CN112555424B - 一种大尺寸内外式双轨道结构柔性密封装置及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大尺寸内外式双轨道结构柔性密封装置及其工作方法。本发明包括两个单侧密封组件。单侧密封组件包括转轴、连接块、钢带卷筒、密封钢带和绕带辊。转轴由动力元件驱动旋转。钢带卷筒的内侧与转轴偏心固定，使得钢带卷筒能够绕转轴转动。钢带卷筒内安装有能够主动旋转的绕带辊。绕带辊上缠绕有密封钢带。密封钢带的外端端部穿过钢带卷筒的开口。本发明采用能够收卷存放的柔性钢带作为密封部件，相对于现有的通过伸缩存放的风琴式密封装置，减少了密封装置在轨道上的占用空间。本发明的单侧密封组件能够翻转，从而使得上轨道伸出下轨道外时，上轨道暴露出的滑动面也能得到良好的保护，从而大幅度提高内外式双轨道结构的滑动范围。

Description

一种大尺寸内外式双轨道结构柔性密封装置及其工作方法
技术领域
本发明属于柔性密封技术领域，针对于大尺寸内外式双轨道结构，主要探讨其密封方法的实现。
背景技术
密封是机械工业中的重要技术，密封装置是对轨道起保护作用的主要机构，用于防止灰尘、雨雪、铁屑、木屑、以及其他杂物对轨道工作面造成一定的磨损和破坏，最终使得轨道寿命的下降和运行精度的不稳定。
现有的密封技术主要集中于滑块式轨道，为防止滑块润滑油外泄以及空气污染造成润滑油氧化等问题。对于轨道的密封防护大多采用风琴式密封装置，但是由于此种密封需要在轨道两侧留有较大的存放位置，因此空间效益比较差，尤其当轨道为弧形或下轨道无法包络上轨道时，风琴式单侧密封组件往往无法对轨道的所有裸露部分进行保护；并且当上下轨道同时需要密封时，风琴式单侧密封组件需要多套密封装置，导致装置重复使用，经济效益也比较差。
发明内容
本发明的目的是针对大尺寸内外式双轨道结构提供一种接触面密封保护装置和方法。
本发明一种大尺寸内外式双轨道结构柔性密封装置，包括两个单侧密封组件。单侧密封组件包括转轴、连接块、钢带卷筒、密封钢带和绕带辊。转轴由动力元件驱动旋转。钢带卷筒的内侧与转轴偏心固定，使得钢带卷筒能够绕转轴转动。钢带卷筒内安装有能够主动旋转的绕带辊。绕带辊上缠绕有密封钢带。密封钢带的外端端部穿过钢带卷筒的开口。
作为优选，所述内外式双轨道结构的下轨道顶面和上轨道底面上均设置有多片磁性贴片。
作为优选，在使用时，两个单侧密封组件分别安装在内外式双轨道结构的上轨道的两端。密封钢带的外端连接到下轨道的端部。
作为优选，所述的单侧密封组件具有两个工作位置；单侧密封组件处于第一个工作位置时，钢带卷筒的开口朝向内外式双轨道结构的下轨道的顶面，压轮靠近下轨道的顶面；单侧密封组件处于第二个工作位置时，钢带卷筒的开口朝向内外式双轨道结构的上轨道的底面，压轮靠近上轨道的底面。
作为优选，所述的单侧密封组件还包括楔形块和转向连接轴。所述楔形块的内端与钢带卷筒的开口处靠近转轴的一侧固定；楔形块的外端倾斜朝向远离转轴的一侧。所述的单侧密封组件还包括转向连接轴；转向连接轴支承在下轨道的对应端端部。
作为优选，所述钢带卷筒的开口处并排设置有两根导向杆。导向杆上套置有清洁套。所述的钢带卷筒的开口远离转轴的一侧支承有压轮。密封钢带穿过两根导向杆之间的缝隙，并绕过压轮的外侧。
作为优选，转轴的轴线位于内外式双轨道结构内的上轨道底面所在圆弧的切线上，且该切线经过上轨道端部。密封钢带的外端与转轴固定。
