專利名稱：真空高速發(fā)射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)射裝置，尤其是一種用于高速沖擊成形實驗的發(fā)射裝置，具體地說是一種真空高速發(fā)射裝置。
背景技術(shù)：
眾所周知，高速沖擊可以使材料在極高的 變形速度下成形，高速沖擊成形實驗?zāi)芡瓿梢恍┯贸Ｒ?guī)方法難以實現(xiàn)的特殊工件的成形。其中沖頭速度對沖擊效果有重要的影響，但是目前的高速發(fā)射裝置存在沖頭在預(yù)定長度發(fā)射管飛行過程中未能充分加速(沖頭變加速)的問題，沖頭未達到預(yù)定速度必將影響沖擊效果。此外沖頭的后部由高壓氣體推動，沖頭向前飛行的空氣阻力也會降低沖頭速度。隨著沖頭在發(fā)射管中飛行距離增加，沖頭后部的氣壓逐漸降低，沖頭前面的空氣阻礙效果會更加明顯。如周立端、曲建波、黃文云的論文Φ 100大型霍普金森桿論證的氣炮發(fā)射試驗研究。論文中提到霍普金森桿氣炮發(fā)射裝置。作為一種通用的高速發(fā)射裝置。發(fā)射時，向氣體炮內(nèi)部加入高壓，利用高壓氣體推動沖擊桿發(fā)射，使彈丸獲得高速進行沖擊。但是在沖擊桿飛行過程中，由于沖擊桿后部的高壓氣體壓力會隨著其占用發(fā)射管體積的增加而下降，沖擊桿后部的氣壓下降，使得沖擊桿加速過程加速度不斷減小的變加速運動，降低加速效果，影響沖擊桿最終速度，降低沖擊成形效果。作為高壓氣發(fā)射裝置，霍普金森桿氣炮發(fā)射裝置不能解決沖擊桿前面空氣阻力減低沖擊桿速度的問題。用真空進行發(fā)射沖擊的裝置，不會碰到高壓氣發(fā)射的問題。可以解決沖擊桿前面空氣阻力減低沖擊桿速度的問題。用真空進行發(fā)射沖擊的裝置在論文中有所論述，但是裝置不詳，發(fā)射方法有待改進。如陳家安、雷全新、江樹吼、何曉祺、喬景武的論文真空炮研究。該論文提供的真空炮的發(fā)射原理為用真空進行沖頭的發(fā)射。試驗前發(fā)射管兩端密封，真空系統(tǒng)對真空裝置和發(fā)射管抽真空。發(fā)射時用限位銷抽將彈丸施放，試驗彈在大氣壓力的作用下直線加速，直至進入回收管。該裝置彈丸施放機構(gòu)使用限位銷，使得系統(tǒng)抽真空時密封的缺陷，造成彈丸發(fā)射時發(fā)射管空氣的泄露，降低加速效果。其次，應(yīng)用限位銷控制彈丸發(fā)射，操作不便，在多次重復(fù)實驗時影響效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的高速發(fā)射裝置利用高壓氣體進行發(fā)射時，沖頭后部氣體壓力隨著沖頭的飛行而減小，從而導(dǎo)致沖頭加速度的減小，影響沖頭速度和沖擊效果的問題，設(shè)計一種準(zhǔn)勻加速運動，同時對沖頭的發(fā)射應(yīng)用氣動控制的真空高速發(fā)射裝置，以避免沖頭前面空氣阻力影響沖頭速度的缺陷。本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種真空高速發(fā)射裝置，它包括發(fā)射管5、滑塊3和真空發(fā)生裝置11，其特征是所述的發(fā)射管5的發(fā)射端密封連接有密封法蘭2，密封法蘭2的內(nèi)腔中加工有與發(fā)射管5相連通的軸向臺階狀通孔，沖頭I安裝在密封法蘭2的軸向臺階狀態(tài)通孔中，沖頭I的一端與密封法蘭2中的臺階面相抵而實現(xiàn)單向定位，同時使密封法蘭2實現(xiàn)端面密封，沖頭I的另一端呈自由狀態(tài)并與空氣相接觸，在密封法蘭2上還加工有徑向通孔，該徑向通孔通過連接管道與真空發(fā)生裝置11相連通以實現(xiàn)對發(fā)射管5的一端抽真空；發(fā)射管5的擊發(fā)端安裝有頂柱法蘭6，頂柱法蘭6的中心設(shè)有凸起的頂柱601，頂柱601的周邊設(shè)有軸向通孔602，在頂柱法蘭6上還加工有與軸向通孔602連通的、用于連 