CN115200406B - 一种森林灭火弹机械弹射系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种森林灭火弹机械弹射系统，包括弹射机构，行程调节机构，防冲击机构，放球止动机构，推球机构，弹射机构安装在最前方，后面依次是防冲击机构、行程调节机构、放球止动机构，推球机构能从最后方向前弹出，最终停止到防冲击机构上。具体地，各机构中包含一个电机，两个恒力弹簧，一个死点自锁连杆扳机，两组滑轨滑块，大减速比电机用于给恒力弹簧蓄力，死点自锁连杆扳机能够让恒力弹簧处于拉伸状态，破坏死点状态可以释放能量，滑轨滑块用于导向，增加弹射落点的准确度。本发明能够实现可调缓冲系统调节弹射行程功能，有着可随时控制存储能量以及发射距离的优点；采用推球部分与缓冲部分相结合的弹射方式，提高了该机构的稳定性。

Description

一种森林灭火弹机械弹射系统

技术领域

本发明涉及森林灭火技术领域，特别是涉及一种森林灭火弹机械弹射系统。

背景技术

森林火灾是一种破坏性很大的自然灾害，它的发生具有很强的随机性、频繁性和多样性，因此人为的处置救助工作较难开展。我国森林防火形势十分严峻，灭火问题一直被广泛研究。目前，世界各国森林灭火弹的研究主要集中在手掷式和空投式两种投放方式上，对弹射式灭火弹的研究还处于初级阶段。目前存在的弹射技术主要有电机加速、气动加速、火药爆炸化学能加速，以及最新的电磁加速等，但这些弹射加速装置都存在一些缺陷之处，如发射精度低、对炮弹材质要求高、稳定性差、不易操作、能耗高等。

发明内容

本发明的目的是提供一种森林灭火弹机械弹射系统，以解决上述现有技术存在的问题，具有灵活性更强，灭火精度更高，可调射程等优点，能有效解决森林灭火过程中遇到的诸多困难。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种森林灭火弹机械弹射系统，包括设置于基座上的电机、大恒力弹簧、复位小恒力弹簧、扳机、推球机构、防冲击机构和滑轨，

所述推球机构包括推球板，所述推球板的两端分别与两个大恒力弹簧的拉伸端相固定连接，且所述推球板的两端分别通过直线轴承滑动装配在两侧的滑轨上；所述滑轨的一端固定于大恒力弹簧底部的支撑座上，另一端通过限位板安装在基座上；所述防冲击机构装配在两侧滑轨上并靠近大恒力弹簧，所述扳机位于所述滑轨的限位板的外侧，且所述扳机用于卡住或释放推球板；各所述大恒力弹簧的侧边均对应设置有复位小恒力弹簧，所述复位小恒力弹簧的拉伸端安装有牵拉块，所述牵拉块通过钢丝绳与所述电机传动连接，所述电机用于驱动复位小恒力弹簧拉伸或回缩；所述基座上设置有与滑轨平行且等长的导轨，所述牵拉块滑动装配在所述导轨上。

优选地，所述基座上设置有与滑轨平行且等长的丝杠，所述防冲击机构的底部与所述丝杠的上丝杠螺母固定连接。

优选地，所述防冲击机构的顶部设置有防撞块.

优选地，位于消防球两侧的防冲击机构之间通过弹力带相连接。

优选地，所述推球板的顶部设置有放球限位框。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

本发明提供一种森林灭火弹机械弹射系统，可随时控制存储能量以及发射距离，同时，采用推球部分与缓冲部分相结合的弹射方式，提高了该机构的稳定性。与现有的灭火弹射技术相比，本系统具有灭火精度更高，不易受到环境影响，且具有可调缓冲系统功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明所述弹射机构前端示意图；

