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伸缩式中空防护气囊和支护防护系统
申请号	CN202110794308.8	申请日	2021-07-14	公开(公告)号	CN113339001A	公开(公告)日	2021-09-03
申请人	成都未来智隧科技有限公司;			发明人	仇文革; 段东亚;
摘要	本申请提供一种伸缩式中空防护气囊和支护防护系统，包括气囊主体，气囊主体设有相互独立的腔室和中空孔，气囊主体在中空孔的延伸方向上的两端分别为第一支撑端和第二支撑端；气囊主体设有在中空孔的延伸方向上排布的多个环形折叠部，多个环形折叠部位于第一支撑端和第二支撑端之间，多个环形折叠部能在中空孔的延伸方向上折叠或打开，相邻环形折叠部的连接处形成环形折痕；每个环形折痕处均设有防变形圈，防变形圈用于使气囊主体在环形折痕处的横截面轮廓保持不变；其中，横截面为垂直于中空孔的延伸方向的平面。防护气囊利用变形吸能起到防护作用，安全性高。
权利要求	1.一种伸缩式中空防护气囊，其特征在于，包括：气囊主体(100)，所述气囊主体(100)设有腔室(130)和中空孔(121)，所述气囊主体 (100)在所述中空孔(121)的延伸方向上的两端分别为第一支撑端和第二支撑端；所述气囊主体(100)设有在所述中空孔(121)的延伸方向上排布的多个环形折叠部，所述多个环形折叠部位于所述第一支撑端和所述第二支撑端之间，所述多个环形折叠部能在所述中空孔 (121)的延伸方向上折叠或打开，相邻所述环形折叠部的连接处形成环形折痕；每个所述环形折痕处均设有防变形圈，所述防变形圈用于使所述气囊主体(100)在所述环形折痕处的横截面轮廓保持不变；其中，所述横截面为垂直于所述中空孔(121)的延伸方向的平面。 2.根据权利要求1所述的伸缩式中空防护气囊，其特征在于：所述气囊主体(100)的横截面形状为环形。 3.根据权利要求1所述的伸缩式中空防护气囊，其特征在于：所述气囊主体(100)包括外囊体(110)、内囊体(120)、第一环形密封板(140)和第二环形密封板(150)，所述外囊体(110)套设于所述内囊体(120)外，所述外囊体(110)与所述内囊体(120)之间形成环形空腔，所述内囊体(120)围成所述中空孔(121)；所述第一环形密封板(140)和所述第二环形密封板(150)均同时与所述外囊体(110)和所述内囊体(120)连接，且分别密封所述环形空腔的两端以形成所述腔室(130)；所述外囊体(110)以及所述内囊体(120)均设置有多个所述环形折叠部。 4.根据权利要求3所述的伸缩式中空防护气囊，其特征在于：所述第一环形密封板(140)与所述外囊体(110)以及所述内囊体(120)粘接固定。 5.根据权利要求3所述的伸缩式中空防护气囊，其特征在于：所述第二环形密封板(150)与所述外囊体(110)以及所述内囊体(120)粘接固定。 6.根据权利要求3所述的伸缩式中空防护气囊，其特征在于：所述第一环形密封板(140)上设置有均与所述腔室(130)连通的泄压阀(400)以及充气阀(500)，所述充气阀(500)和所述泄压阀(400)均通过伺服系统控制，以保证所述气囊主体 (100)的压力保持恒定。 7.根据权利要求6所述的伸缩式中空防护气囊，其特征在于：所述泄压阀(400)的数量设置为多个，多个所述泄压阀(400)间隔排布。 8.根据权利要求1所述的伸缩式中空防护气囊，其特征在于：所述防变形圈套设在所述环形折痕外。 9.根据权利要求8所述的伸缩式中空防护气囊，其特征在于：所述防变形圈与所述气囊主体(100)粘接或缝合连接。 10.一种支护防护系统，其特征在于，所述支护防护系统包括：权利要求1‑9中任一项所述的伸缩式中空防护气囊。
说明书全文	伸缩式中空防护气囊和支护防护系统技术领域 [0001] 本发明涉及防护技术领域，具体而言，涉及一种伸缩式中空防护气囊和支护防护系统。背景技术 [0002] 在隧道工程领域，由于围岩的几何不稳定及岩爆、大变形等因素，使得围岩向洞室内移动，比如岩块掉落和岩爆等，而岩块掉落和岩爆等地质灾害会对施工人员和机械设备产生很大的冲击力，影响施工人员的人身安全，缩短设备的使用寿命。为了改善以上地质灾害带来的影响，通过开挖后及时设置防护台架，同时在防护台架的保护下对围岩进行支护。而台架也属于刚度比较大的机械结构，收到冲击时会产生很大的力从而受到破坏。 [0003] 经发明人研究发现，现有的隧道内支护防护结构存在如下缺点： [0004] 采用刚性结构防护，防护效果差，安全性差。