CN103134401A

CN103134401A - 受控冲击救援工具的冲击元件和爆破设备

Info

Publication number: CN103134401A
Application number: CN2012104792852A
Authority: CN
Inventors: 路易斯·吉拉尔杜; 本杰明·多尔金; 约翰·瑞安; 迈克尔·米尔斯波; 爱德华·德泽里克
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 2011-11-23
Filing date: 2012-11-22
Publication date: 2013-06-05
Also published as: US20130126199A1; JP2013107393A; CA2796486A1; TW201325838A; AU2012258363B2; AU2012258363A1; EP2596915A1

Abstract

提供一种受控冲击救援工具的冲击元件和爆破设备，所述冲击元件包括单一本体，通过作用在活塞头上的力，所述单一本体能够驱动到外部元件内。所述单一本体包括头部和轴，所述轴具有与头部整体地耦接的第一端、与第一端相对的第二端以及介于第一端与第二端之间的中心部分。所述轴的第二端能够与活塞头操作地连接，从而限定远离头部定位的接头。所述轴的第一端具有尾部部分、前部部分以及从尾部部分到前部部分的锥体，所述尾部部分的直径与中心部分的直径相似，所述前部部分的直径与头部后端的直径相似。

Description

受控冲击救援工具的冲击元件和爆破设备

技术领域

本文中所公开的主题涉及一种冲击元件，更具体地说，涉及一种受控冲击救援工具（CIRT）的冲击元件。

背景技术

城市搜救小组通常需要在诸如钢筋混凝土墙体的刚性结构内形成开口（称为“缺口”），以便在灾后（诸如，地震或飓风）到达建筑物内的灾民。为了便于进行搜救工作，爆破设备应便于携带、容易操作、并且快速有效，同时不会动摇建筑结构或者存在伤害操作人员或灾民的威胁。

爆破混凝土墙的技术通常包括汽油和液压动力的金刚石链锯、汽油和液压动力的圆锯、金刚石线锯、大型钻取器、液压/气动/电动冲击工具、喷水器以及液压拆分器。这些技术均通常需要几个小时来爆破较厚重的钢筋混凝土墙，并且该设备在某些情况下并不便于携带。军队也使用炸药快速爆破墙壁，但是这对于人（victim）而言是危险的，并且会动摇建筑结构。激光也用于爆破应用，但是尺寸、安全性以及功率的限制通常使得激光不可行。

因此，需要克服传统钢筋混凝土爆破装置以及方法的一个或多个上述缺点的装置和方法。因此，提出美国专利No.7,814,822，以提供冲击元件和自备（self-contained）能源。自备能源能够使得冲击元件冲击结构的第一表面。该冲击元件配置成，在冲击时，发送局部冲击波穿过结构。自备能源能够使得冲击元件加速至足以在该结构的第二表面引起剥落的速度。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种冲击元件，并且所述冲击元件包括：单一本体，通过作用在活塞头上的力能够驱动到一外部元件内。所述单一本体包括：头部和后端部；以及轴，具有与所述头部整体地耦接的第一端、与所述第一端相对的第二端以及介于所述第一端与所述第二端之间的中心部分。所述轴的所述第二端能够与所述活塞头操作地连接，以限定远离所述头部而定位的接头。所述轴的所述第一端具有尾部部分、前部部分以及从所述尾部部分到所述前部部分的锥体，所述尾部部分的直径与所述中心部分的直径相似，所述前部部分的直径与所述头部的后端的直径相似。

根据本发明的另一个方面，提供了一种爆破设备，所述爆破设备包括：壳体，限定了通道并且包括活塞头和偏置单元，所述活塞头能够穿过所述通道在加载位置与点火位置之间移动，所述偏置单元配置成偏压所述活塞头以使其保持在所述加载位置；点火机构，配置成克服所述偏压力，以朝着所述点火位置而移动所述活塞头；以及单一本体冲击元件，通过所述活塞头的运动而能够驱动进入一外部元件内。所述单一本体冲击元件包括：头部和轴，所述轴具有与所述头部整体地耦接的第一端、与所述第一端相对的第二端以及介于所述第一端与所述第二端之间的中心部分，所述第二端能够与所述活塞头操作地连接以限定远离所述头部定位的接头。所述轴的中心部分比所述头部的后部窄，并且所述轴的所述第一端具有锥体。

