CN2293695Y - 新型垂直位移式弹簧恒力装置 - Google Patents

Abstract

一种新型垂直位移式弹簧恒力装置用于热力管道设备作为可随动的恒力支承装置,其特征是采用V形压板以增大位移量;采用内外两个力臂实现垂直位移;采用主储能部件与副储能部件配合,提高恒定支承力的精度;此外可实现安装固定点的标准化,利于管道设计的布置选用及可发展成以基本单元为基础,实现双联并联、三联并联及串联组装的系列化产品,体积小,重量轻适于成批与大规模生产。

Description

新型垂直位移式弹簧恒力装置

本实用新型属机械工程领域，本实用新型涉及一种用于支承热力管道及设备的新型恒力装置，用以保持热力管道及设备在恒力支承下可随热胀冷缩而自由位移，从而可极大地降低管道等在位移时受到的附加应力。已知的采用碟形弹簧的恒力装置存在有以下三方面主要缺陷，其一是由于碟形弹簧负荷的非线性特性，虽采用各种较优化的转换机构参数与之匹配，仍往往不能达到较优良的支承载荷恒定度；其二是由于碟形弹簧刚度大，变形量小的特性导致载荷力臂相应增大(图2中的OO₁为载荷力臂)，使其在实现园周运动的同时它与载荷拉杆连接点(图2中的O₁点，以下称为支承点)的位置产生较大的水平偏移(如图2中的ΔX)，而在某些场合，某些较大位移的恒力装置往往达不到国标规定的载荷吊杆允许偏斜4°的要求(如图2中的V角)，因而可能使管道(如图2中的G)受到较大的附加应力；其三，由于载荷力臂原始倾角(如图2中的θ角)变化范围较大，使得不同恒力装置的载荷拉杆相对于主轴的水平距离(如图2中的X₁)变化大，且无规律，因此使支承点与安装固定点(图2中的A，B点)的相对位置极难标准化，且计算繁琐，极不利于管道设计时的选择应用。

本实用新型的目的主要针对上述缺陷，提供一种新型实用结构，除体积小、重量轻以外，使其功能达到：(1)由机构参数与碟簧负荷匹配后的波动值得到适当的补偿，从而减小支承力的峰谷差，提高恒力精度(2)适当增大位移量并完全消除支承点的水平偏移量，实现直线位移(3)装置的安装固定点相对于支承点对称或与支承点同轴，由此可免除繁琐的计算，给管道的设计选用带来极大的方便。

本实用新型采取如下的技术方案：将载荷力臂设计成在一个外力臂内套入一个内力臂的并联力臂组，使内力臂在外力臂的中部空间内运动，两个力臂各设一个固定的主轴并使载荷拉杆作为两主轴的对称轴线，在载荷拉杆的上端连结一个具有特定斜面的V形压板，其两斜面与载荷力臂上端的4个左右对称的滚轮分别接触，V形压板与滚轮均可在载荷拉杆受载时向下移动，每个力臂上的一对滚轮各绕力臂自身的主轴作园周运动，V形压板则始终推动其下方的滚轮向左右两侧对称运转从而保持载荷拉杆活着对称轴线上下移动；在机架的下方设置一个主储能部件，它分别与内外力臂连结，用以提供主支承力；在机架的左右侧各设置一个副储能部件，它通过V形压板上端两侧的滚轮提供补偿支承力，补偿支承力的作用是针对主支承力在额定位移范围内波动的峰谷差给予填平补齐，从而可使装置获得更精确的恒定支承力，综上所述，本装置的一切机构均以载荷拉杆的轴线为对称轴线，且外形平整紧凑，由此可实现使所有各系列装置的安装固定点成对称布置或直接位于对称轴线上。

下面以附图和实例对本实用新型的结构作详细的叙述

图1为本实用新型的结构示意图，系实施例之一；

图2为已知技术的碟形弹簧恒力装置示意图，图中A、B为安装固定点、OO₁代表载荷力臂、O为主轴、O₁为支承点、O₂为支承点作园周运动后的新位置，θ为OO₁的原始倾角、X₁、X₂为支承点与主轴O的水平距离、ΔX为支承点在运动后的水平偏移量、G为被支承管道、V为管道吊杆偏角；

