專利名稱：新型彈簧恒力裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬機(jī)械工程領(lǐng)域。
本實(shí)用新型涉及一種用于支承熱力管道設(shè)備及長(zhǎng)跨距柔索等設(shè)施的新型恒力裝置。用以保持熱力管道設(shè)備在恒力支承下可隨熱脹冷縮而自由位移。也可用于懸掛長(zhǎng)跨距柔索以平衡其隨氣溫變化的張緊力。
已知的用于支承熱力管道的碟形彈簧恒力裝置，由于其運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閺椈衫瓧U的直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，其軸向?qū)蚺浜厦孑^短以及其運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)不能保證彈簧拉桿的運(yùn)動(dòng)與碟形彈簧端面垂直；更主要的是由于采用標(biāo)準(zhǔn)的A型碟簧，簧片與簧片之間依靠線與線接觸實(shí)行裝配(參看附圖10)，當(dāng)受力變形時(shí)易產(chǎn)生徑向滑移導(dǎo)致失穩(wěn)而擠壓導(dǎo)向件，產(chǎn)生摩擦，損耗能量，降低儲(chǔ)能效率。另一方面其回轉(zhuǎn)框架的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)使被支承物在升降位移的同時(shí)也產(chǎn)生水平方向的偏移，這在某些情況下對(duì)被支承物是不利的。在已知的用于長(zhǎng)跨距柔索方面的“電氣化鐵道接觸網(wǎng)恒張力碟簧補(bǔ)償器”同樣具有上述碟形彈簧工作不穩(wěn)定的缺點(diǎn)。此外該種補(bǔ)償器為使被支承物獲得直線位移而采用了雙重運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，顯然其機(jī)構(gòu)重疊、摩擦副增多，重量加大，在高空中使用極為不利。(參見(jiàn)附圖9)本實(shí)用新型的目的是提供一種新型彈簧恒力裝置，其彈簧工作平穩(wěn)，儲(chǔ)存的能量可充分利用；其運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)可使被支承物獲得直線位移而整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，可適用于熱力管道的支承與長(zhǎng)距離柔索的懸掛。
本實(shí)用新型采取如下的技術(shù)方案采用一種新結(jié)構(gòu)彈簧，具有穩(wěn)定的工作支承面，適當(dāng)加長(zhǎng)彈簧拉桿的導(dǎo)向配合面，設(shè)置球面墊圈副保證彈簧的受力均勻，使其在軸向變形時(shí)不會(huì)產(chǎn)生徑向滑移。同時(shí)設(shè)計(jì)兩種不同的位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)以適應(yīng)于熱力管道與柔索的直線位移的需要。
下面以附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)作詳細(xì)的敘述。


圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，系實(shí)施例之一圖2為圖1的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)中標(biāo)記3與10～17在轉(zhuǎn)過(guò)了φ＝θ°角以后的位置圖(此時(shí)11與14兩中心連線與水平線的夾角θ＝0°)圖3為回轉(zhuǎn)框架12所受各力的方向與有關(guān)角度的標(biāo)記示意，虛線示回轉(zhuǎn)框架轉(zhuǎn)過(guò)φ角后相應(yīng)孔的位置。在拉桿軸孔處受有方向向右的彈簧力P7。圖4為實(shí)施例之三的位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)圖圖5為實(shí)施例之二采用一種新結(jié)構(gòu)碟形彈簧的恒力裝置圖圖6、7、8為新結(jié)構(gòu)碟形彈簧的變形過(guò)程分析圖圖9為已知技術(shù)的一種恒力碟簧補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)圖圖10為已知技術(shù)的恒力碟簧補(bǔ)償器的碟形彈簧片相互接觸的原理示意圖由圖1可見(jiàn)，本新型彈簧恒力裝置由機(jī)架1，儲(chǔ)能部件2～9，運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換部件10～18構(gòu)成。