CN107462416A - 多米诺式爆破防护仓 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多米诺式爆破防护仓，包括：防护仓壳体和若干防护骨牌板，其中，防护骨牌板通过第一支承轴和第一轴承安装在防护仓壳体的内环周上，并且可绕着第一支承轴在定位弹簧控制转角的范围内自由旋转，防护骨牌板之间叠加设置，前一个防护骨牌板的第二轴承叠压在后一个防护骨牌板的防护板上，叠加在一起的防护骨牌板可以传递正向动量、吸收抵消反向动量。本发明的有益之处在于：(1)可以自主消耗冲击动量，爆破防护效果更好；(2)体积更小、质量更轻、使用起来更加安全。

Description

多米诺式爆破防护仓

技术领域

本发明涉及一种爆破防护仓，具体涉及一种多米诺式爆破防护仓，属于爆破试验机技术领域。

背景技术

根据中华人民共和国汽车行业标准《汽车干摩擦式离合器总成台架试验方法》(QC/T207-2014)的规定，要求进行汽车离合器盖总成耐高速性能试验。

试验条件：

(1)不平衡量：盖总成不平衡量应满足制造商技术文件规定，盖总成与夹具装配后的不平衡量应满足试验机的要求。

(2)角加速度：(10.47～31.42)rad/s²。

(3)试验温度：室温。

试验设备：

转速可达12000r/min以上、加速度可控制的离合器高速试验台，角加速度：(10.47～31.42)rad/s²，如图1所示。

试验步骤：

(1)在平衡机上检验盖总成的不平衡量，要求达到产品所规定的要求(注：在爆破试验中，一般要求30～50kg的离合器盖总成的最大允许不平衡量要求≤50g.cm；对于总质量15kg以下的小型被测物体的不平衡量要求会更高)。

(2)将盖总成按规定装于代用飞轮上，使之处于接合状态，装于试验台上。

(3)按照试验条件要求进行试验，或者直至发生爆破，记录爆破时的转速(爆破或者达到规定的转速即可停机，要与客户协商确定)。

在实际试验操作中，高速试验台的设置存在以下几个严重缺陷：

(1)对于按照传统的直线思维设计的直线式高速试验台

为了安全，将爆破防护仓设置在地下，或者设置在操作和动力传动的另外一个防护房间，那么操纵人员无法观察到试验件的高速运转过程，也无法进行紧急情况处理。

此外，操作和动力传动系统与被测件的旋转系统分离，试验机的传动距离较长，设计比较复杂，传动环节多，传动的机械效率低，体积庞大，占地面积至少要求60m²。

(2)对于操作-传动-旋转-防护一体机

现有的爆破防护仓一般会采用足够厚的钢板，并且在内壁嵌相当厚的橡胶板，这样一来爆破防护仓体积和重量就会很大，那么爆破防护仓结构的设计就是一个新的课题。

(3)无论是直线式高速试验台，还是操作-传动-旋转-防护一体机，他们的爆破防护仓都属于被动式爆破防护仓，不能自主消耗冲击动量，所以存在一些共同的缺陷，例如：

(a)内衬的橡胶板在飞出的大质量物体冲击下，使用寿命会很短，更换成本高。

(b)尽管试验机设计有隔音材料防护，但是一般工作中的噪声也相当大，冲击的瞬间可能高达160db，或者更高，对操纵人员的健康危害大，并且一般要求试验机单独安装在远离工作人群的环境里。

(c)爆破防护仓制造和维护费用较高，维护修理耗费时间多。

(d)试验机间歇时间长，影响了试验机工作效率的充分发挥。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于通过采用一种全新的抗冲击防护设计理念，提供一种可自主消耗冲击动量的多米诺式爆破防护仓。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

多米诺式爆破防护仓，包括：防护仓壳体，其特征在于，还包括：若干防护骨牌板，其中，

前述防护骨牌板由第一支承轴、第一轴承、轴套、防护板、第二轴承、第二支承轴和定位弹簧组成，第一轴承和轴套均套在第一支承轴上，并且第一轴承位于轴套的两端，防护板的前端焊接在轴套上，防护板可绕着第一支承轴自由旋转，第二轴承套在第二支承轴上，第二支承轴通过轴承支座安装在防护板的后部，定位弹簧安装在轴套的两端用以保持防护板静止和定位；

