CN114919473A - 一种基于爆炸冲击下的可调节式防雷安全座椅 - Google Patents

一种基于爆炸冲击下的可调节式防雷安全座椅 Download PDF

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Abstract

本发明为一种基于爆炸冲击下的可调节式防雷安全座椅。包括座椅、光辐射检测机构、气囊机构、角度调节机构、阻尼系统、收紧式安全带，其中光辐射机构与其他执行机构之间通过电路系统实现信号传递；光辐射检测机构包括光敏电阻传感器、电路；安全带装置采用五点式安全带；气囊机构包括安全气囊传感器和安全气囊系统、电子控制装置，设置于座椅两侧表面；角度调节机构主要是两组压缩弹簧以及棘轮机构组成；座椅靠背骨架与坐垫骨架相互固接为整体式结构，两者之间设置了转动轴。本发明通过光辐射信号检测装置与电路系统控制座椅执行机构实现座椅状态预调节，配合气囊及缓冲装置，有效提升了战术车辆遭遇爆炸时刻车内乘员的安全防护能力。

Description

一种基于爆炸冲击下的可调节式防雷安全座椅
技术领域
本发明属于车辆防护领域，具体涉及一种基于爆炸冲击下的可调节式防雷安全座椅。
背景技术
由于军用车辆在面临复杂多变的战场环境，时常会遭受来自地雷等爆炸装置的威胁，车辆中安装单纯的座椅已经不适用于现代战场环境。随着军事科学技术的发展，防雷座椅作为一种重要的车载设备，其防护性能的好坏直接关系到乘员的生命安全。
经过调查研究发现，目前所有的防雷座椅都是在爆炸冲击到达车辆之后形成对乘员的被动保护，未能利用爆炸触发至爆炸冲击作用于车辆底部之前的关键时段。在面对较大威胁的过程中，通过设计改变安全带方式，加装吸能器、弹簧钢丝阻尼元件来实现吸能减震的效果有限，同时存在弹簧、钢丝等结构发生断裂回弹造成乘员的二次伤害的可能，并且单纯的使用防雷座椅并不足以面对乘员颈部、腰椎、小腿等易损伤部位的保护。在现有技术的车辆防雷座椅中还未有一种座椅能够在识别检测爆炸发生初始信号后，完成座椅角度和气囊触发的预调节功能，从而起到乘员安全防护的作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于爆炸冲击下的可调节式防雷安全座椅。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于爆炸冲击下的可调节式防雷安全座椅，其特征在于，包括座椅主体，天地梁，支撑板，角度调节机构，气囊机构，阻尼缓冲机构，收紧式安全带和爆炸检测机构；
座椅主体包括坐垫和靠背，坐垫和支撑板通过爆炸螺栓连接，坐垫底部设有压缩弹簧；爆炸检测机构用于检测爆炸，并传递信号给角度调节机构和气囊机构，启动角度调节机构，使得座椅主体以坐垫和靠背的连接处为轴进行转动，调节座椅主体的位置并进行锁止；气囊机构设置在靠背的两侧；
阻尼缓冲机构用于缓冲来着车辆底部的冲击力，所述收紧式安全带将乘员绑缚在座椅主体上。
进一步的，靠背后部设有拉伸弹簧，拉伸弹簧的一端与靠背后部连接，另一端和天地梁的下部横梁连接。
进一步的，支撑板后端通过缓冲滑块设置在天地梁的竖梁上，天地梁竖梁底端安装在车体上，且下部设有限位筒，限位筒和缓冲滑块之间设有阻尼弹簧。
进一步的，角度调节机构包括转轴，柱状定位销和棘轮棘爪机构；
转轴两端设有棘轮，棘轮上设有限位槽，柱状定位销穿过限位槽，通过限位槽和柱状定位销实现对棘轮转动位置的限定。
进一步的，还包括踏板，踏板安装在坐垫前沿处，用于放置乘员双脚，踏板与垂直方向呈30～60度的倾斜状态。
