本发明公开了基于粉末反应的快速驱动装置及其驱动方法。驱动潜水艇快速逃逸的瞬间力的产生大都需要功率较大的电磁线圈或复杂的液压系统，成本较高。本发明基于粉末反应的快速驱动装置，包括外壳、给料反应装置和膨胀气囊。外壳的内腔中设置有隔离板。给料反应装置包括给料反应壳、注料滑块、挤出螺杆、丝杠、封闭滑块、残渣清除件、前气囊固定组件和后气囊固定组件。本发明通过将反应物料送入反应腔后，电极放电使之反应并迅速产生大量气体，通过隔离滤网进入膨胀气囊。气囊迅速膨胀，挤压排水加速腔内液体或气体，进而能够迅速在出气口向外传递一个较大的瞬间力。将该瞬间力应用在水下机器人遇险时的快速逃逸。
1.基于粉末反应的快速驱动装置，包括外壳、给料反应装置和膨胀气囊；其特征在于：
所述外壳的内腔中设置有隔离板；隔离板将外壳的内腔分隔为安置腔和排水加速腔；外壳的尾部开设有与排水加速腔连通的排水口；膨胀气囊设置在排水加速腔内；给料反应装置包括给料反应壳、注料滑块、挤出螺杆、丝杠、封闭滑块、残渣清除件、前气囊固定组件和后气囊固定组件；给料反应壳固定在外壳的安置腔内；给料反应壳内开设有相互连通的存料腔、过渡腔和反应腔；存料腔的端部与过渡腔的中部连通；过渡腔的端部与反应腔的中部连通；反应腔的两端分别为出气端、排渣端；
所述膨胀气囊的一端与反应腔的出气端通过前气囊固定组件固定；膨胀气囊的另一端与外壳的排水加速腔通过后气囊固定组件固定；后气囊固定组件上设置有电磁通断阀；电磁通断阀的进气端与膨胀气囊的内腔连通；相互固定的挤出螺杆和丝杠同轴设置，且支承在存料腔内；挤出螺杆远离丝杠的那端位于存料腔、过渡腔的连接处；丝杠由给料电机驱动；
所述注料滑块与存料腔构成滑动副，且与丝杠构成螺旋副；存料腔内装有反应物料；注料滑块位于反应物料远离过渡腔的一侧；反应物料为点火后反应产生气体的粉末；封闭滑块与过渡腔构成滑动副；封闭滑块由液压缸驱动；所述的残渣清除件包括隔离滤网、反应端盖和连接杆；连接杆的两端与隔离滤网、反应端盖的中心位置分别固定；隔离滤网设置在反应腔的出气端；反应端盖与反应腔的排渣端可拆卸固定；反应端盖的内侧面上固定有点火装置。
2.根据权利要求1所述的基于粉末反应的快速驱动装置，其特征在于：所述反应腔的出气端处设置有内螺纹；所述的前气囊固定组件包括气囊前固定套和气囊前固定环；气囊前固定套呈中空设置的两级阶梯轴状；气囊前固定套轴径较大的轴段内端设置有外螺纹；膨胀气囊的内端穿过气囊前固定套的内腔，且内端端部外翻至包裹住气囊前固定套轴径较小轴段的状态；气囊前固定环套置在气囊前固定套轴径较小的轴段上；气囊前固定环的外径与气囊前固定套轴径较大轴段的轴径相等；气囊前固定环的外侧壁设置有外螺纹；气囊前固定套、气囊前固定环上的外螺纹与反应腔出气端处的内螺纹连接。
3.根据权利要求1所述的基于粉末反应的快速驱动装置，其特征在于：所述的后气囊固定组件包括气囊后固定套、气囊后固定环和气囊后密封盖；气囊后密封盖固定在外壳的排水加速腔尾端；气囊后密封盖的内侧面设置有内螺纹；气囊后固定套呈中空设置的两级阶梯轴状；气囊后固定套轴径较大的轴段内端设置有外螺纹；膨胀气囊的外端穿过气囊后固定套的内腔，且外端端部外翻至包裹住气囊后固定套轴径较小轴段的状态；气囊后固定环套置在气囊后固定套轴径较小的轴段上；气囊前固定环的外径与气囊前固定套轴径较大轴段的轴径相等；气囊前固定环的外侧壁设置有外螺纹；气囊后固定套、气囊后固定环上的外螺纹与气囊后密封盖上的内螺纹连接。
4.根据权利要求1所述的基于粉末反应的快速驱动装置，其特征在于：所述的反应物料为叠氮化钠、硝酸钾和氧化硅混合物。
5.根据权利要求1所述的基于粉末反应的快速驱动装置，其特征在于：所述过渡腔的轴线垂直于存料腔、反应腔的轴线；所述挤出螺杆的外径等于存料腔的直径。
6.根据权利要求1所述的基于粉末反应的快速驱动装置，其特征在于：所述电磁通断阀的出气端设置有单向阀。
