CN106828963A - 一种重载脱扣器 - Google Patents
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Abstract
本发明属机械设计领域，特别是涉及一种重载脱扣器，实现了瞬间释放弹射小车和飞机的效果。在无人机弹射装置中，瞬间释放弹射小车的脱扣装置的是其关键技术，该脱扣器要求能承受较重的载荷，并且要可靠的用较小的力使其能解锁。本发明的目的是提供一种重载脱扣器，根据其结构特点、难点，从能保证其承受重载荷并能轻松脱扣解锁出发，设计出导轨形式、弹射小车组件结构、承力端板组件结构、锁套结构、电磁解锁组件等结构。该装置结构紧凑，自动化程度高，解锁时人员远离飞机发动机，人员安全性得到大大提高。
Description
技术领域
本发明属机械设计领域，特别是涉及一种重载脱扣器，实现了瞬间释放弹射小车和飞机的效果。
背景技术
无人机是目前各国竞相发展的高技术兵器之一，无人机的发射方式主要有液压/气动/弹力弹射、火箭助推、箱式发射等多种类型。无人机的弹力发射是利用伸缩性很强的弹性元件如橡皮筋、弹簧的弹力作为动力，使无人机加速到起飞速度，适用于中小型无人机的发射起飞。利用橡皮筋作为能源弹射简单实用，并且起飞节约无人机本身能源，大大增加滞空时间。世界各国争相把这种弹射技术作为无人机优先发射方式。小型无人机弹射起飞，避免了需要庞大的机场跑道基础设施，其飞机弹射距离只需要几米的滑轨，弹射装置小巧灵活，机动性强、野战生存能力强。
在无人机弹射装置中，瞬间释放弹射小车的脱扣装置的是其关键技术，该脱扣器要求能承受较重的载荷，并且要可靠的用较小的力使其能解锁。这就要求实现一种重载脱扣器，根据其结构特点、难点，从能保证其承受重载荷并能轻松脱扣解锁出发，设计出导轨形式、弹射小车组件结构、承力端板组件结构、锁套结构、电磁解锁组件等结构。
发明内容
本发明的目的是提供一种重载脱扣器，根据其结构特点、难点，从能保证其承受重载荷并能轻松脱扣解锁出发，设计出导轨形式、弹射小车组件结构、承力端板组件结构、锁套结构、电磁解锁组件等结构。
本发明的重载脱扣器，用于无人机的弹力发射，包括导轨、发射小车组件、端板、锁套组件和电磁阀组件，其中所述导轨的一端与所述端板连接，所述发射小车组件安装在所述导轨上并可沿导轨滑动，在发射小车组件的小车尾部具有锁头，其在端部具有沿周向间隔分布的外齿，小车在发射方向与拉绳连接；所述锁套组件包括锁套、锁套端面轴承和连杆，其中锁套通过锁套端面轴承安装在所述端板的通孔中，且在端部具有沿周向间隔分布的内齿，与所述外齿在一定的旋转角度下可啮合或脱开，连杆在所述锁套的端面与其固定连接，并在一个端部与所述电磁阀组件连接。
所述导轨在两侧具有延伸的轨道，轨道为圆柱型空心轨道，所述发射小车组件还包括安装在小车下部的若干与所述轨道结合的导轨滑轮。
所述端板具有安全销座，所述连杆的另一端部具有销孔，通过插入安全销将所述连杆限定在安全销座上。
所述电磁阀组件包括固定电磁阀的电磁阀座，顶环下端与阀芯连接，弹簧套接在阀芯上，并抵接顶环下端面，在电磁阀未通电时顶起阀芯，使阀芯处于最大行程处；顶环上端的顶环轴具有安装所述连杆的槽，并通过销轴与连杆铰接，通过电磁阀控制所述连杆的旋转。所述组件还具有锁套档圈。
所述锁套与锁头还可以采用多组花键的形式啮合。
所述导轨根据无人机的类型及起飞速度要求，确定相应的导轨剖面形式和导轨长度。
所述锁头的材料为T8钢，锁套的材料为30CrMnSiA钢。
在进行解锁脱扣前，拔掉保险销，之后对电磁阀进行通电拉动阀芯收缩，顶环随着阀芯运动，带动连杆转动，锁套相对于锁头旋转脱扣，发射小车组件在拉绳的作用力下沿着导轨高速运动；电磁阀断电后，阀芯在弹簧的作用下恢复到行程最远端，完成一个工作循环。