发明内容 [0005] 本发明的目的在于提供一种伸缩式中空防护气囊和支护防护系统，其能够在受到冲击力时产生位移来耗能，且内部压力基本保持不变，实现被动耗能，不易被损坏，防护效果好，安全性高。 [0006] 本发明的实施例是这样实现的： [0007] 第一方面，本发明提供一种伸缩式中空防护气囊，包括： [0008] 气囊主体，气囊主体设有腔室和中空孔，气囊主体在中空孔的延伸方向上的两端分别为第一支撑端和第二支撑端；气囊主体设有在中空孔的延伸方向上排布的多个环形折叠部，多个环形折叠部位于第一支撑端和第二支撑端之间，多个环形折叠部能在中空孔的延伸方向上折叠或打开，相邻环形折叠部的连接处形成环形折痕；每个环形折痕处均设有防变形圈，防变形圈用于使气囊主体在环形折痕处的横截面轮廓保持不变； [0009] 其中，横截面为垂直于中空孔的延伸方向的平面。 [0010] 在可选的实施方式中，气囊主体的横截面形状为圆环形。 [0011] 在可选的实施方式中，气囊主体包括外囊体、内囊体、第一环形密封板和第二环形密封板，外囊体套设于内囊体外，外囊体与内囊体之间形成环形空腔，内囊体围成中空孔；第一环形密封板和第二环形密封板均同时与外囊体和内囊体连接，且分别密封环形空腔的两端以形成腔室； [0012] 外囊体以及内囊体均设置有多个环形折叠部。 [0013] 在可选的实施方式中，第一环形密封板与外囊体以及内囊体粘接固定。 [0014] 在可选的实施方式中，第二环形密封板与外囊体以及内囊体粘接固定。 [0015] 在可选的实施方式中，第一环形密封板上设置有均与腔室连通的泄压阀以及充气阀。 [0016] 在可选的实施方式中，泄压阀的数量设置为多个，多个泄压阀间隔排布。 [0017] 在可选的实施方式中，防变形圈套设在环形折痕外。 [0018] 在可选的实施方式中，防变形圈与气囊主体粘接或缝合连接。 [0019] 第二方面，本发明提供一种支护防护系统，支护防护系统包括： [0020] 前述实施方式中任一项所述的伸缩式中空防护气囊。 [0021] 本发明实施例的有益效果是： [0022] 综上所述，本实施例提供了一种伸缩式中空防护气囊，包括气囊主体和设于气囊主体上的防变形圈。气囊主体设置有中空孔，也即气囊主体为中空结构，能够在中空孔内进行其他部件例如锚杆等的布设，不会与其他支护结构或隧道施工设备产生干涉，适用范围广。气囊主体设有多个环形折叠部，在气囊主体中充入流体(例如液体或气体等)时，气囊主体内部的压力增大，且多个环形折叠部被打开，气囊主体的高度增加，从而使气囊主体的第一支撑端和第二支撑端分别抵持在隧道壁和反力面，气囊主体依靠内部压力起到支撑防护的作用，提供主动支护力。同时，气囊主体上设有防变形圈，防变形圈设于环形折痕处，防变形圈能够使环形折痕处的横截面轮廓保持不变，也即在内部压力或外部冲击力的作用下气囊主体不会向内压缩，也不会向外膨胀，而是在多个环形折叠部的引导下在中空孔的延伸方向上相应地伸缩，结构稳定性好，不易被损坏，使用寿命长，安全可靠。且气囊主体受到冲击力时，气囊主体的多个环形折叠部自适应地产生折叠，变形过程中气囊主体内压力保持恒定，实现被动耗能，防护效果好。附图说明 [0023] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。 [0024] 图1为本发明实施例的伸缩式中空防护气囊的一视角的结构示意图； [0025] 图2为本发明实施例的伸缩式中空防护气囊的另一视角的结构示意图； [0026] 图3为本发明实施例的伸缩式中空防护气囊的剖视结构示意图。 [0027] 图标： [0028] 100‑气囊主体；110‑外囊体；111‑第一环形折叠部；112‑第一环形折痕；120‑内囊体；121‑中空孔；122‑第二环形折叠部；123‑第二环形折痕；130‑腔室；140‑第一环形密封板；150‑第二环形密封板；200‑第一防变形圈；300‑第二防变形圈；400‑泄压阀；500‑充气阀。具体实施方式 [0029] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。 [0030] 因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0031] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。 [0032] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。 [0033] 此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。 [0034] 在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0035] 目前，隧道掘进过程中，隧道内壁的支撑结构多种多样，较为常用的是支架配合钢板的结构进行支撑，也即为刚性支撑，在受到岩爆等较大冲击力时，支撑结构与岩石块为刚性碰撞，支撑结构易被损坏，防护性能差，安全性低。 [0036] 鉴于此，设计者设计了一种伸缩式中空防护气囊，利用防护气囊受冲击变形吸能起到防护效果，岩石块与防护气囊为弹性碰撞，且防护气囊为伸缩式结构，依据W＝F·S可知，在能量相同的情况下，位移越大力就越小，因此，在防护气囊受冲击时产生位移来实现耗能，减小冲击力，使得护气囊不易被损坏，防护性能好，安全性高。 [0037] 请参阅图1‑图3，本实施例中，伸缩式中空防护气囊包括气囊主体100，气囊主体100设有相互独立的腔室130和中空孔121，气囊主体100在中空孔121的延伸方向上的两端分别为第一支撑端和第二支撑端，第一支撑端和第二支撑端分别支撑在地面和隧道壁上；气囊主体100设有在中空孔121的延伸方向上排布的多个环形折叠部，多个环形折叠部位于第一支撑端和第二支撑端之间，多个环形折叠部能在中空孔121的延伸方向上折叠或打开，相邻环形折叠部的连接处形成环形折痕；每个环形折痕处均设有防变形圈，防变形圈用于使气囊主体100在环形折痕处的横截面轮廓保持不变； [0038] 其中，横截面为垂直于中空孔121的延伸方向的平面。 [0039] 本实施例提供的伸缩式中空防护气囊，气囊主体100设置有中空孔121，也即气囊主体100为中空结构，能够在中空孔121内进行其他部件例如锚杆等的布设，或者进行其他施工作业，而不会与其他支护结构或隧道施工设备产生干涉，适用范围广。气囊主体100设有多个环形折叠部，在气囊主体100中充入流体(例如液体或气体等)时，气囊主体100内部的压力增大，且多个环形折叠部被打开，气囊主体100的高度增加，从而使气囊主体100的第一支撑端和第二支撑端分别抵持在反力面如地面和隧道壁上，气囊主体100依靠内部压力起到支撑防护的作用，提供主动支护力。同时，气囊主体100上设有防变形圈，防变形圈设于环形折痕处，防变形圈能够使环形折痕处的横截面轮廓保持不变，也即在内部压力或外部冲击力的作用下气囊主体100不会向内压缩，也不会向外膨胀，而是在多个环形折叠部的引导下在中空孔121的延伸方向上相应地伸缩，不易因为内部压力不均衡或突变而发生倾倒等现象，结构稳定性好，不易被损坏，使用寿命长，安全可靠。且气囊主体100受到冲击力时，气囊主体100的多个环形折叠部自适应地产生折叠，利用位移来减小冲击力，且变形过程中气囊主体内压力保持恒定，实现被动耗能，防护效果好。 [0040] 请参阅图3，本实施例中，可选的，气囊主体100的横截面形状为圆环形。具体的，气囊主体100包括外囊体110、内囊体120、第一环形密封板140和第二环形密封板150，外囊体 110套设在内囊体120外，外囊体110和内囊体120同轴设置，外囊体110的内周壁和内囊体 120的外周壁共同限定出两端开口的环形空腔。第一环形密封板140和第二环形密封板150 位于环形空腔的两端，第一环形密封板140同时与外囊体110和内囊体120密封连接，第二环形密封板150同时与外囊体110和内囊体120密封连接，如此，外囊体110、内囊体120、第一环形密封板140和第二环形密封板150共同限定出用于储存流体的腔室130。 [0041] 应当理解，第一环形密封板140和第二环形密封板150分别形成第一支撑端和第二支撑端。 [0042] 可选的，外囊体110采用橡胶材料制成，外囊体110具有一定的弹性形变能力，其弹性形变能力较弱，主要依靠折叠实现体积变化。外囊体110的横截面轮廓为圆形。外囊体110 上设置有多个第一环形折叠部111，多个第一环形折叠部111在外囊体110的轴线上依次排布，外囊体110能够在其轴线上折叠以调节体积。每个第一环形折叠部111均为圆锥形结构，相邻第一环形折叠部111的连接处形成第一环形折痕112，第一环形折痕112为圆圈结构。由于外囊体110位于内囊体120外，外囊体110与岩石块或其他结构接触的概率大，因此，为提高外囊体110的抗冲击性能以及耐磨性能，可以在外囊体110外涂覆耐磨层。 [0043] 进一步的，每个第一环形折痕112处均设置有第一防变形圈200，第一防变形圈200可以设置为金属圆环，第一防变形圈200位于外囊体110内侧，可以与外囊体110采用粘接或缝合连接等方式固定。