在儲(chǔ)能部件中，2為園環(huán)形彈簧，它與間隔環(huán)4與5，間隔串連成組，通過(guò)球面墊圈副6、7，螺母8、彈簧拉桿3組成儲(chǔ)能部件；在運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換部件中，回轉(zhuǎn)框架12與固定于機(jī)架1上的主軸11連結(jié)，它可繞主軸11回轉(zhuǎn)，位移轉(zhuǎn)換架15(由兩塊鋼板組成)與固定在回轉(zhuǎn)框架12上的載荷軸14連結(jié)并可繞軸14轉(zhuǎn)動(dòng)，在位移轉(zhuǎn)換架15上設(shè)有一對(duì)位移滾輪13及滾輪軸，T形載荷拉桿17的橫臂則置于兩滾輪13上面，兩滾輪16限制T形載荷拉桿作垂直方向的移動(dòng)。18為松緊螺母，其下端有螺紋孔，用以與被支承物連結(jié)，運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換部件與儲(chǔ)能部件則由彈簧拉桿3連結(jié)，彈簧拉桿3以其端部的長(zhǎng)槽與固定于回轉(zhuǎn)框架上的拉桿軸10連結(jié)。上述兩大部件則以導(dǎo)向板9和主軸11固定于由兩塊豎板與一塊橫板構(gòu)成的倒U形機(jī)架1上(指其縱截面形狀)，其工作原理如下將機(jī)架1固定于工作現(xiàn)場(chǎng)的鋼梁上，被支承物用螺桿與松緊螺母18連結(jié)，此時(shí)載荷拉桿17就受到載荷力Pz的拉伸作用，Pz通過(guò)位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)13，15等傳到載荷軸14上，從而可推動(dòng)回轉(zhuǎn)框架旋轉(zhuǎn)，拉桿軸10則同步轉(zhuǎn)動(dòng)，由此帶動(dòng)彈簧拉桿3沿軸向移動(dòng)，拉桿軸10在回轉(zhuǎn)的同時(shí)可沿彈簧拉桿端部的長(zhǎng)槽移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換。載荷力Pz由拉桿軸10、彈簧拉桿3、螺母8、球面墊圈副6、7、間隔環(huán)4傳到彈簧片組件上使彈簧片產(chǎn)生軸向變形。由于彈簧片在裝配時(shí)已按設(shè)計(jì)需要予先使其壓縮變形而儲(chǔ)有能量，此能量所產(chǎn)生的彈簧力矩正好與被支承物的載荷力矩相平衡。其平衡方程式為Pzlcos(θ－φ)＝PTR。cosφ式中回轉(zhuǎn)角φ與彈簧力PT均為變量。適當(dāng)優(yōu)選PT、l、R。、θ諸值可使被支承物在全位移過(guò)程中獲得一定的恒力。本裝置的第一個(gè)特征是上述的園環(huán)形彈簧是一片園環(huán)形彈性平板，其上下兩個(gè)平面在熱處理以后加工完成，從而獲得精確的支承平面，保證其工作時(shí)的接觸穩(wěn)定可靠。園環(huán)形彈簧的力PT與變形量f的關(guān)系為f＝PTR2/(KEt2)，K＝[0.5514(C2－1)/C2＋1.614(1nC)2/(C2－1)]－1C＝外半徑R/內(nèi)半徑r，t＝簧片厚度本裝置的第二個(gè)特征是在導(dǎo)向板9上設(shè)有加長(zhǎng)的導(dǎo)向孔與彈簧拉桿3配合并以球面墊圈副保證使它在移動(dòng)時(shí)具有可靠的直線性。本裝置的第三個(gè)特征是上述的位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，它由件號(hào)15、13(及滾輪軸)與T形載荷拉桿配合組成一種新穎的將園周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。其特征在于，當(dāng)T形拉桿受載后產(chǎn)生位移時(shí)，帶動(dòng)回轉(zhuǎn)框架12圍繞主軸11轉(zhuǎn)動(dòng)，件號(hào)14、15、17均同步旋轉(zhuǎn)。由于T形拉桿17的豎直部分受限于件號(hào)16，僅能沿上下方向移動(dòng)，而T形拉桿的橫臂則與兩個(gè)位移滾輪形成移動(dòng)副，允許位移滾輪13沿T形拉桿的橫臂的下表面左右往復(fù)移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)園周運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換，消除了載荷物在水平方向的偏移，本機(jī)構(gòu)的特征除了完成運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換以外，同時(shí)保證了力的轉(zhuǎn)換，T形拉桿的橫臂將載荷分配給兩個(gè)位移滾輪，隨著相對(duì)位置的變動(dòng)，滾輪上的兩個(gè)分力也在不斷變化，然而傳給載荷軸14上的合力則始終與載荷的大小相等(摩擦力不計(jì))，從而保持上述的力矩平衡方程不變。
