CN115823945A - 一种发射装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到发射技术领域，公开了一种发射装置，该发射装置包括：发射筒，用于容纳待发射设备；活塞，设置在发射筒中并推动设备在发射筒内运动；多个制动机构，多个制动机构均设置在发射筒的内周壁上并共同围绕形成用于供设备穿过的通道，通道的内径小于活塞的外径，其中，制动机构包括：安装底座，安装底座朝向活塞的一侧形成有切刀安装槽；吸能组件，安装底座上形成有竖向贯穿安装底座并与切刀安装槽紧邻的安装孔，吸能组件插设在安装孔中并朝向活塞；切刀，设置在切刀安装槽中，切刀靠近吸能组件的一侧形成有用于切削吸能组件的刀刃。该发射装置具有结构简单，能在设备发射时对活塞进行有效制动的优点。

Description

一种发射装置

技术领域

本发明涉及发射设备技术领域，具体地涉及一种发射装置。

背景技术

早在20世纪60年代，英国铁路公司(BR)就提出了碰撞缓解和能量吸收的概念。目前，广泛用于增强被动安全的吸能装置主要分为两类：破裂型和压溃型。破裂型装置是指利用内外管之间的摩擦在承受轴向冲击时通过外管的挤压使其开裂或开裂部分发生卷曲变形以达到能量吸收的装置，通常为套筒型结构。压溃型装置主要利用金属材料优异的吸能效果，在受到轴向冲击时达到碰撞缓解的目的，主要分为薄壁管状、蜂窝状和网状金属结构。其中，金属薄壁结构被广泛应用于各种碰撞吸能装置，以减轻碰撞过程中冲击载荷的影响，提高结构的耐撞性能。此类金属薄壁结构在动态荷载下展现了优异的性能，同时还兼具了成本效益、高效率等优点，其能量吸收能力与结构的几何尺寸、材料类型和荷载形式密切相关。但是对于大部分用于吸能的薄壁结构而言，结构在轴向荷载冲击下，吸能前后轴向占据空间减小而横向占据空间增大，这就导致了此类吸能装置安装时都需要预留装置在横向变形空间。当安装空间较为狭窄时，薄壁结构很难发挥出自身的优越性能，而且对其加工和使用都提出了严峻的考验。

对于大部分发射过程而言，设备的筒内运动是由底部的活塞推动导致。当设备高速飞出发射筒后，底部的活塞也会随着设备高速飞出后分离，并经过一段时间的飞行后落回地面。由于活塞飞出发射筒的速度过快导致其掉落前距离地面过高，落向地面时容易砸坏发射平台或者引发伤人事件，存在较大的安全隐患，且活塞的质量越大，对地面设施、人的危险性越大。因此，有必要对高速运动的活塞进行筒内制动，使其停留在发射筒内，减少对周围环境的危害。但是设备在发射筒内距离筒壁的距离仅有几十甚至十几毫米，发射筒内可用于制动空间十分狭窄。同时，活塞需要跟随设备加速运动，待设备获得一定的初速度后，活塞与设备之间才允许分离，导致筒内用于活塞的制动行程有限。这也就对活塞的筒内制动装置提出了严峻的挑战，要求在如此狭小的空间内，使用较短的行程完成活塞的筒内制动。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种发射装置，该发射装置具有结构简单，在设备发射时对活塞进行有效制动，提升了设备发射的安全性的优点。

