销（7a）的连接端会配合下齿圈（7）的转动，绕旋转销（7a3）旋转来调整与下齿圈（7）之间的夹角，从而使轴销（7a）的移动端沿条形槽（6a）所规定的轨迹进行直线移动；此时，通过叶片连杆（4a）连接的弧形叶片（4）也会在条形 槽（6a）和条形孔（5a）的共同约束下，被推动进行与轴销（7a）的移动端相同轨迹的直线移动，但由于上弧形槽（3b）以及下弧形槽（5c）的约束，使得弧形叶片（4）在球头杆（4b）连接下相对于叶片连杆（4a）发生转动，从而使得弧形叶片（4）整体运动为弧形旋出状态，多个叶片组合呈现出环抱状，卡紧在圆柱结构件的外表面，此时停止旋转内壳（2）的转动，在摩擦和系统阻尼的作用下，弧形叶片（4）依旧保持卡紧的状态；此时将锁止外壳（1）扣在旋转内壳（2）上并与结构外壳（6）接触，通过螺纹将锁止外壳（1）完全拧紧在结构外壳（6）上，当完全拧紧后，锁止外壳（1）内壁会与旋转内壳（2）紧密贴合并完全压紧，使锁止外壳（1）、旋转内壳（2）、结构外壳（6）三者相互贴合固定，实现了装置的锁止，进而使弧形叶片（4）在工作状态下始终保持卡紧圆柱结构件的状态，完成固定工作。
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