TW201325838A - 受控撞擊救援工具之撞擊元件 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種撞擊元件，該撞擊元件包含一單一本體，該單一本體可藉由作用於一活塞頭上之力而被驅動至一外部元件中。該單一本體包含：一頭部；以及一軸，該軸具有成一體地耦合至該頭部之一第一端、與該第一端相對之一第二端、以及夾置於該第一端與該第二端間之一中央部。該軸之該第二端係可與該活塞頭可操作地連接，以界定相對於該頭部位於遠端之一接頭。該軸之該第一端具有一尾部、一前部及自該尾部至該前部之一錐形部，該尾部之一直徑類似於該中央部之一直徑，該前部之一直徑類似於該頭部之一後端之一直徑。

Description

受控撞擊救援工具之撞擊元件

本發明所揭露之主題係關於一種撞擊元件，更具體而言，係關於一種用於一受控撞擊救援工具(controlled impact rescue tool；CIRT)之撞擊元件。

城市搜索與救援隊常常需要在例如鋼筋混凝土牆等剛性結構中製作開口(稱為「破毀」)，以能夠在例如地震或颶風等災害之後援救到被困於建築物中之受害者。為便於進行搜索及救援行動，破毀裝備應為可攜式的、易於操作且快速有效的，同時不會破壞建築物之穩定性或對操作者或受害者造成危險傷害。

用於破毀混凝土牆之技術常常包括：以汽油及液壓為動力之金剛石鏈鋸(diamond chain saw)、以汽油及液壓為動力之圓鋸(circular saw)、金剛石線鋸(diamond wire saw)、大型鑽孔器(bore corer)、液壓/氣動/電性撞擊工具、噴水器(water jet)、及液壓分離器(hydraulic splitter)。此等技術通常皆需要若干小時來破毀一厚重之鋼筋混凝土牆，且在某些情形中裝備可能並非為可攜式的。軍事小組亦使用炸藥來快速破毀牆體，但此對於受害者而言係危險的，並可破壞結構之穩定性。亦已提出雷射來用於破毀應用，但大小、安全、及動力限制通常使雷射不可行。

因此，需要提供用於解決習知鋼筋混凝土破毀裝置及方法之上述缺點其中一或多者之裝置及方法。因此，美國專利第7,814,822號提出提供一種撞擊元件及一種獨立式(self-contained)能源。該 獨立式能源使該撞擊元件能夠撞擊一結構之一第一表面。該撞擊元件用以在撞擊時穿過該結構傳遞一局部衝擊波。該獨立式能源能夠使該撞擊元件加速至一速度，足以使該結構之一第二表面處碎裂。

根據本發明之一態樣，提供一種撞擊元件，該撞擊元件包含一單一本體，該單一本體可藉由作用於一活塞頭上之力而被驅動至一外部元件中。該單一本體包含：一頭部及後端；以及一軸，該軸具有成體地耦合至該頭部之一第一端、與該第一端相對之一第二端、以及夾置於該第一端與該第二端間之一中央部。該軸之該第二端係可與該活塞頭可操作地連接，以界定相對於該頭部位於遠端之一接頭。該軸之該第一端具有一尾部、一前部及自該尾部至該前部之一錐形部，該尾部之一直徑類似於該中央部之一直徑，該前部之一直徑類似於該頭部之一後端之一直徑。

根據本發明之另一態樣，提供一種破毀設備，該破毀設備包含：一殼體，界定一隧道並包含一活塞頭及一偏置單元，該活塞頭可穿過該隧道而於一加載位置與一擊發位置之間移動，該偏置單元用以偏置該活塞頭以使該活塞頭保持於該加載位置；一擊發機構，用以克服偏置而使該活塞頭朝該擊發位置移動；以及一單一本體撞擊元件，可藉由該活塞頭的移動而被驅動至一外部元件中。該單一本體撞擊元件包含：一頭部及一軸，該軸具有成一體地耦合至該頭部之一第一端、與該第一端相對之一第二端、以及夾置於該第一端與該第二端間之一中央部，該第二端係可與該活 塞頭可操作地連接以界定相對於該頭部位於遠端之一接頭。該軸之該中央部係窄於該頭部之一後端，且該軸之該第一端具有一錐形部。

