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专利名称：一种低冲击低过载的燃气阻尼式火工驱动装置

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202211457300.3

专利申请（专利权）人：四川航天川南火工技术有限公司
权利人地址：四川省泸州市江阳区龙腾路9号

专利发明（设计）人：邓飞,陈勇,刘名兴,陈安春,毛义锋,王兵,刘盛楷,韩林晟,刘振云

专利摘要：本发明公开了一种火工驱动装置，包括：壳体、后盖、端盖、特型螺母、燃气发生器、套筒、承力柱和活塞杆；套筒和壳体之间形成容腔P1；套筒和活塞杆之间形成容腔P2，承力柱和特型螺母之间具有容腔P3；燃气发生器的燃气出口向壳体内且位于特型螺母和后盖之间的容腔P4排出燃气，容腔P4的燃气通过特性螺母上气通道进入容腔P1；在工作前期，容腔P1的燃气通过容腔P2进入容腔P3，容腔P3的燃气用于在承力柱上施加作用力，以使活塞杆背离特型螺母移动；在工作中后期，容腔P1的燃气通过套筒通孔进入容腔P3。本申请提供的低冲击、低过载的火工位移驱动装置，同时具备初始锁定与到位锁定功能。

主权利要求：
1.一种火工驱动装置，其特征在于，包括：
壳体(7)、后盖(1)和端盖(11)，所述后盖(1)和端盖(11)密封设置于所述壳体(7)的两端；
特型螺母(6)，设置于所述壳体(7)内，并与所述壳体(7)内壁螺纹配合；
燃气发生器(3)，设置于所述壳体(7)内，且位于所述特型螺母(6)和所述后盖(1)之间；
套筒(9)，设置于所述壳体(7)内，且位于所述特型螺母(6)和所述端盖(11)之间，所述套筒(9)和所述壳体(7)之间形成第一容腔(P1)；
承力柱(22)和活塞杆(8)，所述承力柱(22)和活塞杆(8)固定连接，设置于所述套筒(9)内，沿轴向排列在所述特型螺母(6)和所述端盖(11)之间，能够在所述套筒(9)内轴向移动，所述套筒(9)和所述活塞杆(8)之间形成第二容腔(P2)，所述承力柱(22)和所述特型螺母(6)之间具有第三容腔(P3)，所述第二容腔(P2)和所述第三容腔(P3)能够相互贯通；
所述燃气发生器(3)的燃气出口(301)用于向所述壳体(7)内且位于所述特型螺母(6)和所述后盖(1)之间的第四容腔(P4)排出燃气，所述特型螺母(6)上设置有燃气通道(604)，所述第四容腔(P4)的燃气通过所述燃气通道(604)进入所述第一容腔(P1)；
所述套筒(9)具有套筒通孔(903)，在所述承力柱(22)抵接所述特型螺母(6)的情况下，所述套筒通孔(903)位于所述活塞杆(8)的活塞盘部(802)的远离所述特型螺母(6)的一侧，所述第一容腔(P1)的燃气通过所述第二容腔(P2)进入所述第三容腔(P3)，所述第三容腔(P3)的燃气用于在所述承力柱(22)上施加作用力，以使所述活塞杆(8)背离所述特型螺母(6)移动；
在所述承力柱(22)位于所述套筒通孔(903)的远离所述特型螺母(6)的一侧的情况下，所述第一容腔(P1)的燃气通过所述套筒通孔(903)进入所述第三容腔(P3)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述活塞盘部(802)设置有活塞杆凹槽(801)，所述承力柱(22)的一端与所述活塞杆凹槽(801)配合；
所述承力柱(22)还包括第一承力柱内腔(2203)，所述第一承力柱内腔(2203)位于所述承力柱(22)的靠近所述活塞杆(8)的一侧，且与所述活塞杆凹槽(801)贯通；
所述装置还包括气阀(14)和弹簧(13)，所述气阀(14)和弹簧(13)设置于所述第一承力柱内腔(2203)和所述活塞杆凹槽(801)内，所述弹簧(13)抵压在所述气阀(14)和所述活塞杆凹槽(801)的槽壁之间，所述气阀(14)和弹簧(13)能够在所述第一承力柱内腔(2203)内往复移动；
在所述气阀(14)脱离与所述第一承力柱内腔(2203)接触的情况下，所述第三容腔(P3)和所述活塞杆凹槽(801)通过所述第一承力柱内腔(2203)和所述气阀(14)上的缺口(1401)贯通。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述承力柱(22)还包括第二承力柱内腔(2202)和第三承力柱内腔(2201)，所述第二承力柱内腔(2202)连接在所述第一承力柱内腔(2203)和所述第三承力柱内腔(2201)之间，所述第二承力柱内腔(2202)的内径小于所述第三承力柱内腔(2201)的内径，所述第三承力柱内腔(2201)的内径小于所述第一承力柱内腔(2203)的内径。