接真空發(fā)生裝置11的徑向抽真空孔603，在頂柱法蘭6的外側(cè)安裝有高壓氣缸7，高壓氣缸7的內(nèi)腔呈臺階狀結(jié)構(gòu)，發(fā)射活塞8的內(nèi)端安裝在高壓氣缸7的小內(nèi)徑腔中，發(fā)射活塞8的外端設(shè)有一個只能在高壓氣缸7的大內(nèi)徑腔中移動的端面凸臺801，高壓氣缸7的大直徑內(nèi)腔面、臺階面、發(fā)射活塞8的外表面及端面凸臺801之間形成一個阻尼腔B，阻尼腔B與控制閥A相連通；在發(fā)射活塞8的內(nèi)端面上設(shè)有供頂柱法蘭6上的頂柱601通過的端面通孔802，密封塞9的一端與該端面通孔802相配合，密封塞9的另一端插裝在支撐法蘭10的導(dǎo)向孔柱101中，支撐法蘭10固定在高壓氣缸7的外端面上，在支撐法蘭10上加工有連通發(fā)射活塞8內(nèi)腔與大氣的軸向通孔102 ;所述的滑塊3位于發(fā)射管5并與頂柱法蘭6的端面相抵。所述的頂柱法蘭6上的軸向通孔602的數(shù)量為三個，它們均布在頂柱601的周圍。所述的支撐法蘭10上均布加工有三個軸向通孔102。所述的發(fā)射管靠近密封法蘭2的一端支承在支架4中。所述的高壓氣缸7加工有連通頂柱法蘭6上的徑向抽真空孔603的通孔，該通孔與真空發(fā)生裝置11的抽真空管相連通。所述的發(fā)射管5的長度不小于10米。本發(fā)明的有益效果
I.本發(fā)明利用對發(fā)射管抽真空而后滑塊施加恒定壓力，使得滑塊獲得長時間直線準(zhǔn)勻加速。解決了利用高壓氣體進行發(fā)射的通用發(fā)射裝置，滑塊后部壓力隨滑塊加速減小，使得滑塊做加速度減小的加速運動，造成加速不充分的問題，避免了高壓氣體高速發(fā)射裝置中滑塊在發(fā)射管內(nèi)不能充分加速的缺陷。在本發(fā)明裝置中，加速過程中的滑塊能充分利用發(fā)射管的長度加速到極高的速度，最終實現(xiàn)高速沖擊。2.本發(fā)明對發(fā)射管抽真空，即對位于發(fā)射管內(nèi)部的滑塊前后發(fā)射管腔抽真空。而后對滑塊后部施加恒定壓力，使得滑塊向前加速飛行時不受空氣阻力的影響。避免產(chǎn)生利用高壓氣體進行高速發(fā)射裝置，因發(fā)射管口敞開，導(dǎo)致滑塊向前加速飛行受到空氣阻力的問題。3.本發(fā)明提供的裝置，觸發(fā)利用發(fā)射活塞的運動，使得密封部件自動脫離，將恒定氣壓瞬時施加到滑塊后部，使得滑塊發(fā)射實現(xiàn)觸發(fā)的瞬時性和自動化。觸發(fā)機制可以保證系統(tǒng)在密封很好的情況下瞬時觸發(fā)，既避免因漏氣和觸發(fā)延時造成的誤差，又使得對滑塊發(fā)射的控制更加簡單方便。4.本發(fā)明裝置可以解決現(xiàn)有高壓發(fā)射裝置滑塊不能勻加速的問題，提高沖擊效果。此外利用氣壓控制發(fā)射，使得控制更加簡單。


圖I是本發(fā)明的外形結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖I的剖視圖。