根據本發明之再一態樣，提供一種破毀設備，該破毀設備包含：一殼體，界定一隧道並包含一活塞頭及一偏置單元，該活塞頭可穿過該隧道而於一加載位置與一擊發位置之間移動，該偏置單元用以偏置該活塞頭以使該活塞頭保持於該加載位置；一擊發機構，用以克服該偏置而使該活塞頭朝該擊發位置移動；以及一單一本體撞擊元件，可藉由該活塞頭之該移動而被驅動至一外部元件中。該單一本體撞擊元件包含一頭部及一軸，該軸具有成一體地耦合至該頭部之一第一端、一第二端、以及夾置於該第一端與該第二端間之一中央部，該第二端係可與該活塞頭可操作地連接以界定相對於該頭部位於遠端之一接頭。

在結合附圖閱讀以下說明之後，該等優點及特徵以及其他優點及特徵將變得更加顯而易見。

參照第1圖，提供一受控撞擊救援工具(controlled impact rescue tool；CIRT)10。CIRT 10詳細闡述於美國專利第7,814,822號中，該美國專利之全部內容以引用方式併入本文中。概言之，CIRT 10包含一殼體20、一擊發機構30、及一單一本體撞擊元件40。殼體20被形成為界定一隧道21並包含一活塞頭22及一偏置單元23。活塞頭22可穿過隧道21而於一加載位置與一擊發位置之間移動，活塞頭22於該加載位置處準備被擊發，且活塞頭22在一選 擇性擊發操作及隨後之撞擊之後位於該擊發位置處。偏置單元23用以偏置活塞頭22，以使活塞頭22保持於該加載位置直至發生一選擇性擊發操作為止。偏置單元23可包含一彈性元件(例如一彈簧)，且可更包含一臨時鎖(temporary lock)，該臨時鎖可嚙合設置於加載位置中之活塞頭22，俾可防止活塞頭22發生脫離加載位置之意外移動。

擊發機構30負責反抗偏置單元23之偏置來執行選擇性擊發操作，並在適當時反抗臨時鎖來執行該選擇性擊發操作。擊發機構30可藉由高效能炸藥(high explosives)在隧道21內之內燃及/或藉由另一相似配置而由一氣動裝置操作。然而為清楚及簡潔起見，本文將闡述其中擊發機構30可藉由高效能炸藥在隧道21中之燃燒來操作之情形，概言之，擊發機構30用以對活塞頭22施加力以克服由至少偏置單元23提供之偏置，進而在某些情形中使活塞頭22朝擊發位置高速移動。

單一本體撞擊元件(「撞擊元件」)40可連接至活塞頭22，因此可藉由活塞頭22之移動而被驅動至一外部元件(例如欲被CIRT 10破毀之一混凝土牆)中。因高效能炸藥在隧道21中之燃燒可提供大量動能至活塞頭22，故可以相對非常高之速度朝外部元件驅動撞擊元件40。

因此，CIRT 10係用以利用由擊發機構30產生之受熱氣體所釋放之能量而推動至活塞頭22之一後表面上，俾使活塞頭22與撞擊元件40作為一個單元移動並獲得用於在外部元件(即，旨在被破毀之混凝土)上產生破壞所需之動能。此外，在撞擊期間，可 在混凝土牆與撞擊元件40二者中產生一衝擊波。混凝土牆中之衝擊波旨在引起局部損壞並最終產生一破毀。穿過撞擊元件40而行進之衝擊波可引起週期性載荷(cyclical loading)，該週期性載荷可損壞撞擊元件40。為此，撞擊元件40已設置有能夠延長使用壽命、減少堵塞(jamming)、並增強可靠性之特徵，如下所述。

參照第2圖至第4圖，撞擊元件40包括可被驅動至混凝土牆中之一單一本體41。單一本體41包含一頭部42及一軸43。頭部42具有一截頭圓錐(frusto-conical)形狀，該截頭圓錐形狀具有一前端421及一後端422，前端421可設置於一前部位置中，後端422與前端421相對並可設置於一尾部位置中。前端421可包含用於在混凝土牆中產生衝擊波之一穹頂式(domed)表面4211。穹頂式表面4211之半徑可被最佳化，以促進軸43於操作期間進行自對準，進而延長軸43之壽命。

