CN114517865A - 一种折叠管路支架 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种折叠管路支架，属于航空航天器结构设计领域。该折叠管路支架包括：上板和下板；所述上板位于下板的上方，两者连接成一体；在所述上板上设置有横截面形状为平底V型的下凹台；在所述下板上设置有横截面形状为倒平底V型的上凸台；下凹台与上凸台连接后形成横截面形状为X型的结构。本发明在不显著增加加工难度的前提下，通过改进管路支架的结构，利用横截面形状为X型的结构增大了结构刚度，从而提高了结构基频，降低了振动应力，延长了管路支架的振动疲劳寿命。

Description

一种折叠管路支架

技术领域

本发明属于航空航天器结构设计领域，具体涉及一种折叠管路支架。

背景技术

开孔管路支架是航空航天中一类常见的支撑结构，作为航空航天发动机附件或液压作动系统附件，主要用于管路约束固定和结构的辅助支撑。如图1-1所示，结构成型前的形状为中心开有圆孔的十字形薄壁板，结构材料为铝合金。通过热冲压工艺成型后的结构如图1-2和图1-3所示，具体如下：

在中心通孔的边缘处设置有环形翻边，在薄壁板的边缘处设置有向上的与其垂直的折边，折边的数量取决于具体约束形式，一般为2-4个，即可以是约束两边的(两个对称的边缘向上折起形成两个折边，另外两个对称的边缘不向上折起，将两个折边固定在其它附件上，称为对边固支)，也可以是约束三边的(四个边缘均向上折起形成四个折边，将其中三个折边固定在其它附件上，第四个折边不固定，称为三边固支)，或者四边全部约束住(四个边缘均向上折起形成四个折边，将四个折边均固定在其它附件上，称为四边固支，图1-2、图1-3所示的实施例为四边固支结构)。中心通孔为管路孔，中心通孔处的环形翻边用于支撑管路，边缘处的折边用于支架结构的固定和支撑。

如图1-1到图1-3所示，现有管路支架只有一层板，经过冲压的区域一般要保证冲压前后材料量相同，所以图1-1中的冲压前的中心圆孔的内径小于图1-2中冲压后的环形翻边的内径。图1-1到图1-3中未画出四周折边上用于与其它附件连接的螺栓孔的位置。

对于现有管路支架，由于安装管路后受管路引起的附加质量影响会产生较大振动应力，容易发生振动疲劳问题。图2-1为引入附加管路质量之前整体振动应力云图，颜色越深代表应力越大，该应力云图显示结构应力较小。引入附加管路质量之后，靠近四周折边和中心通孔环形翻边处会出现较高应力，图2-2中的四周折边和通孔环形翻边底部深灰色区域即为较高应力处，对于对边固支、三边固支同样存在上述问题。

从上面的分析可知，安装有管路的管路支架由于引入了管路附加质量，在结构刚度一定的情况下基频显著降低，且振动应力大幅升高，振动疲劳寿命显著下降。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种折叠管路支架，在不显著增加加工难度的前提下，通过改进管路支架的结构，增大结构刚度，从而提高结构基频、降低振动应力、延长管路支架的振动疲劳寿命。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种折叠管路支架，所述折叠管路支架包括：上板和下板；