作为优选，本发明应用于内外式双轨道结构的防尘和密封；所述的外式双轨道届结构包括下轨道和上轨道。下轨道和上轨道均呈圆弧形。下轨道安装在支撑架上，内凹面朝上设置。上轨道滑动安装在下轨道上。上轨道与下轨道的相对侧面均开设有V型凹槽；上轨道与下轨道的V型凹槽之间设置有用于保持上轨道与下轨道相对位置和减少摩擦阻力的滚珠组。
作为优选，单侧密封组件还包括位置传感器。位置传感器、对应的触片分别安装在内外式双轨道结构的下轨道、上轨道的端部，用于检测上轨道的端部与下轨道的端部是否达到对齐的状态。上轨道上安装有速度传感器或加速度传感器。
该一种大尺寸内外式双轨道结构柔性密封装置的工作方法具体如下：
步骤一、初始状态下，两个单侧密封组件内的绕带辊均张紧密封钢带。当内外式双轨道结构的上轨道沿着下轨道向一个方向滑动时，靠近上轨道滑动方向一侧的单侧密封组件内的绕带辊正转收卷密封钢带；远离上轨道滑动方向一侧的单侧密封组件内的绕带辊反转释放密封钢带，释放出的密封钢带覆盖到下轨道的顶面上；且两个单侧密封组件内密封钢带被收卷或释放的速度与上轨道的滑动速度相等，使得下轨道未被上轨道覆盖的部分均被密封钢带所覆盖，避免下轨道的滑动面被污染。
步骤二、上轨道的一端端部滑出下轨道的对应端部以外时，转轴正转，使得钢带卷筒的开口朝向改变至朝向上轨道底面的状态；当上轨道伸出下轨道以外的部分继续向外滑动时；两个单侧密封组件内的绕带辊均反转释放密封钢带；靠近上轨道滑动方向一侧的单侧密封组件内的密封钢带覆盖到上轨道的底面上；远离上轨道滑动方向一侧的单侧密封组件内的密封钢带覆盖到下轨道的顶面上。
当上轨道伸出下轨道以外的部分向内滑动时；两个单侧密封组件内的绕带辊均正转收卷密封钢带。
步骤三、上轨道伸出下轨道以外的部分回到下轨道内时，转轴反转，使得钢带卷筒的开口朝向改变至朝向下轨道顶面的状态；之后，绕带辊随上轨道移动的转动过程与步骤一中相同。
本发明的有益效果是：
1、本发明采用能够收卷存放的柔性钢带作为密封主要部件对上、下轨道暴露部分进行了时时保护，相对于现有的通过伸缩存放的风琴式密封装置，减少了密封装置在轨道上的占用空间。并且，本发明的单侧密封组件能够翻转，从而使得上轨道伸出下轨道外时，上轨道暴露出的滑动面也能得到良好的保护，从而大幅度提高内外式双轨道结构的滑动范围。
2、本发明利用压轮和磁性贴片使得柔性钢带稳固的覆盖在轨道上，并利用楔形块使钢带在收卷时能够顺利地脱离磁性贴片。
3、本发明无论对上轨道还是下轨道进行密封时，始终利用钢带的同一个面，这大大降低了钢带保养的工作量。此外，本发明在导向杆上装有清洁套，在钢带伸出和收回时能清理钢带上的灰尘和露珠。
4、本发明利用传感器控制电机转动，实现了密封的自动化，并使用闭环负反馈调节方法，使得钢带在伸出和收缩时保持一个恒定的预紧力。
附图说明：
图1为本发明在初始位置的整体结构示意图；
图2为图1中A部分的局部放大图(单侧密封组件在第一个工作位置的示意图)；
图3为图1中B部分的局部放大图(转向连接轴与密封钢带的连接示意图)；
图4为本发明在移动至上轨道端部伸出下轨道端部以外的整体结构示意图；
图5为图4中C部分的局部放大图(单侧密封组件在第二个工作位置的示意图)；
图6为本发明在上轨道运动至极限位置的整体结构示意图。
具体实施方式：
结合附图对本发明具体实施方式做进一步得阐述。
