CN101769818B - 气液伺服式水平冲击试验机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种气液伺服式水平冲击试验机，主要包括水平直线导轨以及试验台，试验台座落在直线导轨上，构成水平直线导轨运动的试验车结构；所述试验台底部安装有滑块，试验台和导轨之间通过滑块接触；试验台沿直线导轨方向的一侧与发射气缸的活塞杆前端连接，相反侧与制动液压缸的活塞杆连接，所述发射气缸的驱动腔和气垫腔通过管道与高压储气罐连接，高压储气罐通过管道连接压缩机。试验机的制动力控制和试验机的驱动力计算由嵌入式控制器控制，上位机通过以太网与嵌入式控制器连接。本发明测试形式简单，能够提高系统的智能性、准确性；冲击脉冲模拟精度高，自动化程度高，维护方便，操作简单。

Description

气液伺服式水平冲击试验机

技术领域

本发明涉及一种冲击试验机，尤其是一种气液伺服式水平冲击试验机。

背景技术

电子元器件和设备在冲击环境下工作的可靠性越来越受到用户的重视。电子元器件、设备和其他电工电子产品(以下简称样品)，这些样品在运输期间或使用中可能经受到的非重复性冲击效应。冲击试验可作为确定样品在结构强度方面的满意设计的一种方法，或作为质量控制的手段。国家标准GB/T2423.5-1995，GB/T 2423.6-1995，国际标准IEC 68-2-29等标准规定的冲击源激励有半正弦波、后峰锯齿波、梯形波，样品在此严酷条件下能否经受住冲击。

冲击试验机的发展大致经历了三个阶段。第一阶段是早期以橡胶、毡垫、弹簧作力脉冲成型器的机械式冲击试验机。这类冲击试验机的自动化程度往往较低，只能产生单一波形。第二阶段则是以自动控制理论的发展为基础，使用特制材料与液压或气动控制结合为特征的力脉冲发生器为缓冲器，不同的脉冲发生器对应不同的波形。第三阶段是随着计算机和集成电子技术的发展，以能在一台缓冲器上产生多种力脉冲波形的缓冲化脉冲器为特征，并辅以高度自动化控制以及数据分析设备的新型冲击试验台。国家专利ZL200510041463.3《直线加速度和冲击试验机》采用弹力绳的储存拉力作为试验车的动力，多次试验，弹力绳会发生弹性疲劳，弹性系数会发生改变，影响试验精度；另外试验车的制动力和试验车的正向拉力之间相互独立，没有形成闭环控制，也降低了试验结果的准确性。开发高度自动化控制的气液伺服式冲击台已经成为今后发展的重要方向。为适应高精度水平冲击试验要求，本发明设计了一种气压驱动、液压制动伺服式水平冲击试验台，驱动力和液压制动力闭环控制，冲击速度快、精度高、而且冲击波形可以很方便地自动控制，提高冲击波形准确度和重复性，极大提高试验效率。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种气液伺服式冲击试验机，满足各类产品冲击波形测试的要求，特别能满足细长产品在其长度方向的冲击试验，实现加速度水平冲击波形高精度模拟，满足产品水平冲击试验的要求。

按照本发明提供的技术方案，所述气液伺服式水平冲击试验机包括水平直线导轨以及试验台，试验台座落在直线导轨上，构成水平直线导轨运动的试验车结构；所述试验台底部安装有滑块，试验台和导轨之间通过滑块接触；试验台沿直线导轨方向的一侧与发射气缸的活塞杆前端连接，相反侧与制动液压缸的活塞杆连接，所述发射气缸的驱动腔和气垫腔通过管道与高压储气罐连接，高压储气罐通过管道连接压缩机。

在所述发射气缸的驱动腔内设有第一气体压力传感器，气垫腔内设有第二气体压力传感器；在所述制动液压缸的制动驱动腔内设有第一液体压力传感器，缓冲腔内设有第二液体压力传感器；在试验台上设有加速度传感器；制动液压缸的制动驱动腔和缓冲腔通过电液伺服阀与液压源连接，高压储气罐与所述发射气缸的驱动腔、气垫腔之间连接有气动伺服阀；所述第一气体压力传感器、第二气体压力传感器、第一液体压力传感器、第二液体压力传感器、加速度传感器的输出连接嵌入式控制器，电液伺服阀和气动伺服阀的控制端连接所述嵌入式控制器，嵌入式控制器与上位计算机连接。