图3为图1中的V形压板工作原理图，图中O代表主轴17的园心，OO₁代表内力臂16、8为主滚轮、15为V形压板、β为压板斜角、1代表OO₁的长度，OO₂为OO₁转过Ψ角后的位置；

图4为一个力臂的力矩平衡关系图

图5为本型恒力装置的安装固定位置示意图(a)两种悬吊安装式(b)搁置安装式；

图6(a)双联并联装置图(b)三联并联装置图(c)搁置式双联并联装置图(d)串联装置图由图1可见，本新型垂直位移式弹簧恒力装置由机架14、20，主储能部件3、4、21-24，副储能部件9-12，运动转换部件1、2、5-8、13、15-19四部分构成，在主储能部件中，3为弹簧负荷调整螺母，4为弹簧负荷传力拉杆、21为弹簧片间隔环，22为园盘形弹簧，23为弹簧压板，24为导杆；在副储能部件中，9为连结轴，10为弹簧，11为弹簧拉杆，12为压力调整板；在运动转换部件中，1为松紧螺母，其下端有螺纹孔，用以与被支承物连结，2为载荷拉杆，它与机架底板上的导套配合作轴向移动，其上端与V形压板15连结，在V形压板的两侧各铰接一个副滚轮13，以便在压力调整板12的曲线表面上运动。5为外力臂，它与固定于机架20前后壁上的主轴6连结，并可绕主轴6旋转、7为连板轴，固定于外力臂5的前后板上(在内力臂16的相应位置处也有同样的连板轴)，18为连板，其一端与连板轴7铰结，另一端则与弹簧负荷传力杆4铰结，16为内力臂，它与固定于主轴座19上的主轴17铰结，可绕主轴17转动。主轴座19则固定于机架20的底板上；8为四件主滚轮，分别铰结于外力臂5及内力臂16的上端，共同承担由V形压板15传递来的载荷压力，其工作原理如下：

将机架的顶板14固定于工作现场的钢梁上，被支承物用螺杆与松紧螺母1连结，此时载荷拉杆2就受到支承物的重力载荷P_Z的拉伸作用，P_Z通过V形压板15、主滚轮8、推动外力臂5、内力臂16各按逆时针与顺时针方向围绕主轴6与17旋转，此时两连板轴7则随两力臂同步旋转并带动两连板18产生上移运动，又通过两传力杆4及弹簧压板23将力传给弹簧片组件使弹簧片产生轴向变形，由于弹簧片组件在空载时已通过调整螺母3的予压调整而储有足以支承额定载荷的能量，所以当松紧螺母1受载时，无论载荷螺杆2在额定位移范围内移动到任意位置时均可获得额定的主支承力，参看附图4(附图4为一个力臂上的力矩平衡关系图)可见在一个力臂上存有两个外力，一个是由V形压板15传来的被支承物的载荷力1/2P_Z，另一个是由传力杆4传来的主储能部件的弹簧力1/2P_T，这两个力共同作用于力臂，以固定的主轴6的中心O为中心，1/2P_Z产生的力矩M_Z(＝1/2P_Z×L)使其向逆时针方向旋转；而1/2P_T则产生力矩M_T(＝1/2P_T×R)使其向顺时针方向旋转，为保持支承力为恒力，必须使两个力矩平衡，即M_Z＝M_T，

另一方面当V形压板随载荷拉杆向下移动的同时，其两侧的副滚轮13相应地沿着压力调整板12的由线表面向下移动，借助已经予储能量的弹簧10的压力使V形压板获得相应的补偿支承力，所以载荷拉杆2在全位移过程中具有两个支承力，即主支承力加补偿支承力，这两个支承力的和设计成与额定载荷相等。

本装置的第一个特征是采用具有特定斜角的V形压板，其优点是可充分利用碟形弹簧刚度大、变形量小的特性(园盘形弹簧是碟形弹簧的一种特例)，以增大载荷拉杆的位移量  参看附图3，当V形压板受载下移时，推动主滚轮8沿着以主轴17的中心O为园心，以1为半径作园周运动，在图3中，设V形压板受载后移动到双点划线位置，其垂直位移量为T+ΔT，此时1转过Ψ角，主滚轮由O₁移到O₂；观察与OX平行的虚线mn，它表示在同样工作条件下采用平面形压板在移动后的位置，此时平面形压板的垂直位移量为T。可见当采用V形压板时，载荷拉杆的垂直位移量可增大ΔT，经推导可得