如图1所示，一种大尺寸内外式双轨道结构柔性密封装置，应用于内外式双轨道结构的防尘和密封。所述的外式双轨道届结构包括下轨道3和上轨道2。下轨道3和上轨道2均呈圆弧形。下轨道3安装在支撑架4上，内凹面朝上设置。上轨道2滑动安装在下轨道3上。在本实施例中，该内外式双轨道结构为大型抛物柱面天线圆弧轨道，两轨道圆心重合，下轨道3包络上轨道2，上轨道2对应的圆心角为100°，下轨道3对应的圆心角为150°上轨道从0°顺(逆)时针转动的极限角度为45°。上轨道与下轨道的相对侧面均开设有V型凹槽；上轨道与下轨道的V型凹槽之间设置有用于保持上轨道与下轨道相对位置和减少摩擦阻力的滚珠组15。在上轨道滑动到左、右极限位置时，上轨道的端部在所有滚珠均不脱离下轨道的V型凹槽的前提下能够伸出下轨道。本实施例中，上轨道在初始位置到左、右极限位置的转动角度均为45°。
如图1所示，该大尺寸内外式双轨道结构柔性密封装置，包括磁性贴片组和分别安装在上轨道两端的两个单侧密封组件1。单个单侧密封组件1的安装位置在上轨道所在圆弧上所对应的圆心角为5°磁性贴片组包括多片磁性贴片。下轨道3顶面的V型凹槽两侧，以及上轨道2底面的V型凹槽两侧均设置有依次间隔排列的多片磁性贴片12。
如图1、2和3所示，单侧密封组件1包括转轴5、位置调整电机、连接块6、钢带卷筒7、导向杆8、压轮9、密封钢带10、收卷电机、楔形块11、绕带辊14、位置传感器和转向连接轴13。密封钢带10的材质采用304或316不锈钢。为保证钢带具有良好的柔性，钢带厚度最大选用0.2mm。转轴5支承在上轨道2的端部。转轴5由位置调整电机驱动旋转。位置调整电机安装在上轨道2的端部。转轴5的轴线位于上轨道底面所在圆弧的切线上，且该切线经过上轨道端部。钢带卷筒7的内侧与转轴5通过连接块6固定，使得钢带卷筒7能够随着转轴5的转动调节位置。钢带卷筒7内支承有绕带辊14。绕带辊14由收卷电机驱动。收卷电机固定在钢带卷筒7的一侧。绕带辊14上缠绕有密封钢带10。密封钢带10的宽度等于或略大于上轨道2和下轨道3的宽度。密封钢带10能够吸附在磁性贴片上，实现对上轨道2和下轨道3的密封和防尘。
钢带卷筒7的开口处并排设置有留有间隙的两根导向杆8。导向杆8上套置有清洁套，在密封钢带10伸出和收回卷筒的过程中能够清洁钢带上的灰尘和因温降或雨雪造成的水珠。
钢带卷筒7的开口远离转轴5的一侧支承有压轮9。楔形块11的内端与钢带卷筒7的开口处靠近转轴5的一侧固定；楔形块11的外端倾斜朝向远离转轴5的一侧，用于将吸附在上轨道或下轨道上的密封钢带10翘起，避免受到磁性贴片12吸附的密封钢带10无法顺利收卷。转向连接轴13支承在下轨道3的对应端端部。密封钢带10的外端端部穿过钢带卷筒7开口处的两根导向杆8之间的缝隙，绕过压轮9，并连接到下轨道的对应端部上的转向连接轴13。转向连接轴13能够在钢带卷筒7调整位置时，帮助密封钢带10的外端更加顺利的变换朝向。
钢带卷筒7具有两个工作位置；钢带卷筒7处于第一个工作位置时，钢带卷筒7的开口朝向下轨道的顶面，压轮9靠近下轨道的顶面，用于将密封钢带10引导到下轨道上进行防尘和密封；钢带卷筒7处于第二个工作位置时，钢带卷筒7的开口朝向上轨道的底面，压轮9靠近上轨道的底面，用于将密封钢带10引导到上轨道上进行防尘和密封。
位置传感器和位置传感器对应的触片分别安装在下轨道和上轨道的端部，用于检测上轨道的端部与下轨道的端部是否达到对齐的状态。当上轨道的端部超出下轨道的端部以外之后，需要切换钢带卷筒7的位置。位置传感器采用光电传感器或霍尔传感器。
