CN114110410B - 一种平板式高压差承压可定压力单向翻转机构 - Google Patents
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Abstract
本发明为平板式高压差承压可定压力单向翻转机构，翻转层和刚性结构层之间需可靠连接；刚性结构层与刚性承力体之间需可靠连接；翻转层通过压板、螺钉与边框有效连接；刚性承力体与边框接触面为紧配合，不连接；刚性结构层与边框接触面为常规配合，可有间隙不连接；翻转层是金属薄板、高强度和高模量橡胶等可弹性变形材料；刚性结构层和刚性承力体可是金属、硬质塑料、复合材料，材质可以相同，也可以不同。该机构正向承受较小压力时结构不会破坏，到压力极限时可破坏并且翻转，正向承受压力的能力由于刚性承力体的支撑较大，且远远超过反向极限承压，适用于正向承压极高而反向承压要求较低的爆破结构，爆破后避免碎片飞出危及周围物品及人员安全。
Description
技术领域
本发明涉及机械技术领域，特别涉及一种平板式高压差承压可定压力单向翻转机构。
背景技术
随着社会的发展，人员安全要求的提高，一些特殊环境使用的产品需要单方向承压较高，另一方向承压较低或在较低压力下即可破坏，防止超过使用压力才破坏造成对设备的损伤，同时破坏时不能产生碎片飞出，防止飞出的碎片危及周围物品及人员安全，其应用例如爆破式安全阀、固定式井盖、单向开启式安全泄压装置等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种平板式单向极限承压较高，另一方向极限承压较小，且在该方向设计压力下刚性结构层可有效破坏，破坏后由于翻转层的作用实现翻转功能，且刚性结构层与翻转层有效连接而无碎片飞出，避免飞出的碎片危及周围物品及人员安全的平板式高压差承压可定压力单向翻转机构。
为了达到上述的目的，本发明提供一种平板式高压差承压可定压力单向翻转机构，包括翻转层、刚性结构层、刚性承力体、边框、压板、螺钉；其中，所述翻转层提供翻转功能，采用金属薄板或/和高弹性或高可塑性变形材料，正向承压时不拉断，且在翻转过程中不断裂，所述翻转层通过压板、螺钉将其压紧，并通过螺钉将压板、翻转层、边框三者连接；所述刚性结构层位于翻转层与刚性承力体之间，提供正、反向承压时的结构整体性，并与翻转层、刚性承力体之间连接；所述刚性承力体位于结构最底部，为反转机构提供刚性和支撑力，并对刚性结构层形成有效支撑，提供机构的正向承压能力，刚性承力体与刚性结构层连接，刚性承力体与边框接触面为紧配合结构；所述边框对刚性承力体形成支撑，在正向承受高压时不能在刚性承力体与边框的接触面发生变形。
优选地，所述翻转层采用金属薄板或/和可弹性或塑性变形材料；所述金属材质包括不锈钢板、白铁板、铜板；可弹性或塑性变形材料包括三元乙丙、聚氨酯、丁腈。
优选地，所述刚性结构层厚度根据翻转机构的正、反向承压性能进行设计，材质根据翻转机构许用重量进行选择；所述刚性结构层材质采用各种金属、硬质高强度塑料、复合材料；金属材质包括铝合金、钢，硬质高强度塑料包括聚氯乙烯、尼龙、聚碳酸酯，复合材料包括碳纤维增强环氧树脂、玻璃纤维增强环氧树脂。
优选地，所述刚性承力体材质包括金属、硬质高强度塑料、复合材料；材质和横截面尺寸根据结构许用重量、反向承压性能进行选择和设计；金属材质包括铝合金、钢，硬质高强度塑料包括聚醚醚酮、尼龙、聚碳酸酯，复合材料包括碳纤维增强环氧树脂、玻璃纤维增强环氧树脂。
优选地，所述刚性承力体包括平板式、斜式结构，或其纵剖面为矩形、方形、三角形、梯形；所述刚性承力体包括连续面、桁条、格栅形式，或其横截面是矩形、方形、三角形、梯形。