为了实现上述目的，本发明提供一种发射装置，该发射装置包括：

发射筒，用于容纳待发射的设备；

活塞，设置在发射筒中并推动设备在发射筒内运动；

多个制动机构，多个制动机构均设置在发射筒的内周壁上并共同围绕形成用于供设备穿过的通道，通道的内径小于活塞的外径，其中，制动机构包括：

安装底座，安装底座朝向活塞的一侧形成有切刀安装槽；

吸能组件，安装底座上形成有竖向贯穿安装底座并与切刀安装槽紧邻的安装孔，吸能组件插设在安装孔中并朝向活塞；

切刀，设置在切刀安装槽中，切刀靠近吸能组件的一侧形成有用于切削吸能组件的刀刃。

在本发明的实施例中，吸能组件包括吸能杆、多个剪切环和吸能座，吸能杆的上端插设在安装孔中，多个剪切环间隔地套设在吸能杆上，吸能座设置在吸能杆的下端。

在本发明的实施例中，安装孔包括前后相连的第一孔段和第二孔段，第一孔段的深度和切刀安装槽的深度一致，第一孔段形成有朝向切刀安装槽的开口，第二孔段的孔壁包括圆弧状壁面和与圆弧状壁面相连的平面状壁面。

在本发明的实施例中，吸能杆包括插装部、剪切环安装部和位于插装部、剪切环安装部之间的过渡部，插装部插设在安装孔中，多个剪切环间隔地套设在剪切环安装部上，过渡部形成有倾斜并朝向切刀所在方向的切削过渡面。

在本发明的实施例中，切削过渡面的倾斜角度范围为50°-70°。

在本发明的实施例中，相邻两个剪切环之间的间距为L，剪切环的厚度为d，L/d的范围为1-10。

在本发明的实施例中，剪切环的内径为R1，R1/d的范围为2-8。

在本发明的实施例中，安装底座的刚度至少是吸能组件的刚度的2倍，切刀的刚度至少是吸能组件的刚度的2倍。

在本发明的实施例中，吸能组件的制作材料包括碳素结构钢、铝和铝合金。

在本发明的实施例中，切刀可拆卸地设置在切刀安装槽中。

通过上述技术方案，该发射装置包括发射筒、活塞和多个制动机构，多个制动机构均设置在发射筒的内周壁上并共同围绕形成用于供设备穿过的通道，通道的内径小于活塞的外径；制动机构包括安装底座、吸能组件和切刀，吸能组件包括吸能杆和多个间隔均匀地套设在吸能杆上的剪切环，吸能杆插设在安装孔中，切刀设置在切刀安装槽中，切刀上形成有用于切削吸能杆的刀刃，设备发射以后，活塞随着设备向上运动，活塞撞击到制动机构底部所在高度时，制动机构继续吸收活塞的动能并对其进行制动。该设备装置结构简单，便于加工，安装便捷，制动机构的体积较小且能安装在狭窄的空间中，对活塞起到了有效的制动作用。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1是本发明实施例中发射装置第一视角剖面结构示意图；