7.根据权利要求1所述的基于粉末反应的快速驱动装置，其特征在于：所述封闭滑块底端的形状与过渡腔、反应腔的连接处相贯线形状相同；封闭滑块的底部开设有圆弧形凹槽。
8.根据权利要求1所述的基于粉末反应的快速驱动装置，其特征在于：所述的点火装置包括正电极筒和负电极轴；正电极筒套置在负电极轴上，且与负电极轴不接触。
9.根据权利要求1所述的基于粉末反应的快速驱动装置，其特征在于：还包括控制器；
所述的液压缸与液压泵通过换向阀连接；换向阀的控制接口与控制器通过第一继电器连接；给料电机的控制接口与控制器通过电机驱动器连接；给料电机的输出轴与绝对型编码器的输入轴固定；绝对型编码器的信号输出接口与控制器连接；点火装置通过第二继电器与点火电源连接；第二继电器的控制接口与控制器连接；电磁通断阀的控制接口与控制器通过第三继电器连接。
10.如权利要求1所述的基于粉末反应的快速驱动装置的驱动方法，其特征在于：步骤一、工作人员发出加速指令时，给料电机转动，使得注料滑块向挤出螺杆移动，将反应物料送入挤出螺杆处；挤出螺杆转动，将反应物料送入给料反应壳的过渡腔；
步骤二、反应物进入过渡腔后，控制器控制液压缸推出，使封闭滑块将过渡腔内的反应物料推入反应腔，且封闭滑块将反应腔与存料腔隔绝；
步骤三、反应物进入反应腔后，控制器控制反应腔内的点火装置启动；使反应物发生反应并产生气体；气体通过隔离滤网进入膨胀气囊；膨胀气囊膨胀，将外壳的排水加速腔内的水从外壳的排水口挤出；水从外壳的排水口排出的同时，对外壳产生的反推力，推动外壳加速；
步骤四、反应壳的反应腔内反应结束后，电磁通断阀导通，使得膨胀气囊内的气体被排出；
步骤五、膨胀气囊恢复到初始状态后，电磁通断阀截止。
基于粉末反应的快速驱动装置及其驱动方法
技术领域
[0001] 本发明属于动力发生装置技术领域，具体涉及一种基于粉末反应的快速驱动装置及其驱动方法。
背景技术
[0002] 目前，在一些场合，往往需要在瞬间产生一个较大的力，以满足某些特殊要求(要求较高的初速度)：如水下机器人遇险时的快速逃逸等。然而，目前这些瞬间力的产生大都需要功率较大的电磁线圈或复杂的液压系统，成本较高。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供一种基于粉末反应的快速驱动装置及其驱动方法。
[0004] 本发明基于粉末反应的快速驱动装置，包括外壳、给料反应装置和膨胀气囊。所述外壳的内腔中设置有隔离板。隔离板将外壳的内腔分隔为安置腔和排水加速腔。外壳的尾部开设有与排水加速腔连通的排水口。膨胀气囊设置在排水加速腔内。给料反应装置包括给料反应壳、注料滑块、挤出螺杆、丝杠、封闭滑块、残渣清除件、前气囊固定组件和后气囊固定组件。给料反应壳固定在外壳的安置腔内。给料反应壳内开设有相互连通的存料腔、过渡腔和反应腔。存料腔的端部与过渡腔的中部连通。过渡腔的端部与反应腔的中部连通。反应腔的两端分别为出气端、排渣端。
[0005] 所述膨胀气囊的一端与反应腔的出气端通过前气囊固定组件固定。膨胀气囊的另一端与外壳的排水加速腔通过后气囊固定组件固定。后气囊固定组件上设置有电磁通断阀；电磁通断阀的进气端与膨胀气囊的内腔连通。相互固定的挤出螺杆和丝杠同轴设置，且支承在存料腔内。挤出螺杆远离丝杠的那端位于存料腔、过渡腔的连接处。丝杠由给料电机驱动。
[0006] 所述注料滑块与存料腔构成滑动副，且与丝杠构成螺旋副。存料腔内装有反应物料。注料滑块位于反应物料远离过渡腔的一侧。反应物料为点火后反应产生气体的粉末。封闭滑块与过渡腔构成滑动副。封闭滑块由液压缸驱动。所述的残渣清除件包括隔离滤网、反应端盖和连接杆。连接杆的两端与隔离滤网、反应端盖的中心位置分别固定。隔离滤网设置在反应腔的出气端。反应端盖与反应腔的排渣端可拆卸固定。反应端盖的内侧面上固定有点火装置。
