一种液体火箭发动机高温正火工装及其使用方法
阅读说明：本技术 一种液体火箭发动机高温正火工装及其使用方法 (High-temperature normalizing tool for liquid rocket engine and using method thereof ) 是由 卢博 马晓维 刘广续 马尧 许桐晔 周怡婷 张萌 于 2021-09-16 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种液体火箭发动机高温正火工装及其使用方法,包括吊头、圆盘、支撑柱、定位套、定位环、定位排、定位销结构；所述圆盘与吊头通过定位套、定位环、定位排、定位销固定在支撑柱上,圆盘可双面使用,减少圆盘热变形；所述吊头可在冷态及热态时将工装直接通过吊车吊出或放入炉体；所述圆盘用于放置需正火处理的发动机产品,圆盘为圆形镂空状,减轻自重与吸热量的同时便于热空气流通；所述支撑柱布置在圆盘四周,最大限度增加圆盘承载空间。本发明工装可一次完成发动机产品正火过程,无需特殊起吊装置辅助,使用方便,双层圆盘,承载空间大,可拆卸调节,使用寿命长。(The invention provides a high-temperature normalizing tool for a liquid rocket engine and a using method thereof, wherein the high-temperature normalizing tool comprises a hanging head, a disc, a supporting column, a positioning sleeve, a positioning ring, a positioning row and a positioning pin structure; the disc and the hanging head are fixed on the support column through the positioning sleeve, the positioning ring, the positioning row and the positioning pin, the disc can be used on two sides, and thermal deformation of the disc is reduced; the hanging head can directly hang the tool out of or put the tool into the furnace body through a crane in cold and hot states; the disc is used for placing engine products needing normalizing treatment, is in a circular hollow shape, reduces self weight and heat absorption capacity, and facilitates hot air circulation; the support columns are arranged around the disc, so that the disc bearing space is increased to the maximum extent. The tool can finish the normalizing process of an engine product at one time, does not need the assistance of a special hoisting device, is convenient to use, has double layers of discs, large bearing space, can be detachably adjusted, and has long service life.)
技术领域
本发明属于液体火箭发动机制造技术领域，特别涉及一种液体火箭发动机高温正火工装及其使用方法。
背景技术
随着我国航天事业的迅猛发展，宇航发射任务逐年增加，国家对液体火箭发动机的生产质量和效率提出了更高的要求，高温正火工装是发动机零部件热处理过程中必不可少的工艺装备，用来将发动机零部件起吊至井式炉内，随着发动机产品一起进行热处理，并在热处理结束后将发动机零部件起吊出井式炉进行后续处理，原有工装使用过程中存在着承载空间及承载重量不足、热变形快，使用寿命短，无法实现热吊装等缺点。
发明内容