图2是本发明实施例中发射装置第二视角结构示意图(含冲击件)；

图3是本发明实施例中制动机构第一视角结构示意图；

图4是本发明实施例中制动机构第二视角结构示意图(含吸能座)；

图5是本发明实施例中吸能杆结构示意图；

图6是本发明实施例中安装底座第一视角结构示意图；

图7是本发明实施例中安装底座第二视角结构示意图；

图8是本发明实施例中第一吸能测试的时间—冲击力曲线示意图；

图9是本发明实施例中第二吸能测试的时间—冲击力曲线示意图；

图10是本发明实施例中第三吸能测试的时间—冲击力曲线示意图。

附图标记说明

1-发射筒；2-设备；3-活塞；4-制动机构；401-安装底座；4011-切刀安装槽；4012-安装孔；4013-第一孔段；4014-开口；4015-第二穿孔；402-吸能组件；4021-吸能杆；4022-插装部；4023-剪切环安装部；4024-过渡部；4025-切削过渡面；4026-剪切环；403-切刀；4031-刀刃；4032-第一穿孔；404-吸能座。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明的实施例提供一种发射装置，如图1-7所示，该发射装置包括发射筒1、活塞3和多个制动机构4，其中，发射筒1用于容纳待发射的设备2；活塞3设置在发射筒1中并用于与设备2可脱离连接，活塞3可推动设备2在发射筒1内运动；多个制动机构4均设置在发射筒1的内周壁上并共同围绕形成用于供设备2穿过的通道(通道的直径大于设备2的直径，以避免设备2发射时和制动机构4产生干涉)，通道的直径小于活塞3的外径，进一步地，本实施例中，由于设备2安装在该设备发射装置以后(多个制动机构4安装之前)，设备2和发射筒1的内周壁之间形成环形间隙，该环形间隙的内径与其外径的比值为0.9，且该环形间隙的径向宽度范围为40mm-45mm(即环形间隙的外径与其内径之间的差值范围只有40mm-45mm，本实施例中该差值为42mm)，本实施例中多个制动机构4设置在发射筒1内周壁的同一高度上且靠近发射筒1的出口端，即制动机构4处于该环形间隙中，设备2发射以后，活塞3推动设备2向上运动，由于活塞3的外径大于通道的直径，因此制动机构4会给活塞3向下的阻力，活塞3在上述阻力的作用下和设备2分离，分离后，设备2从通道中飞出，制动机构4继续吸收活塞3的动能并对其进行制动。

具体地，制动机构4包括安装底座401、吸能组件402和切刀403，其中，安装底座401朝向活塞3的一侧形成有切刀安装槽4011，切刀安装槽4011处于安装底座401的中间位置处，本实施例中的安装底座401通过螺栓组件可拆卸地安装在发射筒1的内周壁上；安装底座401上形成有竖向贯穿安装底座401并与切刀安装槽4011紧邻的安装孔4012，吸能组件402插设在安装孔4012中并朝向活塞3；切刀403设置在切刀安装槽4011中，切刀403靠近吸能组件402的一侧形成有用于切削吸能组件402的刀刃4031。当活塞3随着设备2运动并撞击到吸能组件402上时，吸能组件402整体会向上运动，切刀403的刀刃4031会对吸能组件402进行劈切(或切削)，切刀403劈切吸能组件402时产生巨大的阻力，以达到降低活塞3向上运动的速度的目的，进而实现吸能制动。由此可见，本实施例中的制动机构4的结构简单，便于加工，安装便捷，体积较小且能安装在狭窄的空间中，还能对活塞3起到有效的制动作用。

在本发明的一个实施例中，吸能组件402包括吸能杆4021、多个剪切环4026和吸能座404，吸能杆4021的上端插设在安装孔4012中，多个剪切环4026间隔地套设在吸能杆4021上，吸能座404设置在吸能杆4021的下端。具体地，本实施例中的吸能杆4021与安装孔4012为过盈配合，吸能杆4021的轴向和发射筒1的轴向一致，活塞3随着设备2飞出时会直接撞击到吸能座404上，吸能座404再将力传递给吸能杆4021，以使吸能杆4021沿着安装孔4012的轴向运动，以便安装底座401上切刀403的刀刃4031沿吸能杆4021轴向劈切(切削)吸能杆4021，切刀403劈切吸能杆4021产生巨大的阻力，从而达到降低活塞3向上运动速度的目的，进而实现吸能制动。

为进一步提升确保活塞3的制动效果，剪切环4026的外径大于安装孔4012内径，当剪切环4026随着吸能杆4021向上运动至切刀403位置处时，剪切环4026左右两侧受力不均衡，剪切环4026从吸能杆4021上剪切脱离，剪切环4026被剪切过程中消耗活塞3大量的撞击能量，从而达到降低活塞3向上运动速度的目的。该制动机构4将切削吸能和剪切吸能集成于一体，大幅度提升了吸能的效率，通过设置多个剪切环4026还能起到缓冲吸能的效果。

进一步地，根据实际需求增加吸能组件402和切刀403的数量还能进一步提升制动机构4的吸能效果，在本实施例中，吸能组件402和切刀403的数量均为两个，两个切刀403在切刀安装槽4011中对称安装，两个吸能组件402在安装底座401上对称安装；增加吸能杆4021的长度、剪切环4026的数量、剪切环4026的厚度以及调节刀刃4031的角度也能进一步提升制动机构4的吸能效果。