有益效果：根据本发明实现的重载脱扣器，能够保证承受重载荷并能轻松脱扣解锁出发，实现了一种瞬间释放弹射小车的功能。该装置结构紧凑，自动化程度高，解锁时人员远离飞机发动机，人员安全性得到大大提高。
附图说明
图1是本发明重载脱扣器的斜视图；
图2是本发明重载脱扣器的的爆炸视图；
图3是本发明重载脱扣器的发射小车组件的结构示意图；
图4是本发明重载脱扣器的锁紧状态图；
图5是锁套与锁头结合前的示意图；
图6是锁套与锁头结合状态下的示意图；
图7是图6的A-A视图；
图8是图6的C-C视图；
图9是锁套与锁头解锁状态下的示意图；
图10是锁套与锁头的结合角度示意图；
图11是本发明重载脱扣器的解锁状态图。
其中，1-导轨，2-发射小车组件，21-拉绳，22-导轨滑轮，23-锁头，3-端板，31-安全销座，32-安全销，4-锁套组件，41-锁套，42-锁套端面轴承，43-连杆，44-锁套档圈，5-电磁阀组件，51-顶环，52-电磁阀，53-弹簧，54-顶环轴，55-电磁阀座
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
如图2所示，重载脱扣器爆炸图，包括导轨1、发射小车组件2、端板3、锁套组件4和电磁阀组件5，其中所述导轨1的一端与所述端板3连接，所述发射小车组件2安装在所述导轨1上并可沿导轨1滑动，在发射小车组件2的小车尾部具有锁头23，其在端部具有沿周向间隔分布的外齿，小车在发射方向与拉绳21连接；所述锁套组件4包括锁套41、锁套端面轴承42和连杆43，其中锁套41通过锁套端面轴承42安装在所述端板3的通孔中，且在端部具有沿周向间隔分布的内齿，与所述外齿在一定的旋转角度下可啮合或脱开，连杆43在所述锁套41的端面与其固定连接，并在一个端部与所述电磁阀组件5连接。
所述导轨1在两侧具有延伸的轨道，轨道为圆柱型空心轨道，所述发射小车组件2还包括安装在小车下部的若干与所述轨道结合的导轨滑轮22。
所述端板3具有安全销座31，所述连杆43的另一端部具有销孔，通过插入安全销32将所述连杆43固定在安全销座31上。
所述电磁阀组件5包括固定电磁阀52的电磁阀座55，顶环51下端与阀芯连接，弹簧53套接在阀芯上，并抵接顶环51下端面，在电磁阀52未通电时顶起阀芯，使阀芯处于最大行程处；顶环51上端的顶环轴54具有安装所述连杆43的槽，并通过销轴与连杆43铰接，通过电磁阀52控制所述连杆43的旋转。
所述组件4还具有锁套档圈44。所述锁套41与锁头23还可以采用多组花键的形式啮合。所述导轨1根据无人机的类型及起飞速度要求，确定相应的导轨剖面形式和导轨长度。所述锁头23的材料为T8钢，锁套41的材料为30CrMnS iA钢。
在进行解锁脱扣前，拔掉保险销32，之后对电磁阀52进行通电拉动阀芯收缩，顶环51随着阀芯运动，带动连杆43转动，锁套41相对于锁头23旋转脱扣，发射小车组件2在拉绳21的作用力下沿着导轨1高速运动；电磁阀52断电后，阀芯在弹簧53的作用下恢复到行程最远端，完成一个工作循环。
设计要点
导轨1的设计，根据小型无人飞机起飞速度的要求，设计出导轨1的剖面形式和导轨长度，导轨为两圆柱型空心轨道为主滑道，其它结构形式起到辅助增强导轨的刚强度的作用和方便成品及组件的安装。
根据导轨1的形状及整体结构形式，设计出发射小车组件2的结构形式，特别是导轨滑轮22的结构及锁头23的结构，将发射小车组件2从导轨1后端滑入导轨1上，小车安装时，需注意小车下部4个导轨滑轮22的内凹面与导轨1的外凸面进行装配间隙的调整；锁头23安装在小车的尾部，并伸出发射小车的主连接板。
根据锁头23的结构设计锁套41的结构，锁套41的转动需设计连杆43与之连接后进行力的传递，连杆43的结构形式需要根据电磁铁52的外形物理尺寸及磁铁芯的运动行程进行设计。
