專利名稱：準雙鉸鏈大門機構的制作方法
專利說明準雙鉸鏈大門機構 技術領域：
本發明涉及一種準雙鉸鏈大門機構，屬于大中型臥式容器的大門機構領域。
背景技術：
鉸鏈式大門機構是直徑大于Ф4m的的大中型臥式容器大門機構的常見形式，按鉸鏈軸個數分為單鉸鏈式和多鉸鏈式。單鉸鏈式結構簡單，但單鉸鏈式在生產和組裝過程中由于加工和裝配誤差，通常會出現大門“關不嚴”(大門法蘭端面與艙體法蘭端面不貼合以及兩法蘭端面的錯位)的問題。在長期運行過程中，由于大門自重導致的鉸鏈結構變形又會加劇“關不嚴”的程度，強行關門時大門法蘭會對密封圈產生斜剪切力，這種不對稱力會把密封圈迅速剪斷或使密封圈性能嚴重降低。多鉸鏈式大門機構能夠很好的解決大門“關不嚴”的問題，但每增加一個鉸鏈軸就增加一個大門機構運行的自由度，為大門機構的運行控制增加難度，需要額外增加控制導軌等附屬裝置。另外多鉸鏈式大門機構的結構強度比單鉸鏈式結構強度還差，如何加強鉸鏈結構的強度也是鉸鏈式大門結構需要考慮的重要因素。
總的來講，大中型臥式容器或艙體的鉸鏈式大門機構設計中應考慮以下因素(1)大門自重的有效承擔；(2)克服大門自重導致的結構變形；(3)大門結構變形后，保證艙體法蘭端面和大門法蘭端面貼合的補償機構。
發明內容
本發明公開了一種準雙鉸鏈式大門機構，準雙鉸鏈大門機構指大門的開閉靠雙鉸鏈機構實現，雙鉸鏈機構安裝在大門的一側，其中一鉸鏈能360°全轉，實現大門的開閉，另一軸轉動受限，補償大門關閉時兩法蘭端面不貼合的問題。
準雙鉸鏈大門機構包括鉸鏈前蓋(7、13)、鉸鏈連桿(9、14)、鉸鏈后蓋(11、15)、鉸鏈軸(8、10)和軸承(12、16)等。鉸鏈前蓋(7、13)與大門(4)及大門法蘭(3)用鋼架(5)連接，鉸鏈后蓋(11、15)與艙體(1)及艙體法蘭(2)用鋼架(6)連接，保證整個鉸鏈機構能有效承擔大門自重對鉸鏈機構產生的力和力矩。
大門(4)、鉸鏈前蓋(7、13)及連接鋼架(5)可繞鉸鏈前軸(8)作受限轉動，用于補償兩法蘭端面不貼合時的位移或錯位；大門(4)、鉸鏈前蓋(7、13)、鉸鏈前軸(8)、鉸鏈連桿(9、14)可繞鉸鏈后軸(10)作全軸轉動，實現大門(3、4)的開閉。
準雙鉸鏈大門機構的積極效果在于 1.鉸鏈前蓋(7、13)與大門及大門法蘭(3、4)用鋼架(5)連接，鉸鏈后蓋(11、15)與艙體(1)及艙體法蘭(2)用鋼架(6)連接，將大門(4)及準雙鉸鏈機構組成一個鋼性結構，把大門(4)的重量通過準雙鉸鏈機構作用到艙體(1)上，有效承擔大門的重力，并將大門自重對準雙鉸鏈機構產生的力和力矩分擔到連接鋼架(6)上。
2.大門(4)、鉸鏈前蓋(7、13)、鉸鏈前軸(8)、鉸鏈連桿(9、14)可繞鉸鏈后軸(10)作全軸轉動，實現大門(3、4)的開閉；大門(4)、鉸鏈前蓋(7、13)及連接鋼架(5)可繞鉸鏈前軸(8)作受限轉動，用于補償兩法蘭端面不貼合時的位移或錯位。
3.由于加工裝配誤差和大門自重導致的大門關閉后大門法蘭(3)與艙體法蘭(2)不貼合時，無論何種情況都可以通過鉸鏈前蓋(7、13)和鉸鏈后蓋(11、15)繞不同方向轉動進行補償，最終使兩法蘭端面完全貼合。
4.鉸鏈后軸(10)的軸線與鉸鏈前軸(8)的軸線所在的平面與艙體(1)的中軸線垂直，保證大門(3)繞鉸鏈后軸(10)轉動補償兩法蘭端面不貼合時，兩法蘭端面的錯位位移最小。