實(shí)施例之二，本實(shí)施例是在前例結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上更換另一種彈簧，并取消間隔環(huán)4、5(見(jiàn)附圖5)本實(shí)施例的主要特征為采用一種新結(jié)構(gòu)碟形彈簧2，此新結(jié)構(gòu)碟形彈簧在自由狀態(tài)時(shí)，在其上下兩端面各加工出寬度為b，傾角為α1的傾斜面，見(jiàn)附圖6，此傾斜面是在熱處理工藝以后加工完成的，當(dāng)儲(chǔ)能部件裝配時(shí)，將碟簧的內(nèi)錐高h(yuǎn)1予壓到h2，此時(shí)傾角α1轉(zhuǎn)變?yōu)棣?，且α2＝0，見(jiàn)附圖7，此時(shí)碟形彈簧均處在待工作狀態(tài)，所有的接觸面都是平面接觸，所有平面均受到約2700kgf以上的予壓緊力(此值為用于管道支承的最小恒力裝置的予壓力)使碟形彈簧處在牢固的壓緊狀態(tài)。當(dāng)新結(jié)構(gòu)碟簧由予壓狀態(tài)轉(zhuǎn)入到工作狀態(tài)時(shí)，h2與φ2值逐漸減小，當(dāng)工作終了時(shí)其內(nèi)錐高h(yuǎn)2變?yōu)閔3，內(nèi)錐角φ2變?yōu)棣?，而傾角α2則變?yōu)棣?，且α3≈φ2－φ3＝2.8°，見(jiàn)附圖8，α3值的導(dǎo)出根據(jù)以下各式新結(jié)構(gòu)碟簧采用φ1≤7°，按照予壓變形量fmin＝0.35h1，最大工作變形量fmax＝0，75h1計(jì)算，h2＝h1-fmin＝0.65h1，h3＝h1-fmax＝0.25h1，經(jīng)推導(dǎo)得φ2≈0.65φ1，φ3≈0.25φ1，∴α3≈φ2－φ3＝2.8°。計(jì)算結(jié)果表明，各支承平面在工作時(shí)開(kāi)始有所轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)工作終了時(shí)，其最大轉(zhuǎn)動(dòng)角度近似為2.8°。當(dāng)支承面寬度b＝3mm時(shí)，碟簧外緣開(kāi)口處的縫隙約為Δ≤0.15mm。此時(shí)碟形彈簧正處于臨界滑移狀態(tài)，碟形彈簧將產(chǎn)生徑向滑移力PBC，由附圖8可得徑向滑移力PBC＝Psinα3＝0.05P法向壓力PAC＝Pcosα3＝0.999P法向壓力與徑向滑移力的比為PAC/PBC＞201所以新結(jié)構(gòu)碟形彈簧即使在工作終了狀態(tài)時(shí)，其支承面仍很穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生徑向滑移。由上述各關(guān)系式可導(dǎo)出新結(jié)構(gòu)碟彈的傾角α1的值為α1≈φ1－φ2≈0.35φ1，且內(nèi)錐高與厚度t之比s＜0.5，變形量f≈0.75h1。
實(shí)施例之三本實(shí)施例的主要特征是位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)與前例不同，其余結(jié)構(gòu)則完全相同，見(jiàn)附圖4，本實(shí)施例的位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)主要由內(nèi)滑輪19、鋼絲繩20(2件)、外滑輪21、接頭22(3件)、支架23構(gòu)成。本機(jī)構(gòu)的工作原理是，當(dāng)載荷物向下移動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)外滑輪21沿支架23的導(dǎo)槽移動(dòng)，將力通過(guò)鋼絲繩20、內(nèi)滑輪19傳至載荷軸14，通過(guò)載荷軸14的旋轉(zhuǎn)軌跡實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)與力矩的轉(zhuǎn)換。本實(shí)施例的特征在于通過(guò)內(nèi)外兩個(gè)動(dòng)滑輪的搭配，既可實(shí)現(xiàn)載荷物的直線位移，又極大地?cái)U(kuò)大了位移行程，使位移行程達(dá)到原來(lái)的4倍，本實(shí)施例特別適用于長(zhǎng)跨距柔索的懸掛。例如電氣化鐵路架空接觸線長(zhǎng)達(dá)1800M左右，要求張緊的位移量最大達(dá)1300mm，由于在高空懸掛，對(duì)自重十分敏感。應(yīng)用本例結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的恒力裝置其總體自重約為已知技術(shù)自重的二分之一。
權(quán)利要求1.一種新型彈簧恒力裝置，主要由儲(chǔ)能部件與運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換部件兩部分構(gòu)成，儲(chǔ)能部件包含彈簧片(2)、彈簧拉桿(3)、間隔環(huán)(4)、(5)、球面墊圈(6)、(7)、螺母8；運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換部件由拉桿軸(10)、主軸(11)、回轉(zhuǎn)框架(12)、載荷軸(14)以及位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)構(gòu)成；其中位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)分別由用于管道支承的位移轉(zhuǎn)換架(15)、位移滾輪(13)、限位滾輪(16)、T形載荷拉桿(17)、松緊螺母(18)、以及用于柔索懸掛的內(nèi)滑輪(19)、鋼絲繩(20)、外滑輪(21)、接頭(22)、支架(23)構(gòu)成，本裝置的特征在于(1)彈簧片具有精確的支承平面，保證工作時(shí)接觸穩(wěn)定可靠；(2)彈簧拉桿(3)與導(dǎo)向板(9)之間具有加長(zhǎng)的導(dǎo)向配合面，彈簧拉桿的一端設(shè)置有保證載荷垂直的球面墊圈，確保彈簧拉桿運(yùn)動(dòng)的直線性；(3)位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)新穎、緊湊，它與回轉(zhuǎn)框架配合，在保持載荷力矩與彈簧力矩平衡的同時(shí)[即Pzlcos(θ－φ)＝PTR。cosφ]可有效地將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的水平偏移量消除，而獲得充分的垂直位移。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型彈簧恒力裝置，其特征在于所述的彈簧片可采用一種園環(huán)形彈簧，它是一片園環(huán)形彈性平板，其主要參數(shù)為外半徑R，內(nèi)半徑r，C＝R/r，其載荷PT與變形量f的關(guān)系為f＝PTR2/(KEt2)，K＝[0.5514(C2－1)/C2＋1.614(1nC)2/(C2－1)]-1
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型彈簧恒力裝置，其特征在于所述的彈簧片可采用一種新結(jié)構(gòu)碟形彈簧，其參數(shù)為內(nèi)錐高h(yuǎn)1與厚度t之比S＜0.9，變形量f≈0.75h1，支承面傾角α1≈Φ1－Φ2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型彈簧恒力裝置，其特征在于所述的位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)中的T形載荷拉桿的豎直部分被限制在兩個(gè)限位滾輪(16)之間作垂直移動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型彈簧恒力裝置，其特征在于所述的位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)中的外滑輪(21)是以支架(23)的內(nèi)槽為導(dǎo)向而作垂直移動(dòng)。
專利摘要一種新型彈簧恒力裝置，用于熱力管道設(shè)備作為可隨動(dòng)的恒力支承裝置，同時(shí)可用于大跨度柔索如鋼絲繩，電纜等作為保持恒張力的平衡裝置，其特征是儲(chǔ)能部件中的彈簧具有穩(wěn)定的工作支承面，與球面墊圈副配合可正確地沿軸向變形而不發(fā)生徑向偏移；其運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換部件可將儲(chǔ)能部件的力矩轉(zhuǎn)換為恒力并使彈簧拉桿、載荷拉桿與外滑輪作直線移動(dòng)。本裝置結(jié)構(gòu)新穎、緊湊、體積小、重量輕。本實(shí)用新型屬機(jī)械工程領(lǐng)域。
文檔編號(hào)F16L3/00GK2219999SQ93247528
公開(kāi)日1996年2月14日 申請(qǐng)日期1993年12月14日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月14日
發(fā)明者金佩峰 申請(qǐng)人:金佩峰