CN103727162B - 气液耦合式冲击隔离装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气液耦合式冲击隔离装置，包括气动气缸与液压油缸，气动气缸与液压油缸同轴排列，气动气缸缸体的腔室与液压油缸缸体的腔室通过活塞通道相连通，气动气缸的气压活塞杆从气动气缸缸体的底部伸出与活塞通道密封滑动配合，气动气缸缸体顶部与被隔离设备连接；液压油缸的液压活塞杆从液压油缸的缸体底部伸出与船体基础连接；在液压油缸的液压活塞轴向上开有卸油通孔，卸油通孔内设有卸油电磁阀；气动气缸缸体腔室顶部分别设置有压力传感器和与大气连通的排气孔，排气孔内设有排气电磁阀；排气电磁阀和卸油电磁阀均由控制电路控制开和关。本发明能快速耗散冲击能量，使从船体基础传递到设备的冲击载荷大幅减小，提升设备的抗冲击能力。

Description

气液耦合式冲击隔离装置

技术领域

本发明涉及船舶动力设备的冲击隔离领域，具体地指一种气液耦合式冲击隔离装置。

背景技术

随着现代军事技术的发展，武器爆炸所形成的冲击当量、冲击持续时间明显增加，对军船设备的威胁更加严重。在此背景下，现代军船的抗冲击技术要求不断提高，更加严酷的使用环境对抗冲击装置正在提出更高的要求。

传统的冲击隔离设计是将瞬态的、强烈的冲击波的急剧能量先以位能的形式最大限度的存储于冲击隔离器中，使隔离器产生很大的变形，然后，按照隔离系统本身的特性以缓和的形式，按系统的固有振动周期，将隔离器中的能量缓慢释放出来，作用于机械设备，以达到缓解冲击的作用。然而，这种方法虽然可以减小被隔离设备的绝对加速度响应幅值，但加速度的减小往往是以设备产生较大的相对位移为代价的，设备相对位移过大有可能造成设备附属连接管系和缆线的损坏，导致设备不能正常工作，因此必须采用限位器对相对位移进行限制。在一些强烈的冲击作用场合(水下非接触爆炸产生的冲击波)，设备能够承受的加速度和位移都很低，采用一般的弹性元件和限位器均不能满足要求。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述背景技术存在的不足，提出一种结构简单、抗冲击能力强的气液耦合式冲击隔离装置，本装置能够快速耗散冲击能量，使其能大幅度减少传递到隔离设备的冲击能量，提升设备的抗冲击能力。

为实现上述目的，本发明所设计的一种气液耦合式冲击隔离装置，包括气动气缸与液压油缸，其特殊之处在于，所述气动气缸与液压油缸同轴排列，所述气动气缸缸体的腔室与液压油缸缸体的腔室通过活塞通道相连通，所述气动气缸的气压活塞杆从气动气缸缸体的底部伸出与活塞通道密封滑动配合，所述气动气缸缸体顶部与被隔离设备连接；所述液压油缸的液压活塞杆从液压油缸的缸体底部伸出与船体基础连接；在所述液压油缸的液压活塞轴向上开有卸油通孔，所述卸油通孔内设有卸油电磁阀；所述气动气缸缸体腔室顶部分别设置有压力传感器和与大气连通的排气孔，所述排气孔内设有排气电磁阀；所述排气电磁阀和卸油电磁阀均由控制电路控制开和关。

进一步地，所述气压活塞杆与活塞通道之间通过副活塞密封滑动配合，所述副活塞同轴固定在气压活塞杆的下部。气压活塞杆的口径小于副活塞的口径，使副活塞在活塞通道内密封地、顺畅地滑动。

更进一步地，所述活塞通道上部侧壁设有与大气相通的通气孔。通气孔防止气压活塞压缩气体时使活塞通道和液压油缸产生真空现象。

更进一步地，所述活塞通道内壁为圆弧面，与气动气缸缸体的腔室同轴。活塞通道与气动气缸、液压油缸同轴设置，方便气压活塞在活塞通道内自由滑动。

更进一步地，所述气动气缸缸体腔室的顶部由上缸盖密封，所述上缸盖与被隔离设备螺纹连接。上缸盖起到密封气动气缸和与被隔离设备连接的作用。

更进一步地，所述液压油缸底部由下缸盖密封，所述下缸盖中央开设导向孔，所述液压活塞通过导向孔伸出。下缸盖起到密封液压油缸和缸体连接的作用。

更进一步地，所述液压活塞杆的底部设有能与船体基础螺纹连接的基础连接孔。

更进一步地，所述控制电路接收安装在船体基础上的加速度传感器传输的加速度值，并根据加速度值控制所述排气电磁阀和卸油电磁阀。控制电路根据船体加速度值判断船体是否处于冲击状态，控制是否开启排气电磁阀和卸油电磁阀。