在本发明的一个实施例中，安装孔4012包括前后相连的第一孔段4013和第二孔段，第一孔段4013的深度和切刀安装槽4011的深度一致，第一孔段4013形成有朝向切刀安装槽4011的开口4014，第二孔段的孔壁包括圆弧状壁面和与圆弧状壁面相连的平面状壁面。具体地，本实施例中的安装孔4012和切刀安装槽4011紧邻且呈割圆状(本实施例中的割圆是指一个整圆被切割掉一部分)；第一孔段4013的截面呈圆弧型，第二孔段的截面则包括圆弧段(对应圆弧状壁面)和与圆弧段相连的直线段(对应平面状壁面)，吸能杆4021插入安装孔4012中的部分的形状和安装孔4012的形状一致，吸能杆4021上凸出于安装底座401的部分则凸出于直线段，切刀403的刀刃4031抵靠在切刀安装槽4011的开口4014位置处并和安装底座401的前端面齐平，以便吸能杆4021朝后移动时切刀403对吸能杆4021凸出于直线段的部分进行切削，进而实现切削吸能，被切削后的吸能杆4021继续向后移动直至从安装孔4012中穿出。

在本发明的一个实施例中，吸能杆4021包括插装部4022、剪切环安装部4023和位于插装部4022、剪切环安装部4023之间的过渡部4024，插装部4022插设在安装孔4012中，多个剪切环4026间隔地固定设置在剪切环安装部4023上，过渡部4024形成有倾斜并朝向切刀403所在方向的切削过渡面4025。具体地，插装部4022的形状和安装孔4012的形状一致，剪切环安装部4023的形状可呈圆柱状或棱柱状(如四棱柱状或五棱柱状等)，对应地，剪切环4026呈圆环状或多边形状(如四边形状或五边形状等)，上述形状简单且易于吸能杆4021、剪切环4026的生产制造；切刀403对吸能杆4021的过渡部4024对其进行切削，设置倾斜的切削过渡面4025，使得切刀403在径向上对吸能杆4021的切削深度逐渐加深，能降低切削的难度，有利于提升吸能效果。

在本发明的一个实施例中，切削过渡面4025的倾斜角度范围为50°-70°，切削过渡面4025的倾斜角度越大，则切刀403在径向上对吸能杆4021的切削深度越浅，切削难度越低，则切削时消耗的能量越少；同理，切削过渡面4025的倾斜角度越小，则切刀403在径向上对吸能杆4021的切削深度越深，切削难度越大，则切削时消耗的能量越多，上述的倾斜角度范围有利于实现切削难度和切削时消耗的能量之间的平衡；本实施例中将切削过渡面4025的倾斜角度进一步优选为60°-70°，该范围即便于切削又能消耗掉较多的撞击能量。

在本发明的一个实施例中，相邻两个剪切环4026之间的间距为L，剪切环4026的厚度为d，L/d的范围为1-10，上述范围设计能使得相邻的两次剪切吸能之间相对来说不会间隔太久，能使制动机构4较好地发挥剪切吸能的作用(即能具有足够次数的剪切吸能来消耗能量)。

在本发明的一个实施例中，剪切环4026的内半径为R1，吸能杆4021的半径和剪切环4026的内半径R1一致，R1/d的范围为2-8，R1/d的值越大，剪切环4026的厚度相对其自身来说越小，剪切的难度越低，消耗的能量越少；R1/d的值越小，剪切环4026的厚度相对其自身来说越大，剪切的难度越高，消耗的能量越少，上述R1/d的范围设计有利于进一步保证剪切的难度和剪切时消耗的能量处于相对平衡的位置。

在本发明的一个实施例中，安装底座401的刚度至少是吸能组件402的刚度的2倍，切刀403的刚度至少是吸能组件402的刚度的2倍，以保证安装底座401和切刀403不会轻易发生变形；进一步地，本实施例中安装底座401的刚度是吸能组件402的刚度的3倍-10倍，切刀403的刚度是吸能组件402的刚度的3倍-10倍，上述范围设计能在切削吸能和剪切吸能的过程中底座和切刀403不会发生变形，有利于安装底座401和切刀403的反复利用，使用完毕后仅需更换吸能组件402即可再次使用，延长了制动机构4的整体使用寿命。