[0007] 进一步地，所述反应腔的出气端处设置有内螺纹。所述的前气囊固定组件包括气囊前固定套和气囊前固定环。气囊前固定套呈中空设置的两级阶梯轴状。气囊前固定套轴径较大的轴段内端设置有外螺纹。膨胀气囊的内端穿过气囊前固定套的内腔，且内端端部外翻至包裹住气囊前固定套轴径较小轴段的状态。气囊前固定环套置在气囊前固定套轴径较小的轴段上。气囊前固定环的外径与气囊前固定套轴径较大轴段的轴径相等。气囊前固定环的外侧壁设置有外螺纹。气囊前固定套、气囊前固定环上的外螺纹与反应腔出气端处的内螺纹连接。
[0008] 进一步地，所述的后气囊固定组件包括气囊后固定套、气囊后固定环和气囊后密封盖。气囊后密封盖固定在外壳的排水加速腔尾端。气囊后密封盖的内侧面设置有内螺纹。气囊后固定套呈中空设置的两级阶梯轴状。气囊后固定套轴径较大的轴段内端设置有外螺纹。膨胀气囊的外端穿过气囊后固定套的内腔，且外端端部外翻至包裹住气囊后固定套轴径较小轴段的状态。气囊后固定环套置在气囊后固定套轴径较小的轴段上。气囊前固定环的外径与气囊前固定套轴径较大轴段的轴径相等。气囊前固定环的外侧壁设置有外螺纹。
气囊后固定套、气囊后固定环上的外螺纹与气囊后密封盖上的内螺纹连接。
[0009] 进一步地，所述的反应物料为叠氮化钠、硝酸钾和氧化硅混合物。
[0010] 进一步地，所述过渡腔的轴线垂直于存料腔、反应腔的轴线。所述挤出螺杆的外径等于存料腔的直径。
[0011] 进一步地，所述电磁通断阀的出气端设置有单向阀。
[0012] 进一步地，所述封闭滑块底端的形状与过渡腔、反应腔的连接处相贯线形状相同。封闭滑块的底部开设有圆弧形凹槽。
[0013] 进一步地，所述的点火装置包括正电极筒和负电极轴。正电极筒套置在负电极轴上，且与负电极轴不接触。
[0014] 进一步地，本发明基于粉末反应的快速驱动装置还包括控制器。所述的液压缸与液压泵通过换向阀连接。换向阀的控制接口与控制器通过第一继电器连接。给料电机的控制接口与控制器通过电机驱动器连接。给料电机的输出轴与绝对型编码器的输入轴固定。绝对型编码器的信号输出接口与控制器连接。点火装置通过第二继电器与点火电源连接；
第二继电器的控制接口与控制器连接。电磁通断阀的控制接口与控制器通过第三继电器连接。
[0015] 该基于气囊内化学反应的动力发生装置使用的方法具体如下：
[0016] 步骤一、工作人员发出加速指令时，给料电机转动，使得注料滑块向挤出螺杆移动，将反应物料送入挤出螺杆处；挤出螺杆转动，将反应物料送入给料反应壳的过渡腔。
[0017] 步骤二、反应物进入过渡腔后，控制器控制液压缸推出，使封闭滑块将过渡腔内的反应物料推入反应腔，且封闭滑块将反应腔与存料腔隔绝。
[0018] 步骤三、反应物进入反应腔后，控制器控制反应腔内的点火装置启动；使反应物发生反应并产生气体。气体通过隔离滤网进入膨胀气囊；膨胀气囊膨胀，将外壳的排水加速腔内的水从外壳的排水口挤出。水从外壳的排水口排出的同时，对外壳产生的反推力，推动外壳加速。
[0019] 步骤四、反应壳的反应腔内反应结束后，电磁通断阀导通，使得膨胀气囊内的气体被排出。
[0020] 步骤五、膨胀气囊恢复到初始状态后，电磁通断阀截止。
[0021] 本发明具有的有益效果是：
[0022] 1、本发明通过将反应物料送入反应腔后，电极放电使之反应并迅速产生大量气体，通过隔离滤网进入膨胀气囊。气囊迅速膨胀，挤压排水加速腔内液体或气体，进而能够迅速在出气口向外传递一个较大的瞬间力。将该瞬间力应用在水下机器人遇险时的快速逃逸，能够降低机械损失，相关器件的劳动强度以及设备成本。
[0023] 2、本发明通过封闭滑块的滑动，将反应物料推入反应腔中，并同时达到封闭反应腔的作用；保证了反应的安全可控。
[0024] 3、本发明通过设计残渣清除件，能够快速清除反应腔内的反应残渣。
附图说明
[0025] 图1为本发明的整体结构剖视图；
[0026] 图2为本发明中给料反应装置与膨胀气囊的组合剖视图；