为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种液体火箭发动机高温正火工装及其使用方法，能够一次完成1000℃以上发动机产品正火过程，无需特殊起吊装置辅助，具有使用方便，承载空间及承载量大，使用寿命长等优点，从而完成本发明。
本发明提供的技术方案如下：
第一方面，一种液体火箭发动机高温正火工装，包括吊头、圆盘、支撑柱、定位套和定位排；所述吊头为工字状结构，包括横梁和固定在横梁两端的竖梁，竖梁的两端为纵向通孔I，用于套设支撑柱，各纵向通孔I上加工有一对定位孔I，通过穿设定位孔I的定位排，将竖梁与支撑柱固定安装；
所述圆盘为圆形镂空状结构，圆盘的盘面上开设有纵向通孔II，用于套设在支撑柱的外部；所述圆盘分为底层圆盘及其上部圆盘，圆盘上承载需正火的发动机产品，底层圆盘形成工装的底盘，底层圆盘及其上部各圆盘之间安装有定位套；所述定位套为圆管状，定位套套设在支撑柱上，用于支撑底层圆盘上部的圆盘，通过调整定位套的数量调整底层圆盘上部各圆盘的高度。
进一步地，所述横梁为方形空心钢，高度由中间向两边递减，并在中部开设起吊孔；所述横梁的长度为两竖梁间距的1.2倍以上；所述横梁与竖梁的连接位置两侧有三角形加强筋。
进一步地，所述竖梁为方形空心钢，高度由中间向两边递减，竖梁中部区域开设减重孔；所述竖梁两端的纵向通孔I的内径为支撑柱外径的1.05-1.1倍，定位孔I与定位排的配合尺寸不大于0.2mm。
进一步地，所述圆盘包括外围圆环及内部正交的梁，正交的梁之间形成正交通孔，至少两对能够围成矩形的梁的两端开设有纵向通孔II，用于套设在支撑柱的外部。
进一步地，所述圆盘的外围圆环和梁为工字梁，梁与梁的腹板正交形成方形钢，优选梁与梁的上下翼板相接处成45°圆滑过渡。
进一步地，所述圆盘上的纵向通孔II为上下对称的台阶状圆形通孔，包括中部小内径段和两端大内径段，纵向通孔II与支撑柱为间隙配合。
进一步地，所述圆盘的外围圆环上加工有数个纵向开口，使完整的圆环分割成多个圆弧段，优选纵向开口位置位于圆心角大于等于45°对应的圆弧段上。
进一步地，所述定位套上开设有对称的径向通孔，支撑柱上对应高度加工有径向通孔，通过穿设两对应径向通孔的杆状结构件，对定位套在支撑柱上定位。
进一步地，定位套与支撑柱为间隙配合，配合间隙为0.1～0.3mm；定位套与圆盘纵向通孔II的大内径段为间隙配合，配合间隙为0.2～0.4mm。
进一步地，最上层圆盘的纵向通孔II的上部大内径段中安装有定位环；所述定位环为圆环状，优选定位环与支撑柱为间隙配合，配合间隙为0.1～0.3mm，定位环与圆盘的纵向通孔II的上部大内径段为间隙配合，配合间隙为0.2mm-0.4mm，定位环的高度不小于圆盘纵向通孔II的上部大内径段高度。
进一步地，所述支撑柱包括底座和立柱，底座套设在立柱底端，用于稳固立柱；立柱一端开设有定位孔II，定位孔II的数量及尺寸与吊头竖梁上定位孔I一致，用于穿设定位排后支撑吊头。
进一步地，所述底座与立柱为焊接固定，底座为圆环状，内侧上下两端开设有30°～60°夹角的坡口，用于与立柱焊接。
进一步地，所述底座的高度(不含坡口段)≥2mm，整体高度等于圆盘纵向通孔II的下部大内径段高度，内圆直径大于立柱直径0.1～0.3mm，外圆直径大于圆盘上纵向通孔II的中部小内径段，与纵向通孔II的下部大内径段为间隙配合，配合间隙为0.2mm-0.4mm。
进一步地，所述定位排为板状结构，截面尺寸小于竖梁上定位孔I及支撑柱上定位孔II，优选定位排的板面上一端开有设有板面通孔，另一端加工有凸起，板面通孔到凸起处的距离大于吊头上纵向通孔I的外径，板面通孔和凸起位于纵向通孔I的两端，通过在板面通孔中插入定位销，与另一端的凸起配合，完成吊头与支撑柱的固定。
进一步地，对于工装载重为G≥500KG，圆盘直径为D，圆盘高度为H，圆盘数量为n，圆盘单层载重G/nKg：
当圆盘直径D≤600mm时，梁的数量为1*1，圆盘的高度不小于70mm，支撑柱的数量≤4，支撑柱的直径不小于30mm，圆盘纵向通孔II的中部小内径为31.5mm-33mm；
当圆盘直径D>600时，梁的数量为((D-600)/200+1)*((D-600)/200+1)，圆盘的高度为((D-600)/200*5+70)，支撑柱的数量≤((D-600)/200+1)*4，支撑柱的直径≥((D-600)/200*6+30)，圆盘纵向通孔II的中部小内径为((D-600)/200*6+30)*1.05-((D-600)/200*6+30)*1.1。
第二方面，一种液体火箭发动机高温正火工装的使用方法，包括如下步骤：
步骤1，将支撑柱的底座朝下放置在地面，将底层圆盘穿入支撑柱；
步骤2，将定位套依次套入支撑柱，定位套的数量根据所需上层圆盘的高度调整，在定位套及对应高度的支撑柱的径向通孔中穿入杆状结构件，对底层圆盘和定位套进行定位；