軸43具有成一體地耦合至後端422之一第一端431、與第一端431相對之一第二端432、以及一中央部433。中央部433夾置於第一端431與第二端432之間並包含一細長構件，該細長構件沿撞擊元件40之一縱向軸線延伸，且在某些情形中，當撞擊元件40設置於隧道21中時，該細長構件沿隧道21之一縱向軸線延伸。軸43之中央部433之一直徑窄於後端422。軸43之第一端431具有一尾部4311、一前部4312、及自尾部4311至前部4312之一錐形部4313，尾部4311之一直徑類似於中央部433之一直徑，前部4312之一直徑類似於後端422之一直徑。錐形部4313可為曲線狀的或漸變式的，且至少在曲線狀情形中，錐形部4313可被表 徵為中央部433與頭部42間之一大半徑過渡，並用作衝擊波之一波導，以在第一端431與中央部433間之介面處減少應力集中點並進而增強結構穩定性。

根據實施例，軸43具有一平滑外表面，包含第一端431之外表面44及中央部433之外表面45。外表面44與外表面45彼此相鄰並自中央部433之實質圓柱形表面至第一端431之曲線狀錐形表面呈現一平滑介面。因此，至少應力集中點被進一步減少。

根據再一些實施例，軸43之第一端431之尾部4311可與軸43之中央部433具有相同直徑，進而提供平滑介面。相比之下，軸43之第一端431之前部4312之一直徑可稍窄於後端422。

根據再一些實施例，前端421之一直徑窄於後端422。換言之，頭部42自後端422至前端421係為錐形的。此會提高頭部42自我清潔(self cleaning)之能力，並減少頭部42在一擊發操作期間發生堵塞之可能性，頭部42之堵塞可起因於例如隧道21中之機械干擾及/或材料積聚。

根據再一些實施例，軸43之第二端432可與活塞頭22相連接。此種連接被設置成使第二端432無法在正常條件下不期望地或以其他方式非選擇性地自活塞頭22脫離。該連接亦用於在軸43與活塞頭22之間界定相對於頭部42位於遠端之一接頭46。軸43之第二端432具有一外表面4321，外表面4321上形成有螺紋50。螺紋50容許撞擊元件40以螺紋方式與形成於在活塞頭22中所界定之一凹槽中之對應螺紋相嚙合。換言之，撞擊元件40被形成為使頭部42與軸43成一體地彼此耦合，而用於活塞頭22之螺紋式 第二端432則被置於相對於撞擊點之遠端。螺紋50之此種設置方式以及由此使接頭46相對於頭部42位於遠端之界定可減少在至少撞擊情形中發生螺紋失效之可能性。

藉由設置於軸43之第二端432處之螺紋50，撞擊元件40之組裝可以如下方式執行。在一個實例性實施例中，撞擊元件40與活塞頭22可以螺紋方式相互嚙合，以形成一撞擊元件總成，該總成隨後被配置成安裝於殼體20中。在一替代實例性實施例中，活塞頭22安裝於殼體20中，且撞擊元件40隨後連接至活塞頭22。在此種情形中，一操作者可握住頭部42並可將軸43穿過隧道21插入殼體20中，俾使軸43最終碰到活塞頭22。此時，操作者圍繞撞擊元件40之一縱向軸線旋轉撞擊元件40，以使位於軸43之第二端432處之螺紋50與活塞頭22之互補螺紋以螺紋方式嚙合。因此，可在CIRT 10之壽命期間使多個撞擊元件40相對容易地連接至活塞頭22以及與活塞頭22分離，而無需自殼體20移除活塞頭22。