所述制动液压缸采用双作用液压缸。所述发射气缸采用双作用高压气缸。

所述水平直线导轨下部固定在轨基上，导轨上部直角端面与滑块的直角端面吻合。作为一种优选方案：所述水平直线导轨包括两根平行的工字钢，工字钢下部固定在整体混凝土结构上，所述滑块包括一个水平面和一个竖直面，滑块的水平面顶面支撑试验台重量，水平面底面与钢轨接触作水平滑行，滑块的竖直面外侧与导轨的内侧面接触，起水平导向作用。所述滑块为石墨材料构成。

本发明的优点是：测试形式简单，能够提高系统的测试精度，自动化程度高；可以实现可重复的、获取高精度的冲击波形，可以清晰地反映各类产品，如电子元器件，在运输过程中的能量吸收，载荷分布以及结构抗撞/变形等特性，可模拟其在冲击环境下工作的可靠性。

附图说明

图1为本发明系统结构框图。

图2为本发明试验台与导轨的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明所述试验机主要包括：

气动系统，其中包括压缩机1，高压储气罐2，气动伺服阀3，发射气缸4、气动活塞杆5，发射气缸4的驱动腔内的第一气体压力传感器6，发射气缸4的气垫腔内的第二气体压力传感器7；

制动系统，其中包括液压源8、制动液压缸9，液压活塞杆10，三位四通电液伺服阀11，制动液压缸9的制动驱动腔内的第一液体压力传感器12，制动液压缸9的缓冲腔内的第二液体压力传感器13；

控制系统，其中包括嵌入式控制器14，通过以太网连接上位计算机15；

试验台系统，包括导轨16，试验台17，试验台加速度传感器18。

上位计算机15是使用Windows操作系统的计算机，该计算机主要完成编程、人机交互界面、数据分析及处理功能，输入冲击加速度脉冲参数。嵌入式控制器14负责硬件管理、数据采集分析，硬件控制。上位计算机15和嵌入式控制器14之间通过TCP/IP协议进行通讯。

如图2，试验台17下固定直角型的石墨滑块22，水平直线导轨16包括两根平行的工字钢，工字钢下部固定在整体混凝土结构上，所述石墨滑块22包括一个水平面和一个竖直面，石墨滑块22的水平面顶面支撑试验台重量，水平面底面与钢轨接触作水平滑行，石墨滑块22的竖直面外侧与导轨16的内侧面接触，起水平导向作用。试验台上可固定待试验的样品。

1.本发明的工作原理：

压缩机1产生高压空气，压缩空气被储存到高压储气罐2，高压储气罐2中的高压气体分别经过气动伺服阀3进入发射气缸4驱动腔(高压)和气垫腔(低压)，驱动腔中的高压气体推动活塞，试验台17左侧与活塞杆5端部接触。根据牛顿第一定律F＝ma，F是发射气缸4驱动力和液压缸9制动力的合力，m是试验台17和被测样品的总质量，a是试验台17的加速度。发射气缸4驱动力大于液压缸9制动力时，试验台17加速；随后，液压缸9制动力逐渐加大，发射气缸4驱动力逐渐变小；当制动力等于发射气缸4驱动力时，试验台17加速度等于零，完成加速度脉冲冲击曲线。

试验过程中，嵌入式控制器14发出制动信号后，结合采集到的试验台17加速度信号，与预先设定的目标加速度曲线比较，如果实际加速度高于预设加速度，则控制电液伺服阀11，使液压缸9的制动驱动腔压力增加，缓冲腔压力降低；如果低于预设加速度，则控制电液伺服阀11，使液压缸9的制动驱动腔压力降低，缓冲腔压力增加。当试验完毕，控制电液伺服阀11，使液压活塞杆10退回。

制动液压缸9的制动直接作用于试验台17，“液压制动”通过吸收气动驱动力的动能来控制作用于试验台17的动能。嵌入式控制器14控制电液伺服阀11来控制液压制动力。与此同时，嵌入式控制器14实时检测气缸4活塞两侧的气压，计算得到活塞杆10上的实际推力。嵌入式控制器14以预先输入的加速度脉冲曲线为控制目标，计算在气缸推动力作用下获得目标加速度所需的液压制动力。为保证加速度控制的精确性，本试验机设置了一个反馈环节：在试验台上的加速度传感器18实时检测试验台17实际加速度并反馈到嵌入式控制器14，经过反馈控制，试验机的执行精度达到相当高的水平。每次试验，经过1～2次系统自我学习，自我修正控制参数，加速度均方根误差可小于10m/s²。嵌入式控制器14将系统的状态数据通过TCP/IP协议传递到上位计算机15，发射气缸4的驱动压力和气垫压力变化曲线、试验台17的加速度曲线在上位计算机15中实时显示。

