CN103925325A - 一种缓冲器及抗冲击护颈头盔系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航空航天特种救生医学防护器材，特别涉及一种防护冲击的头盔系统。其技术方案是：一种缓冲器，其特征是：包括圆柱外筒(9)、自控限速活塞(10)、上封盖(8)、下封盖(11)、下球形头连杆(7)。一种抗冲击护颈头盔系统，其特征是包括头盔(1)、两根缓冲器、万向节座垫(3)、护肩垫(4)，当头部受到冲击时，缓冲器发挥防护作用，吸收和降低佩戴头盔经历垂直或水平方向冲击载荷时作用在颈椎的动能，保护颈椎不受损伤，结构简单、使用方便。

Description

一种缓冲器及抗冲击护颈头盔系统

技术领域

本发明涉及航空航天特种救生医学防护器材，特别涉及一种缓冲器和防护冲击的头盔系统。

背景技术

飞行员弹射、舰载机着舰、直升机坠机、跳伞落地、载人空降战车着陆时，在垂直方向和水平方向都会产生较大的冲击载荷，易对人员颈椎造成损伤。如果佩戴普通头盔，由于头部质量特性改变和质心偏移，会进一步增加人员颈椎承受载荷，加大颈部损伤概率。

颈椎防护装置的发明与研究目前已有一些文献和专利报道。根据防护方向主要分为三大类：一类是预防水平方向碰撞的支撑系统。例如，在汽车安全领域，由美国密西根大学设计并应用于F1赛车的HANS系统、宝马公司设计的BMW颈托。佩戴这些装置，虽然能头部能自由左右运动，且具有一定的防护水平向冲击(如whiplash损伤)能力，但对于飞行员着陆时垂直向冲击不能起到有效防护作用。

第二类是预防头盆方向(垂直方向)冲击的头盔支撑系统，例如2005年美国专利(U.S.Pat.No.6,968,576B2)为头盆向防护设计了头盔支撑系统，该装置采用双路液压或单路气压缓冲杆外加体积较大的先导阀控制，正常操作时头部可自由运动，冲击时先导阀锁定，缓冲器起到头盔支撑防护作用。然而根据对弹射、着陆冲击等情况头部损伤机理的研究，造成颈部损伤不仅有垂直向加速度，头盆向亦非常重要，而且头盔上安装显示器等监控设备时，对水平向影响更大(刘松阳.弹射时装显示器头盔对人体的生物力学效应.中华航空航天医学杂志，16(4)：267-271)。因此该装置存在的主要问题是不能有效防护水平向冲击载荷，且开启和锁闭控制系统复杂。与之具有类似缺陷的还有美国1965年专利(U.S.Pat.No.3,189,917)，其涉及到一种头盔支撑的领圈，该领圈由肩膀增高至头盔边缘，可防护头碰向冲击，但仍不能防护水平向。1994年美国专利(U.S.Pat.No.5,287,562)涉及一种类似汽车安全气囊式颈部防护装置，该气囊折叠在头盔边缘，头盔上装有电控开关和气体产生装置，遇冲击时打开。该装置一方面会增加头盔重力，另一方面影响飞行员颈部附近供养气路等装备。

第三类主要是医用固定支撑头部的气囊或全包围式固定颈托，其作用主要就是支撑头部和限值头部运动。显然这些装置限值人员正常的运动和操作，无法应用到实际作战和训练中。

因此，针对舰载机着舰、直升机坠机、跳伞落地、载人空降战车着陆等既有垂直向又有水平向冲击过载、易造成颈椎损伤的问题，设计和开发一种不影响正常操作又能在冲击时起到防护作用的简单有效的系统装置，对保障生存能力和提升作战能力具有重要的军事意义和社会价值。

发明内容

本发明的目的是：提供一种有效抗冲击护颈的头盔系统。。

本发明的技术方案是：

一种缓冲器，其特征是：包括圆柱外筒、自控限速活塞、上封盖、下封盖、下球形头连杆；

所述圆柱外筒的两端分别由无气孔的上封盖和带有气孔的下封盖封口；

所述的自控限速活塞设在所述圆柱外筒内部，包括活塞体、两个自控限速阀；

所述的活塞体上开有两个圆柱空腔，自控限速阀嵌入固定于圆柱空腔内，且所述圆柱空腔的轴线与所述活塞体的轴线平行；

所述自控限速阀包括无帽螺栓、压力平衡栓、气孔、弹簧；

所述无帽螺栓设置在所述圆柱空腔的两端，中心开有气孔；

所述圆柱空腔内有可移动的、直径与所述圆柱空腔相同的压力平衡栓；所述压力平衡栓上开有导气孔，两侧固定连接有圆柱状销钉；所述圆柱状销钉的直径和轴线均与所述气孔相同，且外围绕有弹簧，所述压力平衡栓运动时，所述圆柱状销钉与所述弹簧发生磨擦；