4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述活塞杆(8)包括所述活塞盘部(802)和活塞杆部(803)，所述活塞杆部(803)的靠近所述活塞盘部(802)的一侧设置有活塞通孔(804)，所述活塞通孔(804)在所述第二容腔(P2)和所述活塞杆凹槽(801)之间贯通。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述特型螺母(6)包括螺母承载面(601)，所述螺母承载面(601)将所述特型螺母(6)划分出第一螺母容纳槽(602)和第二螺母容纳槽(603)，所述第一螺母容纳槽(602)用于容置所述燃气发生器(3)，所述第二螺母容纳槽(603)用于容置所述承力柱(22)。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述螺母承载面(601)的面向所述活塞杆(8)的一侧设置有承载面凹槽(605)，环绕于所述承载面凹槽(605)外周的端面用于抵靠所述承力柱(22)，所述承载面凹槽(605)用于形成所述第三容腔(P3)的最小空间。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述承力柱(22)的底座抵接于所述特型螺母(6)，所述承力柱(22)的底座上设置有底座通孔(2204)，所述底座通孔(2204)与所述承载面凹槽(605)贯通；
所述装置还包括解锁活塞(19)，所述解锁活塞(19)套设于所述承力柱(22)，并覆盖所述底座通孔(2204)。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括锁定环(18)，所述锁定环(18)套设于所述承力柱(22)，并位于所述解锁活塞(19)和所述活塞杆(8)之间。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述锁定环(18)和所述活塞杆(8)之间还设置有缓冲垫(17)。
10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述锁定环(18)包括锁定主体部(1801)和锁定突出部(1802)，所述锁定主体部(1801)的外径小于所述解锁活塞(19)的内径；在所述锁定环(18)未解锁的情况下，所述锁定突出部(1802)由所述锁定主体部(1801)沿径向向外突出；所述锁定环(18)解锁后，所述锁定突出部(1802)朝向所述锁定主体部(1801)弯折。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述锁定突出部(1802)的厚度小于或等于所述解锁活塞(19)内孔和所述锁定主体部(1801)之间的间隙。
12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述锁定突出部(1802)的包络圆大于所述解锁活塞(19)的内径。
13.根据权利要求7至9、11、12中任一项所述的装置，其特征在于，所述解锁活塞(19)的靠近所述承力柱(22)的一侧设置有解锁活塞容纳槽(1901)，所述装置还包括第一卡环(21)，所述第一卡环(21)设置于所述解锁活塞容纳槽(1901)内，并抵接在所述承力柱(22)和所述套筒(9)之间，所述第一卡环(21)在自由状态下的内径小于所述解锁活塞容纳槽(1901)的外径。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述第一卡环(21)的靠近所述套筒(9)的一侧具有第一倒角斜面(2101)，所述套筒(9)的靠近所述第一卡环(21)的一侧具有第二倒角斜面(901)，在所述第一卡环(21)位于所述解锁活塞容纳槽(1901)时，所述第一倒角斜面(2101)和所述第二倒角斜面(901)配合。
15.根据权利要求1至3、6至9、11、12、14中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括第二卡环(15)，所述第二卡环(15)设置在所述活塞盘部(802)的凹槽内；
所述套筒(9)的靠近所述端盖(11)的一侧设置有套筒凹槽(902)，所述第二卡环(15)在自由状态下的外径大于所述套筒凹槽(902)的内径，在所述第二卡环(15)进入所述套筒凹槽(902)后，所述第二卡环(15)抵接于所述套筒凹槽(902)的内壁，所述第二卡环(15)的内径小于所述活塞盘部(802)的外径。
16.根据权利要求1至3、6至9、11、12、14中任一项所述的装置，其特征在于，所述特型螺母(6)和所述承力柱(22)均设置有键槽，所述特型螺母(6)的键槽和所述承力柱(22)的键槽通过键配合。