圖1準雙鉸鏈機構簡化圖 圖2準雙鉸鏈大門機構轉軸分析圖 圖3準雙鉸鏈大門機構原理圖 圖4準雙鉸鏈機構裝配圖 圖5準雙鉸鏈機構位移補償原理圖 圖6準雙鉸鏈機構受限轉動角度分析圖 圖中1-艙體，2-艙體法蘭，3-大門法蘭，4-大門封頭，5-大門加強筋，6-艙體加強筋，7-上鉸鏈前蓋，8-鉸鏈前軸，9-上鉸鏈連桿，10-鉸鏈后軸，11-上鉸鏈后蓋，12-圓錐軸承，13-下鉸鏈前蓋，14-下鉸鏈連桿，15-鉸鏈后蓋，16圓柱軸承，17-軸承支架，18-防污染蓋，19-限轉連桿，20-限轉銷釘。
具體實施方式
下面結合附圖進一步說明本發明。
準雙鉸鏈機構可簡化為化為三連桿機構，如圖1所示，由于鉸鏈后軸(10)與鉸鏈后蓋(11、15)相連，且鉸鏈后蓋(11、15)固定到艙體(1)上，易知鉸鏈后軸(10)的位置固定，鉸鏈前軸(8)由于與鉸鏈前蓋(9、14)相連且隨大門(4)一起運動，所以鉸鏈前軸(8)的位置不定。兩鉸鏈軸間用鉸鏈連桿(9、14)相連，設鉸鏈連桿(9、14)長都為L。鉸鏈后蓋(11、15)連接到艙體(1)或艙體法蘭(2)上，長都為L1，另一端連接在鉸鏈后軸(10)上。鉸鏈前蓋(7、13)一端連接到大門法蘭(3)上，另一端連接到鉸鏈前軸(8)上，長都為L2。準雙鉸鏈大門機構的設計目標是使整個鉸鏈機構的力臂最短，即在保證鉸鏈結構功能實現的前提下，鉸鏈前蓋(7、13)L2、鉸鏈連桿(9、14)L、鉸鏈后蓋(11、15)L1都應最短。
理想狀態下，當大門(4)關閉時，假設鉸鏈前蓋(7、13)、鉸鏈連桿(9、14)和鉸鏈后蓋(11、15)的位置關系如圖1所示，兩鉸鏈軸(8、10)軸線所在的平面不能與艙體(1)的中軸線平行(即α≠0)，否則鉸鏈后蓋(11、15)與鉸鏈連桿(9、14)會在鉸鏈后軸(10)配合處出現“死點”，設鉸鏈連桿(9、14)的軸線與艙體(1)的軸線間的夾角為α。假設將鉸鏈后軸(10)作為360度全轉軸時，鉸鏈前軸(8)為受限轉動軸，鉸鏈后軸(10)的位置確定與調節兩法蘭端面的能力有關，假設兩法蘭端面不貼合距離為w，為補償不貼合距離w，鉸鏈后軸(10)的轉動角度為β，從圖中可得以下幾何關系 公式1 公式1中s為鉸鏈前蓋(7、13)沿垂直艙體軸向方向的移動距離(兩法蘭端面錯位位移)，在準雙鉸鏈大門機構的設計中，錯位位移s會使法蘭上的密封圈受到剪切力而失效，所以應盡量避免或使s的值最小。由公式1可知，鉸鏈后軸(10)的轉動角度很小，可以認為是定值，鉸鏈連桿(9、14)L的長度也為定值，所以錯位位移s與鉸鏈連桿(9、14)軸線與艙體(1)軸線的夾角α的余弦有關，當α為90度時錯位位移最小，即理想狀態下大門關閉后，鉸鏈連桿(9、14)的軸線應與鉸鏈前蓋(7、13)的軸線重合。
圖2中左圖為理想狀態下大門(4)關閉后示意圖，當大門(4)打開時，選擇不同的軸作為全轉軸，會有兩種不同情況。假設鉸鏈前軸(8)為全轉軸，如圖2中中圖所示；假設鉸鏈后軸(10)為全轉軸，如圖2中右圖所示。從圖中可以看出，大門(4)繞鉸鏈前軸(8)開閉時大門(4)的運行軌跡最小，大門(4)運行所需的空間較小，此時將鉸鏈前軸(8)作為全轉軸較為理想。但是，將鉸鏈前軸(8)作為全轉軸，大門(4)處于打開狀態時，上下鉸鏈連桿(9、14)受到的力不在鉸鏈連桿(9、14)所在的平面內，上鉸鏈連桿(9)受到大門(4)重力P衍生的拉力F，下鉸鏈連桿(14)受到大門(4)自重P衍生的推力F1，兩個力與鉸鏈連桿(9、14)所在的平面所成的角度接近90度。由于上下鉸鏈連桿(9、14)為平面鋼架結構，對在平面鋼架所在平面內的力承力效果較好，而對不在平面內的力承力效果較差。