本发明由于采用气动气缸与液压油缸相连的结构，通过位移放大原理使得在液压活塞与缸体的相对位移较小时，气压活塞产生较大位移，对气缸内的气体压缩做功并快速释放气体，从而耗散冲击能量，尤其采用设置副活塞连接气动气缸与液压油缸，使气动气缸与液压油缸的连接更紧凑、连动更迅速，使作用到设备的冲击载荷的部分能量迅速转化为气体内能并排放到大气中被耗散掉，从而达到提升设备抗冲击能力的目的。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：(1)正常状态下不影响系统原来的隔振性能；(2)在冲击载荷作用下，气液耦合式冲击隔离装置能够快速耗散传递到系统的冲击能量，提升系统的抗冲击能力，满足军船设计中不断提高的抗冲击要求。

附图说明

图1为本发明气液耦合式冲击隔离装置的轴向剖面图

图2为图1中气缸活塞的立体结构示意图

图3为图1中液压活塞的立体结构示意图

图4为本发明气液耦合式冲击隔离装置的安装结构示意图

图中：1.气动气缸，1.1.压力传感器，2.气压活塞，2.1.气压活塞头，2.2.气压活塞杆，2.3.副活塞，3.活塞通道，3.1.通气孔，4.液压油缸，5.液压活塞，5.1.液压活塞头，5.2.卸油通孔，5.3.液压活塞杆，5.4.基础连接孔，6.上缸盖，6.1.排气孔，7.下缸盖，7.1.导向口，8.排气电磁阀，9.卸油电磁阀，10.控制电路，11.被隔离设备，12.船体基础，13.隔振器，14.加速度传感器。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1至图3所示，本发明一种气液耦合式冲击隔离装置，包括气动气缸1与液压油缸4，气动气缸1与液压油缸4同轴排列。气动气缸1缸体的腔室与液压油缸4缸体的腔室通过活塞通道3相连通。

气动气缸1缸体腔室的顶部由上缸盖6密封，上缸盖6与被隔离设备11螺纹连接。气动气缸1缸体腔室顶部分别设置有压力传感器1.1和与大气连通的排气孔6.1，排气孔6.1内设有排气电磁阀8。气压活塞2包括气压活塞头2.1、气压活塞杆2.2和副活塞2.3，副活塞2.3同轴固定在气压活塞杆2.2的下部。气压活塞杆2.2与活塞通道3之间通过副活塞2.3密封滑动配合。活塞通道3内壁为圆弧面，与气动气缸1缸体的腔室同轴。活塞通道3上部侧壁设有与大气相通的通气孔3.1。

液压油缸4底部由下缸盖7密封，下缸盖7中央开设导向孔7.1，液压活塞5的液压活塞杆5.3通过导向孔7.1伸出。液压活塞杆5.3的底部设有能与船体基础12螺纹连接的基础连接孔5.4。在液压油缸4的液压活塞5轴向上开有卸油通孔5.2，卸油通孔5.2内设有卸油电磁阀9。

排气电磁阀8和卸油电磁阀9均由控制电路10控制开和关。控制电路10接收安装在船体基础12上的加速度传感器14传输的加速度值，并根据加速度值控制排气电磁阀8和卸油电磁阀9。

气压活塞2与气动气缸1采用气环和格来圈密封，气压活塞2与活塞通道3内壁采用气环和油环密封，液压活塞5与液压油缸4内壁采用油环密封。上缸盖6与气动气缸1内壁、下缸盖7与液压油缸4内壁采用密封圈密封。

本发明工作时，与加速度传感器14、隔振器13、船体基础12和被隔离设备11组成冲击隔离系统，如图4所示。本发明一种气液耦合式冲击隔离装置的上缸盖6与被隔离设备11连接，液压活塞5与船体基础12连接，加速度传感器14安装在船体基础12上。加速度传感器14将检测到的船体基础12的加速度值传送给控制电路10。

