碰撞缓冲装置 |
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| 申请号 | CN201580006434.5 | 申请日 | 2015-01-20 | 公开(公告)号 | CN105940237A | 公开(公告)日 | 2016-09-14 |
| 申请人 | 考克利尔维修工程有限责任公司; | 发明人 | A·梅利科基; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及 能量 吸收装置(1)，其包括：支承件(23)；耗散件(14)，其围绕所述支承件(23)安装，并用于在冲击作用下进行塑性 变形 ；球体(12)，其以一给定的压 力 安装在耗散件(14)上，并用于使耗散件(14)变形，其特征在于，支承件(23)配有槽(24)，所述球体(12)对着支承件(23)的槽(24)安装，用于使耗散件(14)在槽(24)的长度上变形。 | ||||||
| 权利要求 | 1.能量吸收装置(1)，其包括： |
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| 说明书全文 | 碰撞缓冲装置技术领域[0002] 根据本发明的冲击吸收器适于任何进行低速或高速相对运动的系统。因此，其可装备陆地运输工具、铁路运输工具、飞机或海运船只，以保护设备或乘员，防止机械冲击。其也可集成于用于空投空运物资的包装系统。其还可用于保护易受冲击影响的静态结构，或者用于保护容易发生冲击的设备或部分设备。 [0003] 在需要防止运输工具下面的雷或临时爆炸装置爆炸(IED)的特殊应用情况下，根据本发明的冲击吸收器被定尺寸，以在尺寸的限制范围内，缓冲运输工具上抛和落地时分别经受的乘员要防止的威胁程度的冲击。 背景技术[0004] 几十年来，军用或民用运输工具乘员的防爆炸问题是和平时期使用时和发生军事冲突期间，决策者关心的一个主要问题。多种技术解决方案已经提出，有的已经实施。这些解决方案基本上基于材料变形的能量耗散。 [0005] 例如，GB2452589A提出这种吸能装置，其用于保护乘员防止过大的重力作用。所述装置具有一个减震带，其布置在汽车底盘与固定于乘员座椅的结构之间。爆炸时，减震带在与乘员座椅的结构连接的卷筒之间弯曲和拉紧，从而可吸收一部分能量。 [0006] US3446469提出一种冲击吸收装置，其配有一个平台，支承一个待保护防冲击的负载。平台安装在一个剪式机构上，其带有压缩装置，压缩装置布置在平台下面，用于在万一发生冲击时进行变形。 [0007] SU431066、EP1155940、US3696891、US4509621和FR2085498提出的吸能装置具有一个借助于球体变形的耗散件。 [0008] 一般来说，现有技术中提出的机构用于在一定的行程上耗散最大能量，但尺寸确定成对于一定类型的威胁，即预先设定的爆炸特征(爆炸装药、炸药与运输工具之间的距离等)来说，冲击吸收器的反应要最佳化。因此，当前的大部分装置可根据乘员人数、运输工具构造(重量、惯量等)或爆炸装药进行调节。然而，迄今，冲突和威胁的性质意味着，现场操作人员面对完全不同的威胁，其特征在准备步骤时不能确定，在防护解决方案设计时也不能确定。 [0009] 此外，提出的机构一般不能控制发生的塑性变形。因此，乘员在冲击时的加速度随时变化，具有行程起点峰值，继之逐渐减小，直至有效能量完全耗散；这种特性显示出不存在最佳化。 [0010] 然后，提出的用于防地雷的机构设计成抵消运输工具下面产生的爆炸爆震，即抵消乘员在运输工具上抛时经受的初始冲击。