在本发明的一个实施例中，吸能组件402的制作材料包括碳素结构钢(如Q235或45号钢)、铝和铝合金，上述材质选择能使得吸能组件402具有较好的切削性能，有效防止在切削过程中出现压杆失稳现象，保证吸能组件402正常工作；此外，安装底座401和切刀403的制作材料可为工具钢，上述材质具有较好的硬度、耐磨性和适度的韧性，便于延长安装底座401和切刀403的使用寿命。

在本发明的一个实施例中，切刀403可拆卸地设置在切刀安装槽4011中。具体地，切刀403上形成有前后贯穿的第一穿孔4032，安装底座401上形成有与第一穿孔4032对应的第二穿孔4015，制动机构4还包括将切刀403和安装底座401可拆卸地连接在一起的螺栓组件，螺栓组件包括螺杆和螺栓，螺杆的一端抵靠在安装底座401或切刀403上，另一端穿过第一穿孔4032和第二穿孔4015并和螺栓螺纹连接在一起，实现了切刀403和安装底座401之间的可靠连接，又便于在切刀403损毁时进行更换。

本实施例中制动机构4的吸能杆4021的数量和/或吸能杆4021的切削深度和/或剪切环4026的数量和/或剪切环4026的厚度不同，则制动时产生的效果也各不相同，如吸能杆4021的数量为2个、切削深度为2.0mm，剪切环4026的数量为15个、厚度为2.0mm。采用落锤冲击试验模拟活塞3的冲击能量2374J，通过高速摄影记录下的制动机构4的吸能过程和测试系统获取的时间—冲击力曲线如图8所示(即第一吸能测试的时间—冲击力曲线示意图)，该图中曲线的每一个波峰都代表有一个剪切环4026被剪切下来。制动吸能过程结束时，每根吸能杆4021外侧的11个剪切环4026被破坏，切削吸能的行程为140mm，制动装置的总吸能量为2511J。

在另一个实施例中吸能杆4021的数量和/或吸能杆4021的切削深度和/或剪切环4026的数量和/或剪切环4026的厚度不同，则制动时产生的效果也各不相同，如吸能杆4021的数量为2个、切削深度为3.0mm，剪切环4026的数量为15个、厚度为2.5mm。采用落锤冲击试验模拟活塞3的冲击能量3182J，通过高速摄影记录下的制动机构4的吸能过程和测试系统获取的时间—冲击力曲线如图9所示(即第二吸能测试的时间—冲击力曲线示意图)，该图中曲线的每一个波峰都代表有一个剪切环4026被剪切下来。制动吸能过程结束时，每根吸能杆4021外侧的10个剪切环4026被破坏，切削吸能的行程为151mm，制动装置的总吸能量为3329J。

在另一个实施例中吸能杆4021的数量和/或吸能杆4021的切削深度和/或剪切环4026的数量和/或剪切环4026的厚度不同，则制动时产生的效果也各不相同，如吸能杆4021的数量为2个、切削深度为2.0mm，剪切环4026的数量为15个、厚度为2.0mm。采用落锤冲击试验模拟活塞3的冲击能量2374J，通过高速摄影记录下的制动机构4的吸能过程和测试系统获取的时间—冲击力曲线如图8所示(即第三吸能测试的时间—冲击力曲线示意图)，该图中曲线的每一个波峰都代表有一个剪切环4026被剪切下来。制动吸能过程结束时，每根吸能杆4021外侧的10个剪切环4026被破坏，切削吸能的行程为135mm，制动装置的总吸能量为3460J。上诉三种吸能测试的数据统计如表1所示。