前述防护骨牌板通过第一支承轴和第一轴承安装在防护仓壳体的内环周上，并且可绕着第一支承轴在定位弹簧控制转角的范围内自由旋转，防护骨牌板之间叠加设置，前一个防护骨牌板的第二轴承叠压在后一个防护骨牌板的防护板上，叠加在一起的防护骨牌板可以传递正向动量、吸收抵消反向动量。

前述的多米诺式爆破防护仓，其特征在于，前述防护仓壳体的内壁和外壁上均设置有防护隔音板。

前述的多米诺式爆破防护仓，其特征在于，前述第二支承轴与第一支承轴平行设置。

前述的多米诺式爆破防护仓，其特征在于，前述第二支承轴上套两个或两个以上轴承。

前述的多米诺式爆破防护仓，其特征在于，前述定位弹簧采用的是两组扭转力矩不同的拉力弹簧或者扭转弹簧。

前述的多米诺式爆破防护仓，其特征在于，前述定位弹簧采用的张力弹簧和回力弹簧，并且张力弹簧的拉力大于回力弹簧的拉力。

本发明的有益之处在于：

(1)本发明的多米诺式爆破防护仓，由于采用了叠加设置的、可绕轴自由旋转的防护骨牌板，叠加在一起的防护骨牌板可以传递正向动量、吸收抵消反向动量，所以本发明的多米诺式爆破防护仓可以自主消耗冲击动量，爆破防护效果更好；

(2)本发明的多米诺式爆破防护仓，由于可以自主消耗冲击动量，所以可以脱离掉厚层防护墙、防护板等笨重的结构，体积更小、质量更轻、使用起来更加安全；

(3)本发明的多米诺式爆破防护仓，其防护仓壳体的内壁和外壁上均设置有防护隔音板，所以其噪声得到了有效的降低。

附图说明

图1是现有的离合器高速试验台的组成示意图；

图2是本发明的多米诺式爆破防护仓的结构示意图；

图3是图2中的防护骨牌板的结构示意图；

图4是图3中的防护骨牌板的A-A剖面图。

图中附图标记的含义：1-防护仓壳体、2-防护骨牌板、21-第一支承轴、22-第一轴承、23-轴套、24-防护板、25-第二轴承、26-第二支承轴、27-定位弹簧、28-轴承支座、31-电机、32-皮带轮、33-传动皮带、34-被试件、35-防护仓。

具体实施方式

本发明采用了一种全新的抗冲击防护设计理念，参考“多米诺骨牌效应”的理论，设计出了能够自主消耗冲击动量的爆破防护仓。

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

参照图2，本发明的多米诺式爆破防护仓包括：防护仓壳体1和若干防护骨牌板2，其中，防护仓壳体1呈圆筒状。

下面详细介绍防护骨牌板2的结构。

防护骨牌板2用于提供冲击防护，参照图3和图4，其由第一支承轴21、第一轴承22、轴套23、防护板24、第二轴承25、第二支承轴26和定位弹簧27组成。

第一轴承22和轴套23均套在第一支承轴21上，并且第一轴承22位于轴套23的两端，防护板24的前端焊接在轴套23上，防护板24可绕着第一支承轴21自由旋转。

第二轴承25套在第二支承轴26上，第二支承轴26上套两个或两个以上第二轴承25，第二支承轴26通过轴承支座28安装在防护板24的后部，第二支承轴26与第一支承轴21平行设置。

定位弹簧27安装在轴套23的两端，用于保持防护板24静止和定位，将每一个防护骨牌板2都静止和定位在互相叠加位置处，并且使每一个防护骨牌板2与防护仓壳体1之间留有合适的空间，这样可以接受爆破试验机旋转中被测工件破裂时带来的物体冲击了。

定位弹簧27既可以是两组扭转力矩不同的拉力弹簧，还可以是两组扭转力矩不同的扭转弹簧。

当然，定位弹簧27还可以是张力弹簧和回力弹簧的组合，张力弹簧的拉力和刚度需大于回力弹簧的拉力和刚度，当飞溅物质的质量较大、防护骨牌板2不能完全满足爆破飞溅物质时，在飞溅物质不能够较快的被制动静止情况下，张力弹簧可以起到帮助飞溅物质迅速静止的辅助作用。

