CN105240343B - 自缓冲式气液混合多级弹射机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自缓冲式气液混合多级弹射机构，其以气体作为动力源，油液作为传压介质，结合多级活塞缸相互滑动配合的形式，形成气液混合多级弹射机构，减小了弹射机构各级运动件的相对运动速度，有效降低高速弹射时的密封难度，并能在有限运动行程内实现高速弹射；采用节流缓冲结构、油液缓冲与卸荷凹槽相结合，实现了多级弹射机构的自缓冲功能，并开有充油口便于充油、换油维护；本发明可应用于舰载机、导弹、无人机、弹射实验装置等军用和民用弹射的诸多领域，密封性能可靠，并能在有限安装空间条件下提供实现自缓冲功能的弹射，且效率高，可控性好。

Description

自缓冲式气液混合多级弹射机构

技术领域

本发明属于弹射装置技术领域，特别是一种自缓冲式气液混合多级弹射机构。

背景技术

目前，主要应用的弹射方式有炮式、燃气式、蒸汽式、压缩空气式、液压式、液压气动式、电磁式等。

其中，炮式弹射机构冲击过载大且不可控，燃气式弹射机构存在高温烧蚀现象；蒸汽式弹射机构(即开口缸)所需消耗蒸汽量大、密封效果差、能量利用率低，且弹射加速距离长；压缩空气式弹射方式，弹射性能依赖于气瓶压力和容积，同样存在难以保证密封性能的问题；液压式弹射机构，弹射速度高，响应快，但是对于以超高弹射速度弹射重型负载时，则出现需要设计超大流量且高速响应的液压控制阀、现有密封技术难以保证弹射机构中套筒间的可靠密封的难题；而今先进的电磁弹射方式，不受弹射负载、弹射距离、弹射速度限制，且能可控性强，但是存在强磁场干扰，且耗能巨大、所需能源装置庞大，尚且仅适用于大型核动力航母。

此外，专利201010524849.0提出的气液混合式动力弹射装置，利用气体作为动力源，利用油液作为传压介质，弹射性能好，有效地融合了气动弹射和液压弹射的优点，但是作为单级缸，在以超高速弹射重型负载时无法克服高速密封问题；专利200910166299.7采用多级气液混合缸可避免高速密封问题，但是各级缸运动到行程末端时，无缓冲结构，会导致各级之间相互碰撞，容易损坏弹射装置，且多级缸的结构设计存在无法向液至端充油、无法更换内部油液的固有问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种密封性能好，具有自缓冲功能，且可向油液腔充油的自缓冲式气液混合多级弹射机构。

实现本发明目的的技术解决方案为：

本发明与现有技术相比，其显著优点：

(1)本发明能在有限的安装空间和允许行程内充分利用多级缸的多级行程进行加速弹射。

(2)本发明采用多级缸，在可靠保证最高弹射速度的同时，相较于已有弹射方式，有效减小了执行元件之间的相对运动速度，采用现有的密封技术即可实现可靠密封。

(3)本发明多级缸油液腔为始终充满油液的封闭油腔，改善了执行元件之间的润滑，且封闭油腔内部油液在无杆腔推力下，能自适应流动而推动活塞杆伸出，不需补充油液，极大地减小了外部油源所需要供给的油液流量。

(4)本发明传压介质为刚度大和固有频率高的液压油，相对于压缩空气和蒸汽弹射，弹射时建压快，且易于对弹射过程实现精确控制。

(5)本发明油液端开有充油口，方便更换油液腔内部油液，易于维护。

(6)本发明油液腔中相邻两级套筒的结构设计，保证了相邻缸达到最大相对位移时，能利用级间保留的油液实现自缓冲功能，并通过轴肩处的小凹槽实现碰撞缓冲的卸荷，保证缓冲效果。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明自缓冲式气液混合多级弹射机构的总体结构示意图。