17.根据权利要求1至3、6至9、11、12、14中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括前软垫(5)，设置在所述燃气发生器(3)和所述特型螺母(6)之间。
18.根据权利要求1至3、6至9、11、12、14中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括后软垫(2)，设置在所述燃气发生器(3)和所述后盖(1)之间。 说明书 : 一种低冲击低过载的燃气阻尼式火工驱动装置技术领域[0001] 本申请涉及火工驱动的技术领域，特别是一种低冲击低过载的燃气阻尼式火工驱动装置。背景技术[0002] 火工驱动装置属于火工品，其利用火药燃烧产生的能量对外做功完成预定功能，由于火药燃烧产气快、产品动作猛，工作时往往伴随着较大的冲击与过载。目前火工品是航天器上的主要冲击来源之一，其冲击所导致的装备局部机械瞬态响应，轻则导致局部设备工作异常，重则导致型号试验失败。[0003] 位移驱动是火工作动装置的一种典型工况，即驱动目标物体从初始位置运动至目标位置。由于火工作动装置依靠燃气膨胀做功，初始容腔小压力大，启动过载大；在驱动目标荷载到位时，伴随着速度突变，则会出现撞击冲击或减速过载。故对载荷的抗过载能力也有极高的要求。[0004] 鉴于上述情况，冲击大过载高的特点严重限制了火工品在遍布精密设备装置上(如卫星)的应用。但是，相较于传统电力驱动，火工作动筒装置体积小重量轻，更适用于一次性动作的工况。若能大幅降低火工品的冲击与输出过载，使其替代传统电力驱动，将能大幅减轻结构重量，使卫星能安装更多的有效载荷。所以，降冲击降过载一直是各国火工品研究的重点之一。[0005] 火工驱动装置的冲击主要由两部分组成：一部分为高压气体和爆轰产品在腔体内往复运动、或起爆元件的密封结构在点火瞬间破坏或撞击造成的，即点火冲击；另一部分为其它结构件运动撞击或者大应力释放造成的冲击。[0006] 目前火工驱动装置主要通过融入阻尼结构实现减速降冲击，主流的阻尼结构一般为液压阻尼与气压阻尼。液压阻尼结构在运动过程中能够实现极为均匀的驱动速度，但由于阻尼力与液体流速相关，启动瞬间初速度为零，阻尼力也为零，故在瞬间高压燃气的作用下仍然有较大的启动冲击；气压阻尼结构又分为两种，其中一种燃气由动力腔进入阻尼腔，能够实现运动末态气动缓冲避免到位结构高速撞击以起到降冲击的目的；另一种燃气由阻尼腔进入动力腔，能够实现较为平缓的驱动力输出以实现降低启动过载的目的。[0007] 可见，上述结构的降冲击降过载效果均不够全面，除点火原件工作冲击未解决外，火工液压阻尼类产品启动瞬间仍然有较大的冲击与过载；火工气压阻尼结构一般只具备启动(或到位)单侧降过载或缓冲效果。所以，目前仍然没有满足精密仪器或设备低冲击低过载需求的位移驱动火工解决方案。发明内容[0008] 本申请针对现有技术的不足，提供了一种低冲击、低过载的火工位移驱动装置，同时具备初始锁定与到位锁定功能。[0009] 第一方面，提供了一种火工驱动装置，包括：[0010] 壳体、后盖和端盖，所述后盖和端盖密封设置于所述壳体的两端；[0011] 特型螺母，设置于所述壳体内，并与所述壳体内壁螺纹配合；[0012] 燃气发生器，设置于所述壳体内，且位于所述特型螺母和所述后盖之间；[0013] 套筒，设置于所述壳体内，且位于所述特型螺母和所述端盖之间，所述套筒和所述壳体之间形成第一容腔；[0014] 承力柱和活塞杆，所述承力柱和活塞杆固定连接，设置于所述套筒内，沿轴向排列在所述特型螺母和所述端盖之间，能够在所述套筒内轴向移动，所述套筒和所述活塞杆之间形成第二容腔，所述承力柱和所述特型螺母之间具有第三容腔，所述第二容腔和所述第三容腔能够相互贯通；[0015] 所述燃气发生器的燃气出口用于向所述壳体内且位于所述特型螺母和所述后盖之间的第四容腔排出燃气，所述特性螺母上设置有燃气通道，所述第四容腔的燃气通过所述燃气通道进入所述第一容腔；[0016] 所述套筒具有套筒通孔，在所述承力柱抵接所述特型螺母的情况下，所述套筒通孔位于所述活塞杆的活塞盘部的远离所述特型螺母的一侧，所述第一容腔的燃气通过所述第二容腔进入所述第三容腔，所述第三容腔的燃气用于在所述承力柱上施加作用力，以使所述活塞杆背离所述特型螺母移动；[0017] 在所述承力柱位于所述套筒通孔的远离所述特型螺母的一侧的情况下，所述第一容腔的燃气通过所述套筒通孔进入所述第三容腔。[0018] 与现有技术相比，本申请提供的方案至少包括以下有益技术效果：[0019] 本发明利用变通道气压阻尼技术，既实现了运动初期驱动力由零缓慢增长直至平稳输出的效果，又实现了运动后期反向减速的功能，最大程度上避免了大过载与结构撞击，使被驱动物体达到一个较为理想的位移模式。