船体基础12的加速度值未到达冲击信号值时，系统处于振动隔离状态，控制电路10控制排气电磁阀8和卸油电磁阀9均处于开启状态，使液压油缸4上下连通，气动气缸1与外界空气连通，液压活塞5和气压活塞2上下自由移动，几乎不会产生阻力，从而保持系统的隔振性能。

船体基础12受到冲击时，加速度传感器14检测到的船体基础12的加速度值大于等于冲击信号值，控制电路10输出指令关闭排气电磁阀8和卸油电磁阀9，船体基础12受到冲击的影响向上运动，与船体基础12连接的液压活塞5也向上运动，液压活塞5对液压油缸4上腔室液压油做功，由于液压油几乎不可压缩，液压油推动气压活塞2向上运动，气压活塞2压缩气缸气体做功。当气动气缸1内压力达到压力传感器1.1设定的压力值时，控制电路10输出指令打开排气电磁阀8，气动气缸1内被压缩的气体被迅速排出，由于被压缩的气体内能增加，所以被排出气体的内能增加量就相等于耗散的冲击能量。之后，液压活塞5和气压活塞2继续上升，当气压活塞2上升到气动气缸1腔体顶部触碰到压力传感器1.1时，压力再次达到压力传感器1.1的设定值，控制电路10输出指令打开卸油电磁阀9，液压油从卸油通孔5.2中流出，迅速卸载液压阻力。之后的冲击响应阶段，气液耦合式冲击隔离装置等效为一个液压阻尼器，继续耗散冲击能量。直到系统恢复到振动隔离状态，等待下一次冲击作用的到来。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡任何背离本专利的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化均应为等效的置换方式，都包含在本发明要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种气液耦合式冲击隔离装置，包括气动气缸(1)与液压油缸(4)，其特征在于：

所述气动气缸(1)与液压油缸(4)同轴排列，所述气动气缸(1)缸体的腔室与液压油缸(4)缸体的腔室通过活塞通道(3)相连通，所述气动气缸(1)的气压活塞杆(2.2)从气动气缸(1)缸体的底部伸出与活塞通道(3)密封滑动配合，所述气动气缸(1)缸体顶部与被隔离设备(11)连接；

所述液压油缸(4)的液压活塞杆(5.3)从液压油缸(4)的缸体底部伸出与船体基础(12)连接；

在所述液压油缸(4)的液压活塞(5)轴向上开有卸油通孔(5.2)，所述卸油通孔(5.2)内设有卸油电磁阀(9)；

所述气动气缸(1)缸体腔室顶部分别设置有压力传感器(1.1)和与大气连通的排气孔(6.1)，所述排气孔(6.1)内设有排气电磁阀(8)；

所述排气电磁阀(8)和卸油电磁阀(9)均由控制电路(10)控制开和关。

2.根据权利要求1所述的气液耦合式冲击隔离装置，其特征在于：所述气压活塞杆(2.2)与活塞通道(3)之间通过副活塞(2.3)密封滑动配合，所述副活塞(2.3)同轴固定在气压活塞杆(2.2)的下部。

3.根据权利要求1所述的气液耦合式冲击隔离装置，其特征在于：所述活塞通道(3)上部侧壁设有与大气相通的通气孔(3.1)。

4.根据权利要求1所述的气液耦合式冲击隔离装置，其特征在于：所述活塞通道(3)内壁为圆弧面，与气动气缸(1)缸体的腔室同轴。

5.根据权利要求1所述的气液耦合式冲击隔离装置，其特征在于：所述气动气缸(1)缸体腔室的顶部由上缸盖(6)密封，所述上缸盖(6)与被隔离设备(11)螺纹连接。

6.根据权利要求1所述的气液耦合式冲击隔离装置，其特征在于：所述液压油缸(4)底部由下缸盖(7)密封，所述下缸盖(7)中央开设导向孔(7.1)，所述液压活塞(5)通过导向孔(7.1)伸出。

7.根据权利要求1所述的气液耦合式冲击隔离装置，其特征在于：所述液压活塞杆(5.3)的底部设有能与船体基础(12)螺纹连接的基础连接孔(5.4)。

8.根据权利要求1-7中任一权利要求所述的气液耦合式冲击隔离装置，其特征在于：所述控制电路(10)接收安装在船体基础(12)上的加速度传感器(14)传输的加速度值，并根据加速度值控制所述排气电磁阀(8)和卸油电磁阀(9)。