CN109974527A - 防爆吸能装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种防爆吸能装置，属于安全防护领域。包括水平放置的安装板以及至少两个直线排列、等间隔的吸能元件，吸能元件轴线方向与安装板垂直，安装板与吸能元件通过安装孔紧固连接。吸能元件包括一带安装孔的安装板、一级筒状结构、二级筒状结构及内置于一级筒状结构内的弹性芯。一级筒状结构放在二级筒状结构内，二级筒状结构与安装板紧固连接。优点在于：构思新颖，结构简单，使用安全方便，大大提高了吸能效率。装置装配简单、轻量化，解决了吸能元件重量大、安装占用空间大的技术难题，实用性强。又由于可根据具体情况和需求以吸能元件为基础扩展出所需要的外形形状，进而增强了吸能装置的扩展性。
Description
技术领域
本发明涉及安全防护领域，特别涉及一种防爆吸能装置。
背景技术
现代武器系统不断向着“远程压制、精确打击、高效毁伤”的方向发展，军用装甲防护技术急需提高。其中，军用新材料是发展高新装甲防护技术的物质基础，新型结构设计是提高装甲防护能力的重要手段，二者有效结合是提高装甲防护性能的根本保障。近年来，随着科学技术的进步，出现了一批大口径、大威力、高精度的军用武器，使得炮航弹或导弹直接命中结构爆炸或近距离爆炸已成为现实，这就要求防护工程必须具有极高的抗冲击能力。
防护装置多被用于保护重要的军事武器或其他重要物件，对吸能装置的灵活性要求极强，能够方便快捷的放置于被需位置一直是防护领域追求的目标。随着各种武器系统威力和效能的快速发展，对防护装置的抗冲击能力要求也越来越高，目前多通过改变装置材料来达到提高抗力的目的，当今装甲防护材料已由均质装甲发展到复合装甲，综合抗弹性能取得了较大进步。此外，研究人员也提出蜂窝或圆管型吸能元件等简单夹层结构来改进装甲防护能力，但这类吸能结构基本依靠装置本身塑性变形来吸收能量，吸能效率低。同时，这类元件安装一般需要较大空间，不利于防护装置的小型化，而且这类元件质量通常较大，不利于吸能装置的轻量化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种防爆吸能装置，解决了现有技术存在的防爆吸能装置重量大，吸能效率低，占用空间大等问题。本发明具有两级吸能结构，可实现分级吸能。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
防爆吸能装置，包括水平放置的安装板以及至少两个直线排列、等间隔的吸能元件，所述吸能元件轴线方向与安装板垂直，安装板与吸能元件通过安装孔紧固连接。
所述的吸能元件包括一带安装孔的安装板14、一级筒状结构2、二级筒状结构4及内置于一级筒状结构2内的弹性芯3，所述一级筒状结构2外包有圆环状的橡胶防震垫12，橡胶防震垫外径等于二级筒状结构4内径，一级筒状结构2与二级筒状结构4间依靠橡胶防震垫的弹性，将二者间细微缝隙填满塞紧来达到紧固的目的。所述二级筒状结构4与安装板14紧固连接；
所述一级筒状结构2的前后两侧外筒壁上各设有三个诱导槽13，所述诱导槽13的长度为一级筒状结构2外壁周长的3/8，每列三个诱导槽13之间间距由上至下递增，分别为一级筒状结构2长度的1/4、1/2；
所述二级筒状结构4的内壁下方内置一周半圆环结构5，一级筒状结构2置于二级筒状结构4内的半圆环结构5上，且一级筒状结构2、半圆环结构5轴心共线，接触部分放置橡胶防震垫12。
所述的弹性芯3包括上挡板7、下挡板11、两个橡胶防震垫12、三根锥形弹簧8、三根支撑杆9及三个弹簧座10，所述锥形弹簧8垂直于下挡板11放置，一端与上挡板7通过焊接方式连接，另一端与弹簧座10通过焊接方式连接，所述弹簧座10固定在下挡板11上；所述锥形弹簧8分别套在支撑杆9上，所述支撑杆9为空心金属结构，一端与上挡板7焊接，另一端与弹簧座10中心焊接。
所述的上挡板7上设有横纵方向的防爬齿结构1。
所述的上挡板7、下挡板11的边缘分别包覆橡胶防震垫12。
所述的橡胶防震垫12的材料为顺丁橡胶。
