CN108519028B - 爆炸分离螺栓 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了爆炸分离螺栓，包括爆炸螺栓内筒、爆炸螺栓外筒、活塞；多个弹性销，弹性销包括销体A、销体B和被挤压后可发生形变且未被挤压后可恢复形状的弹性结构，销体A的第一端与销体B的第一端接触连接，销体B的第二端与弹性结构的第一端连接，弹性结构的第二端固定在爆炸螺栓外筒上。点火器产生的高压气体将被活塞封闭在爆炸螺栓内筒中，达到无污染气体排放的目的，较为环保；弹簧销设置多道，可以增大爆炸分离螺栓的承载力；环状的凸起与爆炸螺栓外筒的连接设计，可以进一步增大爆炸分离螺栓的承载力。弹性销的特殊外形，能够使爆炸分离螺栓可靠分离，既能对活塞进行限位，又能在爆炸螺栓内筒进而爆炸螺栓外筒解锁时提供的可靠滑移作用。

Description

爆炸分离螺栓
技术领域
本发明属于航空航天及火工品技术领域，具体涉及爆炸分离螺栓。
背景技术
本发明属于航空航天及火工品领域，具体涉及一种抗冲击的绿色的爆炸分离螺栓，可用于航天器级间分离解锁、舱段间分离等。
爆炸分离螺栓是一种重要的航空航天领域分离解锁火工装置，该种装置利用爆炸产生的驱动作用及破坏作用，使螺栓体内外筒之间产生滑移运动或造成螺栓薄弱环节的剪切破坏，达到爆炸分离的效果。
现有的爆炸螺栓主要包括剪切式、剪切销式爆炸分离螺栓，削弱槽式爆炸分离螺栓，滚珠式、滚珠弹簧式、楔块式爆炸分离螺栓等。剪切式爆炸分离螺栓在其连接面处有一薄弱面，承受两级体连接，在其需要分离时，起爆器起爆产生爆轰气体，推动活塞运动，将薄弱处剪掉，实现分离；剪切销式爆炸分离螺栓为内外筒套接，靠剪切销固定，当爆轰压力增大到一定程度时，剪切销剪断，爆炸螺栓内外筒分离；削弱槽式爆炸分离螺栓在药室外侧刻有削弱槽，当药室内压力升高时，削弱槽断裂，将爆炸螺栓分为两部分；滚珠式、滚珠弹簧式、楔块式爆炸分离螺栓则都是靠滚珠或楔块的径向限位作用使爆炸分离螺栓内外筒连接在一起，当点火器点火后，产生的爆轰气体推动爆炸螺栓内部活塞轴向运动，使滚珠或楔块发生径向位移，不再限制爆炸螺栓内外筒的相对运动，使爆炸螺栓发生分离。
剪切式、剪切销式爆炸分离螺栓优点在于分离冲击小，无污染且装配简单，缺点在于连接力较小，在承载能力上受到限制；削弱槽式爆炸分离螺栓结构简单，不产生碎片，但由于爆炸产物会从分离端面溢出，会对周围环境造成污染；滚珠式、滚珠弹簧式、楔块式爆炸分离螺栓连接力大，但这些螺栓结构复杂，加工装配工艺复杂，难度较高。具体详见参考文献：《导弹级间火工分离装置综述》。
为了解决以上问题我方研发出了一种爆炸分离螺栓。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种可用于航天器级间分离解锁、舱段间分离的爆炸分离螺栓。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
爆炸分离螺栓，其与点火器配合使用，包括：
爆炸螺栓内筒，爆炸螺栓内筒的两端均设置有开口，爆炸螺栓内筒的第一个开口与点火器的高压气体输出端连通；
爆炸螺栓外筒，爆炸螺栓外筒的第一端设置有开口，爆炸螺栓外筒通过第一端设置的开口活动套装在爆炸螺栓内筒外部；
