專利名稱：一種可伸縮桁架結構及其制作方法
技術領域：
本發(fā)明提供一種可伸縮桁架結構及其制作方法，屬于空間桁架技術領域。
背景技術：
平流層浮空器現(xiàn)已成為各國研究的熱點，美國、加拿大、日本、韓國、英國、德國和以色列等國正在積極開展相關研究。大尺度、輕質高強承力型復合材料桁架結構為浮空器提供支撐平臺并安裝各種載荷設備，研究其桁架結構形式對浮空器的發(fā)展具有重要意義。 由于平流層空氣密度低，依靠靜升力駐空的浮空器一般體積均比較大，如美國的HAA長約 152米，直徑49米，容積為14. 5萬立方米，由于結構尺寸超大所帶來的結構整體裝配、儲存和運輸?shù)葐栴}非常突出。目前常用三角形和四邊形硬式桁架結構，在裝配、儲存和運輸過程中桁架為完整結構，占用空間很大，操作不便，研究一種輕質、高強、具有伸縮功能的桁架結構，能有效解決巨型浮空器結構的裝配、存儲和運輸問題?，F(xiàn)有技術中的桁架結構由縱向主梁(主桿)、橫向肋條(隔框桿)、斜向肋條(斜桿)組成，全為硬式桿件不可伸縮。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了有效解決巨型浮空器結構的裝配、存儲和運輸問題，本發(fā)明提供一種可伸縮桁架結構及其制作方法，料桁架結構具有高強、輕質、空間伸展長度大、伸展操作方便簡單等特點，同時桁架結構采用優(yōu)質材料，耐磨性好，重復使用次數(shù)多，能有效的延長結構壽命。一種可伸縮桁架結構，由若干個桁架單元組成，桁架單元包括三個縱向主梁、三個橫向肋條和三個斜向肋條，桁架單元之間縱向主梁為可伸縮結構，斜向肋條為兩根軟式高強拉索。一種可伸縮桁架結構制作方法，包括以下幾個步驟步驟一根據(jù)承載、空間大小和伸縮比的要求，確定可伸縮桁架結構三角形截面的尺寸、縱向主梁、橫向肋條、斜向肋條以及所有部件的尺寸；步驟二 對步驟一確定的部件進行處理；包括桿件的裁切、打磨、清洗和干燥，需要粘接的金屬零件進行磷酸陽極化處理；步驟二 完成縱向主梁的粘接；縱向主梁一端連接第一伸縮套筒，另一端連接第二伸縮套筒，在第二伸縮套筒上套用第三伸縮套筒，粘接前把連接套筒放于第一伸縮套筒和第二伸縮套筒之間；步驟三完成橫向肋條的粘接；在橫向肋條的兩端分別粘接一個隔框接頭；步驟四完成斜向肋條的制作，拉索兩端有連接孔；步驟五將步驟而中粘接好的縱向主梁按照敢內徑從小到大的順序進行排列，通過第三伸縮套筒的裝配進行縱向主梁的連接；
步驟六在三根縱向主梁相對應的連接套筒處安橫向肋條；步驟七在每個橫向肋條截面上安裝兩根對角的斜向拉索；步驟八所有組件安裝完成后，進行整體桁架結構的調試。本發(fā)明的優(yōu)點在于本可伸縮新型桁架結構整個伸縮操作過程簡單方便，人力需求少，效率高，有效的解決了巨型浮空器桁架結構由于尺寸巨大所帶來的部件組裝、存儲和運輸?shù)葐栴}。


圖1是本發(fā)明伸縮桁架中桁架單元的結構示意圖；圖2是本發(fā)明縱向主梁的結構示意圖；圖3是本發(fā)明第一伸縮套筒的結構示意圖；圖4是本發(fā)明第二伸縮套筒的結構示意圖；圖5是本發(fā)明第三伸縮套筒的結構示意圖；圖6是本發(fā)明第一伸縮套筒、第二伸縮套筒、第三伸縮套筒裝配示意圖；圖7是本發(fā)明連接套筒的結構示意圖；圖8是本發(fā)明橫向肋條的結構示意圖；圖9是本發(fā)明隔框接頭的結構示意圖；圖10是本發(fā)明的方法流程圖；圖11是本發(fā)明的桁架結構裝配完成示意圖。圖中
1-縱向主梁2-橫向肋條3-斜向肋條
101-第一伸縮套筒102-第二伸縮套筒103-第三套筒