所述上板位于下板的上方，两者连接成一体；

在所述上板上设置有横截面形状为平底V型的下凹台；

在所述下板上设置有横截面形状为倒平底V型的上凸台；

下凹台与上凸台连接后形成横截面形状为X型的结构。

本发明的进一步改进在于：

所述上板为方形板状结构，在其边缘处设置有向上的第一折边；

在所述上板的中心开有中心通孔，在中心通孔的圆周边缘设置有与其同轴线的向上的第一环形翻边；

所述第一环形翻边的上端面与第一折边的上端面位于同一个平面内；

在所述第一环形翻边与第一折边之间设置有下凹台。

本发明的进一步改进在于：

所述下凹台包括第一外侧壁和第一内侧壁；

所述第一外侧壁由其外边缘向内边缘方向向下倾斜；

所述第一内侧壁由其外边缘向内边缘方向向上倾斜；

所述第一内侧壁和第一外侧壁形成的横截面形状为平底V型。

本发明的进一步改进在于：

所述第一外侧壁的外边缘靠近第一折边；

所述第一内侧壁的内边缘靠近第一环形翻边；

所述第一外侧壁的内边缘与第一内侧壁的外边缘连成一体，形成下凹台的下凹台底面；

所述第一外侧壁的外边缘、第一内侧壁的内边缘均位于上板所在的平面内，所述下凹台底面所在的平面低于上板所在的平面。

本发明的进一步改进在于：

所述下板为方形板状结构，在其边缘处设置有向上的第二折边；

在其中心开有中心通孔，在中心通孔的圆周边缘设置有与其同轴线的向上的第二环形翻边；

所述第二环形翻边的上端面与第二折边的上端面位于同一个平面内；

在所述第二环形翻边与第二折边之间设置有上凸台。

本发明的进一步改进在于：

所述上凸台包括第二外侧壁和第二内侧壁；

所述第二外侧壁由其外边缘向内边缘的方向向上倾斜；

所述第二内侧壁由其外边缘向内边缘的方向向下倾斜；

所述第二内侧壁和第二外侧壁形成的横截面形状为倒平底V型。

本发明的进一步改进在于：

所述第二外侧壁的外边缘靠近第二折边，第二内侧壁的内边缘靠近第二环形翻边；

所述第二外侧壁的内边缘与第二内侧壁的外边缘连成一体，形成上凸台的上凸台顶面；

所述第二外侧壁的外边缘、第二内侧壁的内边缘均位于下板所在的平面内，上凸台顶面所在的平面高于下板所在的平面。

本发明的进一步改进在于：

所述第一折边的高度与所述第二折边的高度的比值为1：3；

所述第一环形翻边的高度与所述第二环形翻边的高度的比值为1：3；

所述下凹台底面的宽度与上凸台顶面的宽度相同；所述下凹台底面到上板所在平面的距离与所述上凸台顶面到下板所在平面的距离相等，且均为第二环形翻边的高度的1/3；

两个相对的第一折边的外壁之间的距离与两个相对的第二折边的内壁之间的距离相等；

所述第一环形翻边的内径与所述第二环形翻边的外径相同。

本发明的进一步改进在于：

所述下凹台底面的下表面与上凸台顶面的上表面连接；

所述第二环形翻边的上部外壁与第一环形翻边的内壁连接；

各个所述第一折边的外壁分别与各个对应的第二折边的上部内壁连接；

上板、下板连接成一体后，第一折边、第二折边、第一环形翻边、第二环形翻边的上端面位于同一个平面内；

下凹台底面、上凸台顶面位于第二环形翻边的1/3高度处。

本发明的进一步改进在于：

上板的四周边缘处分别设置有第一折边；第一外侧壁和第一内侧壁均为环形，且均与第一环形翻边同轴线设置，下凹台底面为环形；下板的四周边缘处分别设置有第二折边；第二外侧壁和第二内侧壁均为环形，且均与第二环形翻边同轴线设置，上凸台顶面为环形；

或者，上板的两个对称的边缘处分别设置有第一折边；在每个第一折边旁分别设置有下凹台，每个下凹台的第一外侧壁和第一内侧壁均为长方形，且长度方向均与第一折边的长度方向平行，下凹台底面为长方形；下板的两个对称的边缘处分别设置有第二折边；在每个第二折边旁分别设置有上凸台，每个上凸台的第二外侧壁和第二内侧壁均为长方形，且长度方向均与第二折边的长度方向平行，上凸台顶面为长方形。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在不显著增加加工难度的前提下，通过改进管路支架的结构，利用横截面形状为X型的结构增大了结构刚度，从而提高了结构基频，降低了振动应力，延长了管路支架的振动疲劳寿命。