通常，这些机构不考虑运输工具落地时产生的称为“降落冲击”的二次冲击。然而，二次冲击时的加速度即使幅度小于初始冲击的幅度，但是也很大，其特征是在一段时间比初始爆震及的范围更大。 [0011] WO2010/105055部分地提供一种解决上述不同问题的方案。该文献中提出的能量耗散装置是机械或液压装置，具有根据乘员重量调节吸收度的装置，既吸收初始冲击，也吸收二次冲击。所述系统配置一个调节装置，对于初始冲击和二次冲击来说，其可不同，因此在加速度方面最好考虑到两种冲击的不同特征。但是，这种装置的缺陷是，系统在静止位置时重新定位，或者换句话说，在初始冲击与二次冲击之间要重新初始化。因此，鉴于两种冲击的不同特征，需要在两种冲击之间实时调整。在现场，这种系统不太可能进行操作，因为初始冲击造成许多损坏，机械和电子组件的损坏，难以甚至不可能在二次冲击之前进行实时调整。 发明内容[0012] 本发明旨在实施一种弥补现有技术的缺陷的冲击吸收器。 [0013] 更确切地说，本发明旨在实施一种冲击吸收器，其特征可适合于实际使用条件，使防护最佳化。根据本发明，冲击吸收器的特征应能适用于所有涉及的应用领域，即经受雷或临时爆炸装置爆炸的运输工具乘员的保护范围，在使用铁路、陆上、海上或空中交通工具运输期间发生事故时人员和物资的保护范围，或者空投时物资或消费品的保护范围。 [0014] 为了防雷和临时爆炸装置，本发明还旨在实施一种冲击吸收器，其配有一个装置，装置适于根据其固有的特征，衰减运输工具落地时的二次撞击。因此，本发明的装置的尺寸应确定成可吸收初始冲击和二次冲击的不同能量。 [0016] 图1示出根据本发明的冲击吸收器，其定位在一个转台的设备间内。 [0017] 图2(a)是根据本发明的冲击吸收器的轴向剖视图，其具有用于耗散与初始冲击有关的能量的定尺寸的耗散机构，图2(b)是根据本发明的冲击吸收器的轴向剖视图，其具有用于分别地耗散与初始冲击(爆震)和二次冲击(坠落)有关的能量的定尺寸的耗散机构。在这些附图中，吸收器处于静止位置，即其未被诱发。 [0018] 图3示出图2所示冲击吸收器的一个变型。根据该变型，能量耗散器是呈截锥形的，而不是圆柱形的。 [0020] 图5是根据本发明的冲击吸收器的俯视图。 [0021] 图6是根据本发明的冲击吸收器的一部分的简化横向剖视图。其示出安装在其支承件上的耗散件，在该实施例中，支承件具有槽。相对于每个槽定位一个球体，球体使耗散件在冲击作用下变形。举例来说，八个球体围绕耗散件分布。 [0022] 图7(a)和(b)分别示意地示出用于根据图2(b)的变型的冲击吸收器的、在初始冲击时以及在初始冲击和二次冲击时在耗散件上形成的沟。仅示出一个球体和相应的沟。 [0023] 图8(a)和(b)更为详细地分别示出用于根据图3(b)的变型的的冲击吸收器、在初始冲击时以及在初始冲击和二次冲击时在耗散件上形成的沟。 [0024] 术语表 [0025] (1)冲击吸收器 [0026] (2)车顶 [0027] (3)座椅 [0028] (4)立柱 [0029] (5)杆 [0030] (6)支承件的下底 [0031] (7)座椅线性移动的导向件 [0032] (8)主体 [0033] (9)固定结构 [0034] (10)止动件 [0035] (11)行程终点的缓冲器 [0036] (12)球体 [0037] (13)球保持架 [0038] (14)耗散件 [0039] (15)螺母 [0040] (16)防松螺母 [0042] (18)控制器 [0043] (19)重量传感器 [0044] (20)速度传感器 [0045] (21)位置传感器 [0046] (22)爆震传感器 [0047] (23)支承件 [0048] (24)槽或导向凹槽件 [0049] (25)卸载口 [0050] (26)板 [0051] (27)舌片 [0053] (29)耗散件的第一部分 [0054] (30)耗散件的第二部分 [0055] (31)沟或模槽 [0056] 本发明的主要特征构件 [0057] 本发明涉及一种能量吸收装置，其包括： [0058] -支承件，其配有槽， [0059] -耗散件，其围绕所述支承件安装，并用于在冲击作用下进行塑性变形，[0060] -球体，其以一给定的压力安装在耗散件上，并用于使耗散件变形，所述球体相对于支承件的所述槽进行安装，并用于使耗散件在槽的长度上变形。 [0061] 根据本发明的具体实施方式，能量吸收装置包括以下特征中至少一个特征或适当的组合： [0062] -能量吸收装置包括中空主体，其中，耗散件及其支承件用于在冲击时进行滑动； [0063] -球体安装在圆形保持架中，并沿中空主体的纵向方向支承在所述中空主体的内表面上和沿中空主体的横向方向支承在耗散件上； [0064] -所述内表面呈圆锥形或弧线形； [0065] -能量吸收装置包括调节球体对耗散件施加的压力的调节件； [0066] -所述调节件包括螺母，螺母在使用时的转动驱使球体沿中空主体的内表面移动，从而可调节球体在耗散件上施加的压力； [0067] -所述调节件包括电动机和控制器，控制器连接于一个或多个传感器； [0068] -支承件包括圆柱形部分，槽布置在圆柱形部分的外表面上并沿所述圆柱形部分的纵向方向延伸； [0069] -耗散件形成沿其纵向方向厚度变的环形套； [0070] -耗散件形成沿其纵向方向厚度可变的环形套； [0071] -耗散件沿其纵向方向包括两个相继的部分，称为第一部分和第二部分，第一部分和第二部分具有不同的几何特征和/或物理化学特征，以分别减缓初始冲击和二次冲击； [0072] -第二部分具有的厚度和长度可不同于第一部分的厚度和长度； [0073] -第二部分可比第一部分更短和更厚； [0074] -在冲击时，耗散件的厚度根据耗散件的移动方向增大； [0075] -耗散件的第一部分和第二部分分别具有不变的厚度； [0076] -支承件被置于板的端部上，板配有舌片，舌片支承在中空主体的一个端部上； [0077] -耗散件拧紧在支承件上，以便于耗散件更换。 [0078] 本发明也涉及运输工具或用于空投装备、物资或人员的包装系统，包装系统包括上述能量吸收装置。 [0079] 本发明还涉及能量吸收方法，其用于在冲击时借助于上述能量吸收装置保护结构和/或乘员，所述能量吸收方法包括耗散件及其支承件相对于中空主体进行相对移动的步骤，通过球体引起耗散件的塑性变形，所述球体在槽中被引导。 [0080] 根据本发明的具体实施方式，所述能量吸收方法包括以下特征中至少一个特征或适当的组合： [0081] -能量吸收方法包括调节球体在耗散件上施加的压力的调节步骤，基于来自一个或多个传感器的测量进行所述调节； [0082] -能量吸收方法包括，在安装在耗散件的支承件上的耗散件与中空主体之间的相对运动之前，断开板的舌片的步骤； [0083] -球体使耗散件在初始冲击时在第一部分上变形，以及在二次冲击时在与第一部分不同的第二部分上变形，初始冲击发生在运输工具在爆炸装置上上抛时，二次冲击发生在运输工具落地时； [0084] -能量吸收方法包括在冲击之前更换耗散件的步骤。 具体实施方式[0085] 本发明的总体说明 [0086] 根据本发明的冲击吸收器可装备运输工具。用语运输工具应为广义，即包含任何运输工具，包括升降机、架空索道等。其也可用于保护民用或军用的基础设施防冲击。例如，可用于核工业应用领域。其还可被集成至用于从天空空投物资(有人驾驶或无人驾驶的装备、消费品等的)的包装系统。 [0087] 其布置在承受冲击的结构与要防冲击的构件之间。如果雷在运输工具之下爆炸，那么，冲击吸收器布置在乘员的座椅与平台(运输工具、转台、或其它设备间)的界面组件之间，冲击通过冲击吸收器传送到座椅。对于安装在本身被安装于运输工具上(一个转台的情况)的另一系统中的设备间来说，冲击吸收器也可安装在设备间(转台架或其它)和该设备间与运输工具间的界面之间。 [0088] 根据本发明的冲击吸收器基于由塑性变形耗散能量的原理。球体以或大或小的力压在一个耗散件上，耗散件安装在一个支承件上。在冲击时，球体与耗散件之间产生相对运动，从而可通过构成耗散件的材料的变形耗散能量。 [0089] 根据本发明，能量耗散可根据危险程度和根据影响冲击传输性的因素进行匹配和调节。 [0090] 通过后面将予以说明的调节球体压力，或者必要时，通过由一个具有适当的材料的和/或几何的特征的专用模型来取代耗散件，能容易地匹配危险程度。在预想情况中，材料的特征及其几何特征的这种选择可在进入操作之前，或者在恐惧的事件的初期之后，随时进行。耗散件还可定尺寸，用于分别地减缓初始冲击和二次冲击。因此，其可具有可变的厚度，和/或由不同的材料构成。 [0091] 调节是通过调整球体对可变形材料施加的压力进行的。球体施加的压力可通过垫圈调节，或者无需垫圈而通过螺纹件进行调节。该螺纹件本身可被手动调节或自动调节。调节考虑到所有直接有关的因素，这些因素取决于冲击从支承结构(运输工具)向待保护实体(乘员)的传输性以及应用的具体条件。在雷在运输工具之下爆炸的情况中，调节要考虑到以下特征：(i)直接承受爆炸的爆震的结构(运输工具及其所有车载设备)的重量，(ii)待保护实体的重量(例如乘员的重量)，(iii)运输工具下面爆炸(相对于运输工具)的预计相对定位，(iv)爆炸物的装药量(TNT当量)，(v)爆炸物相对于结构的地板的距离，(vi)运输工具落地引起的冲击严重性。 [0092] 例如，如果是装甲车，其需要给予对于分成多个等级(STANAG4569)的爆炸物(雷)装药量水平的防护：6千克、8千克或10千克TNT当量。现场，作用件可选择成使冲击吸收器匹配所针对的雷的等级，并且在一定的限度内，使冲击吸收器匹配视为“标准”装药量以外的装药量水平。调节件必要时可现场调节对于一给定等级所推荐的球体压力。例如，如果作用件选择成用于6千克TNT等级，调节可覆盖接近该等级中心值的装药量水平，即6千克+/-2千克TNT(这些数值是说明性和非限制性的)。 [0093] 本发明的详细说明 [0094] 作为非限制性实施例，根据本发明的冲击吸收器下面被示出用于需要防雷保护的有轮子的装备的(座椅)坐式系统，需要防雷保护的有轮子的装备例如坦克、坦克转台、治安武装力量的运输工具、维和部队的运输工具、或民用运输工具。 [0095] 图1示出转台的架的内部，架通过机械连接件在车顶2(未示出其全部)处固连于运输工具底盘。在所示的实施例中，冲击吸收器1安装在座椅3与立柱4之间，且在立柱4处被固定。 [0096] 本发明的冲击吸收器1详示于图2和3。根据图2(a)和3(a)所示的变型，只有一个能量耗散机构用于初始冲击。根据图2(b)和3(b)所示的另一变型，一个能量耗散机构用于初始冲击和用于二次冲击。 [0097] 与所考虑的变型无关地，冲击吸收器1包括两个主要部分，两个主要部分在冲击时一个相对于另一个相对移动。第一部分固连于运输工具的平台，更确切地说，对于所示的实施例为立柱4，第二部分固连于待保护实体，即对于所示的实施例为座椅3。在后一种情况下，座椅3与第二部分之间的连接通过杆5确保，杆5被固定至座椅3和第二部分的下底6(见图1、2和3)。在冲击很大时，第二部分和座椅3相对于第一部分移动，座椅3的线性移动由导向件7确保。 [0098] 第一部分包括主体8，借助尤其示于图4的固定结构9，主体8被固定至架的立柱4。该主体是中空的，冲击吸收器的第二部分用于在冲击时在该中空部分中滑动。球体12安装在中空主体8内部，球体用于在冲击时使第二部分的作用部分14变形。这些球体12的硬度大于作用部分14的硬度，并且最好是金属球体。球体被布置在球轴承保持架类型的圆形保持架13中。球体被轴向地定位于设在中空主体内的止动件10的后面，止动件用于限制第二部分的行程。止动件10的后表面呈球形或圆锥形，下面将说明原因。球体借助调节件被径向地定位在作用部分14上，调节件包括螺纹件，例如螺母15。螺母15的转动可调整施加在球保持架13上的作用力，同样，球体12借助于止动件后表面的特殊形状进行径向移动。螺母顺时针方向的转动引起球体向冲击吸收器的轴线移动，实际上，球体对耗散件施加更大的压力。相反，螺母沿着与时针相反的方向调节转动，驱使球体对耗散件施加的压力减小。应当指出，调节的进行使得在作用件的整个长度上进行能量的耗散。调节可手动地进行，在这种情况下，设置防松螺母16用于确保调节，或者调节可借助于附加的专用装置经由遥控电动机自动地进行。在图4所示的实施例中，电动装置(电动机17)连接于计算器18，计算器18本身连接于一个或多个传感器。例如，计算器18可连接于乘员重量传感器19、速度传感器20、冲击吸收器的运动元件的位置传感器21、以及爆震传感器22。 [0099] 冲击吸收器的第二部分包括基本呈圆柱形的支承件23，其尤其如图2、3、6和7所示。圆柱体23用于支承作用件14，作用件14也称为耗散件，呈套的形状。优选地，支承件23配有多个槽24(见图6)。槽24在圆柱体的高度上轴向地延伸，并在支承件23滑动时，用作球体12的导向凹槽件。槽分布在支承件的周边上，以确保产生的作用力的对称性。 [0100] 根据图2(a)和3(a)所示的实施例，安装在支承件23上的耗散件14用单一材料(复合材料、金属或其他材料)制成并用于在初始冲击时耗散能量。如图2(a)所示，其可具有不变的厚度，在这种情况下，形成一个完全呈圆柱形的部件。其也可具有可变的厚度，优选地，壁的厚度沿着支承件的移动方向增大，如图3(a)所示。因此，可以说差不多呈圆柱形，或者略呈截锥形。这种特殊形状有利于加速度以平台状传送，即在支承件的行程开始和结束的瞬时状态之外，向乘员传送水平相对恒定的加速度。 [0101] 根据图2(b)和3(b)所示的另一个实施例，耗散件14设计成能够接纳两个不同的部分29和30。第一部分29被设计用于耗散由爆炸的爆震直接产生的能量，第二部分30被设计用于耗散运输工具落回地面引起的冲击的能量。两个部分被定尺寸用于考虑到两种冲击的不同负荷。尺寸的确定可通过对两个部分分别使用不同的材料、不同的厚度和/或不同的长度来进行。例如，第二部分30的厚度可大于第一部分的厚度且长度不同。在图2(b)、3(b)、7和8所示的实施例中，第二部分30布置在总的耗散行程的约1/3上。每个部分可如图2(b)所示呈圆柱形，或者如图3(b)所示呈截锥形。在后一种情况下，第二截锥形部分的外表面内切于第一截锥形部分的延续部分中。 [0102] 最后，要提及的是，支承件23被置于圆形板26的上底上，板具有舌片27，舌片覆盖冲击吸收器的主体8的端部(见图4和5)。这些舌片阻止第二部分在单纯振动或者轻微冲击的作用下进行移动。因此，舌片用作触发器，并且被定尺寸用于仅在初始限定的一定加速度水平以外被断裂。例如，舌片的数量可为三并沿板的周边均匀分布。 [0103] 根据本发明的冲击吸收器的工作原理如下。当爆炸装药在承载有转台的运输工具的下面被触发时，运输工具以冲击力被向上抛起，例如运输工具经受总的强加速度。由座椅上的乘员和转台座的座椅本身构成的系统惯性驱使转台的乘员相对于架的底部进行相对运动。实际上，乘员及其座椅趋向于接近架的底部。在从架的底部向座椅进行这种“上升”移动时，与座椅3固连的杆5强制耗散件的支承件23展开，即沿着图2和3中箭头所示的方向离开主体8。作用部分14和球体12之间产生的相对运动允许在作用部分的整个长度上并通过作用部分本身耗散能量，由此减小向“被掀起”的运输工具的乘员传送的加速度。当支承件包括槽时，球体使配设凹槽件的耗散件塑性地变形。根据冲击吸收器被定尺寸用于分别地考虑到初始冲击或者初始冲击与二次冲击，呈沟31形的变形(见图7和8)在由单个或两个部分29、30组成的作用部分14的整个长度上进行。 [0104] 本发明的优越性 [0105] 本发明提出的技术方案摆脱了实际条件的一些限制。只要在设计时考虑的环境条件综合可接受的限度，操作人员能在现场手动地或自动地调节冲击吸收器，以使之符合实际条件。这尤其适用于防雷和防简易爆炸装置(IED)，但也适用于担心的冲击可能偶然发生的各种情况。同样，如上所述，耗散件易于根据敌对行为或使用的现场威胁，进行现场更换。 [0106] 根据本发明的冲击吸收器允许通过减小传送给乘员的可接受的加速度水平来保护乘员。由于能量耗散件的几何特征与实体特征，除了行程开始和结束的瞬时状态以外，向乘员传送的加速度是差不多不变的。此外，耗散件的支承件上的槽可引导球体，以确保球体在支承件上的模槽是完全线性的。沟的这种线性避免传送的加速度受到不希望的干扰。因此，支承件的这种特殊形状可引导耗散件的变形，以便在能量耗散时最大限度地避免随机特性，其可表现为向乘员传送的加速度的重大变化。同样，在某些情况下，耗散件略呈截锥形的形状有利于由乘员经受的加速度呈平台响应。 [0107] 由于调节件，球体在耗散件上施加的压力可被调整成在耗散件的整个长度上进行能量耗散。耗散能量，但是向乘员传送的加速度差不多不变以及沿耗散行程的整个长度能量耗散在可接受的最大水平，确保有敌对行为的现场操作性与防雷保护之间的最好折中，有敌对行为的现场操作性要求设计相对低的运输工具用于可见度和稳定性，防雷保护要求有很大的离地间隙(基准距离)，以便仅遭受爆炸爆震的减小的一部分。 [0108] 根据本发明的能量吸收装置耗散初始冲击和二次冲击的能量，并被定尺寸用以考虑到遇到这两种冲击时的不同加速度。分别用于初始冲击和二次冲击的耗散件被相继布置，这可避免系统在两种冲击之间重新初始化。 [0109] 根据本发明的能量吸收装置配有自身滚动的球体，这确保在附图所示的所有情况下不存在抱死现象。能量吸收装置始终仅根据冲击水平超过预定的临界水平进行工作。如果爆炸物装药量相对于能量吸收装置确定尺寸所依据的装药量大很多，与例如液压耗散装置相反，冲击衰减器通过耗散理论最大值进行运行，而没有任何抱死危险。 |
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