减少摩擦阻力设计，小车在拉绳21的作用力下，锁套41与锁头23之间承受较大的静压力，为能轻松的转动锁套41，需要对转动组件的摩擦进行减阻，具体措施是：把锁头23的材料选择为T8钢，锁套41的材料选择为30CrMnSiA钢，减小锁套41与锁头23之间的摩擦系数，在锁套41的外端面贴压一端面轴承42，把轴套41的转动摩擦转变为轴承的滚动摩擦。
在导轨1的端面设计一端板3，锁套41承受的静压力通过端板3传递到导轨1，使静压力成为导轨内力，端板3还能承受电磁阀座55，安全销座31的安装。
将电磁阀组件5安装在端板3的右下方区域，电磁阀芯顶端设计安装一顶环51，顶环51上端安装一顶环轴54与连杆连接，设计一弹簧53套在电磁阀芯外，弹簧53在电磁阀未通电时顶起阀芯，使阀芯处于最大行程处。
在未工作状态下，为保证意外脱扣发生，连杆43另一端需把安全销32通过连杆插入安全销座31内。
在进行解锁脱扣前，拔掉保险销32，对电磁阀52进行通电，电磁阀52通电后产生强磁场，拉动阀芯收缩，顶环51随着阀芯运动，带动连杆43转动，锁套41在连杆43的带动下转动与锁头23脱扣，小车在拉绳21的作用力下沿着导轨1高速运动。
电磁阀52断电，磁场消失，阀芯在弹簧53的作用下恢复到行程最远端，完成一个工作循环。
发射小车组件2，拉绳21对发射小车组件2施加拉力，小车带飞机在拉绳21拉力的作用下，速度从零加速到所需的起飞速度。导轨滑轮22共4个滑轮卡入导轨，使在整个运动的过程中，小车始终沿着导轨1运动，且产生较少的摩擦阻力。锁头23与发射小车组件2装配固定牢固，在拉绳21的整个逐步加载的过程中，锁头六花键与锁套卡死，直到加载结束，锁头23与锁套41解锁。
锁套41穿过端板的孔，内侧用锁套档圈44固定，使锁套41不回退，锁套41外侧安装一端面轴承42，起到锁套41转动时减少与端板3之间的摩擦，轴套41与连杆43在端面连接，连杆43的长端与顶环轴54相连，在未作解锁工作时，连杆43另一端插入安全销32，连杆43通过安全销32固定在安全销座31上，进一步增加安全保险系数。电磁阀组件5安装在端板3的右下角，阀芯外套弹簧53，在电磁阀52非工作状态下，使阀芯始终处于最大行程处。
电磁阀的选型：
发射扣(带润滑)摩擦力：Fu＝u×Fn＝》Fu＝0.03×670.7＝20.121Kg；(动环材料用T8)；(注：运动副之间采用润滑脂润滑),另一端加端面轴承。
连杆选比60.6：12.5＝4.848:1(电磁铁行程按40mm设计)
电磁铁拉力F＝20.121/4.848＝4.15Kg
在电磁阀推杆上设计加入弹簧，使每次电磁阀工作后推杆自动复原。所以电磁阀在工作中还要克服弹簧的弹力做功。
F弹＝kX
F弹＝KX＝60×0.035＝2.1Kg
F弹＞2.4+4.15＝6.55Kg
考虑安全系数，选用行程40mm吸力8Kg电压12V/DC的电磁铁。
锁套41与锁头23两者间花键，锁紧状态为六组花键间互相对扣卡死。解锁时，只需将锁套转动30°，使锁套41的花键转动到锁头23花键的空隙位置，锁头23在拉绳作用力的情况下实现解锁。
整个脱扣器各组件之间的装配关系，其整个解锁过程为：
a)将无人机安装在发射小车组件2上；
b)利用发射小车组件2上卡键装置对飞机进行锁死，并利用锁套41、锁头23对发射小车组件在发射装置上进行锁死，并插上安全销32；
c)启动加载绞盘，对发射装置进行加载储能，载荷通过拉绳21传递到发射小车组件2上；
d)在确定安全弹射条件下，拔出安全销32准备弹射；
e)启动电磁阀52实现锁套41、锁头23解锁，完成脱扣过程；
脱扣器工作状态过程，在电磁阀52通电前，拔掉安全销32，在电磁阀52通电后，阀体产生强磁场，磁场拉动阀芯收缩到最终状态，弹簧53受力压缩，阀芯上的顶环轴54带动连杆43及锁套41发射旋转，达到脱扣目的。断电后，电磁阀磁场消失，阀芯在弹簧53的作用下恢复到最初状态。