图2是本发明自缓冲式气液混合多级弹射机构外层活塞缸的立体结构示意图。

图3是本发明自缓冲式气液混合多级弹射机构外层活塞缸的剖面结构示意图。

图4是本发明自缓冲式气液混合多级弹射机构内层活塞缸的剖面结构示意图。

图5是本发明自缓冲式气液混合多级弹射机构外层活塞缸与充油端盖的节流缓冲作用示意图。

具体实施方式

结合图1～图5：

本发明一种自缓冲式气液混合多级弹射机构，包括外缸体1、充油端盖2、进气端盖3和多级套筒式活塞缸，充油端盖2和进气端盖3分别固定设置在外缸体1的两端，充油端盖2与外缸体1间为油密封，进气端盖3与外缸体1间为气密封；多级套筒式活塞缸的外层活塞缸6包括依次的外层活塞缸伸出端7、外层活塞缸主体9和外层活塞端8，外层活塞缸伸出端7的内径小于外层活塞缸主体9的内径，外层活塞缸伸出端7与充油端盖2滑动油密封配合，外层活塞端8与外缸体1滑动密封配合，外层活塞端8的端部固连有外层活塞端盖10，外层活塞端8和外层活塞端盖10将外缸体1、充油端盖2和进气端盖3所围成的腔体分为气体腔5和油液腔4，外层活塞端8靠近气体腔5的部分与外缸体1滑动配合处采用气密封，靠近油液腔4的部分与外缸体1滑动配合处采用油密封；充油端盖2上开有与油液腔4连通的充油口，进气端盖3上开有与气体腔5连通的充气口；外层活塞缸6内设置有多层嵌套的内层活塞缸，内层活塞缸包括依次的内层活塞缸伸出端11、内层活塞缸主体12、内层活塞端14和内层活塞端盖13，外层活塞缸伸出端7的内壁与内层活塞缸主体12的外壁滑动油密封配合，内层活塞端14的外径与外层活塞缸主体9的内径滑动配合，内层活塞缸之间的配合关系与内层活塞缸和外层活塞缸的配合关系相同，油液腔4与内层活塞缸之间的腔体之间通过外层活塞缸6周向的开孔以及内层活塞缸主体12侧壁和内层活塞端盖13的开孔连通。

充油端盖2为圆形法兰环状，其伸入外缸体1的部分为薄壁圆筒结构15，薄壁圆筒结构15内周向尺寸大于充油端盖2的最小周向尺寸，薄壁圆筒结构15的外周向尺寸小于外缸体1的内周向尺寸；所述的充油端盖2的最小周向尺寸位置处，设置有油密封结构；充油端盖2的最厚位置处，开有充油口。

外层活塞缸6的外层活塞端8与油液腔4相邻的端面上开有与外层活塞缸6内腔连通的通道，通道在外活塞缸6的轴向方向上有渐缩的斜角。

各级活塞缸主体与各级活塞缸伸出端交界处、各级活塞缸主体与各级活塞端的拐角交界处的端面上均设置有凹槽。

各级活塞缸的伸出端的轴向长度均为伸出端上油密封轴向长度的两倍以上。

实施例：

结合图1至图5：

一种自缓冲式气液混合多级弹射机构，包括外缸体1、充油端盖2、进气端盖3和四级套筒式活塞缸，充油端盖2和进气端盖3分别固定设置在外缸体1的两端，充油端盖2与外缸体1间为油密封，进气端盖3与外缸体1间为气密封；四级套筒式活塞缸的外层活塞缸6包括依次的外层活塞缸伸出端7、外层活塞缸主体9和外层活塞端8，外层活塞缸6的外层活塞端8与油液腔4相邻的端面上开有与外层活塞缸6内腔连通的通道，通道在外活塞缸6的轴向方向上有渐缩的斜角，外层活塞缸伸出端7的内径小于外层活塞缸主体9的内径，外层活塞缸伸出端7与充油端盖2滑动油密封配合，外层活塞端8与外缸体1滑动密封配合，外层活塞端8的端部固连有外层活塞端盖10，外层活塞端8和外层活塞端盖10将外缸体1、充油端盖2和进气端盖3所围成的腔体分为气体腔5和油液腔4，外层活塞端8靠近气体腔5的部分与外缸体1滑动配合处采用气密封，靠近油液腔4的部分与外缸体1滑动配合处采用油密封，进气端盖3的侧壁上开有一个与气体腔5连通的充气口。

四级套筒式活塞缸除了外层活塞缸6，还包括了其余三级套筒式活塞缸，其余三级套筒式活塞缸可根据各级缸伸出端的内径尺寸依次从大到小排序称为第三级活塞缸、第二级活塞缸和第一级活塞缸，第三级活塞缸的伸出端内径小于第三级活塞缸主体的内径，第二级活塞缸的伸出端内径小于第二级活塞缸主体的内径，第一级活塞缸的伸出端为封闭的，第三级活塞缸的伸出端与外层活塞缸伸出端7滑动油密封配合，第三级活塞缸的活塞端的外径与外层活塞缸主体9的内径滑动配合，第二级活塞缸与第三级活塞缸的安装配合关系及第一级活塞缸与第二级活塞缸的安装配合关系与第三级活塞缸和外层活塞缸6的配合关系相同。

这三级活塞缸的伸出端的轴向长度均为伸出端上油密封轴向长度的两倍以上，且各级活塞缸主体与各级活塞缸伸出端交界处、各级活塞缸主体与各级活塞端的拐角交界处的端面上均设置有凹槽，外层活塞缸6的外层活塞端8与油液腔4相邻的端面上开有与外层活塞缸6内腔连通的通道、其余三级活塞缸的各级活塞缸的主体靠近各级活塞缸的活塞端的一侧周向开有的四个圆孔，使得外层活塞缸6与第三级活塞缸之间的油腔、第三级活塞缸与第二级活塞缸之间的油腔、第二级活塞缸与第一级活塞缸之间的油腔、第一级活塞缸的内腔及油液腔4相互连通。

充油端盖2为圆形法兰环状，其伸入外缸体1的部分为薄壁圆筒结构15，薄壁圆筒结构15内周向尺寸大于充油端盖2的最小周向尺寸，薄壁圆筒结构15的外周向尺寸小于外缸体1的内周向尺寸；充油端盖2的最小周向尺寸位置处，设置有油密封结构；充油端盖2沿着厚度最大方向开有一个充油口。