上轨道2上安装有速度传感器或加速度传感器，用于检测上轨道2在短时间内的速度。速度传感器(或加速度传感器)、收卷电机和控制器构成闭环负反馈调节系统，当上轨道2转动速度突然增大或者减小时，传感器反馈给控制器电流信息进而控制收卷电机转速，调节钢带10拉伸或收回的速度，使得钢带上的预紧力稳定在一个范围。此外，收卷电机采用闭环控制负反馈调节方式，根据传感器检测到的转矩大小调节电机转速，从而使钢带收放速度的预紧力维持在一定的数值。
该大尺寸内外式双轨道结构柔性密封装置进行密封的原理如下：
在轨道平衡位置(图1)将单侧密封组件安装在上轨道2的两端，让钢带10紧贴下轨道面3并施加一定的预紧力。安装好之后上轨道2以一定的角速度逆时针转动，在转动过程中两侧卷筒轴上的电机转速相同，转向相反，对于左侧单侧密封组件1，其钢带10伸长并在压轮9的限制下靠近下轨道3，接着依靠磁性贴片12的吸附紧贴在下轨道3面；对于右侧单侧密封组件，楔形块为贴在下轨道3上的密封钢带提供一个脱离轨道面的力，接着在卷筒7电机的带动下收回卷筒。
如图4、5和6所示，当上轨道2转过25°之后，上轨道2与下轨道3的一端端部对齐，此时，右侧单侧密封组件内的密封钢带10的伸长量达到最小值；位置传感器记录一次位置，当上轨道2继续逆时针转过5°之后，位置传感器向位置调整电机发出信号，位置调整电机带动钢带卷筒7顺时针转过156.5°达到第二个极限位置(针对此轨道，预留角度φ＝2.5°)，此时密封关系发生转换，右侧密封面由下轨道3的顶面变为上轨道2的底面。换向后的整体布局见图4，换向后的单侧密封组件细节见图5。
上轨道2继续逆时针转动直到达到45°的右极限位置，左侧单侧密封组件内的密封钢带10伸长量达到最大值，具体见图6。
当上轨道2从右极限位置顺时针转动到平衡位置0°时，左侧单侧密封组件钢带10收回逐渐收回卷筒，左侧单侧密封组件密封方式与上述完全相反。
当上轨道2从平衡位置向左侧极限位置转动时，两侧单侧密封组件对轨道的密封过程类似于以上过程。
在上轨道2的整个转动过程中，卷筒7电机轴上得转矩传感器时时记录电机轴上转矩，当转矩突然增大或者减小时，为卷筒电机提供一个负反馈信号，通过调节电机的转速使得钢带上得预紧力维持在一个稳定的数值。

Claims (10)

1.一种大尺寸内外式双轨道结构柔性密封装置，包括两个单侧密封组件（1）；其特征在于：所述的单侧密封组件（1）包括转轴（5）、连接块（6）、钢带卷筒（7）、密封钢带（10）和绕带辊（14）；转轴（5）由动力元件驱动旋转；钢带卷筒（7）的内侧与转轴（5）偏心固定，使得钢带卷筒（7）能够绕转轴（5）转动；钢带卷筒（7）内安装有能够主动旋转的绕带辊（14）；绕带辊（14）上缠绕有密封钢带（10）；密封钢带（10）的外端端部穿过钢带卷筒（7）的开口。
2.根据权利要求1所述的一种大尺寸内外式双轨道结构柔性密封装置，其特征在于：内外式双轨道结构的下轨道（3）顶面和上轨道（2）底面上均设置有多片磁性贴片（12）。
3.根据权利要求1所述的一种大尺寸内外式双轨道结构柔性密封装置，其特征在于：在使用时，两个单侧密封组件（1）分别安装在内外式双轨道结构的上轨道的两端；密封钢带（10）的外端连接到下轨道的端部。
4.根据权利要求3所述的一种大尺寸内外式双轨道结构柔性密封装置，其特征在于：所述的单侧密封组件（1）具有两个工作位置；单侧密封组件（1）处于第一个工作位置时，钢带卷筒（7）的开口朝向内外式双轨道结构的下轨道的顶面，压轮（9）靠近下轨道的顶面；单侧密封组件（1）处于第二个工作位置时，钢带卷筒（7）的开口朝向内外式双轨道结构的上轨道的底面，压轮（9）靠近上轨道的底面。