表1吸能测试数据统计表

本发明提供一种发射装置，该发射装置包括发射筒、活塞和多个制动机构，多个制动机构均设置在发射筒的内周壁上并共同围绕形成用于供设备穿过的通道，通道的内径小于活塞的外径；制动机构包括安装底座、吸能组件和切刀，吸能组件包括吸能杆和多个间隔均匀地套设在吸能杆上的剪切环，吸能杆插设在安装孔中，切刀设置在切刀安装槽中，切刀上形成有用于切削吸能杆的刀刃，设备发射以后，活塞随着设备向上运动，活塞撞击到制动机构底部所在高度时，制动机构继续吸收活塞的动能并对其进行制动。该发射装置结构简单，便于加工，安装便捷，制动机构的体积较小且能安装在狭窄的空间中，对活塞起到了有效的制动作用。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种发射装置，其特征在于，所述发射装置包括：

发射筒(1)，用于容纳待发射的设备(2)；

活塞(3)，设置在所述发射筒(1)中并推动所述设备(2)在所述发射筒(1)内运动；

多个制动机构(4)，多个所述制动机构(4)均设置在所述发射筒(1)的内周壁上并共同围绕形成用于供所述设备(2)穿过的通道，所述通道的内径小于所述活塞(3)的外径，其中，所述制动机构(4)包括：

安装底座(401)，所述安装底座(401)朝向所述活塞(3)的一侧形成有切刀安装槽(4011)；

吸能组件(402)，所述安装底座(401)上形成有竖向贯穿所述安装底座(401)并与所述切刀安装槽(4011)紧邻的安装孔(4012)，所述吸能组件(402)插设在所述安装孔(4012)中并朝向所述活塞(3)；

切刀(403)，设置在所述切刀安装槽(4011)中，所述切刀(403)靠近所述吸能组件(402)的一侧形成有用于切削所述吸能组件(402)的刀刃(4031)。

2.根据权利要求1所述的发射装置，其特征在于，所述吸能组件(402)包括吸能杆(4021)、多个剪切环(4026)和吸能座(404)，所述吸能杆(4021)的上端插设在所述安装孔(4012)中，多个所述剪切环(4026)间隔地套设在所述吸能杆(4021)上，所述吸能座(404)设置在所述吸能杆(4021)的下端。

3.根据权利要求1所述的发射装置，其特征在于，所述安装孔(4012)包括前后相连的第一孔段(4013)和第二孔段，所述第一孔段(4013)的深度和所述切刀安装槽(4011)的深度一致，所述第一孔段(4013)形成有朝向所述切刀安装槽(4011)的开口(4014)，所述第二孔段的孔壁包括圆弧状壁面和与所述圆弧状壁面相连的平面状壁面。

4.根据权利要求1所述的发射装置，其特征在于，所述吸能杆(4021)包括插装部(4022)、剪切环安装部(4023)和位于所述插装部(4022)、所述剪切环安装部(4023)之间的过渡部(4024)，所述插装部(4022)插设在所述安装孔(4012)中，多个所述剪切环(4026)间隔地套设在所述剪切环安装部(4023)上，所述过渡部(4024)形成有倾斜并朝向所述切刀(403)所在方向的切削过渡面(4025)。

5.根据权利要求4所述的发射装置，其特征在于，所述切削过渡面(4025)的倾斜角度范围为50°-70°。

6.根据权利要求4所述的发射装置，其特征在于，相邻两个所述剪切环(4026)之间的间距为L，所述剪切环(4026)的厚度为d，L/d的范围为1-10。

7.根据权利要求6所述的发射装置，其特征在于，所述剪切环(4026)的内半径为R1，R1/d的范围为2-8。

8.根据权利要求1所述的发射装置，其特征在于，所述安装底座(401)的刚度至少是所述吸能组件(402)的刚度的2倍，所述切刀(403)的刚度至少是所述吸能组件(402)的刚度的2倍。

9.根据权利要求8所述的发射装置，其特征在于，所述吸能组件(402)的制作材料包括碳素结构钢、铝和铝合金。

10.根据权利要求1-9中任意一项所述的发射装置，其特征在于，所述切刀(403)可拆卸地设置在所述切刀安装槽(4011)中。

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