CN111619832A - 一种油气支承***气囊式安全防护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油气支承***气囊式安全防护装置，包括承力板和气囊防护组元，两者通过限位机构连接，所述气囊防护组元包括气囊组和承力框架，气囊组安装在承力框架上，在承力框架上能够旋转和径向滑动，每个承力框架上安装三组气囊组，每两组气囊组之间有一个安装支座。本发明具有支撑刚度低的特点，可缩短安全距离，进而实现试验件小倾斜角状态的横向稳定支撑。同时增大的支撑力作用面积和可调节的支撑角度，确保了支撑面的面接触载荷均匀，降低了对试验件的局部压强，特别适用于大尺寸低刚度结构件的横向稳定支撑。

Description

一种油气支承***气囊式安全防护装置

技术领域

本发明属于自由边界模拟技术，具体涉及一种油气支承***气囊式安全防护装置。

背景技术

航天运载器的稳定***设计、全箭结构动载荷计算以及箭/器动力学耦合分析的基础和依据之一是掌握其动力学特性，因此如何准确获取航天运载器的结构动力学参数，直接关系到航天运载器的飞行的成败。目前最为有效直接的获取手段是开展航天运载器的全箭模态试验。而航天运载器动力学特性试验的实施需要模拟航天飞行器飞行状态的自由-自由边界条件。我国对于常规尺寸航天飞行器结构自由边界模拟的相关技术已经成熟，并积累了丰富的经验。可以说现有技术已经达到了国外相关试验技术的领先水平。但是随着国家研制新型运载器型号的发展，传统经典的钢丝绳悬吊技术出现了一些弊端，如随着新型运载器尺寸大，需要配套建设更大尺寸的全箭模态试验场地，即全箭振动塔，增加成本；另外钢丝绳悬吊在个别状态会出现由于钢丝绳弦振动导致影响结构动特性参数精度的问题。因此一种新型的边界模拟技术得到发展，即基于油气支承原理的自由边界模拟技术，相对于经典的竖直悬吊方式，其不具有无横向稳定***状态下的竖直稳定性，其需要一套更为复杂的横向稳定装置保证***的居中状态和竖立稳定性，同时横向稳定装置的刚度设计也需满足相关标准中规定的附加质量和附加刚度要求。

基于油气支承的自由边界模拟***，相对于传统悬吊自由边界模拟***，其具有更大的静不稳定性。所以基于油气支承的自由边界模拟***的安全防护装置的设计是必须配套的，对于大尺寸大重量的试验件倾斜状态的安全防护需要更大的横向支撑防护。

传统试验件自由边界模拟***的安全防护装置设计，多采用金属结构件搭建框架，框架与固定平台固定或是嵌套，然后在框架内侧粘贴毛毡，安全防护装置与试验件的安全距离多保持在100mm距离左右。这种设计方案在小尺寸结构件防倾倒安全防护上得到了广泛应用，因为小尺寸结构件倾倒横向支撑力小，对试验件局部强度要求低。但是对于大尺寸结构件如重型运载，其倾倒需要较大的横向支撑力，但是为满足试验件结构的局部强度要求，横向支撑装置需要更大的作用面积，传统的设计思路并不能通过放大来实现此项使用需求。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种油气支承***气囊式安全防护装置，将毛毡更换为分组式气囊，缩小安全防护装置与试验件的安全距离，降低试验件倾斜角度，同时气囊可提供较大的支撑力作用面积，进而实现大尺寸大质量结构件倾斜安全防护需求。

一种油气支承***气囊式安全防护装置，包括承力板和气囊防护组元，两者通过限位机构连接，所述气囊防护组元包括气囊组和承力框架，气囊组安装在承力框架上，在承力框架上能够旋转和径向滑动，每个承力框架上安装三组气囊组，每两组气囊组之间有一个安装支座。

所述限位机构包括两个摆杆和安装在承力板上的导向槽，所述两个摆杆一端通过销轴与安装支座连接，另一端与所述导向槽内的滑块连接，滑块在导向槽内定向运动，滑块运动方向上安装复位弹簧上和复位弹簧下。

进一步的，所述导向槽两端连接导向槽盖板。

进一步的，所述导向槽盖板上留有螺纹孔。

所述气囊组包括两个气囊。

进一步的，所述两个气囊上下叠放，气囊两侧通过气囊间连接带捆扎在一起，两个气囊之间有通孔。

进一步的，所述气囊含内胆，外侧是弹性包覆层。

进一步的，所述气囊有防漏气阀门。

本发明的有益效果如下：

气囊式安全防护装置具有支撑刚度低的特点，可缩短安全距离，进而实现试验件小倾斜角状态的横向稳定支撑。同时增大的支撑力作用面积和可调节的支撑角度，确保了支撑面的面接触载荷均匀，降低了对试验件的局部压强，特别适用于大尺寸低刚度结构件的横向稳定支撑。

附图说明

图1是气囊组组成示意图；

图2是气囊防护组元组成示意图；

图3是气囊防护组元限位机构示意图；

图4是两个气囊防护组元连接示意图；

图5是气囊式安全防护装置示意图；

图6是气囊式安全防护装置安装状态示意图；

其中，1-气囊；2-气囊间连接带；3-承力框架；4-安装支座；5-摆杆；6-滑块；7-导向槽；8-导向槽盖板；9-复位弹簧上；10-复位弹簧下；11-承力板

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案做进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明要求保护的范围。

如图1所示，由于试验件尺寸较大，工程上较少有大尺寸气囊，为降低成本，同时提高***可靠性，本发明使用多组小气囊并联的方案；气囊2选取含内胆，外侧是防割性包覆层的结构形式，带防漏气阀门。两个气囊1上下叠放，气囊1的两侧通过气囊间连接带2捆扎在一起，气囊1之间形成通孔的状态，最终形成气囊组的状态。