附图说明

图1-1现有开孔管路支架热冲压前的铝合金板料形状示意图；

图1-2现有开孔管路支架成型后的俯视图；

图1-3现有开孔管路支架的立体结构示意图；

图2-1引入附加管路质量之前现有开孔管路支架单位加速度载荷下一阶模态频率对应的频响Mises应力云图；

图2-2引入附加管路质量之后现有开孔管路支架单位加速度载荷下一阶模态频率对应的频响Mises应力云图；

图3本发明实施例一中的折叠管路支架中的上板的结构示意图；

图4本发明实施例一中的折叠管路支架中的下板的结构示意图；

图5本发明实施例一中的折叠管路支架的立体结构示意图；

图6本发明实施例二中的折叠管路支架中的上板的结构示意图；

图7本发明实施例二中的折叠管路支架中的下板的结构示意图；

图8本发明实施例二中的折叠管路支架的立体结构示意图；

图9本发明实施例一中的折叠管路支架的横截面结构示意图；

图10本发明实施例二中的折叠管路支架的横截面结构示意图；

图11本发明实施例一中的折叠管路支架单位加速度载荷下一阶模态频率对应的频响Mises应力云图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

如图3到图10所示，本发明折叠管路支架包括上板1和下板2，上板1位于下板2的上方，两者连接成一体。在所述上板上设置有横截面形状为平底V型的下凹台；在所述下板上设置有横截面形状为倒平底V型的上凸台；所述下凹台与上凸台连接后形成横截面形状为X型的结构。上板、下板采用相同厚度的板材制成。

本发明的实施例如下：

【实施例一】

实施例一是对具有四个折边的折叠管路支架进行的改进。

具体的，如图3所示，所述上板1为方形板状结构，在其四周边缘处分别设置有向上的第一折边101，在其中心开有中心通孔，在中心通孔的圆周边缘设置有与其同轴线的向上的第一环形翻边102，该第一环形翻边102的上端面与第一折边101的上端面位于同一个平面内，该平面位于上板1所在平面的上方；在所述第一环形翻边102与第一折边101之间设置有环形的下凹台，所述下凹台的横截面形状为平底V型。

更具体的，所述下凹台包括第一外侧壁105和第一内侧壁103，第一外侧壁105和第一内侧壁103均为环形，且均与第一环形翻边102同轴线设置。其中，第一外侧壁105由其外边缘向内边缘方向向下倾斜，第一内侧壁103由其外边缘向内边缘方向向上倾斜，第一内侧壁103和第一外侧壁105形成的横截面形状为平底V型。

第一外侧壁105的外边缘靠近第一折边101，第一内侧壁103的内边缘靠近第一环形翻边102；第一外侧壁105的内边缘与第一内侧壁103的外边缘连成一体，形成下凹台的下凹台底面104，该下凹台底面104为环形。第一外侧壁105的外边缘、第一内侧壁103的内边缘均位于上板1所在的平面内，下凹台底面104所在的平面低于上板1所在的平面。

如图4所示，所述下板2为方形板状结构，在其四周边缘处分别设置有向上的第二折边201，在其中心开有中心通孔，在中心通孔的圆周边缘设置有与其同轴线的向上的第二环形翻边202，该第二环形翻边202的上端面与第二折边201的上端面位于同一个平面内，且该平面位于下板2所在的平面的上方；在所述第二环形翻边202与第二折边201之间设置有环形的上凸台，所述上凸台的横截面形状为倒平底V型。

具体的，所述上凸台包括第二外侧壁205和第二内侧壁203，第二外侧壁205和第二内侧壁203均为环形，且均与第二环形翻边202同轴线设置。其中，第二外侧壁205由其外边缘向内边缘的方向向上倾斜，第二内侧壁203由其外边缘向内边缘的方向向下倾斜，第二内侧壁203和第二外侧壁205形成的横截面形状为倒平底V型。

第二外侧壁205的外边缘靠近第二折边201，第二内侧壁203的内边缘靠近第二环形翻边202；第二外侧壁205的内边缘与第二内侧壁203的外边缘连成一体，形成上凸台的上凸台顶面204，该上凸台顶面204为环形，第二外侧壁205的外边缘、第二内侧壁203的内边缘均位于下板2所在的平面内，上凸台顶面204所在的平面高于下板2所在的平面。