活塞，活塞包括活塞头部和活塞尾部，活塞尾部与爆炸螺栓内筒的内壁滑动气密接触；多个弹性销，弹性销包括销体A、销体B和被挤压后可发生形变且未被挤压后可恢复形状的弹性结构，销体A的第一端与销体B的第一端接触连接，销体B的第二端与弹性结构的第一端连接，弹性结构的第二端固定在爆炸螺栓外筒上；
对应多个弹性销在爆炸螺栓外筒侧壁设置有多个第一通孔；对应多个弹性销在爆炸螺栓内筒侧壁设置有多个第二通孔；弹性结构安装在第一通孔中，销体B可滑动安装在第一通孔和第二通孔相连通的孔洞内，销体A的第一端可滑动安装在第二通孔内；
对应多个弹性销在活塞的侧壁上设置有多个径向扩张面，径向扩张结构面从活塞头部往活塞尾部扩张，一个销体A的第二端抵紧一个径向扩张面安装；
点火器点火，高压气体驱动活塞沿爆炸螺栓内筒内部轴向运动，活塞头部与爆炸螺栓外筒接触时，销体A的第一端、销体B的第一端均与爆炸螺栓内筒的外侧壁面重合；且此时销体A的第二端未与径向扩张面上最靠近活塞尾部的位置抵紧。
点火器产生的高压气体将被活塞封闭在爆炸螺栓内筒中，达到无污染气体排放的目的，较为环保。
弹簧销设置多道，可以增大爆炸分离螺栓的承载力。
优选地，径向扩张面还包括一段水平面，活塞头部与爆炸螺栓外筒接触时，销体A的第二端与径向扩张面的水平面抵紧。
优选地，多个第一通孔、多个第二通孔均围绕活塞的轴心线均匀分布，多个径向扩张面连成一个总面。
具体地，销体A包括平顺部和凸头部，平顺部的一端与凸头部的一端固定连接，平顺部可滑动安装在第二通孔内，凸头部的宽度大于第二通孔的最大宽度；平顺部的长度等于爆炸螺栓内筒的侧壁厚度，凸头部的长度略小于径向扩张面的水平面与爆炸螺栓内筒的内壁之间的距离；凸头部上与径向扩张面接触的部分为球面。
弹性销的特殊外形，能够使爆炸分离螺栓可靠分离，既能对活塞进行限位，又能在爆炸螺栓内筒进而爆炸螺栓外筒解锁时提供的可靠滑移作用。
进一步地，弹性销还包括限位片，爆炸螺栓外筒的侧壁上设置有安装孔，安装孔与第一通孔连通，限位片固定安装在安装孔内，弹性结构的第二端固定在限位片上。
优选地，爆炸螺栓外筒的第二端内部设置有抗冲击缓冲材料层,活塞头部与爆炸螺栓外筒接触时，销体A的第一端、销体B的第一端均与爆炸螺栓内筒的外侧壁面重合。
抗冲击缓冲材料层在活塞头部与爆炸螺栓外筒撞击时候会发生变形，吸收碰撞能量，避免硬性机械冲击导致整体设备的抖动或者损坏。
优选地，爆炸螺栓外筒的侧壁上设置有环状的凸起，爆炸螺栓外筒套装在爆炸螺栓内筒外部时，环状的凸起与爆炸螺栓外筒的第一端抵紧。
环状的凸起与爆炸螺栓外筒的连接设计，可以进一步增大爆炸分离螺栓的承载力。
优选地，活塞头部为直径略小于爆炸螺栓外筒内径的圆柱体结构，活塞头部的直径大于爆炸螺栓内筒2的第二个开口的最大宽度，活塞头部置于爆炸螺栓内筒外部。
优选地，活塞尾部侧壁上设置有环形凹槽，密封圈安装在环形凹槽内用于与爆炸螺栓内筒的内壁滑动气密接触。
优选地，弹性结构为弹簧。
本发明的有益效果在于：
本发明的爆炸分离螺栓：
1、点火器产生的高压气体将被活塞封闭在爆炸螺栓内筒中，达到无污染气体排放的目的，较为环保；
2、弹簧销设置多道，可以增大爆炸分离螺栓的承载力；环状的凸起与爆炸螺栓外筒的连接设计，可以进一步增大爆炸分离螺栓的承载力。
3、弹性销的特殊外形，能够使爆炸分离螺栓可靠分离，既能对活塞进行限位，又能在爆炸螺栓内筒进而爆炸螺栓外筒解锁时提供的可靠滑移作用。