优选地，所述翻转层和刚性结构层间通过胶接、铆接、焊接方式连接；所述翻转层和刚性结构层间通过面、线、点方式连接。
优选地，所述刚性结构层与刚性承力体采用相同的材质或不同的材质；采用同种材质材料时通过整体加工或模压一体式制造工艺制造，通过分别加工或模压成型的分体式制造工艺制造；采用不同材质材料时，通过分别加工或模压成型的分体式制造工艺制造。
优选地，刚性结构层与刚性承力体采用分体式制造工艺制造时，通过胶接、铆接、焊接方式连接；所述刚性结构层与刚性承力体通过面、线、点方式连接。
优选地，所述刚性承力体与边框接触面为紧配合结构，不采用胶接、铆接、焊接方式连接；刚性结构层与边框接触面为常规配合，可以有间隙，不采用胶接、铆接、焊接方式连接。
本发明的有益效果：所述翻转机构反向承受较小压力时结构不会破坏，到设计压力范围时可破坏并且翻转，正向承受压力的能力由于刚性承力体的支撑而较大，且远远超过反向极限承压，适用于正向承压极高而反向承压要求较低的爆破结构，爆破后避免碎片飞出危及周围物品及人员安全。
附图说明
本发明的平板式高压差承压可定压力单向翻转机构由以下的实施例及附图给出。
图1是本发明较佳实施例的平板式高压差承压可定压力单向翻转机构结构示意图。
图2是本发明较佳实施例的平板式高压差承压可定压力单向翻转机构俯视图。
图3是本发明较佳实施例的平板式高压差承压可定压力单向翻转机构刚性承力体结构示意图。
图4是本发明较佳实施例的平板式高压差承压可定压力单向翻转机构刚性承力体、刚性结构层与边框装配示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种平板式高压差承压可定压力单向翻转机构，其特征在于，所述翻转机构包括翻转层1、刚性结构层2、刚性承力体3、边框4、压板5、螺钉6；其中，所述翻转层提供翻转功能，采用金属薄板或/和高弹性或高可塑性变形材料，正向承压时不拉断，且在翻转过程中不断裂，所述翻转层通过压板、螺钉将其压紧，并通过螺钉将压板、翻转层、边框三者连接；所述刚性结构层位于翻转层与刚性承力体之间，提供正、反向承压时的结构整体性，并与翻转层、刚性承力体之间连接；所述刚性承力体位于结构最底部，为反转机构提供刚性和支撑力，并对刚性结构层形成有效支撑，提供机构的正向承压能力，刚性承力体与刚性结构层连接，刚性承力体与边框接触面为紧配合结构；所述边框对刚性承力体形成支撑，在正向承受高压时不能在刚性承力体与边框的接触面发生变形。
根据本发明的一个实施例，所述平板式高压差承压可定压力单向翻转机构，反向承受较小压力时结构不会破坏，到设计压力范围时可破坏并且翻转，正向承受压力的能力由于刚性承力体的支撑较大，且远远超过反向极限承压，适用于正向承压极高而正向承压要求较低的爆破结构，爆破后无碎片飞出危及周围物品及人员安全。
根据本发明的一个实施例，所述翻转层材质可以是金属薄板、高强度和高模量橡胶等可弹性或塑性变形材料，金属材质需要延展性较好，防止翻转时断裂，例如不锈钢板、白铁板、铜板等；高强度和高模量橡胶避免选用撕裂性差的硅橡胶等，可选用韧性较好的三元乙丙、聚氨酯、丁腈等橡胶，防止翻转时断裂；
根据本发明的一个实施例，所述刚性结构层材质可以是各种金属、硬质高强度塑料、复合材料等，其厚度根据该机构的正、反向承压性能进行设计，材质根据结构许用重量进行选择，金属材质可以是铝合金、钢等，硬质高强度塑料可以是聚氯乙烯、尼龙、聚碳酸酯等，复合材料可以是碳纤维增强环氧树脂、玻璃纤维增强环氧树脂等。
根据本发明的一个实施例，所述刚性承力体材质可以是各种金属、硬质高强度塑料、复合材料等，其材质和横截面尺寸根据结构许用重量、反向承压性能进行选择和设计，金属材质可以是铝合金、钢等，硬质高强度塑料可以是聚醚醚酮、尼龙、聚碳酸酯等，复合材料可以是碳纤维增强环氧树脂、玻璃纤维增强环氧树脂等。