[0020] 由于套筒通孔等小孔的限流作用，第二容腔到第三容腔的压力逐级减小。当第三容腔内燃气压力小于第二容腔时，活塞杆不输出推力。从而在工作初期，第三容腔的压力可以平稳上升，对活塞杆逐渐施加推力。[0021] 结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述活塞盘部设置有活塞杆凹槽，所述承力柱的一端与所述活塞杆凹槽配合；[0022] 所述承力柱还包括第一承力柱内腔，所述第一承力柱内腔位于所述承力柱的靠近所述活塞杆的一侧，且与所述活塞杆凹槽贯通；[0023] 所述装置还包括气阀和弹簧，所述气阀和弹簧设置于所述第一承力柱内腔和所述活塞杆凹槽内，所述弹簧抵压在所述气阀和所述活塞杆凹槽的槽壁之间，所述气阀和弹簧能够在所述第一承力柱内腔内往复移动；[0024] 在所述气阀脱离与所述第一承力柱内腔接触的情况下，所述第三容腔和所述活塞杆凹槽通过所述第一承力柱内腔和所述气阀上的缺口贯通。[0025] 气阀与弹簧组成一个非完全封闭的单向阀，允许燃气缓慢地由第二容腔流入第三容腔，但由第三容腔流入第二容腔时气流通道完全敞开，燃气可顺畅通过。燃气在运动过程中，由于气阀等的限流作用，第二容腔到第三容腔的压力逐级减小。当第三容腔内燃气压力小于第二容腔时，活塞杆不输出推力。从而在工作初期，第三容腔的压力可以平稳上升，对活塞杆逐渐施加推力。[0026] 结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述承力柱还包括第二承力柱内腔和第三承力柱内腔，所述第二承力柱内腔连接在所述第一承力柱内腔和所述第三承力柱内腔之间，所述第二承力柱内腔的内径小于所述第三承力柱内腔的内径，所述第三承力柱内腔的内径小于所述第一承力柱内腔的内径。[0027] 承力柱内部设置不同尺寸的内腔，便于调节燃气在第二容腔和第三容腔之间的流速、压力等。[0028] 结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述活塞杆包括所述活塞盘部和活塞杆部，所述活塞杆部的靠近所述活塞盘部的一侧设置有活塞通孔，所述活塞通孔在所述第二容腔和所述活塞杆凹槽之间贯通。[0029] 由于活塞通孔等小孔的限流作用，第二容腔到第三容腔的压力逐级减小。当第三容腔内燃气压力小于第二容腔时，活塞杆不输出推力。从而在工作初期，第三容腔的压力可以平稳上升，对活塞杆逐渐施加推力。[0030] 结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述特型螺母包括螺母承载面，所述螺母承载面将所述特型螺母划分出第一螺母容纳槽和第二螺母容纳槽，所述第一螺母容纳槽用于容置所述燃气发生器，所述第二螺母容纳槽用于容置所述承力柱。[0031] 结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述螺母承载面的面向所述活塞杆的一侧设置有承载面凹槽，环绕于所述承载面凹槽外周的端面用于抵靠所述承力柱，所述承载面凹槽用于形成所述第三容腔的最小空间。[0032] 承载面凹槽用于使承力柱左侧始终有足够空间容纳燃气，便于实现承力柱的初始动力源。[0033] 结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述承力柱的底座抵接于所述特型螺母，所述承力柱的底座上设置有底座通孔，所述底座通孔与所述承载面凹槽贯通；[0034] 所述装置还包括解锁活塞，所述解锁活塞套设于所述承力柱，并覆盖所述底座通孔。[0035] 在第三容腔存在燃气的情况下，燃气可以首先推动解锁活塞解锁，而非承力柱，有利于实现运动初期驱动力由零缓慢增长直至平稳输出的效果。[0036] 结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述装置还包括锁定环，所述锁定环套设于所述承力柱，并位于所述解锁活塞和所述活塞杆之间。[0037] 锁定环用于为解锁活塞的移动提供阻力，有利于实现运动初期驱动力由零缓慢增长直至平稳输出的效果。[0038] 结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述锁定环和所述活塞杆之间还设置有缓冲垫。[0039] 缓冲垫有利于减小解锁活塞对活塞杆的冲击。[0040] 结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述锁定环包括锁定主体部和锁定突出部，所述锁定主体部的外径小于所述解锁活塞的内径；在所述锁定环未解锁的情况下，所述锁定突出部由所述锁定主体部沿径向向外突出；所述锁定环解锁后，所述锁定突出部朝向所述锁定主体部弯折。