防护骨牌板2的数量按照防护仓壳体1的直径尺寸进行设置。防护骨牌板2通过第一支承轴21和第一轴承22安装在防护仓壳体1的内环周上，并且可绕着第一支承轴21在定位弹簧27控制转角的范围内自由旋转，在结构允许的自由度范围内基本上可以做到近似“无摩擦功消耗”的自由旋转(转动中心可设2个向心轴承支承，将径向摩擦功消耗减少到最低，这2个向心轴承支承也可替换为2个向心推力型轴承支承，来实现径向和轴向同时减少摩擦的传动；进一步，为减少防护骨牌板的重力和重心对于转动轴心的弯矩产生的轴向压力带来的摩擦功消耗，可在第一支承轴21的两端各设置1个推力轴承)，防护骨牌板2之间沿着顺时针方向叠加设置，前一个防护骨牌板2的第二轴承25叠压在后一个防护骨牌板2的防护板24上，叠加在一起的防护骨牌板2可以传递正向动量、吸收抵消反向动量。

作为一种优选的方案，防护仓壳体1的内壁和外壁上均设置有防护隔音板(未图示)，以降低噪声。

多米诺效应的物理原理：

骨牌竖着时，重心较高，骨牌倒下时，重心下降，骨牌倒下的过程中，其重力势能转化成动能，第一张骨牌倒在第二张骨牌上时，第一张骨牌的动能就转移到第二张骨牌上，第二张骨牌将第一张骨牌转移来的动能和自已倒下过程中由本身具有的重力势能转化来的动能之和再传到第三张骨牌上，依次类推，所以每张骨牌倒下的时候，具有的动能都比前一张骨牌的动能大，因此骨牌的速度一个比一个快，也就是说，依次推倒的能量一个比一个大。

多米诺骨牌效应：

英国的一位物理学家曾经制作了一组骨牌，共13张，第1张最小：长9.53mm、宽4.76mm、厚1.19mm，还不如小手指的指甲大，以后每张骨牌扩大1.5倍体积，这个数据是按照一张骨牌倒下时能推倒一张1.5倍体积的骨牌而选定的，第13张最大：长61mm、宽30.5mm、厚7.6mm，牌面大小接近于扑克牌，厚度相当于扑克牌的20倍，把这套骨牌按推到即可接触的适当间距排列好，轻轻推倒第1张骨牌，必然会波及到第13张骨牌，第13张骨牌倒下时释放的能量比第1张骨牌倒下时整整要扩大20多亿倍，因为多米诺骨牌效应的能量是按指数形式增长的，若推倒第1张骨牌要用0.024微焦耳，倒下的第13张骨牌释放的能量可达到51焦耳，可见多米诺骨牌效应产生的能量的确令人瞠目，多米诺骨牌效应常指一系列的连锁反应，即牵一发而动全身。

本发明的多米诺式爆破防护仓的防护原理：

多米诺效应是骨牌在无摩擦阻力、无约束条件下，在重力和重心的由小变大变化过程中，推动力按照指数形式倍增实现的。多米诺效应在本发明的多米诺式爆破防护仓的设计中，近似地满足了“无摩擦”条件，但是是有约束的，因为重力支承在第一支承轴上，防护骨牌板的顺时针倾倒是需要逐渐倍增的推力的，这个推力要求随着防护骨牌板的由N到N+1的传递会越来越大，同样会要求大到按照指数形式倍增才能实现瞬间的快速顺时针倾倒，而后面的防护骨牌板的抗冲击反动量永远是N+1的倍增，直到动量消耗殆尽为止。

再简单直白的理解，就类似反过来，由最后倾倒的第N张骨牌，要向前N-1、N-2、N-3…掀起的过程，这样可以理解为，这个“掀起的过程”的反向力矩是相当大的，防护骨牌板的抵抗阻力是比较大的。

定位弹簧的设置，起到的只是确定防护骨牌板初始转角的位置和做为调节防护骨牌板的抗冲击力的补充作用。

到此可以理解到，本发明的多米诺式爆破防护仓，其在某一块防护骨牌板受到爆破试验件破裂飞来的未知质量的物体冲击时，该块防护骨牌板会把动量瞬间传递给相邻的下一块防护骨牌板，以此类推，后面的防护骨牌板把动量依次传递下去。这样会发生什么结果呢？不会像多米诺骨牌传递动量越来越大，而是与其相反，抵抗的阻力越来越大，直到瞬间将接受的初始动量消耗殆尽，从而达到了防护被冲击的物体飞溅的效果。