由于外囊体110的第一环形折痕112处设置有第一防变形圈200，第一防变形圈200为刚性件，不易发生形变，在气囊主体100内部充气加压后，在压力作用下位于第一防变形圈200处的外囊体110不会外向膨胀，从而使外囊体110在压力下始终保持具有多个第一环形折叠部111的结构形态，也即始终保持具有可折叠地功能的结构形态，以适应支护和防冲击场景。 [0044] 可选的，内囊体120采用橡胶材料制成，内囊体120具有一定的弹性形变能力，其弹性形变能力较弱，主要依靠折叠实现体积变化。内囊体120的横截面轮廓为圆形。内囊体120 上设置有多个第二环形折叠部122，多个第二环形折叠部122在内囊体120的轴线上依次排布，从而使内囊体120能够在其轴线上折叠以调节体积。每个第二环形折叠部122均为圆锥形结构，相邻第二环形折叠部122的连接处形成第二环形折痕123，第二环形折痕123为圆圈结构。当外囊体110与内囊体120套接后，多个第一环形折痕112和多个第二环形折痕123一一对应，相对应的第一环形折痕112和第二环形折痕123处于垂直于内囊体120的轴线的同一平面中，也即相对应的第一环形折痕112和第二环形折痕123的同圆心设置。内囊体120和外囊体110的折叠同步性高，差异化小，气囊主体100易于折叠，从而提高防护效果。 [0045] 进一步的，每个第二环形折痕123处均设置有第二防变形圈300，第二防变形圈300可以设置为金属圆环，第二防变形圈300位于内囊体120内侧，可以与内囊体120采用粘接或缝合连接等方式固定。由于内囊体120的第二环形折痕123处设置有第二防变形圈300，第二防变形圈300为刚性件，不易发生形变，在气囊主体100内部充气加压后，在压力作用下位于第二防变形圈300处的内囊体120不会向内收缩，也即内囊体120不易被压扁，从而使内囊体 120在内部压力下始终保持具有多个第二环形折叠部122的结构形态，也即始终保持具有可折叠地功能的结构形态，以适应支护和防冲击场景。 [0046] 应当理解，内囊体120围成中空孔121，中空孔121、内囊体120和外囊体110同轴设置。 [0047] 可选的，第一环形密封板140为圆环形板，第一环形密封板140的中部设有与中空孔121连通的第一圆孔，第一环形密封板140与中空孔121同轴设置。 [0048] 可选的，第二环形密封板150为圆环形板，第二环形密封板150的中部设有与中空孔121连通的第二圆孔，第二环形密封板150与中空孔121同轴设置。 [0049] 需要说明的是，第一环形密封板140和第二环形密封板150可以设置为相同结构，第一环形密封板140和第二环形密封板150的外径不小于外囊体110的直径，第一环形密封板140的内径不大于中空孔121的直径，在满足封堵外囊体110和内囊体120之间的区域的同时，不会影响中空孔121的正常使用。 [0050] 此外，第一环形密封板140与外囊体110以及内囊体120可以采用粘接固定。第二环形密封板150与外囊体110以及内囊体120可以采用粘接固定。 [0051] 请参阅图1，本实施例中，可选的，第一环形密封板140上设置有均与腔室130连通的泄压阀400和充气阀500，泄压阀400设置有阈值，当腔室130中的压力大于泄压阀400的阈值时，气囊主体100内部的流体通过泄压阀400排出，从而减小内部压力，避免气囊主体100 因压力过大而损坏。 [0052] 此外，可以在气囊主体100内部设置压力传感器，泄压阀400和压力传感器均与控制器通信连接，压力传感器用于检测气囊主体100内部压力，且将压力信息传输至控制器，当压力信息大于控制器中设置的阈值时，控制器控制泄压阀400打开，实现泄气降压。 [0053] 且在气囊主体100内部压力小于阈值时，通过充气泵利用充气阀500对气囊主体100充气即可。 [0054] 应当理解，为了实现在短时间内泄压，在第一环形密封板140上设置有多个泄压阀400，多个泄压阀400独立作业且间隔排布在第一环形密封板140上，多个泄压阀400可以同时工作。且由于多个泄压阀400独立设置，每个泄压阀400的作业状态可以独立控制，互不干扰，容错率高，安全性高。 [0055] 本实施例提供的伸缩式中空防护气囊，通过位移来进行支护和防冲击，支护效果好，防冲击效果好，使用安全可靠。 [0056] 本实施例还提供了一种支护防护系统，包括上述实施例提到的伸缩式中空防护气囊，支护防护系统不仅具有良好的支护作用，且能够在受到岩石块的冲击时保持结构的相对稳定，不易被损坏，岩爆防护效果好，安全性高。 [0057] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。