從上述分析可知，準雙鉸鏈大門機構不宜選擇鉸鏈前軸(8)作為全轉軸。鉸鏈后軸(10)作為全轉軸時，大門(4)運動時，上下鉸鏈前蓋(7、13)組成的平面鋼架與上下鉸鏈連桿(9、14)組成的平面鋼架基本位于同一平面內，且大門(4)重力P也基本處于該平面內，通過加強上下鉸鏈前蓋(7、13)組成的平面鋼架和上下鉸鏈連桿(9、14)組成的平面鋼架的強度，即可抵銷大門(4)自重對鋼架的力和力矩。
根據以上結論設計準雙鉸鏈大門機構如圖3所示，鉸鏈機構裝配圖如圖4所示，鉸鏈前軸(8)的上部受力單元為圓錐滾子軸承(12)，既承擔徑向力又承擔軸向力，鉸鏈前軸(8)的下部受力單元為圓柱滾子軸承(16)，只承擔徑向力，鉸鏈后軸(10)的上部、下部受力單元與鉸鏈前軸(8)類似。鉸鏈前蓋(7、13)可繞鉸鏈前軸(8)微轉動，鉸鏈前軸(8)與鉸鏈連桿(9、14)用鍵連接固定，鉸鏈連桿(9、14)可繞鉸鏈后軸(10)全軸轉動，鉸鏈后軸(10)與鉸鏈后蓋(11、15)用鍵連接固定。鉸鏈前軸(8)的微轉通過安裝在鉸鏈前軸(8)中部的限轉連桿(19)與限轉銷釘(20)實現，限轉連桿(19)的另一端與大門(4)和大門法蘭(3)用鋼架固定。
下面進一步結合附圖5說明準雙鉸鏈大門機構在大門(4)關閉時出現大門法蘭(3)端面和艙體法蘭(2)端面不貼合時的補償功能。準雙鉸鏈大門機構由于加工裝配的誤差和大門自重引起的鉸鏈機構變形，會導致鉸鏈機構偏離理論設計位置，從而出現大門(4)關閉時大門法蘭端面與艙體法蘭端面不貼合的情況。圖5中左圖為理想狀態下大門(4)關閉后鉸鏈機構的位置示意圖，當鉸鏈機構偏離理論設計位置時分兩種情況當鉸鏈后軸(10)落于設計點右側時，如圖5中中圖所示，大門關閉后大門法蘭與艙體法蘭在靠近鉸鏈處有間隙而遠端接觸，此時鉸鏈連桿(9、14)逆時針微轉，鉸鏈前蓋(7、13)順時針微轉即可補償兩法蘭端面不貼合問題；當鉸鏈后軸(10)落于設計點左側時，如圖5中右圖所示，大門(4)關閉后大門法蘭(3)與艙體法蘭(2)在靠近鉸鏈位置接觸而遠端有間隙，此時鉸鏈連桿(9、14)順時針微轉，鉸鏈前蓋(7、13)逆時針微轉即可補償兩法蘭端面不貼合的問題。
鉸鏈前軸(8)受限轉動的可轉角度θ大小與鉸鏈前蓋(7、13)的長度L2和軸向不貼合距離w有關，如圖6所示，分析其幾何關系得到 w＝L2·sinθ公式2 從公式2可知，可轉角度θ一定時，鉸鏈前蓋(7、13)L2越長，調節不貼合距離w越大，假設鉸鏈前蓋(7、13)長L2＝150mm，設計可調不貼合距離w≥10mm時，只需可轉角度θ≥3.8度。
權利要求
1、準雙鉸鏈大門機構包括鉸鏈前蓋(7、13)、鉸鏈連桿(9、14)、鉸鏈后蓋(11、15)、鉸鏈軸(8、10)、軸承(12、16)和限轉連桿(19)、限轉銷釘(20)等。鉸鏈前蓋(7、13)與大門(4)及大門法蘭(3)用鋼架(5)連接；鉸鏈后蓋(11、15)與艙體(1)及艙體法蘭(2)用鋼架(6)連接；大門(4)、鉸鏈前蓋(7、13)及連接鋼架(5)可繞鉸鏈前軸(8)作受限轉動；大門(4)、鉸鏈前蓋(7、13)、鉸鏈前軸(8)、鉸鏈連桿(9、14)可繞鉸鏈后軸(10)作全軸轉動。