[0041] 本发明对卡环结构的初始锁定采用弯折失效模式代替剪切模式，提高抗疲劳性能的同时能够大幅降低卡环解锁过程中解锁活塞的动能，结合缓冲软垫的作用避免撞击以减小冲击。具体地，解锁活塞需将锁定突出部继续压屈曲后方能继续运动。该过程能耗减解锁活塞解锁后的动能减小其撞击能量，最后再由缓冲垫吸收解锁活塞的动能以避免冲击。[0042] 结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述锁定突出部的厚度小于或等于所述解锁活塞内孔和所述锁定主体部之间的间隙。[0043] 锁定突出部的厚度可以与解锁活塞内孔和所述锁定主体部之间的间隙配合，以使解锁活塞的移动阻力在合理范围内。[0044] 结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述锁定突出部的包络圆大于所述解锁活塞的内径。[0045] 由此可以合理增大解锁活塞的移动阻力。[0046] 结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述解锁活塞的靠近所述承力柱的一侧设置有解锁活塞容纳槽，所述装置还包括第一卡环，所述第一卡环设置于所述解锁活塞容纳槽内，并抵接在所述承力柱和所述套筒之间，所述第一卡环在自由状态下的内径小于所述解锁活塞容纳槽的外径。[0047] 卡环可以在解锁活塞解锁后可依靠自身弹力回缩实现解锁。[0048] 结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述第一卡环的靠近所述套筒的一侧具有第一倒角斜面，所述套筒的靠近所述第一卡环的一侧具有第二倒角斜面，在所述第一卡环位于所述解锁活塞容纳槽时，所述第一倒角斜面和所述第二倒角斜面配合。[0049] 倒角斜面可以使径向尺寸平滑过渡，便于使卡环滑动至套筒内。[0050] 结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述解锁活塞的内侧通过O形圈与所述承力柱动密封，所述解锁活塞的外侧通过O形圈与所述套筒动密封。[0051] 结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述装置还包括第二卡环，所述第二卡环设置在所述活塞盘部的凹槽内；[0052] 所述套筒的靠近所述端盖的一侧设置有套筒凹槽，所述第二卡环在自由状态下的外径大于所述套筒凹槽的内径，在所述第二卡环进入所述套筒凹槽后，所述第二卡环抵接于所述套筒凹槽的内壁，所述第二卡环的内径小于所述活塞盘部的外径。[0053] 当活塞杆朝向端盖移动至最远距离时，卡环可以由套筒主体部内腔移动至套筒凹槽。由于套筒凹槽的内径突然增大，使得卡环可以在活塞杆运动到位时依靠自身弹力外张，并抵接在套筒凹槽槽壁，从而在活塞盘部作用一阻挡力，实现到位锁定功能。[0054] 结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述特型螺母和所述承力柱均设置有键槽，所述特型螺母的键槽和所述承力柱的键槽通过键配合。[0055] 由此限制承力柱和活塞杆的转动自由度。[0056] 结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述装置还包括前软垫，所述后软垫设置在所述燃气发生器和所述特型螺母之间。[0057] 结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述装置还包括后软垫，所述后软垫设置在所述燃气发生器和所述后盖之间。[0058] 本发明利用软垫将燃气发生器与壳体隔离，避免了点火冲击对外界结构的影响。[0059] 结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述活塞杆通过O形圈与所述套筒动密封。[0060] 结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述活塞杆通过O形圈与所述端盖动密封。[0061] 结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述套筒通过密封圈与所述端盖静密封。[0062] 结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述壳体通过O形圈与所述端盖静密封。[0063] 结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述后盖通过密封圈与所述壳体静密封。附图说明[0064] 图1为本申请实施例提供的一种燃气阻尼式火工驱动装置结构示意图。