根据本发明的又一个方面，提供了一种爆破设备，所述爆破设备包括：壳体，限定了通道并且包括活塞头和偏置单元，所述活塞头能够穿过所述通道在加载位置与点火位置之间移动，所述偏置单元配置成偏压所述活塞头以使其保持在所述加载位置；点火机构，配置成克服所述偏压力，以朝着所述点火位置而移动所述活塞头；以及单一本体冲击元件，通过所述活塞头的运动而能够驱动进入一外部元件内。所述单一本体冲击元件包括：头部和轴，所述轴具有与所述头部整体地耦接的第一端、与所述活塞头能够操作地连接以限定远离所述头部定位的接头的第二端以及介于所述第一端与所述第二端之间的中心部分。

结合附图，通过以下描述，这些和其他优点和特征显而易见。

附图说明

在本说明书所附的权利要求书内，尤其指出并且清楚地要求保护了被视为本发明的主题。结合附图，通过以下具体描述，本发明的上述和其他特征和优点显而易见，其中：

图1为根据实施例的爆破设备；

图2为根据实施例的爆破设备的冲击元件的侧视图；

图3为图2的冲击元件的一部分的放大图，由圆圈“A”包围；以及

图4为图2的冲击元件的另一部分的放大图，由圆圈“B”包围。

具体描述参考示图通过实例解释了本发明的实施例以及优点和特征。

具体实施方式

参考图1，提供了一种受控冲击救援工具（CIRT）10。在美国专利No.7,814,822中详细描述了CIRT 10，该案之全文通过引用并入本文中。一般情况下，CIRT 10包括壳体20、点火机构30以及单一本体冲击元件40。形成壳体20，以限定通道21，并且该壳体包括活塞头22和偏置单元23。活塞头22可移动穿过通道21，在加载位置和点火位置之间移动，在加载位置，活塞头22准备点火，在点火位置，活塞头22已经进行了选择性点火操作以及随后的冲击。偏置单元23配置成偏压活塞头22以使其保持在加载位置，直到进行选择性点火操作。偏置单元23可包括弹性元件，诸如，弹簧，并且可进一步包括临时锁具，该锁具可与设置在加载位置的活塞头22接合，从而可防止活塞头22不期望地从加载位置中移开。

克服偏置单元23（以及在适用的情况下的临时锁具）的偏压力，点火机构30负责进行选择性点火操作。可通过气动装置、通过通道21内烈性炸药的内部燃烧和/或通过另一种相似的配置，操作点火机构30。为了清晰简洁起见，本文中会描述通过通道21内烈性炸药的内部燃烧可操作点火机构30的情况，但是一般而言，点火机构30配置成给活塞头22施加力，以克服至少偏置单元23提供的偏压力，从而在某些情况下朝着点火位置高速移动活塞头22。

单一本体冲击元件（“冲击元件”）40可与活塞头22连接，并且从而通过活塞头22的运动，可驱动进入外部元件内，诸如，待由CIRT 10爆破的混凝土墙。由于通道21内烈性炸药的燃烧可给活塞头22提供大量动能，从而可朝着外部元件以相对非常高的速度驱动冲击元件40。

因此，CIRT 10配置成控制点火机构30所产生的加热气体释放的能量，以推动到活塞头22的背面上，从而活塞头22和冲击元件40作为整体移动，并且获得在外部元件（即，要爆破的混凝土墙）上造成损坏所需要的动能。而且，在冲击的过程中，在混凝土墙和冲击元件40内可产生冲击波。混凝土墙内的冲击波试图造成局部损坏并且最终产生缺口。穿过冲击元件40的冲击波可产生会损坏冲击元件40的循环载荷。为此，冲击元件40已经具有以下特征：延长寿命、减少堵塞并且提高可靠性，后文中会进行描述。

参看图2-图4，冲击元件40包括单一本体41，该单一本体可驱动进入混凝土墙内。单一本体41包括头部42和轴43。头部42具有截头圆锥形，其前端421可设置在前端位置，其后端422与前端421相对并且可设置在尾端位置。前端421可包括穹顶状表面4211，该表面在混凝土墙内产生冲击波。可优化穹顶状表面4211的半径，以在操作过程中促进轴43进行自对准，从而延长轴43的寿命。