【实施例二】

实施例二是对具有对称的两个折边的折叠管路支架进行的改进。

具体的，如图6所示，所述上板1为方形板状结构，在其对称的两边缘处分别设置有向上的第一折边101，在其中心开有中心通孔，在中心通孔的圆周边缘设置有与其同轴线的向上的第一环形翻边102，该第一环形翻边102的上端面与第一折边101的上端面位于同一个平面内，该平面位于上板1所在平面的上方；在所述第一环形翻边102与每个第一折边101之间分别设置有条状的下凹台，每个下凹台的长度方向均与第一折边的长度方向平行，且下凹台与第一折边的长度相同，所述下凹台的横截面形状为平底V型。

更具体的，每个所述下凹台包括长度方向与第一折边平行的第一外侧壁105和第一内侧壁103，第一外侧壁105和第一内侧壁103均为长方形，且第一外侧壁105由其外边缘向内边缘方向向下倾斜，第一内侧壁103由其外边缘向内边缘方向向上倾斜，第一内侧壁103和第一外侧壁105形成的横截面形状为平底V型。

第一外侧壁105的外边缘靠近第一折边101，第一内侧壁103的内边缘靠近第一环形翻边；第一外侧壁105的内边缘与第一内侧壁103的外边缘连成一体，形成下凹台的下凹台底面104，该下凹台底面104为长方形。第一外侧壁105的外边缘、第一内侧壁103的内边缘均位于上板1所在的平面内，下凹台底面104所在的平面低于上板1所在的平面。

如图7所示，所述下板2为方形板状结构，在其对称的两边缘处分别设置有向上的第二折边201，在其中心开有中心通孔，在中心通孔的圆周边缘设置有与其同轴线的向上的第二环形翻边202，该第二环形翻边202的上端面与第二折边201的上端面位于同一个平面内，且该平面位于下板2所在的平面的上方；在所述第二环形翻边202与每个第二折边201之间均设置有条状的上凸台，每个上凸台的长度方向均与第二折边的长度方向平行，且上凸台与第一折边的长度相同，所述上凸台的横截面形状为倒平底V型。

具体的，每个所述上凸台包括长度方向与第二折边平行的第二外侧壁205和第二内侧壁203，第二外侧壁205和第二内侧壁203均为长方形，且第二外侧壁205由其外边缘向内边缘的方向向上倾斜，第二内侧壁203由其外边缘向内边缘的方向向下倾斜，第二内侧壁203和第二外侧壁205形成的横截面形状为倒平底V型。

第二外侧壁205的外边缘靠近第二折边，第二内侧壁203的内边缘靠近第二环形翻边；第二外侧壁205的内边缘与第二内侧壁203的外边缘连成一体，形成上凸台的上凸台顶面204，该上凸台顶面204为长方形，第二外侧壁205的外边缘、第二内侧壁203的内边缘均位于下板2所在的平面内，上凸台顶面204所在的平面高于下板2所在的平面。

优选的，上述两个实施例中，上板1的第一折边101的高度与下板2的第二折边201的高度的比值为1：3，上板1的第一环形翻边102的高度与下板2的第二环形翻边202的高度的比值为1：3。上板1上的下凹台底面104到上板1所在平面的距离与下板2上的上凸台顶面204到下板2所在平面的距离相等，且均为下板2的第二环形翻边202的高度的1/3。

优选的，上述两个实施例中，上板1的两个相对的第一折边101的外壁之间的距离与下板2的两个相对的第二折边201的内壁之间的距离相等；

优选的，上述两个实施例中，上板1上的下凹台底面104的宽度与下板2上的上凸台顶面204的宽度相同。具体到实施例一中，即上板1的下凹台底面104的内径、外径与下板2上的上凸台顶面204的内径、外径相同。

优选的，上述两个实施例中，上板的第一环形翻边102的内径为下板的第二环形翻边202的外径，以保证上、下板的环形翻边恰好贴合，即下板2的第二环形翻边202从下向上插入到上板1的第一环形翻边102的内腔中，第二环形翻边202的外壁与第一环形翻边102的内壁之间能够形成过渡配合。

由于下板2的第二环形翻边202是插入到上板1的第一环形翻边102内，且上板1的两个相对的第一折边101的外壁之间的距离与下板2的两个相对的第二折边201的内壁之间的距离相等，因此上板1、下板2各自的折边到环形翻边的最小距离相差两个板厚，以保证下板2穿入上板1后恰好贴合。