附图说明
图1为本发明的剖面结构示意图；
图2为本发明中活塞的剖面结构示意图；
图3为本发明中销体A和销体B的剖面连接结构示意图；
图4为本发明活塞运动前期的剖面结构示意图；
图5为本发明活塞运动中期的剖面结构示意图；
图6为本发明活塞运动后期的剖面结构示意图；
图7为本发明中爆炸螺栓外筒和爆炸螺栓内筒完全脱离的结构示意图。
图中：1、点火器；2、爆炸螺栓内筒；3、活塞；4、密封圈；5、销体A；6、销体B；7、限位片；8、弹簧；9、安装孔；10、爆炸螺栓外筒；11、抗冲击缓冲材料层；12、活塞尾部；13、活塞头部。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，爆炸分离螺栓，其与点火器1配合使用，包括：
爆炸螺栓内筒2，爆炸螺栓内筒2的两端均设置有开口，爆炸螺栓内筒2的第一个开口与点火器1的高压气体输出端连通；
爆炸螺栓外筒10，爆炸螺栓外筒10的第一端设置有开口，爆炸螺栓外筒10通过第一端设置的开口活动套装在爆炸螺栓内筒2外部；
活塞3，活塞3包括活塞头部13和活塞尾部12，活塞尾部12与爆炸螺栓内筒2的内壁滑动气密接触；多个弹性销，弹性销包括销体A5、销体B6和被挤压后可发生形变且未被挤压后可恢复形状的弹性结构，销体A5的第一端与销体B6的第一端接触连接，销体B6的第二端与弹性结构的第一端连接，弹性结构的第二端固定在爆炸螺栓外筒10上；
对应多个弹性销在爆炸螺栓外筒10侧壁设置有多个第一通孔；对应多个弹性销在爆炸螺栓内筒2侧壁设置有多个第二通孔；弹性结构安装在第一通孔中，销体B6可滑动安装在第一通孔和第二通孔相连通的孔洞内，销体A5的第一端可滑动安装在第二通孔内；
对应多个弹性销在活塞3的侧壁上设置有多个径向扩张面，径向扩张结构面从活塞头部13往活塞尾部12扩张，一个销体A5的第二端抵紧一个径向扩张面安装；
点火器1点火，高压气体驱动活塞3沿爆炸螺栓内筒2内部轴向运动，活塞头部13与爆炸螺栓外筒10接触时，销体A5的第一端、销体B6的第一端均与爆炸螺栓内筒2的外侧壁面重合；且此时销体A5的第二端未与径向扩张面上最靠近活塞尾部12的位置抵紧。
点火器1产生的高压气体将被活塞3封闭在爆炸螺栓内筒2中，达到无污染气体排放的目的，较为环保。
弹簧8销设置多道，可以增大爆炸分离螺栓的承载力。
如图2所示，径向扩张面还包括一段水平面，活塞头部13与爆炸螺栓外筒10接触时，销体A5的第二端与径向扩张面的水平面抵紧。
多个第一通孔、多个第二通孔均围绕活塞3的轴心线均匀分布，多个径向扩张面连成一个总面。
如图3所示，销体A5包括平顺部和凸头部，平顺部的一端与凸头部的一端固定连接，平顺部可滑动安装在第二通孔内，凸头部的宽度大于第二通孔的最大宽度；平顺部的长度等于爆炸螺栓内筒2的侧壁厚度，凸头部的长度略小于径向扩张面的水平面与爆炸螺栓内筒2的内壁之间的距离；凸头部上与径向扩张面接触的部分为球面。
弹性销的特殊外形，能够使爆炸分离螺栓可靠分离，既能对活塞3进行限位，又能在爆炸螺栓内筒2进而爆炸螺栓外筒10解锁时提供的可靠滑移作用。
弹性销还包括限位片7，爆炸螺栓外筒10的侧壁上设置有安装孔9，安装孔9与第一通孔连通，限位片7固定安装在安装孔9内，弹性结构的第二端固定在限位片7上。