根据本发明的一个实施例，所述刚性承力体可以是平板式、斜式结构，或其纵剖面可以为矩形、方形、三角形、梯形等。
根据本发明的一个实施例，所述刚性承力体可以是连续面、桁条、格栅等形式，或其横截面是矩形、方形、三角形、梯形等。
根据本发明的一个实施例，所述翻转层和刚性结构层间可以通过胶接、铆接、焊接等方式连接。
根据本发明的一个实施例，所述翻转层和刚性结构层间可以通过面、线、点等方式连接。
根据本发明的一个实施例，所述刚性结构层与刚性承力体可以采用相同的材质，可以采用不同的材质；采用同种材质材料时可通过整体加工或模压等一体式制造工艺制造，可通过分别加工或模压成型的分体式制造工艺制造；采用不同材质材料时，通过分别加工或模压成型的分体式制造工艺制造。
根据本发明的一个实施例，所述刚性结构层与刚性承力体采用分体式制造工艺制造时，可以通过胶接、铆接、焊接等方式连接。
根据本发明的一个实施例，所述刚性结构层与刚性承力体可以通过面、线、点等方式连接。
根据本发明的一个实施例，所述刚性承力体与边框接触面为紧配合结构，不采用胶接、铆接、焊接等方式连接；刚性结构层与边框接触面为常规配合，可以有间隙，不采用胶接、铆接、焊接等方式连接。
以下将结合图1～图4对本发明的一种平板式高压差承压可定压力单向翻转机构作进一步的详细描述。
参见图1、图2，所述平板式高压差承压可定压力单向翻转机构结构中包括了翻转层01、刚性结构层02、刚性承力体03、边框04、压板05、螺钉06。
根据本发明的一个实施例，平板式高压差承压可定压力单向翻转机构采用多层结构，分别实现不同的功能，翻转层01具有一定的柔韧性、弹性、强度，提供翻转功能，正向承压时不能由于变形拉断，且在翻转过程中不断裂；刚性结构层02具有高的强度和模量，提供正、反向承压时的结构整体性，且在设计压力范围时可反向有效破坏；刚性承力体03具有高的压缩强度和模量，提供刚性和支撑力，对刚性结构层02形成有效支撑，提供该机构较高的的正向承压能力；边框04具有高的压缩强度、拉伸强度和刚度，对刚性承力体03形成支撑，在正向承受高压时不能在刚性承力体03与边框04的接触面发生变形。
根据本发明的一个实施例，平板式高压差承压可定压力单向翻转机构的外轮廓尺寸为300×300，正向承压能力为0.12±0.02MPa，反向承压能力达到0.3MPa以上，翻转层01、刚性结构层02、刚性承力体03总重量为0.8±0.1kg，反向破坏时翻转层01、刚性结构层02、刚性承力体03形成了有效连接，无碎片飞出。
参见图1，所述翻转层01材质可以是金属薄板、高强度和高模量橡胶等可弹性或塑性变形材料，金属材质需要延展性较好，防止翻转时断裂，例如不锈钢板、白铁板、铜板等；高强度和高模量橡胶避免选用撕裂性差的硅橡胶等，可选用韧性较好的三元乙丙、聚氨酯、丁腈等橡胶，防止翻转时断裂。
根据本发明的一个实施例，翻转层01选择了改性三元乙丙橡胶，拉伸强度为22MPa，延伸率为300％，拉伸模量为3.5MPa，撕裂强度为85N/cm，邵氏A硬度为85，在反向破坏后的翻转中不断裂，且在正向承压时变形小，回弹性好，在结构反向破坏翻转后，在外力撤销的情况下，翻转层01可以带着刚性结构层02回弹，且回弹角度小于45°。
参见图1，所述刚性结构层02材质可以是各种金属、硬质高强度塑料、复合材料，其厚度根据该机构的正、反向承压性能进行设计，材质根据结构许用重量进行选择，金属材质可以是铝合金、钢等，对金属材质的延展性无特殊要求，硬质高强度塑料可以是聚氯乙烯、尼龙、聚碳酸酯等，复合材料可以是碳纤维增强环氧树脂、玻璃纤维增强环氧树脂等。