上述结构保证了在将上板1从上向下放置到下板2上时，上板1的各个第一折边101的外壁能够与下板2的各个第二折边201的内壁贴合，上板1的下凹台底面104的下表面与下板2的上凸台顶面204的上表面贴合，下板2的第二环形翻边与上板1的第一环形翻边贴合，且第一折边101、第二折边201、第一环形翻边102、第二环形翻边202的上端面位于同一个平面内，上板1、下板2形成一个整体。

实际生产时，可以采用现有的热冲压加工方式实现所述上凸台、下凹台、第一环形翻边、第二环形翻边、第一折边、第二折边的成型。

本发明通过X型结构设计，将传统的单板式管路支架设计改为上下板连接而成的管路支架。上板、下板可以通过现有的多种方式连接成一体，例如粘接、焊接、铆接或者螺栓连接等。

安装时，如果采用粘接连接，则先在连接部位涂上粘接剂，然后将下板2中心的第二环形翻边202穿入到上板1中心的第一环形翻边102内，穿入后两个环形翻边的上端面平齐，即两者的上端面位于同一个水平面内。采用现有的粘接剂将两者粘接即可。如果采用焊接连接，则可以采用电弧焊或高能束焊，通过移动焊条、电子束或激光脉冲等将各连接部位的边界焊合。如果采用铆接或螺栓连接，则可以采用常用航空紧固件，通过在连接部位打孔、打入铆钉或紧固螺栓实现连接。

上部和下板具体的连接部位为：

上板1上的下凹台底面104的下表面与下板2上的上凸台顶面204的上表面连接、下板2上的第二环形翻边202的上部外壁与上板1上的第一环形翻边102的内壁连接、上板1的各个第一折边101的外壁分别与下板2的各个对应的第二折边201的上部内壁连接。上板、下板连接成一体后，实施例一的结构如图5所示，横截面形状如图9所示。实施例二的结构如图8所示，横截面形状如图10所示。

连接成一体后，下凹台底面104、上凸台顶面204位于上板、下板连接后形成的中心通孔的1/3高度处，即下板2的第二环形翻边202的1/3高度处。

如图9、图10所示，上板、下板连接后，上板上的横截面形状为平底V型的下凹台与下板上的横截面形状为倒平底V型的上凸台形成了横截面形状为X型的结构，这种结构的抗弯能力大大增强，从而可以显著提高结构基频，降低振动应力，延长振动疲劳寿命。

本发明折叠管路支架的使用方法与现有的开孔管路支架的使用方法相同，在此不再赘述。

在不增加结构重量的前提下，本发明能显著提高结构基频，结构附加2kg质量后的基频由120.31Hz提高至322.64Hz，提高了168.17％；降低了振动应力，原结构出现的高应力区被显著削弱，结构最大振动应力由42.22MPa降低至18.97MPa，降低了55.07％，从而显著延长了振动疲劳寿命，振动疲劳寿命提高了一个数量级。

因为没有改变主要成型方式，依然是采用热冲压成型，所以本发明在不显著增加加工难度的前提下，通过引入横截面形状为X型的结构，提高了结构抗弯刚度，实施例一结构的频响应力由之前的集中于中心环形翻边和四周折边向X型结构分散，如图11所示。对于实施例二的对边固支以及三边固支，频响应力也均由之前的集中于中心环形翻边和折边向X型结构分散，这样，结构的应变分布更加均匀而峰值应力更低，从而显著延长了该结构的寿命。

最后要说明的是，上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施例所描述的结构，因此前面描述的只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (10)