[0065] 图2为本申请实施例提供的一种燃气阻尼式火工驱动装置结构示意图。[0066] 图3为本申请实施例提供的一种特型螺母结构示意图。[0067] 图4为本申请实施例提供的一种承力柱结构示意图。[0068] 图5为本申请实施例提供的一种卡环结构示意图。[0069] 图6为弹簧和气阀局部放大图。[0070] 图7为本申请实施例提供的一种单向阀结构示意图。[0071] 图8为本申请实施例提供的一种单向阀在P2大于P3和P3大于P2时结构示意图。[0072] 图9为本申请实施例提供的一种装置工作初期缓冲阶段燃气流动示意图。[0073] 图10为本申请实施例提供的一种锁定环结构示意图。[0074] 图11为本申请实施例提供的一种装置工作初期加速阶段燃气流动示意图。[0075] 图12为本申请实施例提供的一种装置工作中期加速阶段燃气流动示意图。[0076] 图13为本申请实施例提供的一种装置工作到位后锁定状态结构示意图。具体实施方式[0077] 下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细的描述。[0078] 图1是本申请实施例提供的一种低冲击低过载燃气阻尼式火工驱动装置。该火工驱动装置可以包括后盖1、后软垫2、燃气发生器3、密封圈4、前软垫5、特型螺母6、壳体7、活塞杆8、套筒9、密封圈10、端盖11、O形圈12、弹簧13、气阀14、卡环15、O形圈16、缓冲垫17、锁定环18、解锁活塞19、O形圈20、卡环21和承力柱22。[0079] 壳体7可以呈筒形结构，两端分别通过后盖1和端盖11封口。后盖1的外螺纹可以与壳体7的内螺纹配合，后盖1和壳体7之间可以设置有密封圈4，以实现后盖1和壳体7的静密封。端盖11的外螺纹可以与壳体7的内螺纹配合，端盖11的外壁环绕设置有密封圈12，密封圈12抵接在壳体7的内壁，以实现端盖11和壳体7的静密封。[0080] 结合图1和图2，后盖1包括后盖主体部101和后盖台阶部102。后盖主体部101呈筒状结构，后盖主体部101的外周设置有螺纹以与壳体7配合。后盖主体部101的内部空间可以用于装设燃气发生器3。后盖台阶部102设置在后盖1的远离壳体7的一侧，后盖台阶部102由后盖主体部101沿径向向内突出。燃气发生器3可以通过后软垫2抵靠于后盖台阶部102，使后盖1和燃气发生器3无刚性接触。后软垫2还可以用于使后盖1和燃气发生器3之间的空间密封。燃气发生器3可以从后盖台阶部102围绕形成的内孔伸出。[0081] 继续参照图1，壳体7内部设置有特型螺母6。特型螺母6的外周设置有螺纹，可以与壳体7的内螺纹配合。沿火工驱动装置的轴向，后盖1和特型螺母6可以间隔设置。[0082] 结合图1和图2，特型螺母6的中部设置有螺母承载面601。螺母承载面601的两端分别为特型螺母6的螺母容纳槽602和螺母容纳槽603。螺母容纳槽602面向后盖1设置，螺母容纳槽602内设置有前软垫5。燃气发生器3的靠近壳体7的一端通过前软垫5抵靠于螺母容纳槽602，使特型螺母6和燃气发生器3无刚性接触。[0083] 结合图1和图2，特型螺母6的螺母容纳槽603内设置有套筒9。套筒9的外螺纹可以与螺母容纳槽603的内螺纹配合。套筒9的轴向可以与壳体7的轴向共轴。套筒9的远离特型螺母6的一端可以通过密封圈10抵靠于端盖11，实现压紧密封。特型螺母6的螺母容纳槽603、套筒9和端盖11围绕形成的空腔内设置有活塞杆8、弹簧13、气阀14、卡环15、O形圈16、缓冲垫17、锁定环18、解锁活塞19、O形圈20、卡环21和承力柱22。[0084] 承力柱22的一端抵接于特型螺母6的螺母容纳槽603的槽壁，另一端与活塞杆8固定连接。在一些实施例中，承力柱22的底座和螺母容纳槽603的槽壁上可以开有键槽(如图3所示)，键槽内可设置键，键与特型螺母6和承力柱22配合，以限制承力柱22和活塞杆8的转动自由度。[0085] 图4示出了承力柱22的示意性结构图。结合图1、图2和图4，在承力柱22的底座的靠近活塞杆8的一侧，承力柱22依次设置有柱部2211、柱部2212和柱部2213。柱部2211、柱部2212和柱部2213径向尺寸依次递减。[0086] 柱部2211的外周可以套设有解锁活塞19，解锁活塞19再进一步设置在套筒9内。也就是说，解锁活塞19设置在承力柱22与套筒9之间。解锁活塞19的内壁和外壁均设置有O形圈20。从而解锁活塞19的外侧可以通过O形圈20与活塞杆8形成动密封，解锁活塞19的内侧可以通过O形圈20与承力柱22的柱部2211形成动密封。[0087] 在初始状态下，解锁活塞19的靠近燃气发生器3的一侧可以抵靠于承力柱22的底座。承力柱22的底座上可以设置有底座通孔2204，且与特型螺母6的承载面凹槽605贯通。