圖3是發(fā)射狀態(tài)下利用真空進行發(fā)射的裝置的剖視圖。圖4是本發(fā)明的頂柱法蘭的局部剖視圖。圖5是本發(fā)明的支撐法蘭的右視圖。圖中1.沖頭；2.密封法蘭；3.滑塊；4.支架；5.發(fā)射管；6.頂柱法蘭；7.高壓氣缸；8.發(fā)射活塞；9.密封塞；10.支撐法蘭；11.真空裝置。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。如圖1-5所示。 一種真空高速發(fā)射裝置，它包括發(fā)射管5、滑塊3和真空發(fā)生裝置11，所述的發(fā)射管5的發(fā)射端密封連接有密封法蘭2，密封法蘭2的內(nèi)腔中加工有與發(fā)射管5相連通的軸向臺階狀通孔，沖頭I安裝有密封法蘭2的軸向臺階狀態(tài)通孔中，沖頭I的一端與密封法蘭2中的臺階面相抵而實現(xiàn)單向定位，同時使密封法蘭2實現(xiàn)端面密封，沖頭I的另一端呈自動狀態(tài)并與空氣相接觸，在密封法蘭2上還加工有徑向通孔，該徑向通孔通過連接管道與真空發(fā)生裝置11相連通以實現(xiàn)對發(fā)射管5的一端抽真空；發(fā)射管5的擊發(fā)端安裝有頂柱法蘭6，頂柱法蘭6的中心設(shè)有凸起的頂柱601，頂柱601的周邊設(shè)有軸向通孔602，在頂柱法蘭6上還加工有與軸向通孔602連通的、用于連接真空發(fā)生裝置11的徑向抽真空孔603，在頂柱法蘭6的外側(cè)安裝有高壓氣缸7，高壓氣缸7的內(nèi)腔呈臺階狀結(jié)構(gòu)，發(fā)射活塞8的內(nèi)端安裝在高壓氣缸7的小內(nèi)徑腔中，發(fā)射活塞8的外端設(shè)有一個只能在高壓氣缸7的大內(nèi)徑腔中移動的端面凸臺801，高壓氣缸7的大直徑內(nèi)腔面、臺階面、發(fā)射活塞8的外表面及端面凸臺801之間形成一個阻尼腔B，阻尼腔B與控制閥A相連通；在發(fā)射活塞8的內(nèi)端面上設(shè)有供頂柱法蘭6上的頂柱601通過的端面通孔802，密封塞9的一端與該端面通孔802相配合，密封塞9的另一端插裝在支撐法蘭10的導(dǎo)向孔柱101中，支撐法蘭10固定在高壓氣缸7的外端面上，在支撐法蘭10上加工有連通發(fā)射活塞8內(nèi)腔與大氣的軸向通孔102 ;所述的滑塊3位于發(fā)射管5并與頂柱法蘭6的端面相抵。如圖I圖2所示。一種利用真空進行發(fā)射的裝置，它包括沖頭I、密封法蘭2、滑塊3、支架4、發(fā)射管5、頂柱法蘭6、高壓氣缸7、發(fā)射活塞8、密封塞9、支撐法蘭10、真空裝置
11。由圖I、2可知，本發(fā)明在功能上可分為左側(cè)的密封部分，中間的加速部分和右側(cè)的密封部分。左側(cè)密封部分由沖頭1，密封法蘭2組成。沖頭I位于密封法蘭2內(nèi)，沖頭I在密封法蘭2中可以向左自由移動，向右的自由度被限制。法蘭2密封安裝在發(fā)射管5左端，二者中心軸同軸。中間加速部分由滑塊3，發(fā)射管5組成。發(fā)射管5為中空長管，滑塊3緊貼發(fā)射管5的內(nèi)壁并且可在發(fā)射管5內(nèi)左右滑動。為保證滑塊3的發(fā)射速度，要求滑塊3加速的長度為8-12m，即發(fā)射管5的長度為8-12m。發(fā)射管5的右端與頂柱法蘭6和高壓氣缸7密封安裝(如圖4)。右側(cè)密封部分由頂柱法蘭6、高壓氣缸7、發(fā)射活塞8、密封塞9、支撐法蘭10組成。高壓氣缸7中間加工成臺階孔，發(fā)射活塞8與高壓氣缸7緊密貼合安裝，二者中心軸同軸，發(fā)射活塞8可以在高壓氣缸7內(nèi)部左右滑動。發(fā)射活塞8為中空結(jié)構(gòu)，密封塞9伸入發(fā)射活塞8內(nèi)，密封塞9的左端可堵住發(fā)射活塞8。支撐法蘭10 (如圖5)安裝在高壓氣缸7的右端，法蘭10的中心管與高壓氣缸7內(nèi)腔同軸。密封塞9安裝在法蘭10的中心管里可左右滑動，法蘭10對密封塞9起到支撐導(dǎo)向作用。所述密封法蘭2為中空結(jié)構(gòu)，加工 有臺階孔，并沿徑向加工向下的ΦΙΟι πι管接頭插孔。圖4為頂柱法蘭6的剖視圖結(jié)構(gòu)。頂柱法蘭6為圓盤狀，中心為突起的圓柱，呈120°加工有三個扇形通孔，并沿徑向加工直徑Φ IOmm通孔。