本发明的有益效果在于：构思新颖，结构简单，体积小、轻量化、使用安全方便。采用吸能元件，通过安装板、一、二级筒状结构与弹性芯配合作用。当发生碰撞时，一级结构先变形，二级结构后变形，将撞击能量转变为材料的塑性变形能，实现逐级吸能的效果。弹性芯3中锥形弹簧8发生弹性变形，一二级结构发生塑性变形，两种形式共同吸能，大大提高吸能效率。其中锥形弹簧特性线是非线性的，侧向刚度较大，所以其稳定性较好，在承受压力时，不会左右晃动，直接垂直向下压缩。且锥形弹簧的每一个节距直径都是不一样的，有足够给弹簧伸缩的空间，所以在弹簧中锥形弹簧的寿命会好一些。且一级筒状结构外壁设有诱导槽，确保元件从前向后稳定溃缩变形，锥形弹簧内设有支撑杆，有利于自动纠偏，无需额外设置导向结构，从而有效解决了吸能元件重量大，安装空间大等问题。一级筒状结构内的弹性芯可利用柔性支撑的缓冲作用，增加爆炸冲击波对其的作用时间，减缓爆炸冲击波的峰值作用。上挡板设有横纵方向的防爬齿结构，可以在吸能元件发生碰撞的时候防止其发生滑动，从而造成其他部件的损坏。并且该装置装配简单、轻量化，解决了吸能元件重量大、安装占用空间大的技术难题，实用性强。又由于可根据具体情况和需求以吸能元件为基础扩展出所需要的外形形状，进而增强了吸能装置的扩展性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明的吸能元件内部结构示意图；
图2为本发明的吸能元件外观示意图；
图3为本发明的弹性芯的分解示意图；
图4为本发明的一级筒状结构体立体示意图；
图5为本发明的二级筒状结构主视图；
图6为本发明的二级筒状结构的1/2剖视图；
图7为本发明的安装板立体结构示意图；
图8为本发明的吸能装置的立体示意图；
图9为本发明的吸能装置另一的立体示意图。
图中：1、防爬齿结构；2、一级筒状结构；3、弹性芯；4、二级筒状结构；5、半圆环结构；6、安装孔；7、上挡板；8、锥形弹簧；9、支撑杆；10、弹簧座；11、下挡板；12、橡胶防震垫；13、诱导槽；14、安装板。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。
参见图1至图9所示，本发明的防爆吸能装置，包括水平放置的安装板14以及至少两个直线排列、等间隔的吸能元件，所述吸能元件轴线方向与安装板14垂直，安装板14与吸能元件通过吸能元件的二级筒状结构4的下底处的安装孔6紧固连接。所述安装板采用承载能力大，刚性好的金属材料。所述安装板有四个对称分布的安装孔，所述安装板与二级筒状结构下底通过安装孔紧固连接。吸能元件为2、3、4、......n1个。
所述的吸能元件包括一带安装孔的安装板14、一级筒状结构2、二级筒状结构4及内置于一级筒状结构2内的弹性芯3，所述一级筒状结构2与二级筒状结构4焊接在一起，所述二级筒状结构4与安装板14紧固连接；
所述一级筒状结构2的形状为圆筒形，材料为可塑性变形的金属材料，一级筒状结构2可通过自身的塑性变形吸收碰撞时所产生的能量。一级筒状结构2的前后两侧外筒壁上，设有对称排列的两列、每列三个诱导槽13，所述诱导槽13的长度为一级筒状结构2外壁周长的3/8，诱导槽的长度方向与所述一级筒状结构的径向方向相同。每列三个诱导槽13之间间距由上至下递增，分别为一级筒状结构2长度的1/4、1/2；诱导槽13的宽度和深度以及一级筒状结构2和二级筒状结构4的壁厚、筒径和高度都是根据具体情况和需求确定，此处不做唯一限定。
所述二级筒状结构4的内壁下方置有一周半圆环结构5，一级筒状结构2置于二级筒状结构4内的半圆环结构5上，半圆环结构5的内径小于一级筒状结构内径。二级筒状结构具有下底，下底厚度为二级筒状结构筒壁厚度的1/2-2/3，且下底上有与安装板匹配的安装孔。一级筒状结构2、半圆环结构5轴心共线，接触部分采用焊接方式连接。
参见图3所示，所述的一级筒状结构2内置弹性芯3结构，弹性芯3包括上挡板7、下挡板11、两个橡胶防震垫12、三根结构完全相同的锥形弹簧8、三根结构、材料完全相同的支撑杆9及三个相同的弹簧座10，所述锥形弹簧8垂直于下挡板11放置，一端与上挡板7通过焊接方式连接，另一端与弹簧座10通过焊接方式连接，所述弹簧座10固定在下挡板11上；所述锥形弹簧8特性线是非线性的，侧向刚度较大，所以其稳定性较好，在承受压力时，不会左右晃动，直接垂直向下压缩；所述锥形弹簧8分别套在支撑杆9外部，所述支撑杆9为空心金属结构，一端与上挡板7焊接，另一端与弹簧座10中心焊接。
所述的上挡板7上设有横纵方向的防爬齿结构1，齿槽深度为上挡板厚度的1/5-1/4，可以在吸能元件发生碰撞的时候防止其发生滑动，从而造成其他部分的损坏。
所述的上挡板7、下挡板11为结构相同的圆饼状防撞板，保证碰撞时所产生的撞击力可均匀地传导给整个吸能元件，从而提高了吸能元件变形的稳定性。上挡板7、下挡板11的边缘分别包覆橡胶防震垫12，所述的橡胶防震垫12为圆环状，材料为顺丁橡胶。包覆橡胶防震垫12外径等于一级筒状结构2的内径，橡胶防震垫具有一定弹性，使得弹性芯3紧紧安装于一级筒状结构2内。橡胶防震垫12的主要作用是提高防爆吸能装置的装配精度，还可吸收弹性芯产生的振动，提高该装置的吸能特性。一级筒状结构2内的弹性芯3可利用柔性支撑的缓冲作用，增加爆炸冲击波对其的作用时间，减缓爆炸冲击波的峰值作用。