自缓冲式气液混合多级弹射机构的弹射过程如下：

事先通过充油端盖2的充油口向油液腔4内注油，同时将负载固定于第一级活塞缸的伸出端上，并将各级活塞缸推至零初始位移的位置，注油直至油液腔4内充满油液，关闭充油口；通过进气端盖3的进气口向气体腔5冲入高压气体，高压气体推动外层活塞缸6运动，使得油液腔4内的油液通过外层活塞缸6的外层活塞端8与油液腔4相邻的端面上开有与外层活塞缸6内腔连通的通道进入第一级活塞缸的内腔，推动第一级活塞缸、第二级活塞缸和第三级活塞缸伸出，同时外层活塞缸6与第三级活塞缸之间的油液、第三级活塞缸与第二级活塞缸之间的油液、第二级活塞缸与第一级活塞缸之间的油液通过各级活塞缸上的通孔流入油液腔4内，继续推动各级活塞缸伸出；当外层活塞缸6运动到靠近充油端盖2的薄壁圆筒结构15时，形成节流缓冲结构，起到节流缓冲效果，避免外层活塞缸6与充油端盖2发生碰撞；其余各级活塞缸之间将发生最大相对位移时，即小一级活塞缸主体上的通孔运动至上一级活塞缸的伸出端时会关闭，在相邻两级活塞缸间形成油柱起到缓冲作用；而各级活塞缸上的微小凹槽，起到卸荷的作用，避免油液缓冲作用时过大的压力峰值的出现，保证了缓冲效果；并且在弹射运动过程中，虽然各级缸的速度很高，但相邻两级活塞缸间的相对速度较小，处于中低速的相对运动状态，采用通常的油密封手段即可保证良好的密封效果。

Claims (4)

1.一种自缓冲式气液混合多级弹射机构，其特征在于：包括外缸体(1)、充油端盖(2)、进气端盖(3)和多级套筒式活塞缸，充油端盖(2)和进气端盖(3)分别固定设置在外缸体(1)的两端，充油端盖(2)与外缸体(1)间为油密封，进气端盖(3)与外缸体(1)间为气密封；多级套筒式活塞缸的外层活塞缸(6)包括依次的外层活塞缸伸出端(7)、外层活塞缸主体(9)和外层活塞端(8)，外层活塞缸伸出端(7)的内径小于外层活塞缸主体(9)的内径，外层活塞缸伸出端(7)与充油端盖(2)滑动油密封配合，外层活塞端(8)与外缸体(1)滑动密封配合，外层活塞端(8)的端部固连有外层活塞端盖(10)，外层活塞端(8)和外层活塞端盖(10)将外缸体(1)、充油端盖(2)和进气端盖(3)所围成的腔体分为气体腔(5)和油液腔(4)，外层活塞端(8)靠近气体腔(5)的部分与外缸体(1)滑动配合处采用气密封，靠近油液腔(4)的部分与外缸体(1)滑动配合处采用油密封；充油端盖(2)上开有与油液腔(4)连通的充油口，进气端盖(3)上开有与气体腔(5)连通的充气口；外层活塞缸(6)内设置有多层嵌套的内层活塞缸，内层活塞缸包括依次的内层活塞缸伸出端(11)、内层活塞缸主体(12)、内层活塞端(14)和内层活塞端盖(13)，外层活塞缸伸出端(7)的内壁与内层活塞缸主体(12)的外壁滑动油密封配合，内层活塞端(14)的外径与外层活塞缸主体(9)的内径滑动配合，内层活塞缸之间的配合关系与内层活塞缸和外层活塞缸的配合关系相同，油液腔(4)与内层活塞缸之间的腔体之间通过外层活塞缸(6)周向的开孔以及内层活塞缸主体(12)侧壁和内层活塞端盖(13)的开孔连通；所述外层活塞缸(6)的外层活塞端(8)与油液腔(4)相邻的端面上开有与外层活塞缸(6)内腔连通的通道，通道在外活塞缸(6)的轴向方向上有渐缩的斜角。

2.根据权利要求1所述的自缓冲式气液混合多级弹射机构，其特征在于：所述充油端盖(2)为圆形法兰环状，其伸入外缸体(1)的部分为薄壁圆筒结构(15)，薄壁圆筒结构(15)内周向尺寸大于充油端盖(2)的最小周向尺寸，薄壁圆筒结构(15)的外周向尺寸小于外缸体(1)的内周向尺寸；所述的充油端盖(2)的最小周向尺寸位置处，设置有油密封结构；充油端盖(2)的最厚位置处，开有充油口。

3.根据权利要求1所述的自缓冲式气液混合多级弹射机构，其特征在于：所述各级活塞缸主体与各级活塞缸伸出端交界处、各级活塞缸主体与各级活塞端的拐角交界处的端面上均设置有凹槽。

4.根据权利要求1所述的自缓冲式气液混合多级弹射机构，其特征在于：所述各级活塞缸的伸出端的轴向长度均为伸出端上油密封轴向长度的两倍以上。