图3本发明所述冲击机构示意图；

图4发明所述行程调节机构示意图；

图5本发明所述推球机构示意图；

图6发明所述弹射机构后端示意图；

图7为本发明弹射流程图；

图中 1、复位小恒力弹簧 2、复位小弹簧上固定件 3、大恒力弹簧盖 4、夹板 5、大恒力弹簧 6、大恒力弹簧座 7、底座 8、定位板9、复位小弹簧下固定件 10、牵拉块 11、碳管导轨 12、弹力带固定螺栓 13、防撞块 14、抗撞击板 15、导块 16、固定压合件 17、抗撞击短板 18、固定压合板 19、连接肋 20、抗弯加强板 21、施拉板22、T6X12丝杠 23、固定压合件24、T6法兰螺母 25、法兰螺母固定导块 26、丝杠限位板 27、丝杠限位压板 28、刚性联轴器 29、连接法兰 30、法兰齿轮连接件 31、丝杠拨动齿轮 32、直线轴承后限位板 33、直线轴承安装套 34、直线轴承 35、放球限位框 36、推球板 37、止动架 38、扳机后连杆右短杆39、传动齿轮 40、碳管导轨限位板 41、碳管定位件 42、释放舵机 43、释放舵机固定板 44、直角连接架 45、后承力板 46、扳机爪 47、扳机拉力杆 48、扳机后连杆左杆 49、动力齿轮50、释放凸轮 51、释放受推件 52、拉杆扳机释放件53、电机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种森林灭火弹机械弹射系统，以解决上述现有技术存在的问题，具有灵活性更强，灭火精度更高，可调射程等优点，能有效解决森林灭火过程中遇到的诸多困难。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-图7所示，本实施例提供一种森林灭火弹机械弹射系统，包括一个弹射机构，一个行程调节机构，一个防冲击机构，一个放球止动机构，一个推球机构，前端弹射机构安装在最前方，后面依次是防冲击机构、行程调节机构、放球止动机构、后端弹射机构，推球机构能从最后方向前弹出，最终停止到防冲击机构上。具体地，各机构中包含一个大减速比的电机，两个恒力弹簧，一个死点自锁连杆扳机，两组滑轨滑块，大减速比电机用于给恒力弹簧蓄力，死点自锁连杆扳机能够让恒力弹簧处于拉伸状态，破坏死点状态可以释放能量，滑轨滑块用于导向，增加弹射落点的准确度。

电机正转，牵拉块10拉动推球部分向后运动，推球部分带着两个复位小恒力弹簧向后运动，当推球部分到达班扳机位置后，扳机工作，卡住推球部分，锁死，电机反转，牵拉块10向前运动，和推球部分开并回到初始位置，可以存储能量并且可以调整。放入消防球，当推动扳机时，推球部分推球向前快速运动，将球射出，推球部分撞向缓冲部分，缓冲后停下，有利于提高机构的稳定性。

对被弹射球体进行动力学模型建立以及求解如下：

对于被弹射球体来说，在空中主要的能量损耗来自于空气阻力。空气阻力的表达式为:

其中，Fc——空气阻力；

C——空气阻力系数；

ρ——空气密度；

S——物体迎风面积；

V——物体与空气的相对运动速度；

设计中，由于球体的速度远远小于2.5马赫。因此，不会发生气动加热的现象。在干燥的空气中，空气密度ρ约为1.293g/L3；球的直径约11cm，因此其迎风面积约95.033cm²，由文献可知球的空气阻力系数约为0.5。

球体在发射到最高点过程中除了空气阻力的损耗，还有重力势能的损耗。重力的表达式为:

G＝mg (1-2)

其中,G—所受重力；

m—物体质量；

g—重力加速度；

物体的质量约为0.5kg，而重力加速度取9.8N/kg。

利用运动的独立性原则，可将球体的斜抛运动分解成水平方向的运动与竖直方向的运动，即：

v＝v_x+v_y (1-3)

令k＝CρS，则所受的空气阻力也可分解为水平方向与竖直方向的阻力，即：

考虑球体竖直方向的运动，设球体向上运动方向为正方形，根据牛顿第二定律，可得上升和下降时分别满足的运动微分方程为：

水平方向的运动微分方程为：

设小球的初速度为v0，速度方向与水平方向的夹角为θ，则水平方向与竖直方向的初速度分别为：

由于dv_y/dt＝v_ydv/dy，将其代入(1-5)后，在分离变量vy与y，方程两边再对vy和y分别积分，可得上升时有：

求解该积分方程可得到小球的最大上升高度H.