104-連接套筒201-隔框接頭
1011-前端A1012-后端B1013-中端C
1022-后端D1021-前端E
具體實施例方式下面將結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。本發(fā)明的一種可伸縮桁架結構，如圖1所示，由若干個桁架單元組成，桁架單元包括三個縱向主梁(主桿)1、三個橫向肋條(隔框桿)2和三個斜向肋條(斜桿)3。如圖2所示，縱向主梁1的一端連接第一伸縮套筒101，另一端連接第二伸縮套筒 102，(可伸縮桁架結構的兩端可根據(jù)具體要求不設置伸縮套筒)第一伸縮套筒101如圖3 所示，前端AlOll的外徑比縱向主梁1的內徑小0. 2-0. 3mm，前端AlOll粘接在縱向主梁1 的內壁，后端B1012的外徑比與其相連的其他桁架單元縱向主梁1的內徑小0. 05-0. 1mm，中端C1013呈錐形，與第二伸縮套筒102、第三套筒103配合使用，起到限位作用。第二伸縮套筒102如圖4所示，后端D1022的內徑大于縱向主梁1的外徑0. 2-0. 3mm，后端D1022與縱向主梁1的另一端粘接，粘接長度是30-60mm，前端E1021外圍設有錐形外螺紋。一個桁架單元中縱向主梁1的第一伸縮套筒101位于與其連接的其他桁架單元縱向主梁1的第二伸縮套筒102內，第三伸縮套筒103如圖5所示，內部設有錐形內螺紋，第一伸縮套筒101、第二伸縮套筒102、第三伸縮套筒103的配合關系如圖6所示，第一伸縮套筒101的后端B1012位于第二伸縮套筒102內部，第三伸縮套筒103位于第二伸縮套筒102 的外圍，通過錐形螺紋進行定位，桁架單元組成的可伸縮桁架結構中，縱向主梁1的外徑依次增大，當可伸縮桁架結構縮短時，第三伸縮套筒103松開，處于松弛狀態(tài)，前一個桁架單元中外徑小的縱向主梁1位于后一個桁架單元中外徑大的縱向主梁1內部，節(jié)約空間，便于運輸，當可伸縮桁架結構展開時，第二伸縮套筒102前端E 1021由于其錐度被第三伸縮套筒103螺紋壓緊而收縮，與第一伸縮套筒101的中端C1013配合，伸縮套筒處于緊固狀態(tài)， 實現(xiàn)桁架結構?？v向主梁1上還粘接連接套筒104，連接套筒104如圖7所示，采用航空鋁合金作為材料，連接套筒104設有兩排三孔耳片，兩排耳片夾角為60°，耳片上孔的孔徑為3-6mm， 中間的孔用于安裝橫向肋條2，兩邊的兩個孔用于安裝斜向肋條3。橫向肋條2如圖8所示，兩端連接隔框接頭201，隔框接頭201如圖9所示，通過隔框接頭201將橫向肋條2固定連接在縱向主梁1連接套筒104的中間孔中。斜向肋條3為兩根軟式高強拉索，兩個相鄰的桁架單元中，縱向主梁1和橫向肋條 2組成三個方形側面，軟式高強拉索兩端分別連接連接套筒104中的孔，軟式高強拉索連接在方形側面的對角線上，兩根軟式高強拉索交叉設置。軟式高強拉索的材料一般采用高強聚乙烯、kevlar (凱夫拉)和vectran(尤尼克斯)等纖維。當桁架處于收縮狀態(tài)時，軟式高強拉索松弛，當桁架結構處于拉伸狀態(tài)時，軟式高強拉索緊繃承力。本發(fā)明中采用兩根高強拉索替代現(xiàn)有技術中一根硬式斜向肋條，經(jīng)力學分析和試驗驗證，此種桁架結構的承力性和穩(wěn)定性均能滿足使用要求。在桁架結構伸長過程中，當軟式高強拉索處于緊繃承力狀態(tài)時，縱向主梁1的第三伸縮套筒103鎖定縱向主梁1，當所有桁架單元的第三伸縮套筒103均鎖定后，桁架結構擴展結束；在桁架結構收縮過程中，先解除第三伸縮套筒103的鎖定，然后收縮桁架至最短，桁架收縮結束。