[发明专利]一种主辅式恒力弹簧支吊架刀形凸轮曲线的设计方法

说明书

一种主辅式恒力弹簧支吊架刀形凸轮曲线的设计方法，属于主辅式恒力弹簧支吊架技术领域。其特征在于，包括如下步骤：步骤1001，确定运动过程中的能量转移关系；步骤1002，确定主簧和辅簧的弹簧力；步骤1003，建立刀型凸轮的转角与负载管垂直位移的微分方程；步骤1004，根据步骤1003建立相应椭圆方程；步骤1005建立支吊架的刀型凸轮轮廓曲线的设计方程。在本主辅式恒力弹簧支吊架刀形凸轮曲线的设计方法中，根据恒力弹簧支吊架运动过程中的能量变化，利用主、辅簧刚度、设计载荷、恒力行程以及其它结构尺寸参数对恒力弹簧支吊架刀型凸轮曲线进行设计，计算过程简化少，所得结果形式简单，模型误差小。

技术领域

一种主辅式恒力弹簧支吊架刀形凸轮曲线的设计方法，属于主辅式恒力弹簧支吊架技术领域。

背景技术

火力发电厂、核电站、石油化工和供暖企业等均需要短则数百米、长则上百千米的输送管道实现气、水、烟、风等物料输送，且需要在复杂交变的内部温度、压力、流体载荷和外部风、雨、冲击载荷下持续可靠工作。由于输送管道的承载波动以及管壁热胀冷缩，管道会产生几十甚至数百毫米的竖直变形。若采用刚性支架支撑，会妨碍管道竖直变形，产生很大的附加一次、二次应力以及局部应力集中，并且通过管道系统将此力传递到固定支架和相连的设备上，对这些设备的安全构成破坏，严重影响管道设备及周边环境安全；若采用普通弹簧支撑，虽然能在一定程度上减少附加应力，但管道支点载荷与竖直位移成正比，无法从根本上消除管道附加应力。目前，输送管道大量采用各式主辅式恒力弹簧支吊架进行支撑，以保证管道合理变形，避免荷载转移、减少管道和接口应力。

目前，德国LISEGA公司开发的主辅式恒力弹簧支吊架是近年来高精度主辅式恒力弹簧支吊架的典型形式。刀型凸轮是主辅式恒力弹簧支吊架的核心部件，其曲线的设计精度直接影响支吊架支撑力的恒定度。刘卡壬等在期刊《核动力工程》上所发表的《主辅式恒力弹簧支吊架凸轮曲线的设计与优化》一文中，公开了一种主辅式恒力弹簧支吊架刀型凸轮曲线的设计方法，其方法是根据力平衡原理推导凸轮曲线的微分方程，然后利用软件对具体参数求解方程的数值解，该方法的不足之处是：(1)设计公式为非线性微分方程，形式复杂，求解困难；(2)公式推导过程中多次涉及小转角假设，角度近似造成计算误差累计，影响刀型凸轮设计精度。因此，建立一种准确、可靠的刀型凸轮轮廓曲线的设计方法，为主辅式恒力弹簧支吊架刀型凸轮轮廓曲线的设计提供可靠的技术方法，以提高支吊架产品的设计水平、可靠性及支撑恒定度，是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种根据恒力弹簧支吊架运动过程中的能量变化，利用主、辅簧刚度、设计载荷、恒力行程以及其它结构尺寸参数对恒力弹簧支吊架刀型凸轮曲线进行设计，计算过程简化少，所得结果形式简单，模型误差小的主辅式恒力弹簧支吊架刀形凸轮曲线的设计方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该主辅式恒力弹簧支吊架刀形凸轮曲线的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1001，确定主辅式恒力弹簧支吊架运动过程中的能量转移关系；

步骤1002，分别确定主辅式恒力弹簧支吊架运动过程中主簧和辅簧的弹簧力；

步骤1003，建立刀型凸轮的转角与负载管垂直位移的微分方程；

步骤1004，对步骤1003中得到的微分方程积分，得到刀型凸轮的转角与负载管的垂直位移的椭圆方程；

步骤1005，建立支吊架的刀型凸轮轮廓曲线的设计方程。

优选的，步骤1001中所述能量转移关系的表达式为：

其中，F为输出载荷，F₁为主簧的弹簧力，F₂为辅簧的弹簧力，h为辅簧与刀型凸轮接点到凸轮转轴的垂直距离，表示从全局坐标系XOY沿顺时针方向到随体坐标系ξoη的转角，y表示负载管垂直位移。