應理解，軸43與活塞頭22間之可操作連接無需藉由螺紋50與活塞頭22之互補螺紋提供。在替代實施例中，該可操作連接可藉由扣件(fastener)、卡扣配合(snap-fitting)、機械互鎖及/或其他類似裝置提供。在任一情形中，該可操作連接必須能夠在不發生脫離故障之條件下經受撞擊，且應相對於頭部42位於遠端。另外，儘管並非必需如此，但該可操作連接應被設置成使接頭46沿軸43之縱向軸線設置或在徑向上靠近軸43之縱向軸線而設置。如此一來，來自撞擊情形之衝擊波可經由接頭46自軸43相對均勻地傳 遞至活塞頭22。

如第3圖所示，撞擊元件40可更包含設置於軸43之第二端432處之一鎖定單元60。根據實施例，鎖定單元60可被形成為圍繞外表面4321延伸或靠近螺紋50之一基部延伸之一周邊槽61。此種周邊槽61可與一對應之扣件(例如一軋製銷70(參見第1圖))相嚙合，以容許軸43鎖定至活塞頭22。

如第4圖所示，後端422可包含一淺錐形倒角80，以促進CIRT 10在活塞頭22重置期間平滑地操作。儘管後端422之一部分之一直徑可實質上類似於隧道21之一內徑以促進撞擊元件40穿過隧道安全地移動，淺錐形倒角80被表徵為具有一直徑減小之錐形，該錐形與前端421之軸向距離逐漸增大。如此一來，可減少或實質上避免在撞擊元件40或活塞頭22重置期間之機械干擾。具體而言，淺錐形倒角80可促進撞擊元件40重新插入隧道21中及/或促進撞擊元件40穿過隧道21移動。

儘管僅結合有限數目之實施例詳細闡述了本發明，然而應易於理解，本發明並非僅限於此等所揭露之實施例。相反，本發明可被修改成包含在此之前未闡述但與本發明之精神及範圍相稱之任何數目之變型、改變、替代、或等效設置。另外，儘管闡述了本發明之各種實施例，然而應理解，本發明之態樣可包含僅所述實施例中之某些實施例。因此，本發明不應被視為受上述說明限制，而是僅受隨附申請專利範圍之範圍限制。

10‧‧‧受控撞擊救援工具

20‧‧‧殼體

21‧‧‧隧道

22‧‧‧活塞頭

23‧‧‧偏置單元

30‧‧‧擊發機構

40‧‧‧單一本體撞擊元件

41‧‧‧單一本體

42‧‧‧頭部

421‧‧‧前端

4211‧‧‧穹頂式表面

422‧‧‧後端

43‧‧‧軸

431‧‧‧第一端

4311‧‧‧尾部

4312‧‧‧前部

4313‧‧‧錐形部

432‧‧‧第二端

4321‧‧‧外表面

433‧‧‧中央部

44‧‧‧外表面

45‧‧‧外表面

46‧‧‧接頭

50‧‧‧螺紋

60‧‧‧鎖定單元

61‧‧‧周邊槽

70‧‧‧軋製銷

80‧‧‧淺錐形倒角

在本說明書末尾之申請專利範圍中特別地指出並清楚地要求保 護被視為本發明之主題。在結合附圖閱讀下文詳細說明之後，本發明之上述特徵及優點以及其他特徵及優點將變得顯而易見，在附圖中：第1圖係為根據本發明實施例之一破毀設備；第2圖係為根據本發明實施例之破毀設備之一撞擊元件之側視圖；第3圖係為第2圖所示撞擊元件中由圓圈「A」包圍之一部分之放大圖；以及第4圖係為第2圖所示撞擊元件中由圓圈「B」包圍之另一部分之放大圖。

該詳細說明參照附圖以舉例方式闡釋本發明之實施例以及優點及特徵。

10‧‧‧受控撞擊救援工具

20‧‧‧殼體

21‧‧‧隧道

22‧‧‧活塞頭

23‧‧‧偏置單元

30‧‧‧擊發機構

40‧‧‧單一本體撞擊元件

46‧‧‧接頭

70‧‧‧軋製銷

Claims (20)