轴43具有与后端422整体地耦接的第一端431、与第一端431相对的第二端432以及中心部分433。中心部分433介于第一端431和第二端432之间，并且包括细长型部件以及在某些情况下，冲击元件40设在其内时，包括通道21，细长型部件沿着冲击元件40的纵轴线延伸。轴43的中心部分433的直径比后端422更小。轴43的第一端431具有尾部部分4311、前部部分4312以及锥体4313，尾部部分的直径与中心部分433的直径相似，前部部分的直径与后端422的直径相似，锥体从尾部部分4311延伸到前部部分4312。锥体4313可为曲线或渐变式，并且至少在为曲线时，锥体4313的特征在于，在中心部分433和头部42之间具有较大半径过渡，并且该锥体用作冲击波的波导，以减少在第一端431和中心部分433之间的界面处的应力集中点，从而增大结构稳定性。

根据实施例，轴43具有平滑外表面，包括第一端431的外表面44以及中心部分433的外表面45。外表面44和45彼此相邻并且从中心部分433的大致圆柱形表面到第一端431的曲线锥形表面而呈现平滑界面。同样，进一步减少至少应力集中点。

根据其他实施例，轴43的第一端431的尾部部分4311可与轴43的中心部分433具有相同直径，从而提供平滑界面。通过对比，轴43的第一端431的前部部分4312可比后端422的直径略窄。

根据其他实施例，前端421比后端422的直径小。即，头部42从后端422朝向前端421变细。这就在点火操作的过程中提高了头部42的自清洁能力并降低了堵塞该头部42的可能性，例如通道21内的机械干扰和/或物质累积可能造成头部阻塞。

根据其他实施例，轴43的第二端432可与活塞头22连接。提供这种连接，从而在正常的条件下，第二端432不会不期望地或者非选择性地脱离活塞头22。这种连接也用于限定在轴43和远离头部42定位的活塞头22之间的接头46。轴43的第二端432具有外表面4321，在该外表面上形成螺纹50。螺纹50使得冲击元件40可与凹槽内形成的相应螺纹进行螺纹啮合，在活塞头22内限定该凹槽。即，形成冲击元件40，从而头部42和轴43彼此整体地耦接，而用于安装活塞头22的螺纹第二端432远离冲击点设置。至少在冲击的情况下，螺纹50的这种位置以及远离头部22的接头46所产生的界限，可降低螺纹发生故障的可能性。

螺纹50设置于轴43的第二端432时，可如下组装冲击元件40。在一个示范性实施例中，冲击元件40和活塞头22可彼此螺纹接合，以便形成冲击元件组件，然后，将该组件配置成安装在壳体20内。在另一个示范性实施例中，活塞头22安装在壳体20内，然后，冲击元件40与活塞头22连接。在这种情况下，操作人员可处理头部42，并且可通过通道21将轴43插入壳体20内，从而轴43最终接触活塞头22。此时，操作人员围绕其纵轴线旋转该冲击元件40，以利用活塞头22的互补性螺纹而螺纹啮合轴43的第二端432处的螺纹50。同样，在CIRT 10的使用期内，多个冲击元件40能够比较容易地与活塞头22连接并且脱离活塞头，无需从壳体20中去除活塞头22。

要理解的是，不必非由螺纹50和活塞头22的互补性螺纹在轴43和活塞头22之间提供操作性连接。在其他实施例中，通过紧固件、卡扣配合、机械互锁和/或其他类型的装置，可提供这种操作性连接。在任何情况下，该操作性连接必须能够承受冲击的情况，而不发生断开故障，并且应远离头部42而定位。此外，虽然未作要求，但是应提供该操作性连接，使得接头46沿着轴43的纵轴线或者径向地邻接轴43的纵轴线而设置。同样，通过接头46，冲击实例中的冲击波可比较均匀地从轴43发送到活塞头22。

如图3中所示，冲击元件40可进一步包括锁定单元60，该锁定单元设置在轴43的第二端432。根据实施例，锁定单元60可形成为周缘凹槽61，该凹槽在螺纹50的底部或者其附近，围绕外表面4321延伸。这种周缘凹槽61可与相应紧固件接合，诸如，轧制销70（见图1），以允许将轴43锁定到活塞头22中。

如图4中所示，后端422可包括浅锥形倒角（chamfer，斜切面）80，以在重新设置活塞头22的过程中，促进CIRT 10进行平稳操作。后端422的一部分的直径与通道21的内径大致相似，以促进冲击元件40安全地移动穿过通道，同时，浅锥形倒角80的特征在于，具有半径减小的锥体，其与前端421的轴向距离增大。同样，在重新设置冲击元件40或活塞头22的过程中，可减少或者基本上避免机械干扰。具体而言，浅锥形倒角80可促进冲击元件40重新插入通道21内和/或冲击元件40移动穿过通道21。