所述自控限速活塞与穿过所述下封盖的下球形头连杆固定连接。

一种抗冲击护颈头盔系统，其特征是包括头盔、两根如权利要求1所述的缓冲器、万向节座垫、护肩垫；

所述的缓冲器的上封盖固定连接有上球形头连杆；所述上球形头连杆与所述下球形头连杆分别安装有万向节座垫；

所述万向节座垫，包括上球盖、下球盖和垫片组成，所述上球盖和所述下球盖螺扣形成万向节球形空间，所述上球形头连杆或所述下球形头连杆的球头置于其中，所述下球盖固定于所述垫片上；

所述护肩垫包括：束于两肩的肩带，以及位于颈后连接于两肩带之间的横垫；

所述两根缓冲器成八字形安装，所述的下球形头连杆、上球形头连杆分别通过所述万向节座垫与所述护肩垫的横垫、头盔后部固定连接。

本发明的头盔系统当头部没有受到冲击时，所述自控限速活塞正常低速滑动，自控限速阀保持开启状态，活塞体自由运动，从而不影响头部正常活动；当头部受到冲击时，自控限速活塞快速运动，引起所述压力平衡栓两侧产生较大压力差，压力大于弹簧阻尼时，压力平衡栓向压力较小一侧运动，栓体上圆柱状销钉关闭气孔，使自控限速阀关闭，活塞体运动受到限制，缓冲器发挥防护作用，从而降低冲击载荷对颈椎的动能；当冲击结束后，头部姿态开始恢复，缓冲器内气体与外界压差较小，活塞体在弹簧作用下恢复平衡位置，气孔打开，自控限速阀重新开启，活塞体恢复自由运动，头部即可正常活动。两根缓冲器设计成八字型安装，与头盔后部和护肩垫横垫连接，有效吸收和降低佩戴头盔经历垂直方向或水平方向冲击载荷时作用在颈椎的动能，显结构简单、使用方便。

附图说明

附图1为本发明头盔系统的结构示意图；

附图2为本发明头盔系统中缓冲器的结构示意图；

附图3为本发明头盔系统中自控限速活塞的剖视图；

附图4为本发明头盔系统中万向节的结构示意图。

具体实施方式

实施例1：参见附图2-4，一种缓冲器及抗冲击护颈头盔系统，其特征是：包括圆柱外筒9、自控限速活塞10、上封盖8、下封盖11、下球形头连杆7；

所述圆柱外筒9的两端分别由无气孔的上封盖8和带有气孔的下封盖11封口；

所述的自控限速活塞10设在所述圆柱外筒9内部，包括活塞体、两个自控限速阀12，能够通过控制气体交换限制自身运动；

所述的活塞体上开有两个圆柱空腔，自控限速阀12嵌入并固定于圆柱空腔内，且所述圆柱空腔的轴线与所述活塞体的轴线平行；

所述自控限速阀12包括无帽螺栓14、压力平衡栓16、气孔13、弹簧15；

所述无帽螺栓14设置在所述圆柱空腔的两端，中心开有气孔13；

所述圆柱空腔内有可移动的、直径与所述圆柱空腔相同的压力平衡栓16；所述压力平衡栓16上开有导气孔17，两侧固定连接有圆柱状销钉；所述圆柱状销钉的直径和轴线均与所述气孔13相同，且外围绕有弹簧15，所述压力平衡栓16运动时，所述圆柱状销钉与所述弹簧15发生磨擦；

所述自控限速活塞10与穿过所述下封盖11的下球形头连杆7固定连接。

实施例2：参见附图1-4，一种抗冲击护颈头盔系统，其特征是包括头盔1、两根如权利要求1所述的缓冲器、万向节座垫3、护肩垫4；

所述的缓冲器的上封盖8固定连接有上球形头连杆7′；所述上球形头连杆7′与所述下球形头连杆7分别安装有万向节座垫3；

所述万向节座垫3，包括上球盖20、下球盖19和垫片18组成，所述上球盖20和所述下球盖19螺扣形成万向节球形空间，所述上球形头连杆7′或所述下球形头连杆7的球头置于其中，所述下球盖19固定于所述垫片18上；