本發(fā)明的一種可伸縮桁架結構的制作方法，通過改變伸縮套筒和桿件的長度比， 可以調整桁架結構的伸縮比。流程如圖10所示，包括以下幾個步驟步驟一根據(jù)承載、空間大小和伸縮比的要求，確定可伸縮桁架結構三角形截面的尺寸、縱向主梁1、橫向肋條2、斜向肋條3以及所有部件的尺寸。步驟二 對步驟一確定的部件進行處理。包括桿件的裁切、打磨、清洗和干燥，需要粘接的金屬零件進行磷酸陽極化處理。步驟二 完成縱向主梁1的粘接?？v向主梁1 一端連接第一伸縮套筒101，另一端連接第二伸縮套筒102，在第二伸縮套筒102上套用第三伸縮套筒103，粘接前把連接套筒104放于第一伸縮套筒101和第二伸縮套筒102之間。步驟三完成橫向肋條2的粘接。在橫向肋條2的兩端分別粘接一個隔框接頭201。步驟四完成斜向肋條3的制作，拉索兩端有連接孔。步驟五將步驟而中粘接好的縱向主梁1按照敢內徑從小到大的順序進行排列， 通過第三伸縮套筒103的裝配進行縱向主梁1的連接。
步驟六在三根縱向主梁1相對應的連接套筒104處安橫向肋條2。步驟七在每個橫向肋條2截面上安裝兩根對角的斜向拉索。步驟八所有組件安裝完成后，進行整體桁架結構的調試，最后得到可伸縮桁架結構如圖11所示。一種可伸縮桁架結構進行伸長操作，具體為1)松開所有第三伸縮套筒103，把細的縱向主梁1從粗的縱向主梁1內向外拉，拉出一截后擰緊該節(jié)的3個第三伸縮套筒103，進行縱向主梁1鎖定。2)按照上述步驟重復操作，即可完成整個桁架結構的伸長操作。3)每段的伸長量和縮短量相同，可根據(jù)不同需要進行相應的伸長操作。一種可伸縮桁架結構進行縮短操作，具體為1)松開3根縱向主梁1同一段橫向肋條2上的3個第三伸縮套筒103。2)把細的縱向主梁1分別推進粗的縱向主梁1里面，該節(jié)縮短操作完成。3)重復以上步驟，把整個桁架結構不斷的縮進。4)可以根據(jù)不同需要，對桁架結構進行不同程度的縮短，最小縮短單位為操作一個隔框的縮短量，其余縮短量為操作一個隔框縮短量的整數(shù)倍。實施例實施例中，桁架結構最大伸長長度為10130mm，最小縮短長度為3110mm，截面為正三角形，橫向肋條2長度為1000mm?！N可伸縮桁架結構，如圖11所示，由十個桁架單元組成，橫向肋條2由輕質高強碳纖維復合材料加工成型，主要起到支撐與連接作用，管件內徑為23. 8mm,外徑為25mm，長度為857mm。縱向主梁1由輕質高強碳纖維復合材料加工成型，主要起到支撐與連接作用，各管件的具體規(guī)格如表1所示。表1主桿規(guī)格
權利要求
1.一種可伸縮桁架結構，由若干個桁架單元組成，桁架單元包括三個縱向主梁、三個橫向肋條和三個斜向肋條，其特征在于，桁架單元之間縱向主梁為可伸縮結構，斜向肋條為兩根軟式高強拉索。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種可伸縮桁架結構，其特征在于，所述的縱向主梁的一端連接第一伸縮套筒，另一端連接第二伸縮套筒，第一伸縮套筒前端A的外徑比縱向主梁的內徑小，前端A粘接在縱向主梁的內壁，后端B的外徑比與其相連的其他桁架單元縱向主梁的內徑小，中端C呈錐形，與第二伸縮套筒、第三套筒配合，起到限位作用；第二伸縮套筒后端D的內徑大于縱向主梁的外徑，后端D與縱向主梁的另一端粘接，前端E外圍設有錐形外螺紋；桁架單元中縱向主梁的第一伸縮套筒位于與其連接的其他桁架單元縱向主梁的第二伸縮套筒內，第三伸縮套筒內部設有錐形內螺紋，第一伸縮套筒的后端B位于第二伸縮套筒內部，第三伸縮套筒位于第二伸縮套筒的外圍，通過錐形螺紋進行定位；縱向主梁上還粘接連接套筒，用于安裝橫向肋條和用于安裝斜向肋條。