解锁活塞19可以覆盖底座通孔2204。其中，承载面凹槽605设置在特型螺母6的螺母承载面601，用于在螺母承载面601和承力柱22之间形成一容腔P3。承载面凹槽605可以用于形成该容腔P3的最小空间。[0088] 解锁活塞19的靠近燃气发生器3的一侧还可以具有解锁活塞容纳槽1901，解锁活塞容纳槽1901用于容置卡环21。图5示出了卡环21的示意性结构图。卡环21可以具有一缺口。也就是说，卡环21为豁口圆环结构。该缺口可以用于实现卡环21的周向缩紧或周向扩张。卡环21自由状态外径略小于套筒9长圆柱段内径，解锁后可依靠自身弹力回缩实现解锁。[0089] 结合图1、图2和图5，在初始状态下，卡环21的一个端面可以抵靠于承力柱22的底座，另一个端面可以抵靠于解锁活塞容纳槽1901的槽壁。卡环21的远离承力柱22底座的一侧可以具有倒角斜面2101；相应地，套筒9的靠近特型螺母6的一端具有倒角斜面901。倒角斜面2101和倒角斜面901可以是45°光滑斜面。在初始状态下，倒角斜面2101和倒角斜面901可以相互配合，实现初始锁定。[0090] 结合图1和图2，柱部2212的外周可以套设有锁定环18，锁定环18的外周可以套设有缓冲垫17。缓冲垫17的外周可以与套筒9的内壁配合。锁定环18可以包括锁定主体部1801和锁定突出部1802(耳片)。在初始状态下，锁定突出部1802可以由锁定主体部1801沿径向向外突出，并抵接于解锁活塞19的靠近活塞杆8的端面。由此可以限制解锁活塞19在承力柱22上的轴向运动。缓冲垫17可以套设在锁定环18的远离解锁活塞19的一端，并与活塞杆8接触。[0091] 结合图1和图2，柱部2213的外周可以设置有外螺纹。活塞杆8的靠近特型螺母6的一侧可以具有与柱部2213外形相适应的活塞杆凹槽801，活塞杆凹槽801的内壁设置有螺纹，可以与柱部2213的外螺纹配合，并将锁定环18压紧在活塞杆8与承力柱22之间。[0092] 活塞杆8可以包括活塞盘部802和活塞杆部803。活塞杆部803的径向尺寸可以小于活塞盘部802的径向尺寸。活塞盘部802可以与套筒9的内壁配合。活塞盘部802的外周可以设置有O形圈16，套筒9和活塞杆8可以通过O形圈16形成动密封。活塞杆部803的远离活塞盘部802的一端可以穿过端盖11的中心孔。端盖11的中心孔内壁可以设置有O形圈12，从而活塞杆8和端盖11可以通过O形圈12形成动密封。[0093] 活塞杆部803的靠近活塞盘部802的一侧可以设置有活塞通孔804作为燃气通道，活塞通孔804可以与活塞杆凹槽801贯通，且与套筒9和活塞杆8之间的容腔P2贯通。[0094] 活塞盘部802的外周还可以设置有凹槽以容纳卡环15。卡环15的结构图可以参照图5所示实施例。卡环15位于O形圈16的靠近端盖11的一侧。套筒9的靠近端盖11的一端设置有套筒凹槽902。套筒凹槽902的内径可以大于套筒主体部901的内径。卡环15自由状态时的外径大于套筒主体部901的内径。[0095] 结合图1和图2，承力柱22的轴向上设置有相互贯通的承力柱内腔2201、承力柱内腔2202和承力柱内腔2203。承力柱内腔2202连接在承力柱内腔2201和承力柱内腔2203之间。承力柱内腔2202的内径尺寸可以小于承力柱内腔2203的内径尺寸，且小于承力柱内腔2201的内径尺寸。[0096] 承力柱内腔2201位于承力柱22的靠近特型螺母6的一侧。承力柱内腔2203位于承力柱22的靠近活塞杆8的一侧，用于容置弹簧13和气阀14，且与活塞杆8的活塞杆凹槽801贯通。容置弹簧13可以设置在气阀14和活塞杆凹槽801的槽壁之间。气阀14可以在承力柱内腔2203内沿轴向往复移动。结合图2和图6，在初始状态下，承力柱22与活塞杆8拧紧后弹簧13处于预压缩状态。在弹簧13的作用下，气阀14可以抵靠于承力柱内腔2203的内腔端面上。[0097] 下面结合图1至图13，介绍本申请实施例提供的火工驱动装置的工作原理。[0098] 燃气发生器3的侧壁可以与后盖1的后盖主体部101的内壁间隔设置。燃气发生器3的侧壁还可以与壳体7的内壁间隔设置，也就是说，燃气发生器3的侧壁和后盖1的内壁之间，以及燃气发生器3的侧壁和壳体7的内壁之间均具有容腔P4。燃气发生器3的侧壁上可以设置有燃气出口301。工作时，燃气发生器3产生燃气，点火冲击被软垫2、5吸收并不对外传递。燃气可以通过该燃气出口301进入容腔P4。[0099] 套筒9和壳体7之间可以形成容腔P1。如图3所示，特型螺母6的与壳体7配合的部分(图3中未示出该部分上的螺纹)环向均布有多个燃气通道604。容腔P4内的燃气可以通过特型螺母6上的燃气通道604进入壳体7形成的容腔P1内，其中容腔P1位于特型螺母6的远离后盖1的一侧。[0100] 活塞杆8、和套筒9之间可以形成容腔P2。