所述护肩垫4包括：束于两肩的肩带，以及位于颈后连接于两肩带之间的横垫；

所述两根缓冲器2成八字形安装，所述的下球形头连杆7、上球形头连杆7′分别通过所述万向节座垫3与所述护肩垫4的横垫、头盔1后部固定连接。

当头部没有受到冲击时，所述自控限速活塞10正常低速滑动，自控限速阀12保持开启状态，活塞体自由运动，从而不影响头部正常活动；当头部受到冲击时，自控限速活塞10快速运动，引起所述压力平衡栓16两侧产生较大压力差，压力大于弹簧阻尼时，压力平衡栓16向压力较小一侧运动，栓体上圆柱状销钉关闭气孔13，使自控限速阀12关闭，活塞体运动受到限制，缓冲器2发挥防护作用，从而降低冲击载荷对颈椎的动能；当冲击结束后，头部姿态开始恢复，缓冲器2内气体与外界压差较小，活塞体在弹簧15作用下恢复平衡位置，气孔13打开，自控限速阀12重新开启，活塞体恢复自由运动，头部即可正常活动。

实施例3：参见附图1-4，根据实施例2所述的一种抗冲击护颈头盔系统，其特征是所述缓冲器2内径为20mm～35mm，所述气孔13孔径为2mm～5mm。

实施例4：参见附图1-4，根据实施例2或3所述的一种抗冲击护颈头盔系统，其特征是所述护肩垫4采用轻质环氧树脂基复合材料制成，与人体接触部位内衬泡沫材料。

Claims (4)

1.一种缓冲器，其特征是：包括圆柱外筒(9)、自控限速活塞(10)、上封盖(8)、下封盖(11)、下球形头连杆(7)；

所述圆柱外筒(9)的两端分别由无气孔的上封盖(8)和带有气孔的下封盖(11)封口；

所述的自控限速活塞(10)设在所述圆柱外筒(9)内部，包括活塞体、两个自控限速阀(12)；

所述的活塞体上开有两个圆柱空腔，自控限速阀(12)嵌入并固定于圆柱空腔内，且所述圆柱空腔的轴线与所述活塞体的轴线平行；

所述自控限速阀(12)包括无帽螺栓(14)、压力平衡栓(16)、气孔(13)、弹簧(15)；

所述无帽螺栓(14)设置在所述圆柱空腔的两端，中心开有气孔(13)；

所述圆柱空腔内有可移动的、直径与所述圆柱空腔相同的压力平衡栓(16)；所述压力平衡栓(16)上开有导气孔(17)，两侧固定连接有圆柱状销钉；所述圆柱状销钉的直径和轴线均与所述气孔(13)相同，且外围绕有弹簧(15)，所述压力平衡栓(16)运动时，所述圆柱状销钉与所述弹簧(15)发生磨擦；

所述自控限速活塞(10)与穿过所述下封盖(11)的下球形头连杆(7)固定连接。

2.一种抗冲击护颈头盔系统，其特征是包括头盔(1)、两根如权利要求1所述的缓冲器、万向节座垫(3)、护肩垫(4)；

所述的缓冲器的上封盖(8)固定连接有上球形头连杆(7′)；所述上球形头连杆(7′)与所述下球形头连杆(7)分别安装有万向节座垫(3)；

所述万向节座垫(3)，包括上球盖(20)、下球盖(19)和垫片(18)组成，所述上球盖(20)和所述下球盖(19)螺扣形成万向节球形空间，所述上球形头连杆(7′)或所述下球形头连杆(7)的球头置于其中，所述下球盖(19)固定于所述垫片(18)上；

所述护肩垫(4)包括：束于两肩的肩带，以及位于颈后连接于两肩带之间的横垫；

所述两根缓冲器(2)成八字形安装，所述的下球形头连杆(7)、上球形头连杆(7′)分别通过所述万向节座垫(3)与所述护肩垫(4)的横垫、头盔(1)后部固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种抗冲击护颈头盔系统，其特征是所述缓冲器(2)内径为20mm～35mm，所述气孔(13)孔径为2mm～5mm。

4.根据权利要求2或3所述的一种抗冲击护颈头盔系统，其特征是所述护肩垫(4)采用轻质环氧树脂基复合材料制成，与人体接触部位内衬泡沫材料。