2、如權利要求1所述的準雙鉸鏈大門機構，其特征在于鉸鏈前蓋(7、13)與大門及大門法蘭(3、4)用鋼架(5)連接，鉸鏈后蓋(11、15)與艙體(1)及艙體法蘭(2)用鋼架(6)連接，將大門(4)及準雙鉸鏈鉸鏈機構組成一個鋼性結構，把大門(4)的重量通過準雙鉸鏈機構作用到艙體(1)上，有效承擔大門的重力，并將大門自重對準雙鉸鏈機構產生的力和力矩分擔到連接鋼架(6)上。
3、如權利要求1所述的準雙鉸鏈大門機構，其特征在于鉸鏈前軸(8)的上受力單元由圓錐滾子軸承分別承擔徑向力和軸向力，鉸鏈前軸(8)的下受力單元由圓柱滾子軸承承擔徑向力；鉸鏈后軸(10)的上受力單元由圓錐滾子軸承分別承擔徑向力和軸向力，鉸鏈后軸(10)的下受力單元由圓柱滾子軸承承擔徑向力。
4、如權利要求1所述的準雙鉸鏈大門機構，其特征在于大門(4)、鉸鏈前蓋(7、13)、鉸鏈前軸(8)、鉸鏈連桿(9、14)可繞鉸鏈后軸(10)作全軸轉動，實現大門(3、4)的開閉；大門(4)、鉸鏈前蓋(7、13)及連接鋼架(5)可繞鉸鏈前軸(8)作受限轉動，用于補償兩法蘭端面不貼合時的位移或錯位。
5、如權利要求1所述的準雙鉸鏈大門機構，其特征在于雖然大門(4)繞鉸鏈后軸(10)作全軸轉動比繞鉸鏈前軸(8)作全軸轉動時的運行軌跡大，但繞鉸鏈后軸做全軸轉動能有效改善準雙鉸鏈大門機構的受力狀況。
6、如權利要求1所述的準雙鉸鏈大門機構，其特征在于鉸鏈后軸(10)的軸線與鉸鏈前軸(8)的軸線所在的平面與艙體(1)的中軸線垂直，保證大門(3)繞鉸鏈后軸(10)轉動補償兩法蘭端面不貼合時，兩法蘭端面的錯位位移最小。
7、如權利要求1所述的準雙鉸鏈大門機構，其特征在于由于加工裝配誤差和大門自重導致的結構變形，大門關閉時會出現大門法蘭(3)與艙體法蘭(2)的端面不貼合的情況，無論何種情況都可以通過鉸鏈前蓋(7、13)和鉸鏈后蓋(11、15)繞不同方向轉動進行補償，最終使兩法蘭端面完全貼合。
全文摘要
本發明公開了一種是用于大中型臥式容器的準雙鉸鏈大門機構，包括鉸鏈前蓋(7、13)、鉸鏈連桿(9、14)、鉸鏈后蓋(11、15)、鉸鏈軸(8、10)、軸承(12、16)和限轉連桿(19)限轉銷釘(20)等。鉸鏈前蓋(7、13)與大門及大門法蘭(3、4)用鋼架(5)連接，鉸鏈后蓋(11、15)與艙體(1)及艙體法蘭(2)用鋼架(6)連接，將大門(4)及準雙鉸鏈鉸鏈機構組成一個鋼性結構。大門(4)、鉸鏈前蓋(7、13)及連接鋼架(5)可繞鉸鏈前軸(8)作受限轉動，轉動角度與設計調節距離有關；大門(4)、鉸鏈前蓋(7、13)、鉸鏈前軸(8)、鉸鏈連桿(9、14)可繞鉸鏈后軸(10)作全軸轉動，實現大門的開閉。由于加工裝配誤差和大門自重導致的大門關閉后出現的任何大門法蘭(3)與艙體法蘭(2)不貼合的情況，都可以通過鉸鏈前蓋(7、13)和鉸鏈連桿(9、14)繞不同方向轉動進行補償，最終使兩法蘭端面完全貼合。
文檔編號B65D90/00GK101602430SQ200910088129
公開日2009年12月16日 申請日期2009年7月6日 優先權日2009年7月6日
發明者蔡國飆, 王文龍, 凌桂龍, 黃本誠, 張國舟, 李曉娟 申請人:北京航空航天大學