根据本发明的一个实施例，刚性结构层02选择了改性聚氯乙烯，拉伸强度为42MPa，延伸率≤40％，弯曲强度为85MPa，压缩强度为65MPa，厚度为2mm；碳纤维或玻璃纤维增强环氧树脂复合材料由于其力学性能本身较高的特点，选择T700、T300碳布或无碱玻璃布层压板，厚度为5mm。
参见图1、图2，所述刚性承力体03材质可以是各种金属、硬质高强度塑料、复合材料，其材质和横截面尺寸根据结构许用重量、反向承压性能进行选择和设计，金属材质可以是铝合金、钢等，对金属材质的延展性无特殊要求，只要求其压缩强度、模量较高，硬质高强度塑料可以是聚醚醚酮、尼龙、聚碳酸酯等，复合材料可以是碳纤维增强环氧树脂、玻璃纤维增强环氧树脂等。
根据本发明的一个实施例，刚性承力体03采用单层0.2mm厚的S-2玻璃布环氧树脂层压板，层压板厚度为5mm，密度为1.9g/cm3，纤维体积含量为58％，拉伸强度为1200MPa，弯曲强度为1350MPa，弯曲模量为50GPa，压缩强度为850MPa，压缩模量为48GPa。
参见图1、图3，所述刚性承力体03可以是平板式、斜式结构，或其纵剖面可以为矩形、方形、三角形、梯形等。
参见图1、图3，本发明实施例中，刚性承力体03采用了斜式结构，其纵剖面为三角形，底边厚度为5mm，长度、型面有5种规格。
参见图2、图3，所述刚性承力体03可以是连续面、桁条、格栅等形式，或其横截面是矩形、方形、三角形、梯形等。
参见图1、图2、图3，本发明实施例中，刚性承力体03采用桁条形式，在刚性结构层02的平面内每隔100mm布置一根刚性承力体03桁条，共5根桁条组成整个刚性承力体，刚性承力体03的横截面三角形，底边厚度为5mm，长度根据刚性结构层02的形状确定。
参见图2、图3，该实施例中刚性结构层02的形状为三角形，所以刚性承力体03由5根桁条组成，其长度尺寸为渐变的，因其外形为为非对称结构，故其规格有5种，分别为60mm(左)、160mm(左)、250mm、160mm(右)、60mm(右)。
参见图1、图2，所述翻转层01和刚性结构层02间可以通过胶接、铆接、焊接等方式连接。
根据本发明的一个实施例，翻转层01和刚性结构层02之间采用胶接的连接方式；根据使用工况，胶粘剂选择室温固化的双组份环氧结构胶J-22，在-55℃、20℃、60℃下的剪切强度分别为29.9MPa、32.2MPa、10.4MPa，胶接时在翻转层01和刚性结构层02界面分别涂胶，采用抽真空在室温下固化8h后去除真空袋，静置固化7d。
参见图1，所述翻转层01和刚性结构层02间可以通过面、线、点等方式连接。
根据本发明的一个实施例，翻转层01和刚性结构层02通过胶接面形成面式连接，环氧结构胶J-22在-55℃、20℃、60℃下的剪切强度均比较高，且其韧性好、耐水、耐湿热，足以提供胶接界面的可靠性。
参见图1、图2，所述刚性结构层02与刚性承力体03可以采用相同的材质，也可以采用不同的材质；采用同种材质材料时可通过整体加工或模压等一体式制造工艺制造，可通过分别加工或模压成型的分体式制造工艺制造；采用不同材质材料时，通过分别加工或模压成型的分体式制造工艺制造。
根据本发明的一个实施例，考虑到整体加工时的加工成本、结构重量、正、反向承压性能，刚性结构层02和刚性承力体03采用不同的材料加工成型，刚性结构层02为改性聚氯乙烯板，刚性承力体03为S-2玻璃布环氧树脂层压板，分别独立加工，然后根据实际使用工况采用室温固化的环氧结构胶J-22胶接连接。
参见图1、图2，所述刚性结构层02与刚性承力体03可以采用可以通过面、线、点等方式连接。
根据本发明的一个实施例，刚性结构层02与刚性承力体03之间采用胶粘剂面式胶接，即在刚性结构层02、刚性承力体03接触面上均刷涂胶粘剂J-22，并按照说明书固化制度固化，其胶接强度满足该机构反向承压能力为0.12±0.02MPa、正向承压能力为0.3MPa以上的要求。