5.根据权利要求1所述的一种大尺寸内外式双轨道结构柔性密封装置，其特征在于：所述的单侧密封组件（1）还包括楔形块（11）和转向连接轴（13）；所述楔形块（11）的内端与钢带卷筒（7）的开口处靠近转轴（5）的一侧固定；楔形块（11）的外端倾斜朝向远离转轴（5）的一侧；转向连接轴（13）支承在下轨道（3）的对应端端部。
6.根据权利要求1所述的一种大尺寸内外式双轨道结构柔性密封装置，其特征在于：所述钢带卷筒（7）的开口处并排设置有两根导向杆（8）；导向杆（8）上套置有清洁套；所述的钢带卷筒（7）的开口远离转轴（5）的一侧支承有压轮（9）；密封钢带（10）穿过两根导向杆（8）之间的缝隙，并绕过压轮（9）的外侧。
7.根据权利要求5所述的一种大尺寸内外式双轨道结构柔性密封装置，其特征在于：转轴（5）的轴线位于内外式双轨道结构内的上轨道底面所在圆弧的切线上，且该切线经过上轨道端部；密封钢带（10）的外端与转向连接轴（13）固定。
8.根据权利要求1所述的一种大尺寸内外式双轨道结构柔性密封装置，其特征在于：应用于内外式双轨道结构的防尘和密封；所述的内外式双轨道结构包括下轨道（3）和上轨道（2）；下轨道（3）和上轨道（2）均呈圆弧形；下轨道（3）安装在支撑架（4）上，内凹面朝上设置；上轨道（2）滑动安装在下轨道（3）上；上轨道与下轨道的相对侧面均开设有V型凹槽；上轨道与下轨道的V型凹槽之间设置有用于保持上轨道与下轨道相对位置和减少摩擦阻力的滚珠组（15）。
9.根据权利要求1所述的一种大尺寸内外式双轨道结构柔性密封装置，其特征在于：单侧密封组件（1）还包括位置传感器；位置传感器、对应的触片分别安装在内外式双轨道结构的下轨道、上轨道的端部，用于检测上轨道的端部与下轨道的端部是否达到对齐的状态；上轨道（2）上安装有速度传感器或加速度传感器。
10.如权利要求4所述的一种大尺寸内外式双轨道结构柔性密封装置的工作方法，其特征在于：步骤一、初始状态下，两个单侧密封组件（1）内的绕带辊（14）均张紧密封钢带（10）；当内外式双轨道结构的上轨道沿着下轨道向一个方向滑动时，靠近上轨道滑动方向一侧的单侧密封组件（1）内的绕带辊（14）正转收卷密封钢带（10）；远离上轨道滑动方向一侧的单侧密封组件（1）内的绕带辊（14）反转释放密封钢带（10），释放出的密封钢带（10）覆盖到下轨道的顶面上；且两个单侧密封组件（1）内密封钢带（10）被收卷或释放的速度与上轨道的滑动速度相等，使得下轨道未被上轨道覆盖的部分均被密封钢带（10）所覆盖，避免下轨道的滑动面被污染；
步骤二、上轨道的一端端部滑出下轨道的对应端部以外时，转轴（5）正转，使得钢带卷筒（7）的开口朝向改变至朝向上轨道底面的状态；当上轨道伸出下轨道以外的部分继续向外滑动时；两个单侧密封组件（1）内的绕带辊（14）均反转释放密封钢带（10）；靠近上轨道滑动方向一侧的单侧密封组件（1）内的密封钢带（10）覆盖到上轨道的底面上；远离上轨道滑动方向一侧的单侧密封组件（1）内的密封钢带（10）覆盖到下轨道的顶面上；
当上轨道伸出下轨道以外的部分向内滑动时；两个单侧密封组件（1）内的绕带辊（14）均正转收卷密封钢带（10）；
步骤三、上轨道伸出下轨道以外的部分回到下轨道内时，转轴（5）反转，使得钢带卷筒（7）的开口朝向改变至朝向下轨道顶面的状态；之后，绕带辊（14）随上轨道移动的转动过程与步骤一中相同。
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