进一步的，收紧式安全带为五点式安全带，包括五根安全带与一个五头锁扣；
五根安全带一端扣锁在五头锁扣之上，另一端由五个卷收器安装在座椅靠背上方、坐垫前沿及两侧位置。
进一步的，所述爆炸检测机构为光辐射检测装置，光辐射检测装置包括多个均布于车身底部或者车身表面用于检测爆炸触发强光的光敏电阻传感器。
进一步的，辐射检测装置还包括电路系统，光敏电阻传感器将检测到的光信号转换为电信号，通过电路系统将电信号传至座椅的执行机构。
进一步的，所述电路系统包括电源、电桥、导通二极管与稳压二极管；
传感器检测到爆炸信号，导致电桥部分存在电势差，输出电流信号，至导通二极管与稳压二极管；
当电流足够大使线路被导通执行机构开始工作，当电流过小未达到稳压二极管阈值时，电路不导通，执行机构不发生工作，避免了机构的误触发。
进一步的，气囊机构还包括气囊传感器，当传感器接受到信号时，气囊被触发，实现充气，两侧气囊实现对乘员形成包裹式防护效果；气囊侧边位置分别设有排气孔，实现对冲排气耗散一部分能量；
爆炸螺栓内部设有炸药，由电路系统输出的信号引爆炸药，爆炸螺栓剪断失效。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
(1)使用光敏传感器检测装置可以实现在爆炸初级检测到威胁信号，利用时间差完成座椅姿态的预调节和气囊机构充气，对于战场车内乘员防护具有重大价值。
(2)通过在座椅不同位置设置数个气囊，能够在较短的时间内实现快速充气，气囊充满时能够形成包裹式状态，由于气囊装置具有可压缩性，可以通过气体压缩变形达到吸收冲击能量效果，起到乘员全局响应阶段防护效果，同时能够避免乘员与车身侧壁撞击造成的损伤。
(3)通过设置角度调节机构及角度定位装置，爆炸时刻爆炸螺栓被剪断失效，弹簧释放，座椅发生角度偏转，乘员呈仰卧姿态，大大削减了爆炸冲击对乘员造成的损伤。
(4)设置踏板装置，抬高了乘员与地板距离，避免乘员下肢与地板直接接触，同时配合角度调节机构确保乘员下肢得到保护。
(5)在座椅坐垫骨架下方设置阻尼缓冲装置，当爆炸冲击由车身底部传递到座椅时，通过弹簧配合阻尼缓冲衰减来自爆炸的能量；另一方面当天地梁侧的滑块带动座椅向下运动时，冲击力超过限位筒承受极限，限位筒可以起到压溃吸能作用。
附图说明
图1为本发明座椅结构初始状态示意图；其中(a)为侧视图，(b)为后视图，(c)为三维示意图。
图2为本发明座椅结构调节完成状态示意图；其中(a)为侧视图，(b)为后视图，(c)三维示意图。
图3为角度调节机构示意图；其中(a)为棘轮棘爪示意图，(b)为三维整体示意图。
图4为爆炸螺栓示意图。
图5为安全带示意图。
图6为座椅控制示意图。
图7为控制电路示意图。
附图标记说明：
1-天地梁，2-头枕，3-安全带，4-座椅靠背，5-五头锁扣，6-弹簧阻尼器，7-踏板，8-支撑板，9-气囊，10-拉伸弹簧，11-坐垫，12-爆炸螺栓，13-缓冲滑块，14-压缩弹簧，15-定位销，16-棘轮装置，17-转轴，18-棘爪，19-插扣，20-卷收器，21-光敏传感器，22-电桥，23-电阻，24-导通二极管，25-稳压二极管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
如图1-7所示，一种可预调节式防雷座椅，包括座椅主体、座椅踏板、光辐射检测装置、气囊装置、角度调节机构、阻尼系统、收紧式安全带、电路系统。
其中座椅主体中座椅靠背4与坐垫11大致呈垂直状态，乘员踏板7通过螺栓安装在坐垫11前沿处；