爆炸螺栓外筒10的第二端内部设置有抗冲击缓冲材料层11,活塞头部13与爆炸螺栓外筒10接触时，销体A5的第一端、销体B6的第一端均与爆炸螺栓内筒2的外侧壁面重合。
抗冲击缓冲材料层11在活塞头部13与爆炸螺栓外筒10撞击时候会发生变形，吸收碰撞能量，避免硬性机械冲击导致整体设备的抖动或者损坏。
爆炸螺栓外筒10的侧壁上设置有环状的凸起，爆炸螺栓外筒10套装在爆炸螺栓内筒2外部时，环状的凸起与爆炸螺栓外筒10的第一端抵紧。
环状的凸起与爆炸螺栓外筒10的连接设计，可以进一步增大爆炸分离螺栓的承载力。
活塞头部13为直径略小于爆炸螺栓外筒10内径的圆柱体结构，活塞头部13的直径大于爆炸螺栓内筒2的第二个开口的最大宽度，活塞头部13置于爆炸螺栓内筒2外部。
活塞尾部12侧壁上设置有环形凹槽，密封圈4安装在环形凹槽内用于与爆炸螺栓内筒2的内壁滑动气密接触。
弹性结构优选为弹簧8。
弹性销的限位片7安装完成后，其外缘与与爆炸螺栓外筒10在轴向方向上具有一定宽度的孔隙，用于为焊接方式提供焊料堆积区域，避免爆炸分离螺栓因焊料堆积造成外形尺寸变化。
在未点火状态时，为保证爆炸分离螺栓在运输过程中及受到冲击过载条件下内部活塞3不会自由运动，弹性销结构优选具备较高的弹性强度的结构，进一步优选使用弹簧，且使用的弹簧具备较高的弹性强度，能够将弹性销压紧在活塞上，当活塞3具有向远离点火器1一端轴向运动的趋势时，弹簧弹力会产生一部分分力阻碍活塞3继续运动；当活塞3具有向接近点火器1一端轴向运动的趋势时，由于活塞头部13的直径大于爆炸螺栓内筒2的第二个开口的最大宽度，活塞头部13置于爆炸螺栓内筒2外部，活塞3会受到爆炸螺栓内筒2外壁对活塞3的阻碍作用，因此在未点火状态下，活塞3是安全稳定的，不具备自由活动的可能。
本发明中采用的特殊结构组成使得本发明易于装配。
工作原理：
如图4所示，活塞3运动前期：点火器1接收点火信号后，点火器1内部所装填的火炸药发生反应，产生高压气体。高压气体驱动活塞3沿爆炸螺栓内筒2端面轴向运动，由于活塞3的特殊结构设计，在径向上有一定扩张度，故活塞3在轴向运动过程中会推顶销体A5、销体B6径向运动，弹性结构被压缩。销体A5由初始位置运动至径向扩张面的水平面时，销体A5、B间的自由端面恰好与爆炸螺栓内筒2外侧面重合，即此时爆炸螺栓外筒10和爆炸螺栓内筒2之间由连接紧固状态变为可以相对轴向运动的状态。此时销体A5的凸头部的长度略小于径向扩张面的水平面与爆炸螺栓内筒2的内壁之间的距离，其限制销体A5由于惯性继续径向运动。
如图5所示，活塞3运动中期：活塞3继续轴向运动，活塞头部13冲击爆炸螺栓外筒10内的抗冲击缓冲材料层11，抗冲击缓冲材料层11发生变形，吸收能量。此时由于活塞头部13对爆炸螺栓外筒10产生的推力作用，爆炸螺栓外筒10会相对爆炸螺栓内筒2发生轴向运动，两者开始分离。
如图6所示，在活塞3运动后期：凸头部卡紧在活塞3与爆炸螺栓内筒2之间，限制了活塞3与爆炸螺栓内筒2之间的相对移动，活塞3停止轴向运动。点火器1产生的高压气体将被活塞3封闭在爆炸螺栓内筒2中，达到无污染的目的。如图7所示，爆炸螺栓外筒10则将继续运动直至完全脱离。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。