[0027] 图3为图2中A部分的局部放大图；
[0028] 图4为图2中B部分的局部放大图；
[0029] 图5为本发明中给料反应装置与膨胀气囊的组合爆炸图；
[0030] 图6为本发明中封闭滑块的结构示意图。
具体实施方式
[0031] 以下结合附图对本发明作进一步说明。
[0032] 如图1所示，基于粉末反应的快速驱动装置，包括外壳101、给料反应装置104、膨胀气囊105和控制器。外壳101的内腔中设置有隔离板106。隔离板106将外壳101的内腔分隔为安置腔102和排水加速腔103。外壳101的尾部开设有与排水加速腔103连通的排水口。给料反应装置104设置在安置腔102内。膨胀气囊105设置在排水加速腔103内。给料反应装置104通过隔离板106上的安装孔与膨胀气囊105相连。安置腔102和排水加速腔103完全隔离。外壳101安装在潜水装置的尾部。
[0033] 如图2和5所示，给料反应装置104包括给料反应壳、注料滑块204、挤出螺杆205、丝杠206、封闭滑块207、残渣清除件、前气囊固定组件和后气囊固定组件。给料反应壳内开设有相互连通且均呈圆柱状的存料腔201、过渡腔202和反应腔203。存料腔201的端部与过渡腔的中部连通。过渡腔202的底端与反应腔203的中部连通。过渡腔202的轴线垂直于存料腔201、反应腔203的轴线。
[0034] 如图3所示，反应腔203的两端分别为出气端、排渣端。反应腔203的出气端处设置有内螺纹。前气囊固定组件包括气囊前固定套213和气囊前固定环214。气囊前固定套213呈中空设置的两级阶梯轴状。气囊前固定套213轴径较大的轴段内端设置有外螺纹。膨胀气囊105的内端穿过气囊前固定套213的内腔，且内端端部外翻至包裹住气囊前固定套213轴径较小轴段的状态。气囊前固定环214套置在气囊前固定套213轴径较小的轴段上，从而压住膨胀气囊105的内端端部，实现膨胀气囊105内端的固定。气囊前固定环102的外径与气囊前固定套103轴径较大轴段的轴径相等。气囊前固定环102的外侧壁设置有外螺纹。气囊前固定套213、气囊前固定环214上的外螺纹与反应腔203出气端处的内螺纹连接。
[0035] 如图4所示，后气囊固定组件包括气囊后固定套215、气囊后固定环216和气囊后密封盖217。气囊后密封盖217通过开设有通孔的固定板固定在外壳101的排水加速腔103尾端。气囊后密封盖217的内侧面设置有内螺纹。气囊后固定套215呈中空设置的两级阶梯轴状。气囊后固定套215轴径较大的轴段内端设置有外螺纹。膨胀气囊105的外端穿过气囊后固定套215的内腔，且外端端部外翻至包裹住气囊后固定套215轴径较小轴段的状态。气囊后固定环216套置在气囊后固定套215轴径较小的轴段上，从而压住膨胀气囊105的内端端部，实现膨胀气囊105内端的固定。气囊前固定环102的外径与气囊前固定套103轴径较大轴段的轴径相等。气囊前固定环102的外侧壁设置有外螺纹。气囊后固定套215、气囊后固定环216上的外螺纹与气囊后密封盖上的内螺纹连接。气囊后密封盖217上设置有电磁通断阀；
电磁通断阀的进气端与膨胀气囊105的内腔连通。电磁通断阀的出气端设置有单向阀。
[0036] 相互固定的挤出螺杆205和丝杠206同轴，且支承在存料腔201内。挤出螺杆205远离丝杠的那端位于存料腔201、过渡腔的连接处。丝杠206由固定在外壳101内的给料电机驱动。挤出螺杆205的外径等于存料腔201的直径。
[0037] 注料滑块204上的滑动槽与存料腔201内端的滑轨构成滑动副。注料滑块204的内螺纹孔与丝杠206构成螺旋副。随着丝杠206的转动，注料滑块204沿存料腔201的轴向移动。存料腔201内装有反应物料。注料滑块204位于反应物料远离过渡腔202的一侧。反应物料为在放电下产生气体的粉末，具体为叠氮化钠、硝酸钾和氧化硅混合物。叠氮化钠在放电下能够快速反应(化学反应式为 (气体))，产生氮气和钠单质。之后，钠单