所述高壓氣缸7軸向中間加工成臺階孔，側(cè)壁沿徑向加工向上的管接頭插孔?？刂崎yA通過氣壓管與高壓氣缸7連通。圖5為支撐法蘭10的主視圖。支撐法蘭10為圓盤結(jié)構(gòu)，中間為突出的長管(如圖2結(jié)構(gòu))。環(huán)繞沿中心頂柱120°加工三個通孔，在滑塊3發(fā)射時，三個通孔使得外界空氣進入裝置。本發(fā)明的真空裝置11由真空罐和真空機組成，通過氣壓管將左右密封的發(fā)射管5腔抽真空。真空裝置11通過控制閥D、氣壓管分別和密封法蘭2、頂柱法蘭6連通，送氣管末端的管接頭分別與密封法蘭2和頂柱法蘭6的Φ IOmm管接頭插孔連接。各密封貼合部分采用橡膠密封。本發(fā)明的發(fā)射過程為
圖2為發(fā)射裝置發(fā)射前的狀態(tài)，關(guān)閉控制閥Α。高壓氣缸7的內(nèi)腔是個臺階孔，左側(cè)為小孔，右側(cè)為大孔。發(fā)射活塞8外軸為階梯軸。高壓氣缸7的臺階孔與發(fā)射活塞8階梯軸的外壁對應(yīng)配合，發(fā)射活塞8外壁與大孔內(nèi)壁之間就形成了密封腔B。密封腔B封住一定體積的空氣。滑塊3在發(fā)射管5內(nèi)部，在滑塊3的左側(cè)由沖頭I、法蘭2、發(fā)射管5、滑塊3組成密封腔G ;在滑塊3的右側(cè)由滑塊3、支架4、發(fā)射管5、頂柱法蘭6、高壓氣缸7、發(fā)射活塞8、密封塞9組成密封腔q。為了保持滑塊3在發(fā)射管5右端的發(fā)射位置在抽真空時不發(fā)生
改變，打開控制閥D對G、Cj同時抽真空，F(xiàn)為抽真空時密封腔內(nèi)的空氣流向。在裝置的左側(cè)外界氣壓將沖頭I向右推，沖頭I與法蘭2貼緊密封；在裝置的右側(cè)外界空氣推動密封塞9，密封塞9左端頂緊發(fā)射活塞8內(nèi)腔端面，將發(fā)射活塞8向左推動?？刂崎yA關(guān)閉，發(fā)射活塞8左移壓縮密封腔B，由于氣體不可能無限壓縮，發(fā)射活塞8和密封塞9左移一定距離就會停止，不會與頂柱法蘭6的頂柱接觸。此時發(fā)射活塞8和密封塞9內(nèi)腔端面緊密貼合，密封塞9左端密封發(fā)射活塞8左側(cè)端面中心孔，外界氣體不能進入真空腔。圖3所示，關(guān)閉控制閥D，打開控制閥A，密封腔B的壓縮氣體被外界氣壓擠出，密封腔B縮小，發(fā)射活塞8和密封塞9向左快速移動(如圖2所示)，到頂柱法蘭6的后，頂柱法蘭6將密封塞9頂起，發(fā)射活塞8和密封塞9分離，外界氣體(其流向為G)進入真空腔，對滑塊3加速。最后高速滑塊3撞擊沖頭1，使得沖頭I高速射出裝置。本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種真空高速發(fā)射裝置，它包括發(fā)射管(5)、滑塊(3)和真空發(fā)生裝置(11)，其特征是所述的發(fā)射管(5)的發(fā)射端密封連接有密封法蘭(2)，密封法蘭(2)的內(nèi)腔中加工有與發(fā)射管(5)相連通的軸向臺階狀通孔，沖頭(I)安裝有密封法蘭(2)的軸向臺階狀態(tài)通孔中，沖頭(I)的一端與密封法蘭(2)中的臺階面相抵而實現(xiàn)單向定位，同時使密封法蘭(2)實現(xiàn)端面密封，沖頭(I)的另一端呈自動狀態(tài)并與空氣相接觸，在密封法蘭(2)上還加工有徑向通孔，該徑向通孔通過連接管道與真空發(fā)生裝置(11)相連通以實現(xiàn)對發(fā)射管(5)的一端抽真空；發(fā)射管(5)的擊發(fā)端安裝有頂柱法蘭(6)，頂柱法蘭(6)的中心設(shè)有凸起的頂柱(601)，頂柱(601)的周邊設(shè)有軸向通孔(602)，在頂柱法蘭(6)上還加工有與軸向通孔(602)連通的、用于連接真空發(fā)生裝置(11)的徑向