工作时，光辐射检测装置内置传感器可均布于车身底部或者车身表面位置用于检测爆炸触发强光；角度调节功能的实现主要依靠座椅靠背4与坐垫11连接处设有转轴17、压缩弹簧14、拉伸弹簧10、定位销15/爆炸螺栓12、角度定位装置；
气囊机构包括可充式气囊9、气囊传感器，气囊9设置于座椅两侧，充气完成时可实现对乘员的安全包裹；
收紧式安全带装置内置卷收器可配合将乘员限制于座椅之上；
阻尼系统设置于天地梁下方限位筒与缓冲滑块13之间，当爆炸冲击力传递至天地梁时刻起到缓冲减震的作用。
踏板7装置安装在坐垫11前沿处，用于放置乘员双脚，避免了乘员腿部与地板直接接触。同时踏板7与垂直方向大致呈30—60度的倾斜状态，有利于减小垂向的冲击力对乘员腿部的伤害。
光与辐射检测机构包含多组光敏电阻传感器、电路连接系统，安装配置时传感器均布在车身各处，各组通过电路并联，传感器内部的光敏元件检测到爆炸强光，立刻将光信号转换为电信号输出，通过信号处理系统将高电平动作信号传至其他座椅执行机构。
角度调节机构包括两组压缩弹簧14、拉伸弹簧10、转轴17、爆炸螺栓12/插销组件、棘轮装置，两组弹簧对称固定安装于坐垫11前沿表面，未触发状态下，前侧弹簧被压缩在坐垫11下部支撑板8表面圆柱槽中，座椅靠背后侧弹簧处于拉紧状态，坐垫11侧沿与下支撑板8通过爆炸螺栓/插销组件实现锁止。
转轴17安装于坐垫与靠背连接处，两端设置棘轮装置相连实现角度转动。
角度定位装置包括角度定位棘轮装置、柱型销、棘爪18，当压缩弹簧14作用时刻，座椅整体随着转轴17发生偏转，棘轮定位机构上方设置了角度行程，当座椅转至行程末端时刻，柱型销配合棘爪进行限位，角度调节完成。
所述的气囊机构包括安全气囊、传感器、电子控制装置，安全气囊装置分别安装乘员座椅两侧，其通过传感器、控制电路实现并联。当传感器接受到信号气囊被触发，实现快速充气，两侧气囊迅速充满实现对乘员形成包裹式防护效果。
当座椅传递至气囊作用力过大时，气囊会发生气体压缩变形，另外气囊侧边位置分别设有相应的排气孔，实现对冲排气耗散一部分能量。
阻尼系统包括弹簧阻尼器、限位筒组成，安装在天地梁下方位置，当爆炸冲击作用与座椅结构时，安装在滑块与限位筒之间的弹簧配合阻尼装置起到减震缓冲吸能的效果。
收紧式安全带为五点式安全带装置，主要由五根安全带与一个五头锁扣组成。五根安全带一端扣锁在五头锁扣之上，另一端由五个卷收器安装在座椅靠背上方、坐垫前沿及两侧位置。五点式安全带装置可以将乘员较好的固定在安全座椅上。当面对来自底部的爆炸冲击时，安全带装置配合气囊装置配合起到良好的限位和保护作用。
电路系统包括电源、电桥、晶体二极管组成，当传感器检测到爆炸信号，导致电桥部分存在电势差，输出电流信号，至导通二极管与稳压二极管，当电流足够大是线路被导通执行机构开始工作，当电流过小不足以未达到稳压二极管阈值时，电路不导通，执行机构不发生工作，避免了机构的误触发。
工作原理如下：
当爆炸检测机构中的光敏传感器检测到爆炸信号时，A/D转换器将所检测到的爆炸信号转化为电信号经过控制器、放大电路传递至执行机构，此时爆炸螺栓12内置的炸药发生爆炸螺栓剪断失效，座椅坐垫11与支撑板8之间的压缩弹簧14被释放弹起，后侧拉伸弹簧10收紧，座椅整体绕着坐垫与靠背部分连接处转动轴17发生旋转，直至转动行程终止时刻棘轮装置16发生锁止，座椅完成姿态调节；同一时刻，安装在座椅两侧部分的气囊装置9接受到来自爆炸检测装置传来的电信号触发气囊充气弹出，直至充气完成阶段两侧气囊呈现包裹状态，对乘员形成多方位的保护；当爆炸产生的冲击力从车辆底部传递至座椅主体时，安装在座椅天地梁下侧的弹簧阻尼装置6发挥作用形成对上方乘员的缓冲保护作用。