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種可伸縮桁架結構，其特征在于，所述的第一伸縮套筒前端A的外徑比縱向主梁的內徑小0. 2-0. 3mm，后端B的外徑比與其相連的其他桁架單元縱向主梁的內徑小0. 05-0. 1mm，第二伸縮套筒后端D的內徑大于縱向主梁的外徑0. 2-0. 3mm，后端D與縱向主梁的另一端粘接，粘接長度是30-60mm，前端E外圍設有錐形外螺紋，連接套筒設有兩排三孔耳片，兩排耳片夾角為60°，耳片上孔的孔徑為3-6mm，中間的孔用于安裝橫向肋條，兩邊的兩個孔用于安裝斜向肋條。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種可伸縮桁架結構，其特征在于，所述的橫向肋條兩端連接隔框接頭，通過隔框接頭將橫向肋條固定連接在縱向主梁連接套筒上。
5.根據(jù)權利要求2、3或者4所述的一種可伸縮桁架結構，其特征在于，所述的第一伸縮套筒、第二伸縮套筒、第三伸縮套筒、連接套筒、隔框接頭的材料均采用航空鋁合金。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種可伸縮桁架結構，其特征在于，所述的斜向肋條為兩根軟式高強拉索，兩個相鄰的桁架單元中，縱向主梁和橫向肋條組成三個方形側面，軟式高強拉索兩端分別連接連接套筒，軟式高強拉索連接在方形側面的對角線上，兩根軟式高強拉索交叉設置。
7.根據(jù)權利要求6所述的一種可伸縮桁架結構，其特征在于，所述的軟式高強拉索的材料采用高強聚乙烯、kevlar或者vectran纖維。
8.—種可伸縮桁架結構的制作方法，其特征在于，包括以下幾個步驟步驟一根據(jù)承載、空間大小和伸縮比的要求，確定可伸縮桁架結構三角形截面的尺寸、縱向主梁、橫向肋條、斜向肋條以及所有部件的尺寸；步驟二 對步驟一確定的部件進行處理；包括桿件的裁切、打磨、清洗和干燥，需要粘接的金屬零件進行磷酸陽極化處理；步驟二 完成縱向主梁的粘接；縱向主梁一端連接第一伸縮套筒，另一端連接第二伸縮套筒，在第二伸縮套筒上套用第三伸縮套筒，粘接前把連接套筒放于第一伸縮套筒和第二伸縮套筒之間；步驟三完成橫向肋條的粘接；在橫向肋條的兩端分別粘接一個隔框接頭；步驟四完成斜向肋條的制作，拉索兩端有連接孔；步驟五將步驟而中粘接好的縱向主梁按照敢內徑從小到大的順序進行排列，通過第三伸縮套筒的裝配進行縱向主梁的連接；步驟六在三根縱向主梁相對應的連接套筒處安橫向肋條； 步驟七在每個橫向肋條截面上安裝兩根對角的斜向拉索； 步驟八所有組件安裝完成后，進行整體桁架結構的調試。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可伸縮桁架結構及其制作方法，可伸縮桁架結構由若干個桁架單元組成，桁架單元包括三個縱向主梁、三個橫向肋條和三個斜向肋條，桁架單元之間縱向主梁為可伸縮結構，斜向肋條為兩根軟式高強拉索。本發(fā)明的可伸縮新型桁架結構整個伸縮操作過程簡單方便，人力需求少，效率高，有效的解決了巨型浮空器桁架結構由于尺寸巨大所帶來的部件組裝、存儲和運輸?shù)葐栴}。
文檔編號B64C1/06GK102295071SQ20111018082
公開日2011年12月28日 申請日期2011年6月30日 優(yōu)先權日2011年6月30日
發(fā)明者劉牧原, 苑沖, 裴粉卜, 陶國權, 馬云鵬 申請人:北京航空航天大學