下降时有：

将所求的最大高度H代入上式，可求得竖直方向的末速度vyt。

将式(1-5)速度与时间分离，再对两边进行积分，可得：

式中t1为球体的上升运动时间，t2为运动总时间。将末速度vyt代入(1-10)，两个分式联立求解，可解出运动总时间t2.

将式(1-6)速度与时间分离，再对两边进行积分，可得：

将运动总时间t2代入上式，可求得水平方向的末速度vxt.

将dv_x/dt＝v_xdv/dx代入(1-6)后，在分离变量vx与x，方程两边再对vx和x分别积分，可得如下式：

水平末速度vx代入上式后，即可求得水平方向的位移表达式为：

因此，在球体质量及空气阻力系数确定的前提下，只需知道球体出射时的速度大小v0及速度方向与水平方向的夹角θ，即可求得球体能达到的最远水平距离。

本设计方案针对的是100m目标处的物体，于是可令(1-13)式中x＝100，并分别将θ＝30°，θ＝45°，θ＝60°代入式(1-13)可求得

θ＝30°时v₀＝40.69m/s

θ＝45°时v₀＝38.63m/s

θ＝60°时v₀＝42.86m/s

要使球体能稳定射在100m处，则需使球体在射出位置的初始速度不低于43m/s。利用能量计算公式可以得到，此时球体的能量约为460J。在使用电机进行弹力带蓄能时需要达到460J的能量。

进一步地，弹射机构前端主要恒力蓄能弹簧的固定，其中两个大恒力弹簧5的恒定拉力是70N，其弹簧蓄能远远大于所需的要求，因此证明该弹射结构的可行性。

弹簧机构前端分别通过连接底座7、牵拉块10、两块拱形的夹板4用于定位，提高定位精度。两个复位小恒力弹簧1通过复位小弹簧上固定件2、复位小弹簧下固定件9和碳管导轨11靠近其中一块拱形定位板。大恒力弹簧5通过大恒力弹簧盖3、大恒力弹簧座6进行固定。

弹射机构后端，有铰链连杆扳机机构，齿轮传动部分以及凸轮扳机释放机构部分。铰链连杆扳机机构通过扳机后连杆右短杆38、扳机后连杆左杆48与扳机拉力杆47进行连接，以满足连杆与扳机连接的要求。齿轮传动部分包括传动齿轮39、动力齿轮49，主要起到电机53与连杆连接的作用。凸轮扳机释放机构部分通过电机53转动，带动释放舵机固定板43上固定的释放舵机42转动，扳机爪46松开，释放凸轮50，因此释放受推件51。碳管定位件41、碳管导轨限位板40、直角连接架44、后承力板45对该机构与碳管导轨11起到连接作用。

行程调节机构采用丝杠螺母机构，T6X12丝杠22运动，缓冲机构通过固定压合件23连接于T6法兰螺母24上。法兰螺母固定导块25、丝杠限位板26、丝杠限位压板27、刚性联轴器28、连接法兰29、法兰齿轮连接件30、丝杠拨动齿轮31共同固定丝杠螺母机构。并且，由于丝杠螺母机构具有自锁性能，所以能够减少自锁机构，还能将不少受力情况最终转换为拉压受力，提高可靠性。

防冲击机构又分为两部分，防撞块13、抗撞击板14、导块15、弹力带固定螺栓作为防冲击结构中一侧固定装置一部分能在碳管导轨11上直线滑行，另一部分固定压合件16、抗撞击短板17、固定压合板18、连接肋19、抗弯加强板20、施拉板21和丝杠螺母机构中的弹力带固定螺栓12相连，在作为机架的底板也能够滑行。防撞块13采用柔性PLA材料，通过3D打印制作完成，便宜且易换，同时具有一定的吸能功效。