参见图4，所述刚性承力体03与边框接04触面为紧配合结构，不采用胶接、铆接、焊接等方式连接；刚性结构层02与边框接04触面为常规配合，可以有间隙，不采用胶接、铆接、焊接等方式连接。
根据本发明的一个实施例，刚性承力体03设计、加工时充分考虑与边框04之间的配合间隙，在装配时后刚性承力体03紧贴边框04装配，使该机构在承受正向压力时边框04通过刚性承力体03的接触面形成支撑；刚性结构层02设计、加工时与刚性结构层02留有2mm间隙，装配后形成常规配合。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
Claims (4)
1.一种平板式高压差承压可定压力单向翻转机构，其特征在于，所述翻转机构包括翻转层(1)、刚性结构层(2)、刚性承力体(3)、边框(4)、压板(5)、螺钉(6)；其中，所述翻转层提供翻转功能，采用金属薄板或/和高弹性或高可塑性变形材料，正向承压时不拉断，且在翻转过程中不断裂，所述翻转层通过压板、螺钉将其压紧，并通过螺钉将压板、翻转层、边框三者连接；所述刚性结构层位于翻转层与刚性承力体之间，提供正、反向承压时的结构整体性，并与翻转层、刚性承力体之间连接；所述刚性承力体位于结构最底部，为反转机构提供刚性和支撑力，并对刚性结构层形成有效支撑，提供机构的正向承压能力，刚性承力体与刚性结构层连接，刚性承力体与边框接触面为紧配合结构；所述边框对刚性承力体形成支撑，在正向承受高压时不能在刚性承力体与边框的接触面发生变形；
所述刚性承力体包括平板式、斜式结构，或其纵剖面为矩形、方形、三角形、梯形；所述刚性承力体包括连续面、桁条、格栅形式，或其横截面是矩形、方形、三角形、梯形；
所述翻转层和刚性结构层间通过胶接、铆接、焊接方式连接；所述翻转层和刚性结构层间通过面、线、点方式连接；
所述刚性结构层与刚性承力体采用相同的材质或不同的材质；采用同种材质材料时通过整体加工或模压一体式制造工艺制造，通过分别加工或模压成型的分体式制造工艺制造；采用不同材质材料时，通过分别加工或模压成型的分体式制造工艺制造；
刚性结构层与刚性承力体采用分体式制造工艺制造时，通过胶接、铆接、焊接方式连接；所述刚性结构层与刚性承力体通过面、线、点方式连接；
所述刚性承力体与边框接触面为紧配合结构，不采用胶接、铆接、焊接方式连接；刚性结构层与边框接触面为常规配合，有间隙，不采用胶接、铆接、焊接方式连接。
2.如权利要求1所述的平板式高压差承压可定压力单向翻转机构，其特征在于，所述翻转层采用金属薄板或/和可弹性或塑性变形材料；所述金属材质包括不锈钢板、白铁板、铜板；可弹性或塑性变形材料包括三元乙丙、聚氨酯、丁腈。
3.如权利要求1所述的平板式高压差承压可定压力单向翻转机构，其特征在于，所述刚性结构层厚度根据翻转机构的正、反向承压性能进行设计，材质根据翻转机构许用重量进行选择；所述刚性结构层材质采用各种金属、硬质高强度塑料、复合材料；金属材质包括铝合金、钢，硬质高强度塑料包括聚氯乙烯、尼龙、聚碳酸酯，复合材料包括碳纤维增强环氧树脂、玻璃纤维增强环氧树脂。
4.如权利要求1所述的平板式高压差承压可定压力单向翻转机构，其特征在于，所述刚性承力体材质包括金属、硬质高强度塑料、复合材料；材质和横截面尺寸根据结构许用重量、反向承压性能进行选择和设计；金属材质包括铝合金、钢，硬质高强度塑料包括聚醚醚酮、尼龙、聚碳酸酯，复合材料包括碳纤维增强环氧树脂、玻璃纤维增强环氧树脂。
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