抽真空孔(603)，在頂柱法蘭(6)的外側(cè)安裝有高壓氣缸(7)，高壓氣缸(7)的內(nèi)腔呈臺階狀結(jié)構(gòu)，發(fā)射活塞(8)的內(nèi)端安裝在高壓氣缸(7)的小內(nèi)徑腔中，發(fā)射活塞(8)的外端設(shè)有一個只能在高壓氣缸(7)的大內(nèi)徑腔中移動的端面凸臺(801)，高壓氣缸(7)的大直徑內(nèi)腔面、臺階面、發(fā)射活塞(8)的外表面及端面凸臺(801)之間形成一個阻尼腔(B)，阻尼腔(B)與控制閥(A)相連通；在發(fā)射活塞(8)的內(nèi)端面上設(shè)有供頂柱法蘭(6)上的頂柱(601)通過的端面通孔(802)，密封塞(9)的一端與該 端面通孔(802)相配合，密封塞(9)的另一端插裝在支撐法蘭(10)的導(dǎo)向孔柱(101)中，支撐法蘭(10)固定在高壓氣缸(7)的外端面上，在支撐法蘭(10)上加工有連通發(fā)射活塞(8)內(nèi)腔與大氣的軸向通孔(102);所述的滑塊(3)位于發(fā)射管(5)并與頂柱法蘭(6)的端面相抵。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的真空高速發(fā)射裝置，其特征是所述的頂柱法蘭(6)上的軸向通孔(602)的數(shù)量為三個，它們均布在頂柱(601)的周圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的真空高速發(fā)射裝置，其特征是所述的支撐法蘭(10)上均布加工有三個軸向通孔(102)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的真空高速發(fā)射裝置，其特征是所述的發(fā)射管靠近密封法蘭(2)的一端支承在支架(4)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的真空高速發(fā)射裝置，其特征是所述的高壓氣缸(7)加工有連通頂柱法蘭(6)上的徑向抽真空孔(603)的通孔，該通孔與真空發(fā)生裝置(11)的抽真空管相連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的真空高速發(fā)射裝置，其特征是所述的發(fā)射管(5)的長度不小于10米。
全文摘要
一種真空高速發(fā)射裝置，它包括沖頭(1)，密封法蘭(2)，滑塊(3)，支架(4)，發(fā)射管(5)，頂柱法蘭(6)，高壓氣缸(7)，發(fā)射活塞(8)，密封塞(9)，支撐法蘭(10)，真空裝置(11)?；瑝K(3)位于發(fā)射管(5)內(nèi)。沖頭(1)與安裝在發(fā)射管(5)左側(cè)的密封法蘭(2)形成密封；高壓氣缸(7)安裝在發(fā)射管(5)的右側(cè)，并與發(fā)射活塞(8)、密封塞(9)在發(fā)射管(5)的右側(cè)形成密封。發(fā)射管(5)內(nèi)腔在兩側(cè)被密封，形成真空腔?；瑝K(3)發(fā)射時，打開發(fā)射活塞(8)和密封塞(9)的密封，用外界大氣壓推動滑塊(3)加速，最后滑塊(3)撞擊沖頭(1)，對沖頭(1)傳遞速度，加速沖頭(1)完成沖擊成形。本發(fā)明裝置可以解決現(xiàn)有高壓發(fā)射裝置滑塊不能勻加速的問題，提高沖擊效果。此外利用氣壓控制發(fā)射，使得控制更加簡單。
文檔編號G01N3/307GK102818734SQ20121027391
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月3日
發(fā)明者劉會霞, 郭朝, 沈宗寶, 張虎, 李品, 胡楊, 杜道忠, 高陽陽, 劉輝, 王霄 申請人:江蘇大學(xué)