套筒9的侧壁可以具有套筒通孔903作为燃气通道，以使得套筒9内的P2容腔可以与套筒9外的P1容腔贯通，即容腔P1内的燃气可以通过套筒通孔903进入容腔P2。也就是说，套筒通孔903应当位于活塞盘部802的远离承力柱22的一侧。活塞杆部803的靠近活塞盘部802的一侧可以设置有活塞通孔804作为燃气通道，以使得套筒9内的P2容腔可以与活塞杆8的活塞杆凹槽801贯通。[0101] 燃气进入活塞杆凹槽801后可以进入承力柱22的承力柱内腔2203。气阀14与弹簧13组成一个非完全封闭的单向阀，允许燃气缓慢地由承力柱内腔2203流入承力柱内腔2202(即由P2腔流入P3腔)，但由承力柱内腔2202(即由P3腔进入P2腔)时气流通道完全敞开，燃气可顺畅通过。[0102] 如图7所示，气阀14为带有若干缺口1401的杯装构型，底部设有凹台，避免完全堵塞燃气通道；凹陷深度越浅，气阀限流效果越强。如图8所示，在高压燃气作用下，燃气可以通过气阀14上的缺口1401进入气阀14和承力柱内腔2203之间的缝隙。由于缝隙较。没方诙匀计蘖髯饔。随着通过气阀14的燃气量逐渐增多，燃气可以在气阀14上施加作用力，使弹簧13被压缩，燃气通道打开，进而使燃气可以通畅地从承力柱内腔2202进入承力柱内腔2203。[0103] 燃气在运动过程中，由于套筒通孔903、活塞通孔804等小孔，以及气阀14等的限流作用，容腔P2到容腔P3的压力逐级减小。可以通过控制气阀14处气流通道与锁定环18锁定强度，使解锁活塞19破坏锁定环18解锁卡环时，容腔P3内燃气压力小于P2，且P3与P2对活塞杆8的合力作用仍然向左，即活塞杆8不输出推力。锁定环18解锁完成的状态如图9所示。[0104] 锁定环18的解锁原理如下。在初始状态下，承力柱22的底座可以抵靠于承载面凹槽605外围的槽端面上。当容腔P3中填充有燃气后，燃气可以穿过底座通孔，在解锁活塞19上施加作用力，使解锁活塞19朝向活塞杆8移动。当解锁活塞19朝向活塞杆8移动时，卡环21可以自动缩小并恢复自由状态，从而卡环21可以位于解锁活塞19和承力柱22的底座之间。[0105] 图10示出了锁定环18的示意性结构图。锁定环18可以为延展性较好的金属，其锁定突出部1802厚度约等于锁定主体部1801与解锁活塞19内孔的间隙。锁定主体部1801的外径可以略小于承力柱22的柱部2211的外径。锁定环18受载破坏时，锁定突出部1802弯折失效，弯折后锁定突出部1802与锁定主体部1801贴合。锁定突出部1802的包络外圆可以略大于解锁活塞19内径，解锁活塞19需将锁定突出部1802继续压屈曲后方能继续运动。该过程能耗减解锁活塞19解锁后的动能减小其撞击能量，最后再由缓冲垫17吸收解锁活塞19的动能以避免冲击。[0106] 随着P3与P2内的燃气压力不断平衡，由于燃气作用面积差(燃气向左作用区域为活塞盘部802右侧的环形区域，燃气向由作用区域为承力柱左侧端面区域以及解锁活塞19的左侧端面区域)，燃气对活塞杆8的合力由向左逐渐变为向右输出，即活塞杆8开始输出推力并驱动荷载运动。这个过程实现了推力的缓慢增长，避免推力暴增导致的大过载。[0107] 由于气阀14的限流作用，启动后将处于动态平衡状态，输出推力平稳。推力大小通过采用不同限流效果的气阀14进行调整。[0108] 如图11所示，当活塞杆8运动一段行程后，套筒9的套筒通孔903被活塞杆8的两道O形圈16、20遮挡，此时依靠P2、P3内的残余燃气持续输出推力。[0109] 如图12所示，当活塞杆8继续运动，使套筒通孔903位于承力柱22的左侧后，燃气流动路径发生变化。燃气先由P1腔进入P3腔，再通过气阀14进入P2腔。若燃气发生器产气较快，此时可能出现P2内燃气压力小于P3，此时P3内燃气可通过气阀14顺畅的流入P2以减小输出推力。[0110] 如图13所示，随着活塞杆8运动，P2容腔逐渐减。沽χ鸾ピ龃，依靠气阀的限流作用阻碍P2内燃气回流进入P3容腔，P2与P3的压力差能够对活塞产生一个阻碍运动的力实现减速。[0111] 当活塞杆8朝向端盖11移动至最远距离时，卡环15可以由套筒主体部901内腔移动至套筒凹槽902。由于套筒凹槽902的内径突然增大，使得卡环15可以在活塞杆8运动到位时依靠自身弹力外张，并抵接在套筒凹槽902槽壁，从而在活塞盘部802作用一阻挡力，实现到位锁定功能。[0112] 本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此，本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

专利地区：四川

专利申请日期：2022-11-21

专利公开日期：2024-11-29

专利公告号：CN115979092B