1. 一種撞擊元件，包含：一單一本體，可藉由作用於一活塞頭上之力而被驅動至一外部元件中，該單一本體包含：一頭部；以及一軸，該軸具有成一體地耦合至該頭部之一第一端、與該第一端相對之一第二端、以及夾置於該第一端與該第二端間之一中央部，其中，該軸之該第二端係可與該活塞頭可操作地連接，以界定相對於該頭部位於遠端之一接頭，以及該軸之該第一端具有一尾部、一前部及自該尾部至該前部之一錐形部，該尾部之一直徑類似於該中央部之一直徑，該前部之一直徑類似於該頭部之一後端之一直徑。
2. 如請求項1所述之撞擊元件，其中該錐形部係為一曲線狀錐形部。
3. 如請求項1所述之撞擊元件，其中該頭部之一前端相較該頭部之該後端具有一窄之直徑，該頭部係自該後端至該前端呈錐形。
4. 如請求項1所述之撞擊元件，其中該頭部之該前端包含一穹頂式表面。
5. 如請求項1所述之撞擊元件，更包含形成於該軸之該第二端之一外表面上之螺紋，以使該軸之該第二端可藉由螺紋而嚙合該活塞頭。
6. 如請求項1所述之撞擊元件，更包含一鎖定單元，該鎖定單 元設置於該軸之該第二端。
7. 如請求項1所述之撞擊元件，其中該頭部之該後端包含一淺錐形倒角。
8. 一種破毀設備(breaching apparatus)，包含：一殼體，界定一隧道並包含一活塞頭及一偏置單元，該活塞頭可穿過該隧道而於一加載位置與一擊發位置之間移動，該偏置單元用以偏置該活塞頭以使該活塞頭保持於該加載位置；一擊發機構，用以克服偏置而使該活塞頭朝該擊發位置移動；以及一單一本體撞擊元件，可藉由該活塞頭的移動而被驅動至一外部元件中，該單一本體撞擊元件並包含：一頭部及一軸，該軸具有成一體地耦合至該頭部之一第一端、與該第一端相對之一第二端、以及夾置於該第一端與該第二端間之一中央部，該第二端係可與該活塞頭可操作地連接以界定相對於該頭部位於遠端之一接頭，該軸之該中央部係窄於該頭部之一後端，且該軸之該第一端具有一錐形部。
9. 如請求項8所述之破毀設備，其中該錐形部係為一曲線狀錐形部。
10. 如請求項8所述之破毀設備，其中該頭部係為錐形的。
11. 如請求項8所述之破毀設備，更包含形成於該軸之該第二端之一外表面上之螺紋，以使該軸之該第二端可藉由螺紋而嚙合該活塞頭。
12. 如請求項8所述之破毀設備，更包含一鎖定單元，該鎖定單元設置於該軸之該第二端。
13. 如請求項8所述之破毀設備，其中該頭部之該後端包含一淺錐形倒角。
14. 一種破毀設備，包含：一殼體，界定一隧道並包含一活塞頭及一偏置單元，該活塞頭可穿過該隧道而於一加載位置與一擊發位置之間移動，該偏置單元用以偏置該活塞頭以使該活塞頭保持於該加載位置；一擊發機構，用以克服該偏置而使該活塞頭朝該擊發位置移動；以及一單一本體撞擊元件，可藉由該活塞頭之該移動而被驅動至一外部元件中，並包含一頭部及一軸，該軸具有成一體地耦合至該頭部之一第一端、一第二端、以及夾置於該第一端與該第二端間之一中央部，該第二端係可與該活塞頭可操作地連接以界定相對於該頭部位於遠端之一接頭。
15. 如請求項14所述之破毀設備，其中該軸之該第一端具有一曲線狀錐形部。
16. 如請求項14所述之破毀設備，其中該軸之該第一端及該中央部各自之外表面呈現出一光滑介面。
17. 如請求項14所述之破毀設備，其中該頭部係為錐形的。
18. 如請求項14所述之破毀設備，更包含形成於該軸之該第二端之一外表面上之螺紋，以使該軸可藉由螺紋而嚙合該活塞頭。
19. 如請求項14所述之破毀設備，更包含一鎖定單元，該鎖定單 元設置於該軸之該第二端。
20. 如請求項14所述之破毀設備，其中該頭部之一後端包含一淺錐形倒角。