ΔT＝(rtanβ+CD)Sinβ-(r/COSβ-r )………………(1)该V形压板可以采用一种斜角，也可在每个斜面上分段采用不同的斜角。

本装置的第二个特征是采用内外两个力臂构件，使内力臂套在外力臂的中部空间内作相反方向的园周运动，借助滚轮与V形压板实现力的传递，载荷拉杆因此获得直线位移运动，而两对滚轮在作园周运动时产生的水平偏移量也因方向相反而自然抵消。

本装置的第三个特征是设置了一个主储能部件与两个副储能部件相配合，为载荷拉杆在额定位移范围内提供更精确的恒定支承力，如前所述，除主储能部在空载时已通过调整螺母3的预压调整而储有足以支承额定载荷的主支承力P_ZZ以外，在副储能部件中的弹簧10也通过调整螺母的予压调整而提供补偿支承力P_BZ，补偿支承力的大小是针对主支承力P_ZZ在运行中的峰谷差确定的，它通过压力调整板12表面的曲线来实现，在额定位移过程中，当主支承力P_ZZ较大时，曲线表面取低值，反之则取高值，设C为额定恒力常数，则由本实用新型机构所提供的载荷支承力P_Z将更接近此常数C，即P_Z＝P_ZZ1+P_BZ1≈C……………………[2]。式中i为运动过程中取值的顺序号，式[2]表示在额定位移范围内，载荷拉杆运动到任意位置时的支承力都近似为常数C，即为恒力。式[2]也表明，本装置特别适用于非线性的储能弹簧。

在本装置的主储能部件中也可采用碟形弹簧片；在副储能部件中同样可采用园盘形弹簧或碟形弹簧。

本装置的第四个特征是载荷拉杆的轴线实际成为本装置的各部件和机架的对称轴线，因而整个装置无论是采用悬吊安装方式或搁置安装方式，(当采用搁置安装方式时，被支承物通过顶板14中央的开孔与V形压板15连结)，其安装固定点均可设计成对称的格局，如附图5所示，此一特征给安装方式的标准化创造了实用的基础，此特征对于管道设计时布置选用的简便更不待言。

本装置的第五个特征同样基于对称结构而使整个装置的外形设计平整它可以规划成以有限种类的恒力装置单元为基础实现双联并联、三联并联、串联等组装方式，形成完整的产品系列，为产品的成批与大规模生产创立了实用的基础，参见附图6，

Claims (3)

1、一种新型垂直位移式弹簧恒力装置，主要由机架、主储能部件、副储能部件与运动转换部件四部分构成，主储能部件包含弹簧负荷调整螺母(3)、传力位杆(4)、间隔环(21)、园盘形弹簧(22)、弹簧压板(23)、导杆(24)；副储能部件由连结轴(9)、弹簧(10)、弹簧拉杆(11)、压力调整板(12)构成；运动转换部件由松紧螺母(1)、载荷拉杆(2)、外力臂(5)，主轴(6)与(17)，连板轴(7)主滚轮(8)、副滚轮(13)、V形压板(15)、内力臂(16)、连板(18)、主轴座(19)构成，本装置的特征为：

(1)采用具有特定斜角的压板作为载荷传递与运动转换的关键零件，充分利用碟形弹簧的特性，以增大载荷拉杆的位移量；

(2)设置内外两个力臂，使内力臂包含在外力臂的内部作方向相反的运动，与V形压板及滚轮配合完成运动与力的转换，实现载荷拉杆的垂直位移；

(3)设置一个主储能部件提供主支承力，设置两个副储能部件提供补偿支承力以弥补主支承力的波动差，提高恒力的精度；

(4)由于被支承物的连接点位于装置的对称轴线上，安装固定点可实现对称布置或直接设在对称轴线上；

(5)由于装置的对称性且外形设计平整，故可实现由基本单元组成两件并联、三件并联、串联等系列化产品；

2、根据权利要求1所述的新型垂直位移式弹簧恒力装置，其特征在于所述的V形压板的斜面可以分段设计成数种不同的斜角；

3、根据权利要求1所述的新型垂直位移式弹簧恒力装置，其特征在于两种储能部件所用的弹簧可以分别采用碟形弹簧或园盘形弹簧。

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