本发明的多米诺式爆破防护仓，由于采用了叠加设置的、可绕轴自由旋转的防护骨牌板2，叠加在一起的防护骨牌板2可以传递正向动量、吸收抵消反向动量，所以本发明的多米诺式爆破防护仓可以自主消耗冲击动量，爆破防护效果更好。

本发明的多米诺式爆破防护仓，由于可以自主消耗冲击动量，所以可以脱离掉厚层防护墙、防护板等笨重的结构，体积更小、质量更轻、使用起来更加安全，并且可以实现操作-传动-防护轻便型一体机的设计。

本发明的多米诺式爆破防护仓的相关参数设计：

(1)被测的试验对象

一般汽车离合器盖-压盘总成的尺寸范围：Φ230～Φ490mm(其中压盘直径为Φ160～Φ430mm)、高度35～95mm、整体质量7～50kg(其中压盘质量占2/3)、使用回转速度为4500～3000rpm(小直径的产品转速高于大直径的产品)、角加速度要求：(10.47～31.42)rad/s²、最大允许不平衡量为50M₁(g.mm)M₁为盖总成的质量千克数。

根据《汽车干摩擦式离合器总成台架试验方法》(QC/T27-2014)中5.3.3.1之规定要求，离合器盖总成旋转破坏转速应该不低于发动机额定功率转速的1.8倍，即爆破安全系数β＝1.8。

(2)粗略的计算爆破试验防护仓的相关参数

(a)冲击量的计算

经过复杂的物理学的推论和演算，最终冲击量计算的表达公式为：

I＝ΔP＝m(u-v)＝F×t

式中，I为冲击量，ΔP为物理改变量，m为冲击物体的质量，v为前速度矢量，u为后速度矢量，F为冲击力矢量，t为冲击时间。

注意：做为超速性能试验，后速u应该永远是大于前速v，而(u-v)两个速度矢量瞬间的即时差就是汽车离合器盖总成耐高速性能试验条件标准所要求的角加速度：(10.47～31.42)rad/s²。

(b)刚体的转动惯量

刚体转动惯量计算分为“刚体分立结构”和“刚体连体结构”两种。离合器盖总成的具体结构是：钢板冲压成型的盖(铸造成型为另外一种)采用铆钉或者螺钉把弹性材料的传动片连接到铸造的压盘上(铸造成型为另外一种盖，盖-压盘之间采用的是一种锲块式活动连接)，所以应当归于第一种(刚体的分立结构)计算方法。

由于旋转的物体包括圆盘、轴、杆、对称件、不对称件等，多种多样，在此应当把离合器盖总成归于“圆盘的转动惯量”。

J-转动惯量仅仅与质量分布有关，与转轴的安装位置有关。

应当注意的是：质量越大、质量分布的越不均匀和不对称回转中心、分离的质量点距离回转中心越远，转动惯量就越大。

对于比较薄的圆形平盘：质量为m、取半径为r,估计的容易疲劳断裂的圆环宽度为dr、R为最大回转半径。

J＝1/2·m·R²计算单位(kg.m²)

以上公式为经过复杂的推论后，简化了的粗略计算公式。

由冲量和转动惯量的计算单位来看，虽然不是一个量刚，但是比较计算结果可以看出，转动惯量越大，冲量一定也越大。

(c)判定离合器盖总成耐高速试验破坏的碰撞类型

碰撞基本分为三种类型：弹性碰撞、非弹性碰撞、完全非弹性碰撞。典型的碰撞为第一种，这是因为一般的简单的物理碰撞现象很难去判定是非弹性碰撞、完全非弹性碰撞，更重要的是弹性碰撞完全可以归结到弹性碰撞：Δp＝0，ΔEk＝0(即系统的动量和动能均守恒)，ΔEk为弹性碰撞所损失的最大动能。碰撞过程(时间极短，发生碰撞的物体构成的系统)视为动量守恒(例如在原子核变系统理论中，其在衰变过程中、衰变前后两个粒子的动量守恒，结论就是原子核衰变时，动量守恒)。

