[发明专利]双气缸铰链式大门机构

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种双气缸铰链式大门机构，属于大中型卧式容器的大门机构领域。 

【背景技术】

直径大于Φ4m的大中型卧式容器是进行各类大型地面模拟试验的主要场所，这类容器的大门直径通常与容器直筒段的直径相当，属于非标准设计。由于这类大门本身的结构较重，加上大门内安装的附属装置(比如热沉等)，大门总重可达几吨甚至十几吨，在长期使用中多数大门因为变形而发生工作故障或失效。 

对直径大于Φ4m卧式容器大门机构，主要的开启方式有单门轴式、多门轴式和平移式几种。在容器大门机构设计中，传统的单门轴开启方式结构最简单，但单门轴式在生产和组装过程中，由于加工和装配误差，通常会出现大门法兰端面与容器直筒段法兰端面不能完全贴合、容器不能可靠密封的问题。另外，单门轴长期承受整个大门的重载荷会使大门法兰产生较大变形，加剧两法兰端面的不贴合程度；强行关门时大门法兰会对密封圈产生斜剪切力，这种不对称力会把密封圈迅速剪断或是密封圈性能严重降低。 

为解决两法兰面的不贴合问题，设计人员提出了多门轴结构。每增加一个门轴(回转中心)就增加一个大门运动的自由度，能有效的解决两法兰端面的不贴合问题。通常主门轴靠其连接结构固定在地基或容器上，其余门轴悬空，各门轴之间用钢架相连。但连接钢架一般不能承受大门及附属机构的重力，门轴越多变形越大。另外，大门机构自由度增加会影响大门运动轨迹，增加控制难度，需要额外设计地面导轨或导引槽。 

卧式容器的平移式大门机构又分为吊挂式和小车式。吊挂式是在容器的大门侧建有横梁，大门吊挂在横梁上，靠电机控制大门在横梁上移动，横梁需大于两倍的大门直径。由于横梁的挠度变形较大，吊挂式大门的底部一般也需用钢架支撑。小车式是将大门安装在车架上，利用电机驱动小车移动实现大门的开闭，小车式对地面基建的要求较高，且大门沿容器轴线方向的移动设计难度大。平移式大门的缺点是占用的空间大；为使两法兰端面准确贴合，大门在容器轴线方向上的移动设计和控制较为困难。 

图1为中国空间环境模拟器KM6设备直径Φ6.5m的大门机构原理图^[1]，它集成了吊挂式和小车式的特点，靠一根主梁承受大门的主要重量，底部钢架进行辅助支撑。框架底部有4个心轴结构式的车轮，其中2个带电机驱动。大门吊杆是3自由度可调结构，有1个平衡装置保持大门吊挂的稳定性和垂直度，大门沿容器轴线的移动主要靠抽真空时的吸合和卸压后大门的自重被动实现。该大门结构的缺点是需要有地面导 轨；没能很好地解决关门时两法兰端面贴合的问题。 

图2为KM6载人舱直径5m的大门机构原理图^[2]。该结构是单门轴式的演变(图2-a)，利用两个距离2m的转臂把大门及法兰支撑在容器筒体上，转臂能以支撑座回转轴为中心转动。大门底部有两轮型支撑架，为消除支撑轮轴受到的扭矩，支撑轮设计成浮动式。该结构的优点靠回转臂将大门和容器连成整体，提高了整体强度；弹性支撑小车能分担部分大门机构的重力。缺点是大门在容器轴线方向不可调，会出现两法兰端面的不贴合问题；两轮支撑会出现轮子悬空的问题。 

总的来讲，大中型卧式容器的大门运行机构设计应考虑下述几个因素： 

1.大门运行机构占用空间小、对地面基建要求低； 

2.大门运行机构及大门法兰的受力变形； 

3.大门法兰面与容器直筒段法兰端面的贴合及密封； 

4.大门运行机构的自动化控制。 

参考文献 

[1]黄本诚《空间真空环境与真空技术》，国防工业出版社，2005.1； 

[2]陈金明《KM6载人舱Φ5m大门的结构设计》，环模技术，1996年第4期。 

【发明内容】

本发明的目的是设计一种应用于大中型卧式容器的铰链式大门机构。针对大直径大门自重引起的变形问题，提出“拉压双气缸-铰链连杆式”铰链结构，有效解决了大门自重引起的受力不对称及法兰端面不贴和的问题。 

双气缸铰链式大门机构包括铰链轴(1)、上铰链连杆(2)、下铰链连杆(3)、推力气缸(4)、拉力气缸(5)、铰链前盖(6)、铰链后盖(7)、轴瓦(8)、径向轴承(9)、推力轴承(10)、弹簧垫(11)、可调节弹簧(12)、支撑轮(13)、控制机构(14)、驱动电机(15)。 

双气缸铰链式大门机构的积极效果在于： 

1.铰链机构通过钢架和加强筋与大门和容器直筒段连成整体，提高了大门和铰链机构的刚度和强度；