虽然已经结合数量仅仅有限的实施例详细描述本发明，应容易理解的是，本发明不限于这种所公开的实施例。相反，可修改本发明，以包含迄今未进行描述的但是与本发明的精神和范围相称的任何数量的变化、变更、替代或等同设置。此外，虽然已经描述本发明的各种实施例，要理解的是，本发明的各方面可包括所描述的实施例中的仅一部分。因此，不将本发明视为限于上述描述，而仅仅限于所附权利要求书的范围。

Claims

1.一种冲击元件，包括：

单一本体，通过作用在活塞头上的力能够驱动到一外部元件内，所述单一本体包括：

头部；以及

轴，具有与所述头部整体地耦接的第一端、与所述第一端相对的第二端以及介于所述第一端与所述第二端之间的中心部分，

所述轴的所述第二端能够与所述活塞头操作地连接，以限定远离所述头部而定位的接头，并且

所述轴的所述第一端具有尾部部分、前部部分以及从所述尾部部分到所述前部部分的锥体，所述尾部部分的直径与所述中心部分的直径相似，所述前部部分的直径与所述头部的后端的直径相似。

2.根据权利要求1所述的冲击元件，其中，所述锥体为曲线锥。

3.根据权利要求1所述的冲击元件，其中，所述头部前端的直径小于所述头部的后端的直径，所述头部从所述后端到所述前端变细。

4.根据权利要求1所述的冲击元件，其中，所述头部的前端包括穹顶状表面。

5.根据权利要求1所述的冲击元件，进一步包括形成在所述轴的所述第二端的外表面上的螺纹，从而所述轴的所述第二端与所述活塞头能够螺纹接合。

6.根据权利要求1所述的冲击元件，进一步包括设置在所述轴的所述第二端处的锁定单元。

7.根据权利要求1所述的冲击元件，其中，所述头部的所述后端包括浅锥形倒角。

8.一种爆破设备，包括：

壳体，限定了通道并且包括活塞头和偏置单元，所述活塞头能够穿过所述通道在加载位置与点火位置之间移动，所述偏置单元配置成偏压所述活塞头以使其保持在所述加载位置；

点火机构，配置成克服所述偏压力，以朝着所述点火位置而移动所述活塞头；以及

单一本体冲击元件，通过所述活塞头的运动而能够驱动进入一外部元件内，并且所述单一本体冲击元件包括：

头部和轴，所述轴具有与所述头部整体地耦接的第一端、与所述第一端相对的第二端以及介于所述第一端与所述第二端之间的中心部分，所述第二端能够与所述活塞头操作地连接以限定远离所述头部定位的接头，所述轴的中心部分比所述头部的后部窄，并且所述轴的所述第一端具有锥体。

9.根据权利要求8所述的爆破设备，其中，所述锥体为曲线锥。

10.根据权利要求8所述的爆破设备，其中，所述头部为锥形。

11.根据权利要求8所述的爆破设备，进一步包括形成在所述轴的第二端的外表面上的螺纹，从而所述轴的所述第二端能够与活塞头螺纹接合。

12.根据权利要求8所述的爆破设备，进一步包括设置在所述轴的所述第二端处的锁定单元。

13.根据权利要求8所述的爆破设备，其中，所述头部的所述后端包括浅锥形倒角。

14.一种爆破设备，包括：

单一本体冲击元件，通过所述活塞头的运动而能够驱动进入一外部元件内，并且所述单一本体冲击元件包括头部和轴，所述轴具有与所述头部整体地耦接的第一端、第二端以及介于所述第一端与所述第二端之间的中心部分，所述第二端与所述活塞头能够操作地连接以限定远离所述头部定位的接头。

15.根据权利要求14所述的爆破设备，其中，所述轴的所述第一端具有曲线锥。

16.根据权利要求14所述的爆破设备，其中，所述轴的所述第一端和所述中心部分各自的外表面提供平滑的界面。

17.根据权利要求14所述的爆破设备，其中，所述头部为锥形。

18.根据权利要求14所述的爆破设备，进一步包括形成在所述轴的所述第二端的外表面上的螺纹，从而所述轴能够与所述活塞头螺纹接合。

19.根据权利要求14所述的爆破设备，进一步包括设置在所述轴的所述第二端处的锁定单元。

20.根据权利要求14所述的爆破设备，其中，所述头部的后端包括浅锥形倒角。