参见图4至图6所示，所述一级筒状结构2与二级筒状结构4的截面为圆环状，且二级筒状结构4的壁厚为一级筒状结构2的壁厚的2-3倍。所述一级筒状结构外径略小于二级筒状结构内径，所述一级筒状结构与所述二级筒状结构一体成型，由金属类材料制成，具有一定的刚度和可塑性变形特性。
一级筒状结构2与二级筒状结构4结构简单、变形稳定、吸能原理明晰，可以提供相当长的变形行程，能够实现比较大的吸能量。二级筒状结构4内壁下方内置半圆环结构5，一级筒状结构2内置于二级筒状结构4内的半圆环结构5上，二者轴心共线，接触部分采用焊接方式连接。一级筒状结构2与所述二级筒状结构4一体成型，两种结构由同一块材料切削制成或通过一套模具注塑、铸造制成，进而提高了吸能元件的整体结构强度。一级筒状结构2与二级筒状结构4由金属类材料制成，具有一定的刚度和可塑性变形特性。
参见图7所示，安装板14为一块强度大刚性好的金属方板，安装板14有四个对称分布的安装孔6。
参见图1至图9所示，本发明的工作原理如下：
当受到爆炸载荷冲击或碰撞时，上挡板7先受到冲击的作用，上挡板7为防撞板，作用是使下部含弹性芯3的结构变形更加稳定。之后弹性芯3内的锥形弹簧8发生弹性变形，不仅可以吸收部分能量，还可起到缓和冲击力，减缓冲击速度的作用。此时一级筒状结构2受冲击作用快速向下运动，一级筒状结构2筒壁处的诱导槽降低了诱导槽13周围筒壁的刚度，使得诱导槽13先发生变形，从而确保一级筒状结构2从前向后稳定溃缩变形。随后，一级筒状结构2和弹性芯3稳定变形吸能，当冲击力或碰撞力达到一定程度后，二级筒状结构4参与变形吸能。二级筒状结构4通过筒壁的塑性变形以及下部筒内半圆环结构5受一级筒状结构2挤压发生塑性变形，将撞击能转变为材料的塑性变形能。使得外加载荷的大部分能量被吸能装置吸收，使重要物品得到保护。
防爆吸能装置依靠弹性芯中的三根锥形弹簧的变形和一级筒状结构、二级筒状结构的塑性变形共同吸收能量，吸能效率高；与此同时可根据不同条件需求改变二级筒状中半圆环结构的半径和厚度及锥形弹簧的线径及有效圈数，以此达到所期望的效果。
以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种防爆吸能装置，其特征在于：包括水平放置的安装板以及至少两个直线排列、等间隔的吸能元件，所述吸能元件轴线方向与安装板垂直，安装板与吸能元件通过安装孔紧固连接。
2.根据权利要求1所述的防爆吸能装置，其特征在于：所述的吸能元件包括一带安装孔的安装板（14）、一级筒状结构（2）、二级筒状结构（4）及内置于一级筒状结构（2）内的弹性芯（3），所述一级筒状结构（2）放在二级筒状结构（4）内，所述二级筒状结构（4）与安装板（14）紧固连接；
所述一级筒状结构（2）的前后两侧外筒壁上各设有三个诱导槽（13），所述诱导槽（13）的长度为一级筒状结构（2）外壁周长的3/8，每列三个诱导槽（13）之间间距由上至下递增，分别为一级筒状结构（2）长度的1/4、1/2；
所述二级筒状结构（4）的内壁下方内置一周半圆环结构（5），一级筒状结构（2）置于二级筒状结构（4）内的半圆环结构（5）上，且一级筒状结构（2）、半圆环结构（5）轴心共线，接触部分放有橡胶防震垫（12）。
3.根据权利要求2所述的防爆吸能装置，其特征在于：所述的弹性芯（3）包括上挡板（7）、下挡板（11）、两个橡胶防震垫（12）、三根锥形弹簧（8）、三根支撑杆（9）及三个弹簧座（10），所述锥形弹簧（8）垂直于下挡板（11）放置，一端与上挡板（7）通过焊接方式连接，另一端与弹簧座（10）通过焊接方式连接，所述弹簧座（10）固定在下挡板（11）上；所述锥形弹簧（8）分别套在支撑杆（9）上，所述支撑杆（9）为空心金属结构，一端与上挡板（7）焊接，另一端与弹簧座（10）中心焊接。
4.根据权利要求3所述的防爆吸能装置，其特征在于：所述的上挡板（7）上设有横纵方向的防爬齿结构（1）。
5.根据权利要求3所述的防爆吸能装置，其特征在于：所述的上挡板（7）、下挡板（11）的边缘分别包覆橡胶防震垫（12）。
6.根据权利要求3或5所述的防爆吸能装置，其特征在于：所述的橡胶防震垫（12）的材料为顺丁橡胶。
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