推球机构由一个中心带有圆孔的放球限位框35作为主体，然后分别由四个直线轴承安装套33包裹的直线轴承34连接于4根碳管导轨11上，能在碳管导轨11上滑动，两侧固定大恒力弹簧5的拉伸端。

放球限位框35、推球板36、止动架37固定球体位置。直线轴承后限位板32起到连接以及固定的作用。

本发明中森林灭火弹机械弹射系统的工作原理如下：

步骤1)、工作时，复位小恒力弹簧1、复位小弹簧上固定件2、位小弹簧下固定件9相互连接。大恒力弹簧盖3、大恒力弹簧5、大恒力弹簧座6、底座7相互连接。复位小恒力弹簧1与大恒力弹簧5通过夹板4连接。因此，复位小恒力弹簧1、大恒力弹簧5同时被拉伸。往后拉伸时牵拉块10会拉着复位小恒力弹簧1沿碳管导轨11方向一起运动。到达固定位置后，扳机机构卡住推球板36，电机反转，小弹簧拉着钢丝绳复位。这样解决弹射时钢丝的拉伸部位对弹射有阻碍地问题。

步骤2)、球放到下方后，由于大恒力弹簧5拉着扳机后扳机拉力杆47，扳机拉力杆47通过连接限制球，所以球不能向前运动。当扳机拉力杆47释放后，由于大恒力弹簧5的力远大于该机构的拉力，所以球克服该机构的弹簧拉力后，球便向前运动，离开末端位置后，牵拉块10在复位小恒力弹簧1的拉力下复位。

步骤3)、工作时，电机53通过传动齿轮39传动，扳机机构卡住弹球机构后端使球不能射出，电机53反转，复位完成后，拉杆扳机释放件52释放受推件51，扳机机构释放将球弹出。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种森林灭火弹机械弹射系统，其特征在于：包括设置于基座上的电机、大恒力弹簧、复位小恒力弹簧、扳机、推球机构、防冲击机构和滑轨，

所述推球机构包括推球板，所述推球板的两端分别与两个大恒力弹簧的拉伸端相固定连接，且所述推球板的两端分别通过直线轴承滑动装配在两侧的滑轨上；所述滑轨的一端固定于大恒力弹簧底部的支撑座上，另一端通过限位板安装在基座上；所述防冲击机构装配在两侧滑轨上并靠近大恒力弹簧，所述扳机位于所述滑轨的限位板的外侧，且所述扳机用于卡住或释放推球板；各所述大恒力弹簧的侧边均对应设置有复位小恒力弹簧，所述复位小恒力弹簧的拉伸端安装有牵拉块，所述牵拉块通过钢丝绳与所述电机传动连接，所述电机用于驱动复位小恒力弹簧拉伸或回缩；所述基座上设置有与滑轨平行且等长的导轨，所述牵拉块滑动装配在所述导轨上；电机正转，所述牵拉块拉动推球机构向后运动，推球机构带着两个复位小恒力弹簧向后运动，当推球机构到达扳机位置后，扳机工作并卡住推球机构锁死；电机反转，牵拉块向前运动和推球部分开并回到初始位置。

2.根据权利要求1所述的森林灭火弹机械弹射系统，其特征在于：所述基座上设置有与滑轨平行且等长的丝杠，所述防冲击机构的底部与所述丝杠的上丝杠螺母固定连接。

3.根据权利要求2所述的森林灭火弹机械弹射系统，其特征在于：所述防冲击机构的顶部设置有防撞块。

4.根据权利要求1所述的森林灭火弹机械弹射系统，其特征在于：位于消防球两侧的防冲击机构之间通过弹力带相连接。

5.根据权利要求1所述的森林灭火弹机械弹射系统，其特征在于：所述推球板的顶部设置有放球限位框。