质、硝酸钾和氧化硅进一步反应产生氮气(化学反应式为10Na+2KNO3+6SiO2＝5Na2SiO3+K2SiO3+N2(气体))。
[0038] 丝杠206转动的同时带动注料滑块204移动，进而将反应物料推向挤出螺杆205。挤出螺杆205的转动，可实现将反应物料送入过渡腔202内。封闭滑块207设置在过渡腔202内。过渡腔202内固定有导向条209。封闭滑块207侧面开设有导向滑槽208。封闭滑块207上的导向滑槽208与过渡腔202内的导向条209构成滑动副。外壳内固定有液压缸；液压缸的活塞杆与封闭滑块207的顶端固定。
[0039] 封闭滑块207底端的形状与过渡腔202、反应腔203的连接处相贯线形状相同。封闭滑块207的底部开设有圆弧形凹槽。当封闭滑块207向下滑动至反应腔203处时；反应腔203的内侧面与封闭滑块207的底端圆弧形凹槽合围成一个完整的圆柱面，且使得反应腔203与过渡腔、存料腔201完全隔断；此时，反应腔203产生的反应不会影响存料腔201中的反应物料。
[0040] 残渣清除件包括隔离滤网210、反应端盖211和连接杆212。连接杆212的两端与隔离滤网210、反应端盖211的中心位置分别固定。隔离滤网210设置在反应腔203的出气端，用于避免反应物料进入膨胀气囊105。反应端盖211与反应腔203的排渣端螺纹连接。当反应端盖211旋在反应腔203上时，反应腔203与外界环境隔绝；当旋开反应端盖211时，隔离滤网210将反应腔203内的反应残渣带出反应腔；从而实现反应残渣的快速清除。反应端盖211的内侧面上固定有点火装置。点火装置包括同轴设置的正电极筒和负电极轴。
[0041] 液压缸与液压泵通过换向阀连接。换向阀的控制接口与控制器通过第一继电器连接。给料电机的控制接口与控制器通过电机驱动器连接。给料电机的输出轴与绝对型编码器的输入轴固定。点火装置通过第二继电器与点火电源连接；第二继电器的控制接口与控制器连接。电磁通断阀的控制接口与控制器通过第三继电器连接。绝对型编码器的信号输出接口与控制器连接。控制器采用单片机。
[0042] 该基于气囊内化学反应的动力发生装置使用的方法具体如下：
[0043] 步骤一、当控制器接收到加速指令时，控制器通过绝对型编码器检测给料电机的输出轴的转动量，从而判断注料滑块204是否与挤出螺杆205接触。若注料滑块204与挤出螺杆205接触，则发生警报，提示反应物料不足；否则，进入步骤二。
[0044] 步骤二、控制器控制给料电机转动，使得注料滑块204向挤出螺杆205移动，将反应物料送入挤出螺杆205处；挤出螺杆205转动，将反应物料通过“螺旋挤出”的原理送入给料反应壳的过渡腔202。
[0045] 步骤三、反应物进入过渡腔202后，控制器控制液压缸推出，使封闭滑块207将过渡腔202内的反应物料推入反应腔203，且封闭滑块207将反应腔203与存料腔201隔绝。
[0046] 步骤四、反应物进入反应腔203后，控制器控制反应腔203内的点火装置启动；使反应物发生反应并迅速产生大量气体。气体通过隔离滤网210进入膨胀气囊105；膨胀气囊105迅速膨胀，将外壳的排水加速腔103内的水从外壳的排水口挤出。水从外壳的排水口排出的同时，对外壳产生的反推力，推动外壳101快速加速。
[0047] 步骤五、反应壳的反应腔内反应结束后，控制器控制气囊后密封盖217上的电磁通断阀导通，使得膨胀气囊105内的气体被排出。
[0048] 步骤六、膨胀气囊105恢复到初始状态后，控制器控制气囊后密封盖217上的电磁通断阀截止。
[0049] 经过预设次数的反应后，反应腔内的物料残渣过多；工作人员旋开并抽出反应端盖211，隔离滤网210将反应腔203内的反应残渣带出反应腔；从而实现反应残渣的快速清除。