动量守恒是“物体耐高速试验破坏的碰撞类型”的防护爆破力的基本计算依据。

(d)计算爆破防护仓要求抗冲击的相关参数

冲击量：由于前面叙述的各种计算方法、计算公式和离合器盖总成的相关数据，已经足以够提供具体的爆破仓设计者参考，所以在此仅仅需要给出最终的计算结果。

计算冲击量所需要的离合器相关参数：

最大允许不平衡量：50g.cm。

试验最小爆破转速的安全系数：β＝1.8min.倍发动机的最大额定转速。

角加速度平均取：20rad/s²。

这样离合器盖总成整体的最大冲击量是可以粗略的计算出来的。但是，由于离合器盖总成的盖铸造件和压盘的铸造件的材料、结构、质量的差别较大，所以可能断裂的圆环尺寸和宽度是难以采用一个参数来确定的，必须通过以往实验结果的大数据的统计分析，逐个产品型号进行分类确定，提供防护仓设计参考。

在这里应当指出的是：爆破环直径和爆破环的宽度，对于离合器盖-压盘总成，一般取盖和压盘连接环节的直径位置，即传动片和盖的连接处为“危险截面”。

可以提供的经验是：由于盖-压盘的连接点一般为3点和4点(小尺寸产品有3点连接式)，所以压盘(包括铸造盖)一般最大的质量会分3～4块最大的破裂质量，这一点在计算和设计中可供参考。

本发明的多米诺式爆破防护仓的应用方向：

纵观现代国防、航空航天、民用等工业技术研究、开发和产品的安全质量认证领域，总有各种各样的高速旋转工况下的产品或者零部件需要“爆破试验”来实现高速耐久性的安全和寿命考核。

比较现有的“爆破试验机”的防护仓设计，其有以下严重的缺陷：人机—防护仓分离、传动距离长、结构复杂、体积大、笨重、占地面积大、噪声大、防护仓维修费用高、停机间歇影响工作效率等等。

而本发明的多米诺式爆破防护仓可克服传统的防护仓结构带来的试验机设计的缺陷，在科学实验和机械装置、设备生产、安全质量考核等领域将具有不可估量的应用前景。

需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.多米诺式爆破防护仓，包括：防护仓壳体(1)，其特征在于，还包括：若干防护骨牌板(2)，其中，

所述防护骨牌板(2)由第一支承轴(21)、第一轴承(22)、轴套(23)、防护板(24)、第二轴承(25)、第二支承轴(26)和定位弹簧(27)组成，第一轴承(22)和轴套(23)均套在第一支承轴(21)上，并且第一轴承(22)位于轴套(23)的两端，防护板(24)的前端焊接在轴套(23)上，防护板(24)可绕着第一支承轴(21)自由旋转，第二轴承(25)套在第二支承轴(26)上，第二支承轴(26)通过轴承支座(28)安装在防护板(24)的后部，定位弹簧(27)安装在轴套(23)的两端用以保持防护板(24)静止和定位；

所述防护骨牌板(2)通过第一支承轴(21)和第一轴承(22)安装在防护仓壳体(1)的内环周上，并且可绕着第一支承轴(21)在定位弹簧(27)控制转角的范围内自由旋转，防护骨牌板(2)之间叠加设置，前一个防护骨牌板(2)的第二轴承(25)叠压在后一个防护骨牌板(2)的防护板(24)上，叠加在一起的防护骨牌板(2)可以传递正向动量、吸收抵消反向动量。

2.根据权利要求1所述的多米诺式爆破防护仓，其特征在于，所述防护仓壳体(1)的内壁和外壁上均设置有防护隔音板。

3.根据权利要求1所述的多米诺式爆破防护仓，其特征在于，所述第二支承轴(26)与第一支承轴(21)平行设置。

4.根据权利要求3所述的多米诺式爆破防护仓，其特征在于，所述第二支承轴(26)上套两个或两个以上第二轴承(25)。

5.根据权利要求1所述的多米诺式爆破防护仓，其特征在于，所述定位弹簧(27)采用的是两组扭转力矩不同的拉力弹簧或者扭转弹簧。

6.根据权利要求1所述的多米诺式爆破防护仓，其特征在于，所述定位弹簧(27)采用的张力弹簧和回力弹簧，并且张力弹簧的拉力大于回力弹簧的拉力。