锁套41与锁头23六组花键在解锁状态下的位置关系。解锁时，只需将锁套41转动30°，使锁套41的花键转动到锁头23花键的空隙位置如图所示，锁头在拉绳21作用力的情况下实现解锁。
Claims (9)
1.一种重载脱扣器，用于无人机的弹力发射，其特征在于：包括导轨(1)、发射小车组件(2)、端板(3)、锁套组件(4)和电磁阀组件(5)，其中所述导轨(1)的一端与所述端板(3)连接，所述发射小车组件(2)安装在所述导轨(1)上并可沿导轨(1)滑动，在发射小车组件(2)的尾部具有锁头(23)，锁头(23)在端部具有沿周向间隔分布的外齿，发射小车组件(2)在发射方向与拉绳(21)连接；所述锁套组件(4)包括锁套(41)、锁套端面轴承(42)和连杆(43)，其中锁套(41)通过锁套端面轴承(42)安装在所述端板(3)的通孔中，且在端部具有沿周向间隔分布的内齿，与所述外齿在一定的旋转角度下可啮合或脱开，连杆(43)在所述锁套(41)的端面与其固定连接，并在一个端部与所述电磁阀组件(5)连接。
2.根据权利要求1所述的重载脱扣器，其特征在于：所述导轨(1)在两侧具有延伸的轨道，轨道为圆柱型空心轨道，所述发射小车组件(2)还包括安装在小车下部的若干与所述轨道结合的导轨滑轮(22)。
3.根据权利要求1所述的重载脱扣器，其特征在于：所述端板(3)具有安全销座(31)，所述连杆(43)的另一端部具有销孔，通过插入安全销(32)将所述连杆(43)限定在安全销座(31)上。
4.根据权利要求1所述的重载脱扣器，其特征在于：所述电磁阀组件(5)包括固定电磁阀(52)的电磁阀座(55)，顶环(51)下端与阀芯连接，弹簧(53)套接在阀芯上，并抵接顶环(51)下端面，在电磁阀(52)未通电时顶起阀芯，使阀芯处于最大行程处；顶环(51)上端的顶环轴(54)具有安装所述连杆(43)的槽，并通过销轴与连杆(43)铰接，通过电磁阀(52)控制所述连杆(43)的旋转。
5.根据权利要求1所述的重载脱扣器，其特征在于：所述锁套组件(4)还具有锁套档圈(44)。
6.根据权利要求1所述的重载脱扣器，其特征在于：所述锁套(41)与锁头(23)还可以采用多组花键的形式啮合。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的重载脱扣器，其特征在于：所述导轨(1)根据无人机的类型及起飞速度要求，确定相应的导轨剖面形式和导轨长度。
8.根据权利要求7中所述的重载脱扣器，其特征在于：所述锁头(23)的材料为T8钢，锁套(41)的材料为30CrMnSiA钢。
9.根据权利要求8所述的重载脱扣器，其特征在于：在进行解锁脱扣前，拔掉保险销(32)，之后对电磁阀(52)进行通电拉动阀芯收缩，顶环(51)随着阀芯运动，带动连杆(43)转动，锁套(41)相对于锁头(23)旋转脱扣，发射小车组件(2)在拉绳(21)的作用力下沿着导轨(1)高速运动；电磁阀(52)断电后，阀芯在弹簧(53)的作用下恢复到行程最远端，完成一个工作循环。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 610041 Wuhou Temple street, Chengdu, Chengdu, Sichuan Applicant after: Chengdu Katie Seiko technology Co., Ltd. Address before: 610041 Wuhou Temple street, Chengdu City, Chengdu, Chengdu, Sichuan Applicant before: Manufacturing center of Chengdu aircraft design and Research Institute |
|
| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |