金属射流及环剪塑变冲击耗散装置 |
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| 申请号 | CN201610496966.8 | 申请日 | 2016-06-29 | 公开(公告)号 | CN106114549A | 公开(公告)日 | 2016-11-16 |
| 申请人 | 中国兵器工业集团第二○二研究所; | 发明人 | 豆征; 许建鹏; 王越; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种金属射流及环剪塑变冲击耗散装置，包括金属罩、弧形板、阻尼堆和软金属。在受到撞击的情况下，金属罩快速发生形变，金属罩里面的软金属受到 挤压 ，从金属罩的开孔处象 流体 一样喷涌而出，冲击的 能量 一部分转 化成 了 热能 、 动能 和塑变能；阻尼堆在受到冲击后，在发生塑变的同时，存在环形剪切，这样，冲击的能量一部分转化成了热能和塑变能；由于金属罩和阻尼堆的阻尼作用，冲击的能量得到很大衰减，冲击的破坏效果被削弱。弧形板的作用是在阻尼堆塑变达到一定程度时，弧形板的塑变阻尼开始发挥作用，缓和冲击，这样，可以强化阻尼堆缓和冲击的作用，对冲击的破坏效果进一步削弱。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种金属射流及环剪塑变冲击耗散装置，其特征在于，包括：阻尼堆(1)、弧形板(2)、金属罩(3)；所述阻尼堆(1)、弧形板(2)、金属罩(3)固连在需要保护的物体上，所述弧形板(2)环绕布置在阻尼堆(1)外围且两者之间隔离开，所述金属罩(3)间隔布置在阻尼堆(1)和弧形板(2)的外围；所述阻尼堆(1)为柱状体，其侧面和顶面开设有多个缓冲槽；所述金属罩(3)顶部开设喷孔，其内部填充软金属(4)。 |
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| 说明书全文 | 金属射流及环剪塑变冲击耗散装置技术领域[0001] 本发明属于机械工程技术领域，涉及一种缓和冲击的阻尼技术，具体为金属射流及环剪塑变冲击耗散装置。 背景技术[0003] “新型机车车钩缓冲器研发与优化设计”“(机械设计与制造，2011年第7期，黄猛等)针对国外某机车车钩缓冲器在国内应用中存在的问题，应用力学原理和有限元方法对其结构进行了优化，在保证其性能的前提下，优化了结构、减少了零件数、降低了重量和成本，在消化国外车钩缓冲器技术基础上，研发出了与发达国家性能水平相当的新型机车车钩缓冲器；“新型高压柱塞泵缓冲器”(石油机械，2012年第1期，熊国良等)针对以往高压往复式柱塞泵出口压力高，高压水流对出口管线、阀门、仪表等设施冲击大，引起泵振动超限，存在较大安全隐患等问题，研制了新型高压柱塞泵缓冲器。该缓冲器主要由进水管、出水管、V形筒、挡板和半球腔体等部件组成，工作时需进行3级缓冲，V形板周壁上设计的4个均匀分布的通孔可满足柱塞泵排量要求。现场试验结果表明，新型高压柱塞泵缓冲器适应性强，提高了安全系数和生产效率，具有推广应用价值。 [0004] 目前的缓冲技术多应用于一般冲击场合，对于事故性的重大冲击，如何保护被冲击对象，尚未见诸技术文献。本发明针对传统技术的不足，提出了一种新型缓冲方式。 发明内容[0005] (一)发明目的 [0006] 本发明的目的是：针对剧烈冲击的情况下，如何最大可能的缓和冲击，降低破坏程度。 [0007] (二)技术方案 [0008] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种金属射流及环剪塑变冲击耗散装置，其包括：阻尼堆1、弧形板2、金属罩3；所述阻尼堆1、弧形板2、金属罩3固连在需要保护的物体上，所述弧形板2环绕布置在阻尼堆1外围且两者之间隔离开，所述金属罩3间隔布置在阻尼堆1和弧形板2的外围。所述阻尼堆1为柱状体，其侧面和顶面开设有多个缓冲槽；所述金属罩3顶部开设喷孔，其内部填充软金属4。 [0009] 其中，阻尼堆1上开设的缓冲槽包括周向凹槽、顶面环形凹槽、顶面盲孔和上部倾斜沟槽；至少一个所述周向凹槽开设在阻尼堆1的柱体外表面上，顶面环形凹槽开设在阻尼堆1的柱体顶面上，顶面盲孔位于顶面环形凹槽的中心，上部倾斜沟槽有多个，在阻尼堆1上部均匀分布，每个上部倾斜沟槽的起始端位于阻尼堆1的柱体顶面，终止端位于阻尼堆1的柱体外表面上。 [0010] 其中，多个所述上部倾斜沟槽的倾斜角度均相等。 [0011] 其中，所述阻尼堆1的直径、高度、硬度、材料的延展性系数和塑变能力，均与所受到冲击强度成正比，所述上部倾斜沟槽数量与所受到冲击强度成反比，上部倾斜沟槽的倾斜度与所受到冲击强度成正比；所述顶面环形凹槽和盲孔的深度尺寸与阻尼堆材料的塑变量成正比。 [0012] 其中，所述弧形板2由金属材料制成，其设置个数个数与受到的冲击强度成正比。 [0014] 其中，所述弧形板2材料硬度高于阻尼堆1，其单位体积的塑变耗能高于阻尼堆1。 [0016] (三)有益效果 [0017] 上述技术方案所提供的金属射流及环剪塑变冲击耗散装置，与现有技术相比，具有以下有益效果： [0019] 2)相对复杂的防撞结构，本发明更加简易、成本低，使用更加可靠； [0021] 图1是本发明结构组成示意图； [0022] 图2是阻尼堆结构图； [0023] 图3是软金属与金属罩的装配剖视图。 具体实施方式[0024] 为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。 [0025] 如图1至图3所示，本实施例金属射流及环剪塑变冲击耗散装置包括阻尼堆1、弧形板2、金属罩3；所述阻尼堆1、弧形板2、金属罩3固连在需要保护的物体上，所述弧形板2环绕布置在阻尼堆1外围且两者之间隔离开，所述金属罩3间隔布置在阻尼堆1和弧形板2的外围。所述阻尼堆1为柱状体，其侧面和顶面开设有多个缓冲槽；所述金属罩3顶部开设喷孔，其内部填充软金属4。 [0026] 具体地，阻尼堆1、弧形板2、金属罩3采用焊接、铆接、螺栓连接中的任一种方式固连在需要保护的物体上。 [0027] 阻尼堆1上开设的缓冲槽包括周向凹槽、顶面环形凹槽、顶面盲孔和上部倾斜沟槽；至少一个所述周向凹槽开设在阻尼堆1的柱体外表面上，顶面环形凹槽开设在阻尼堆1的柱体顶面上，顶面盲孔位于顶面环形凹槽的中心，上部倾斜沟槽有多个，在阻尼堆1上部均匀分布，每个上部倾斜沟槽的起始端位于阻尼堆1的柱体顶面，终止端位于阻尼堆1的柱体外表面上。 [0028] 其中，每个上部倾斜沟槽的倾斜角度均相等，上部倾斜沟槽的数量、宽度、长度、深度等参数以及阻尼堆1的直径、高度、硬度、材料、布局、抗剪能力等由冲击的强度量级、单位面积的冲压能量范围、冲击的频度、持续时间、受保护对象的自身状态等因素决定。在冲击强度较大时，阻尼堆1采用较大的直径和较高的硬度，材料具有良好的延展性和较高的塑变能，上部倾斜沟槽数量宜少不宜多，宽度和深度以能够充分包容塑变为宜，冲击频度增大，适度增大阻尼堆1的高度；上部倾斜沟槽的倾角使阻尼堆1受到冲击时，一部分冲击能量转化成阻尼堆1的周向切变，适当加大倾角，并提高材料强度，可以提高周向切变所导致的能量耗散，这对于缓和冲击是有利的，阻尼堆1的顶面环形凹槽和盲孔用于为塑变让位，顶面环形凹槽和盲孔的尺寸由塑变量的大小决定，塑变量越大，顶面环形凹槽和盲孔的深度尺寸越大，在阻尼堆1中的体积占比宜偏小，因为这样可以适当增加阻尼堆1在受到冲击时的阻尼，充分吸收冲击的能量，但阻尼并非越大越好，以受保护对象所能承受的冲击阈值上限为参考。 [0029] 在受到冲击强度较大时，阻尼堆1选用硬度偏大的材料，如软钢等；在受到冲击强度较小时，阻尼堆1选用硬度偏小的材料，如铜、铝或其合金等。 [0030] 弧形板2由金属材料制成，其个数根据受到的冲击强度大小来设置，受到冲击强度较大时，弧形板2的个数较多设置，受到冲击强度较小时，相应的减少弧形板2的个数即可。 [0031] 金属罩3为空心柱体，由钢材料制成，内部填充的软金属4为铜、铝或其合金，在受到冲击后，金属罩3里面包裹的软金属4在金属罩3的塑变压迫下，变成金属射流喷涌而出，冲击能量的一部分就变成了金属罩3的塑变能、以及软金属4的动能、塑变能，由于金属射流的方向可以任意设置，既能正向喷射，也能侧向喷射，这就使得冲击的冲量矢量一部分改变了方向，从而减弱了对受保护对象的冲击。金属罩3需要由强度较高、延展性较好的材料制作，确保承受冲击载荷过程中不会出现破裂现象，软金属4要具有良好的延展性、较高的密度、较低的硬度，在喷射过程中，要确保不发生二次伤害。 [0032] 当阻尼堆1发生严重塑变，对冲击的缓冲作用即将用尽，这时弧形板2开始发挥作用，与塑变后的阻尼堆1、金属罩3一起对冲击进行缓冲；弧形板2材料硬度稍高于阻尼堆1，其单位体积的塑变耗能高于阻尼堆1，确保冲击能量得到充分消耗；阻尼堆1、弧形板2、金属罩3的材料硬度都不能过大，因为提高硬度会加大冲击波的传导，使冲击能量更多的作用于被保护对象。 [0033] 由上述技术方案可以看出，在受到撞击的情况下，金属罩快速发生形变，金属罩里面的软金属受到挤压，从金属罩的开孔处象流体一样喷涌而出，冲击的能量一部分转化成了热能、动能和塑变能；阻尼堆在受到冲击后，在发生塑变的同时，存在环形剪切，这样，冲击的能量一部分转化成了热能和塑变能；由于金属罩和阻尼堆的阻尼作用，冲击的能量得到很大衰减，冲击的破坏效果被削弱；弧形板的作用是在阻尼堆塑变达到一定程度时，弧形板的塑变阻尼开始发挥作用，缓和冲击，这样，可以强化阻尼堆缓和冲击的作用，对冲击的破坏效果进一步削弱。 [0034] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。 |
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