步骤3，将上层圆盘依次穿入支撑柱，圆盘与圆盘之间通过套入支撑柱的定位套进行上下间距调整，并用杆状结构件对定位套进行固定；
步骤4，将吊头穿入支撑柱，并将定位排依次穿入支撑柱与吊头配合的定位孔处；
步骤5：将需正火的发动机产品放置在圆盘上，使用吊车配合专用吊钩将正火工装起吊置入炉中按工艺曲线进行热处理，热处理完毕，使用吊车配合吊钩将正火工装吊出炉体进行降温，完成正火。
根据本发明提供的一种液体火箭发动机高温正火工装及其使用方法，具有以下有益效果：
(1)本发明提供的一种液体火箭发动机高温正火工装及其使用方法，可承载空间及承重大。本发明高温正火工装圆盘支撑方式为四周支撑，可承载空间及允许尺寸大，多层圆盘设计，承载空间及重量翻倍，大大提高炉内使用率及高温正火效率。
(2)本发明提供的一种液体火箭发动机高温正火工装及其使用方法，承载空间灵活多变。圆盘可拆卸，高度可调节，可根据需要随时调整，因此可满足更多型号产品的热处理需求。
(3)本发明提供的一种液体火箭发动机高温正火工装及其使用方法，一次完成，方便操作。吊头支持热吊装，无需特殊起吊装置辅助，一次完成发动机产品正火过程，方便快捷，效率高。
(4)本发明提供的一种液体火箭发动机高温正火工装及其使用方法，使用寿命长。圆盘强度高，设置有防应力变形纵向开口，且易上下翻转使用，可大大减少圆盘热变形，极大地延长了高温正火工装的使用寿命。
附图说明
图1为本发明高温正火工装的结构示意图。
图2为本发明高温正火工装俯视图。
图3为本发明吊头的结构示意图。
图4为本发明吊头的局部剖切图。
图5为本发明吊头的局部剖切图。
图6为本发明吊头的局部剖切图。
图7为本发明圆盘的结构示意图
图8为本发明圆盘的侧视图。
图9为本发明圆盘台阶状圆形通孔剖视图。
图10为本发明圆盘台阶状圆形通孔剖视图。
图11为本发明支撑柱结构示意图。
图12为本发明支撑柱底座结构示意图。
图13为本发明定位排结构示意图。
附图标号说明
1-吊头；11-横梁；12-竖梁；121-纵向通孔I；122-定位孔I；2-圆盘；21-外围圆环；211-纵向开口；22-梁；221-纵向通孔II；23-正交通孔；3-支撑柱；31-底座；32-立柱；321-定位孔II；4-定位套；5-定位环；6-定位排；61-板面通孔；62-凸起；7-定位销。
具体实施方式
下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
本发明提供了一种液体火箭发动机高温正火工装，如图1所示，包括吊头1、圆盘2、支撑柱3、定位套4和定位排6。
如图2、图3和图4，所述吊头1支持热吊装，加工方式为铸造，铸造方式无焊缝，提高高温下的使用稳定性。吊头可在冷态及热态时将工装直接通过吊车吊出或放入炉体。吊头1为工字状结构，包括横梁11和固定在横梁两端的竖梁12，横梁11与竖梁12的连接位置两侧有三角形加强筋。横梁11为方形空心钢，能够有效降低支撑柱和高温炉的承重，高度由中间向两边递减，并在中部开设起吊孔，中间高两端低的结构利于开设较大尺寸的吊孔，便于自动化控制起吊装置实施正火工装的吊出和放入高温炉体；横梁11的长度为两竖梁12间距的1.2倍以上。
如图5和图6所示，竖梁12为方形空心钢，高度由中间向两边递减，竖梁中部区域开设减重孔以起到减重效果。竖梁12的两端为纵向通孔I 121，用于套设支撑柱3，各纵向通孔I 121上加工有一对定位孔I 122，通过穿设定位孔I122的定位排6，将竖梁12与支撑柱3固定。优选地，纵向通孔I 121的内径为支撑柱3外径的1.05-1.1倍，相对应的定位孔I 122与定位排6的配合尺寸不大于0.2mm。
如图7和图8所示，圆盘2为铸造加工得到，圆盘2为圆形镂空状结构，圆盘2的盘面上开设有纵向通孔II 221，用于套设在支撑柱3的外部。具体地，圆盘2包括外围圆环21及内部正交的梁22，正交的梁22之间形成正交通孔23，梁22为工字梁，梁与梁的腹板正交形成方形钢，梁与梁的上下翼板相接处成45°圆滑过渡；至少两对能够围成矩形的梁的两端开设有纵向通孔II 221，用于套设在支撑柱3外部。优选地，如图9和图10所示，所述纵向通孔II221为上下对称的台阶状圆形通孔，包括中部小内径段和两端大内径段，内径为中间小两端大，纵向通孔II 221的中段小内径为支撑柱3外径的1.05-1.1倍。外围圆环21为工字梁，外围圆环21上加工有数个纵向开口211，使完整的圆环分割成多个圆弧段，优选纵向开口211的数量与支撑柱3的数量一致，更优选纵向开口位置位于圆心角大于等于45°对应的圆弧段上。梁的数量与圆盘载重及自重要求对应。
圆盘2的主体结构为工字梁结构，该结构使圆盘成上下对称结构，使得圆盘2可以两面使用，解决了长时间单面使用带来的圆盘变形问题。