如图2所示，两个气囊组成的气囊组安装在承力框架3上，每个承力框架3安装任意数量气囊组，构成一个气囊防护组元。每个气囊防护组元的承力框架3上包括多个安装支座4，安装在安装支座4上的气囊组具有一定范围的旋转及径向滑动的能力；每两个气囊组之间有一个安装支座4，安装支座4用于连接限位机构。

如图3所示，限位机构具有支撑整个气囊防护组元重量的作用，同时具有一定的空间运动范围，确保气囊防护组元提供支撑力状态，限位机构的空间位置变化可确保气囊防护组元能够适应试验件表面倾斜的支撑状态和气囊受压的弹性变形位移需求。限位机构的两个摆杆5一端通过销轴与气囊防护组元承力框架3上的安装支座4连接，另一端与导向槽7内的滑块6连接，滑块6在导向槽7内定向运动，在滑块6运动方向上安装复位弹簧上9和复位弹簧下10，这确保气囊防护组元受压状态更改为非受压状态后恢复其初始安装状态；在导向槽7两端是导向槽盖板8，用于滑块6和复位弹簧上9和复位弹簧下10的安装。在导向槽盖板8上留有螺纹孔，用于进行复位弹簧上9和复位弹簧下10的调节，进而实现对气囊防护组元控制支撑位置的有限空间位置调节能力。导向槽7可根据需要安装在承力板11上，承力板11安装在试验现场的操作平台上。

根据试验件结构状态，进行气囊防护装置的安装，包括气囊防护组元的数量和安装间距，确保气囊防护装置支撑面积满足结构件局部强度要求。

上述安装方案确定后，在承力板上根据位置安装限位机构，每个气囊防护组元与两个限位机构连接，安装工作进行对其孔位安装销轴即可，达到简化了安装工作量；同时安装前每组气囊防护组元的气囊是不充气状态，轻量化的设计，确保安装的方便快捷；

所有气囊防护组元安装完成后，通过压力监测，将气囊增压到指定的压力范围。关闭气囊进气阀门，如需维护和更换损坏气囊仅需，拆卸下相应的气囊防护组元进行更换或维修即可，降低了使用维护成本。

以某工程实例为例说明本发明的具体实施方式：

1)首先确定试验件可用于横向安全保护支撑的部位，基于油气支承的模态试验***，需要对试验件进行充分的横向防倾倒安全防护，本实施例选取的横向安全保护支撑的部位一般位于试验件重心以上可承受径向力的部位，如加筋舱段、前裙、法兰等刚度大的部位；

2)计算试验件最大倾斜状态横向安全保护支撑的部位需提供的横向支撑力；计算方法是最大倾斜状态重心的倾倒力矩与横向安全保护横向支撑力的平衡力矩相等进行计算得到。本例试验件直径2.5m，重心高10m，横向支撑位置高12m,横向支撑位置安全距离0.1m，试验件质量100000kg，那么倾斜状态下横向支撑位置需提供的支撑力为7000N；

3)气囊选型，主要确定气囊的支撑高度尺寸范围，主要依据是气囊提供支撑力状态对于试验件的压强状态，两个气囊1通过气囊间连接带2连成一个气囊组；本例试验件横向支撑位置允许压强为20MPa，横向支撑轴向角度范围为5度，那么气囊的支撑高度尺寸要求不小于160mm；

4)确定横向安全保护支撑承力板11在试验场地的操作平台上的安装技术状态，指导承力板11的设计；本实例试验场地的操作平台为直径3m圆形结构，横向安全保护支撑承力板的外径与3m平台配合；

5)根据承力板11的设计状态，确定气囊1长度尺寸范围；

6)每三个不等数量的气囊组套入组元承力框架3构成气囊防护组元；

7)在承力板11将安装支座4安装就位；

8)气囊防护组元通过安装支座4与承力板11连接；

9)所有气囊防护组元安装就位后，调整滑块6的位置位于安装支座4的中间，确保气囊防护组元的空间位置处于可横向支撑状态；

10)对气囊1加气，处于0.05Mpa的工作压力状态，观察摆杆5、滑块6、复位弹簧上9和复位弹簧下10的工作状态是否顺畅；

11)使用期间，检查气囊1的密封性和压力状态。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专利技术人员来说是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。

Claims (8)

1.一种油气支承***气囊式安全防护装置，其特征在于，包括承力板和气囊防护组元，两者通过限位机构连接，所述气囊防护组元包括气囊组和承力框架，气囊组安装在承力框架上，在承力框架上能够旋转和径向滑动，每个承力框架上安装三组气囊组，每两组气囊组之间有一个安装支座。

2.根据权利要求1所述的安全防护装置，其特征在于，所述限位机构包括两个摆杆和安装在承力板上的导向槽，所述两个摆杆一端通过销轴与安装支座连接，另一端与所述导向槽内的滑块连接，滑块在导向槽内定向运动，滑块运动方向上安装复位弹簧上和复位弹簧下。

3.根据权利要求2所述的安全防护装置，其特征在于，所述导向槽两端连接导向槽盖板。

4.根据权利要求3所述的安全防护装置，其特征在于，所述导向槽盖板上留有螺纹孔。

5.根据权利要求1-4所述的安全防护装置，其特征在于，所述气囊组包括两个气囊。

6.根据权利要求5所述的安全防护装置，其特征在于，所述两个气囊上下叠放，气囊两侧通过气囊间连接带捆扎在一起，两个气囊之间有通孔。

7.根据权利要求6所述的安全防护装置，其特征在于，所述气囊含内胆，外侧是弹性包覆层。

8.根据权利要求7所述的安全防护装置，其特征在于，所述气囊有防漏气阀门。

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