1.一种折叠管路支架，其特征在于：所述折叠管路支架包括：上板和下板；

所述上板位于下板的上方，两者连接成一体；

在所述上板上设置有横截面形状为平底V型的下凹台；

在所述下板上设置有横截面形状为倒平底V型的上凸台；

下凹台与上凸台连接后形成横截面形状为X型的结构。

2.根据权利要求1所述的折叠管路支架，其特征在于：所述上板为方形板状结构，在其边缘处设置有向上的第一折边；

在所述上板的中心开有中心通孔，在中心通孔的圆周边缘设置有与其同轴线的向上的第一环形翻边；

所述第一环形翻边的上端面与第一折边的上端面位于同一个平面内；

在所述第一环形翻边与第一折边之间设置有下凹台。

3.根据权利要求2所述的折叠管路支架，其特征在于：所述下凹台包括第一外侧壁和第一内侧壁；

所述第一外侧壁由其外边缘向内边缘方向向下倾斜；

所述第一内侧壁由其外边缘向内边缘方向向上倾斜；

所述第一内侧壁和第一外侧壁形成的横截面形状为平底V型。

4.根据权利要求3所述的折叠管路支架，其特征在于：所述第一外侧壁的外边缘靠近第一折边；

所述第一内侧壁的内边缘靠近第一环形翻边；

所述第一外侧壁的内边缘与第一内侧壁的外边缘连成一体，形成下凹台的下凹台底面；

所述第一外侧壁的外边缘、第一内侧壁的内边缘均位于上板所在的平面内，所述下凹台底面所在的平面低于上板所在的平面。

5.根据权利要求4所述的折叠管路支架，其特征在于：所述下板为方形板状结构，在其边缘处设置有向上的第二折边；

在其中心开有中心通孔，在中心通孔的圆周边缘设置有与其同轴线的向上的第二环形翻边；

所述第二环形翻边的上端面与第二折边的上端面位于同一个平面内；

在所述第二环形翻边与第二折边之间设置有上凸台。

6.根据权利要求5所述的折叠管路支架，其特征在于：所述上凸台包括第二外侧壁和第二内侧壁；

所述第二外侧壁由其外边缘向内边缘的方向向上倾斜；

所述第二内侧壁由其外边缘向内边缘的方向向下倾斜；

所述第二内侧壁和第二外侧壁形成的横截面形状为倒平底V型。

7.根据权利要求6所述的折叠管路支架，其特征在于：所述第二外侧壁的外边缘靠近第二折边，第二内侧壁的内边缘靠近第二环形翻边；

所述第二外侧壁的内边缘与第二内侧壁的外边缘连成一体，形成上凸台的上凸台顶面；

所述第二外侧壁的外边缘、第二内侧壁的内边缘均位于下板所在的平面内，上凸台顶面所在的平面高于下板所在的平面。

8.根据权利要求7所述的折叠管路支架，其特征在于：所述第一折边的高度与所述第二折边的高度的比值为1：3；

所述第一环形翻边的高度与所述第二环形翻边的高度的比值为1：3；

所述下凹台底面的宽度与上凸台顶面的宽度相同；所述下凹台底面到上板所在平面的距离与所述上凸台顶面到下板所在平面的距离相等，且均为第二环形翻边的高度的1/3；

两个相对的第一折边的外壁之间的距离与两个相对的第二折边的内壁之间的距离相等；

所述第一环形翻边的内径与所述第二环形翻边的外径相同。

9.根据权利要求8所述的折叠管路支架，其特征在于：所述下凹台底面的下表面与上凸台顶面的上表面连接；

所述第二环形翻边的上部外壁与第一环形翻边的内壁连接；

各个所述第一折边的外壁分别与各个对应的第二折边的上部内壁连接；

上板、下板连接成一体后，第一折边、第二折边、第一环形翻边、第二环形翻边的上端面位于同一个平面内；

下凹台底面、上凸台顶面位于第二环形翻边的1/3高度处。

10.根据权利要求9所述的折叠管路支架，其特征在于：上板的四周边缘处分别设置有第一折边；第一外侧壁和第一内侧壁均为环形，且均与第一环形翻边同轴线设置，下凹台底面为环形；下板的四周边缘处分别设置有第二折边；第二外侧壁和第二内侧壁均为环形，且均与第二环形翻边同轴线设置，上凸台顶面为环形；

或者，上板的两个对称的边缘处分别设置有第一折边；在每个第一折边旁分别设置有下凹台，每个下凹台的第一外侧壁和第一内侧壁均为长方形，且长度方向均与第一折边的长度方向平行，下凹台底面为长方形；下板的两个对称的边缘处分别设置有第二折边；在每个第二折边旁分别设置有上凸台，每个上凸台的第二外侧壁和第二内侧壁均为长方形，且长度方向均与第二折边的长度方向平行，上凸台顶面为长方形。

Images