Claims (10)

1.爆炸分离螺栓，其与点火器配合使用，其特征在于，包括：
爆炸螺栓内筒，爆炸螺栓内筒的两端均设置有开口，爆炸螺栓内筒的第一个开口与点火器的高压气体输出端连通；
爆炸螺栓外筒，爆炸螺栓外筒的第一端设置有开口，爆炸螺栓外筒通过第一端设置的开口活动套装在爆炸螺栓内筒外部；
活塞，活塞包括活塞头部和活塞尾部，活塞尾部与爆炸螺栓内筒的内壁滑动气密接触；多个弹性销，弹性销包括销体A、销体B和被挤压后可发生形变且未被挤压后可恢复形状的弹性结构，销体A的第一端与销体B的第一端接触连接，销体B的第二端与弹性结构的第一端连接，弹性结构的第二端固定在爆炸螺栓外筒上；
对应多个弹性销在爆炸螺栓外筒侧壁设置有多个第一通孔；对应多个弹性销在爆炸螺栓内筒侧壁设置有多个第二通孔；弹性结构安装在第一通孔中，销体B可滑动安装在第一通孔和第二通孔相连通的孔洞内，销体A的第一端可滑动安装在第二通孔内；
对应多个弹性销在活塞的侧壁上设置有多个径向扩张面，径向扩张结构面从活塞头部往活塞尾部扩张，一个销体A的第二端抵紧一个径向扩张面安装；
点火器点火，高压气体驱动活塞沿爆炸螺栓内筒内部轴向运动，活塞头部与爆炸螺栓外筒接触时，销体A的第一端、销体B的第一端均与爆炸螺栓内筒的外侧壁面重合；且此时销体A的第二端未与径向扩张面上最靠近活塞尾部的位置抵紧。
2.根据权利要求1所述的爆炸分离螺栓，其特征在于：径向扩张面还包括一段水平面，活塞头部与爆炸螺栓外筒接触时，销体A的第二端与径向扩张面的水平面抵紧。
3.根据权利要求2所述的爆炸分离螺栓，其特征在于：多个第一通孔、多个第二通孔均围绕活塞的轴心线均匀分布，多个径向扩张面连成一个总面。
4.根据权利要求2所述的爆炸分离螺栓，其特征在于：销体A包括平顺部和凸头部，平顺部的一端与凸头部的一端固定连接，平顺部可滑动安装在第二通孔内，凸头部的宽度大于第二通孔的最大宽度；平顺部的长度等于爆炸螺栓内筒的侧壁厚度，凸头部的长度略小于径向扩张面的水平面与爆炸螺栓内筒的内壁之间的距离；凸头部上与径向扩张面接触的部分为球面。
5.根据权利要求4所述的爆炸分离螺栓，其特征在于：弹性销还包括限位片，爆炸螺栓外筒的侧壁上设置有安装孔，安装孔与第一通孔连通，限位片固定安装在安装孔内，弹性结构的第二端固定在限位片上。
6.根据权利要求1所述的爆炸分离螺栓，其特征在于：爆炸螺栓外筒的第二端内部设置有抗冲击缓冲材料层,活塞头部与爆炸螺栓外筒接触时，销体A的第一端、销体B的第一端均与爆炸螺栓内筒的外侧壁面重合。
7.根据权利要求1所述的爆炸分离螺栓，其特征在于：爆炸螺栓外筒的侧壁上设置有环状的凸起，爆炸螺栓外筒套装在爆炸螺栓内筒外部时，环状的凸起与爆炸螺栓外筒的第一端抵紧。
8.根据权利要求1所述的爆炸分离螺栓，其特征在于：活塞头部为直径略小于爆炸螺栓外筒内径的圆柱体结构，活塞头部的直径大于爆炸螺栓内筒的第二个开口的最大宽度，活塞头部置于爆炸螺栓内筒外部。
9.根据权利要求1所述的爆炸分离螺栓，其特征在于：活塞尾部侧壁上设置有环形凹槽，密封圈安装在环形凹槽内用于与爆炸螺栓内筒的内壁滑动气密接触。
10.根据权利要求1-9任一项所述的爆炸分离螺栓，其特征在于：弹性结构为弹簧。
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