Claims (10)

1.一种基于爆炸冲击下的可调节式防雷安全座椅，其特征在于，包括座椅主体，天地梁，支撑板，角度调节机构，气囊机构，阻尼缓冲机构，收紧式安全带和爆炸检测机构；
座椅主体包括坐垫和靠背，坐垫和支撑板通过爆炸螺栓连接，坐垫底部设有压缩弹簧；爆炸检测机构用于检测爆炸，并传递信号给角度调节机构和气囊机构，启动角度调节机构，使得座椅主体以坐垫和靠背的连接处为轴进行转动，调节座椅主体的位置并进行锁止；气囊机构设置在靠背的两侧；
阻尼缓冲机构用于缓冲来着车辆底部的冲击力，所述收紧式安全带将乘员绑缚在座椅主体上。
2.根据权利要求1所述的座椅，其特征在于，靠背后部设有拉伸弹簧，拉伸弹簧的一端与靠背后部连接，另一端和天地梁的下部横梁连接。
3.根据权利要求2所述的座椅，其特征在于，支撑板后端通过缓冲滑块设置在天地梁的竖梁上，天地梁竖梁底端安装在车体上，且下部设有限位筒，限位筒和缓冲滑块之间设有阻尼弹簧。
4.根据权利要求3所述的座椅，其特征在于，角度调节机构包括转轴，柱状定位销和棘轮棘爪机构；
转轴两端设有棘轮，棘轮上设有限位槽，柱状定位销穿过限位槽，通过限位槽和柱状定位销实现对棘轮转动位置的限定。
5.根据权利要求4所述的座椅，其特征在于，还包括踏板，踏板安装在坐垫前沿处，用于放置乘员双脚，踏板与垂直方向呈30～60度的倾斜状态。
6.根据权利要求5所述的座椅，其特征在于，收紧式安全带为五点式安全带，包括五根安全带与一个五头锁扣；
五根安全带一端扣锁在五头锁扣之上，另一端由五个卷收器安装在座椅靠背上方、坐垫前沿及两侧位置。
7.根据权利要求6所述的座椅，其特征在于，所述爆炸检测机构为光辐射检测装置，光辐射检测装置包括多个均布于车身底部或者车身表面用于检测爆炸触发强光的光敏电阻传感器。
8.根据权利要求7所述的座椅，其特征在于，辐射检测装置还包括电路系统，光敏电阻传感器将检测到的光信号转换为电信号，通过电路系统将电信号传至座椅的执行机构。
9.根据权利要求8所述的座椅，其特征在于，所述电路系统包括电源、电桥、导通二极管与稳压二极管；
传感器检测到爆炸信号，导致电桥部分存在电势差，输出电流信号，至导通二极管与稳压二极管；
当电流足够大使线路被导通执行机构开始工作，当电流过小未达到稳压二极管阈值时，电路不导通，执行机构不发生工作，避免了机构的误触发。
10.根据权利要求9所述的座椅，其特征在于，气囊机构还包括气囊传感器，当传感器接受到信号时，气囊被触发，实现充气，两侧气囊实现对乘员形成包裹式防护效果；气囊侧边位置分别设有排气孔，实现对冲排气耗散一部分能量；
爆炸螺栓内部设有炸药，由电路系统输出的信号引爆炸药，爆炸螺栓剪断失效。
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