如图1所示，圆盘2的层数可变，工装底部设置有底层圆盘，底层圆盘形成工装的底盘，起稳定工装的作用，底层圆盘上部各圆盘的高度通过定位套4调整。所述定位套4为圆管状，定位套4与支撑柱3为间隙配合，配合间隙为0.1～0.3mm，定位套4与圆盘2的纵向通孔II221为间隙配合，配合间隙为0.2～0.4mm。
定位套4上开设有对称的径向通孔，支撑柱3上对应高度加工有径向通孔，通过穿设两对应径向通孔的杆状结构件如耐热钢丝，对定位套4在支撑柱3上定位。优选地，杆状结构件与径向通孔为间隙配合，配合间隙为0.2～0.4mm。通过对定位套4在支撑柱3上定位，能够有效压紧定位套下方的圆盘，特别是对于底层圆盘，在底层圆盘下方存在杂物时，不会由于底层圆盘在支撑柱3上窜动引起需正火的发动机产品晃动或发生撞击等问题。
如图1所示，由于纵向通孔II 221为台阶状圆形通孔，最上层圆盘2的纵向通孔II221的上部大内径段由于无定位套4占位，为裸露台阶，为避免引入杂物，在上部大内径段中安装定位环5占位。定位环5为圆环状，定位环5与支撑柱3为间隙配合，配合间隙为0.1～0.3mm，定位环5与圆盘2的纵向通孔II 221的上部大内径段为间隙配合，配合间隙为0.2mm-0.4mm，定位环5的高度不小于圆盘纵向通孔221的上部大内径段高度。
如图11和图12所示，支撑柱3包括底座31和立柱32，底座31套设在立柱32底端，用于稳固立柱32；立柱32一端开设有定位孔II 321如长圆通孔，定位孔II 321的数量及尺寸与吊头竖梁上定位孔I 122一致，用于穿设定位排6后支撑吊头1。
底座31与立柱32为焊接固定，底座31为圆环状，内侧上下两端开设有30°～60°夹角的坡口，用于与立柱32焊接。底座31的高度(不含坡口段)≥2mm，整体高度等于圆盘纵向通孔II 221的下部大内径段高度，内圆直径大于立柱32直径0.1～0.3mm，外圆直径大于圆盘上纵向通孔II 221的中部小内径段，与纵向通孔II 221的下部大内径段为间隙配合，配合间隙为0.2mm-0.4mm。支撑柱3的底部安装有底层圆盘时，支撑柱3穿入底层圆盘的纵向通孔II 221中，底座31落入底层圆盘的纵向通孔II 221的下部大内径段中。
如图13所示，定位排6为铸造加工的板状结构，截面尺寸小于竖梁12上定位孔I122及支撑柱3上定位孔II 321，各边配合间隙为0.5mm-1mm。进一步地，定位排6的板面上，一端开有设有板面通孔61，另一端加工有凸起62，凸起62高度不小于5mm，板面通孔61到凸起62处的距离大于吊头1上纵向通孔I 121的外径。定位排6自板面通孔端进入定位孔I 122及定位孔II 321中，至凸起处时停止插入，板面通孔61自定位孔I 122及定位孔II 321中伸出，通过在通孔中插入定位销7，完成吊头1与支撑柱3的固定。
本发明中，对于工装载重为G≥500KG，圆盘直径为D，圆盘高度为H，圆盘数量为n，圆盘单层载重G/nKg：
当圆盘直径D≤600mm时，梁的数量为1*1，圆盘的高度不小于70mm，支撑柱的数量≤4，支撑柱的直径不小于30mm，圆盘纵向通孔II 221的中部小内径为31.5mm-33mm；
当圆盘直径D>600时，梁的数量为((D-600)/200+1)*((D-600)/200+1)，圆盘的高度为((D-600)/200*5+70)，支撑柱的数量≤((D-600)/200+1)*4，支撑柱的直径≥((D-600)/200*6+30)，圆盘纵向通孔II 221的中部小内径为((D-600)/200*6+30)*1.05-((D-600)/200*6+30)*1.1。
液体火箭发动机高温正火工装的使用方法，包括如下步骤：
步骤1，将支撑柱3的底座朝下放置在地面，将底层圆盘穿入支撑柱3；
步骤2，将定位套4依次套入支撑柱3，定位套4的数量根据所需上层圆盘的高度调整，在定位套4(如最上方定位套)及对应高度的支撑柱3的径向通孔中穿入杆状结构件如耐热钢丝，对底层圆盘和定位套4进行定位；
步骤3，将上层圆盘依次穿入支撑柱3，圆盘与圆盘之间通过套入支撑柱3的定位套4进行上下间距调整，并用杆状结构件(如耐热钢丝)对定位套进行固定；优选在最上层圆盘上的每个支撑柱3上依次穿入定位环5，使定位环5进入最上层圆盘2的纵向通孔II 221的上部大内径段；
步骤4，将吊头1穿入支撑柱3，并将定位排6依次穿入支撑柱3与吊头1配合的定位孔处。优选定位排结构如图13所示，将定位销7穿入定位排6的通孔中，完成对吊头1的固定；
步骤5：将需正火的发动机产品放置在圆盘2上，使用吊车配合专用吊钩将正火工装起吊置入炉中按工艺曲线进行热处理，热处理完毕，使用吊车配合吊钩将正火工装吊出炉体进行降温，完成正火。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
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