2.液压制动装置是由1个液压缸12组成，液压缸12的活塞在液压油的作用下向外伸出，活塞杆10给试验台17制动力，制动的大小于液压油的压力成正比，液压油的压力大小通过改变电液伺服阀11的开关时间来实时调节。

3.试验台17和导轨之间的接触是通过滑动摩擦实现的。试验台17下通过连接件23安装两组直角形滑块22，滑块22是石墨材料构成，滑块在22根平行的钢轨上滑动，起到支撑试验台17和传动的作用。

由于上述技术方案的应用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：

1、本发明采用嵌入式控制器，采用加速度闭环控制回路，被控制量——试验台加速度对于外部或内部扰动所引起的误差能够自动纠正，可精确控制加速度波形，自动化控制程度高，完全满足产品水平冲击测试的要求。

2、本发明采用石墨滑动摩擦，没有采用滚轮式支撑试验台，可靠性更好，也不需要在钢轨上施加润滑油，维护和使用更简单。

3、采用高频电液伺服阀，动态响应能力强，使得冲击试验在加速、冲击缓冲、系统复位，连续试验等方面具有很好的可控性。

4、由于高压液压油的可压缩性极小，系统刚性好，具有很小的时间常数，可提供很大的加速度，运行平稳，可实现连续轨迹控制。

5、采用压缩空气作为动力源，试验成本低，高压空气储存在高压储气罐中，易于向发射缸快速充气，减少试验准备时间，能迅速用储气罐中的高压气体进行后续试验。

6、本发明采用嵌入式控制器和上位机构成双层控制结构，操作系统和控制系统隔离，避免系统不稳定和系统延迟现象的发生。嵌入式控制器向空气阀、液压阀发出控制指令，并且实时接收加速度传感器的信号，通过闭环形式控制加速度。上位计算机的功能是监控系统状态、设置控制参数，上位计算机和嵌入式控制器通过TCP/IP协议进行通讯。

Claims (7)

1.气液伺服式水平冲击试验机，包括水平直线导轨(16)以及试验台(17)，试验台(17)座落在水平直线导轨(16)上，构成水平直线导轨运动的试验车结构，其特征是：所述试验台(17)底部安装有滑块(22)，试验台(17)和水平直线导轨(16)之间通过滑块(22)接触；试验台(17)沿水平直线导轨(16)方向的一侧与发射气缸(4)的活塞杆(5)前端连接，相反侧与制动液压缸(9)的活塞杆(10)连接，所述发射气缸(4)的驱动腔和气垫腔通过管道与高压储气罐(2)连接，高压储气罐(2)通过管道连接压缩机(1)。

2.如权利要求1所述的气液伺服式水平冲击试验机，其特征是在所述发射气缸(4)的驱动腔内设有第一气体压力传感器(6)，气垫腔内设有第二气体压力传感器(7)；在所述制动液压缸(9)的制动驱动腔内设有第一液体压力传感器(12)，缓冲腔内设有第二液体压力传感器(13)；在试验台(17)上设有加速度传感器(18)；制动液压缸(9)的制动驱动腔和缓冲腔通过电液伺服阀(11)与液压源(8)连接，高压储气罐(2)与所述发射气缸(4)的驱动腔、气垫腔之间连接有气动伺服阀(3)；所述第一气体压力传感器(6)、第二气体压力传感器(7)、第一液体压力传感器(12)、第二液体压力传感器(13)、加速度传感器(18)的输出连接嵌入式控制器(14)，电液伺服阀(11)和气动伺服阀(3)的控制端连接所述嵌入式控制器(14)，嵌入式控制器(14)与上位计算机(15)连接。

3.如权利要求1所述的气液伺服式水平冲击试验机，其特征是所述制动液压缸(9)采用双作用液压缸。

4.如权利要求1所述的气液伺服式水平冲击试验机，其特征是所述发射气缸(4)采用双作用高压气缸。

5.如权利要求1所述的气液伺服式水平冲击试验机，其特征是所述水平直线导轨(16)下部固定在轨基(21)上，水平直线导轨(16)上部直角端面与滑块(22)的直角端面吻合。

6.如权利要求5所述的气液伺服式水平冲击试验机，其特征是所述水平直线导轨(16)包括两根平行的工字钢，工字钢下部固定在整体混凝土结构上，所述滑块(22)包括一个水平面和一个竖直面，滑块(22)的水平面顶面支撑试验台重量，水平面底面与水平直线导轨(16)接触作水平滑行，滑块(22)的竖直面外侧与水平直线导轨(16)的内侧面接触，起水平导向作用。

7.如权利要求5或6所述的气液伺服式水平冲击试验机，其特征是在所述滑块(22)为石墨材料构成。

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