CN102539255A - 一种便携式多测量参数低速冲击试验机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种冲击试验机的安装设备技术领域的便携式低速冲击试验机，包括：支持装置、落重冲击测量组件和防二次冲击装置，落重冲击测量组件设置于支持装置中且与支持装置连接，防二次冲击装置与支持装置连接。与现有技术相比，本发明整体结构简单且便于移动，并且冲击力、冲击速度、反弹速度都可测，适用于大型结构件的低速冲击测试，并可实现冲击过程中试验数据的采集。

Description

一种便携式多测量参数低速冲击试验机
技术领域
本发明涉及一种冲击试验机技术领域的装置，具体是一种可测量多种冲击参数的便携式低速冲击试验机。
背景技术
复合材料层压结构广泛应用在航空结构中，对于冲击载荷却十分敏感，非常容易产生纤维断裂、分层和基体开裂等损伤，从而大大降低结构的承载能力，在航空结构工程中，需要进行大量的含损伤复合结构承载性能测试工作，因而需要进行相应的冲击损伤预制。
根据ASTM测量标准D7136/D7136M-05规定了一类复合材料冲击的落锤试验方法，提出了测量或计算冲击力、冲击能量和反弹速度等物理量的要求，并规定了了试验设备需要有防止二次冲击的功能。目前对于试片级试验件，可采用台式冲击试验机进行测试，而对于大型的复合材料结构，通常由于需要在试验过程中进行测试或者试验件尺寸较大等原因，不便使用台式材料冲击试验机对结构的任意位置进行损伤预制。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种整体结构简单且便于移动，能够实现落锤下落速度、反弹速度和冲击力测试，适用于大型结构件的低速冲击测试，实现冲击过程中试验数据的实时采集的便携式多测量参数低速冲击试验机。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种便携式多测量参数低速冲击试验机，其特征在于，包括：支持装置、落重冲击测量组件和防二次冲击装置，其中：落重冲击测量组件设置于支持装置中且与支持装置连接，防二次冲击装置与支持装置连接。
所述的支持装置包括：导筒和支脚，其中：导筒与支脚固定连接，导筒的底部与防二次冲击装置连接，导筒与落重冲击测量组件连接。
所述的落重冲击测量组件包括：落锤、落锤速度测量装置、冲击头和冲击力测量装置，其中：落锤、冲击力测量装置和冲击头依次串联连接。
所述的落锤速度测量装置包括：光纤传感器支架、光纤传感器和栅格板，其中光纤传感器的发射端和接收端固定在光纤传感器支架上，光纤传感器支架固定在支持装置上，栅格板固定在落锤上；当栅格板随落锤落下，栅格板通过光纤传感器的发射端和接收端之间的过程中，不断地使光纤传感器的光柱切断和接通，产生光信号的变化，通过信号变化的时间差和栅格之间的距离计算出落锤的撞击试验件之前平均速度；当落锤撞击试验件之后发生反弹，栅格板再次通过光纤传感器的光柱，通过产生光信号的变化，计算出落锤反弹的速度。
所述的冲击力测量装置包括：力传感器和传感器接头，其中：力传感器分别与传感器接头和冲击头连接，传感器接头与落锤连接。
所述的防二次冲击装置包括：连接件、防二次冲击锁钩、弹簧和伸缩电磁铁，其中：连接件与支持装置固定连接，防二次冲击锁钩与连接件活动连接，弹簧与连接件固定连接，伸缩电磁铁包括电磁铁底座和电磁铁拉杆，电磁铁底座与连接件固定连接，电磁铁拉杆与防二次冲击锁钩活动连接；当落锤下落前，伸缩电磁铁通电，电磁铁拉杆将防二次冲击锁钩拉起，当落锤下落到底部，落锤上的栅格板挡住光纤传感器的光柱，产生触发信号，通过控制继电器来切断伸缩电磁铁的电源，防二次冲击锁钩在弹簧的作用力下向导筒中心运行，当落锤反弹后，防二次冲击锁钩挡住落锤下落路线，防止了二次冲击。
与现有技术相比，本发明整体结构简单且便于移动，适用于大型结构件的低速冲击测试。本发明的落锤沿导筒向下运动，调整下落高度能够调整冲击能量，本发明利用冲击头从不同高度垂直自由落下，冲击位于其正下方的试件，以达到预制冲击损伤和研究冲击损伤过程的目的。当冲击头接触试验件时，力传感器可测量出冲击头和落锤之间的力的大小。当栅格通过光纤传感器之间时，光纤传感器信号产生变化，根据变化的时间差和栅格的间距即可获得落锤下落和反弹的速度。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明的操作、测量与控制的原理图；
图3为防二次冲击装置工作示意图，其中：图(a)为落锤下落前状态；图(b)为落锤下落时，栅格板触发光纤传感器；然后伸缩式电磁铁释放防二次冲击锁钩，后者在弹簧作用下开始进入导筒；图(c)为冲击试验件后，落锤反弹，防二次冲击锁钩进入导筒，挡住落锤再次下落的路线；图(d)为落锤再次下落后被防二次冲击锁钩拦截。
图中：1-冲击头，2-力传感器，3-力传感器接头，4-落锤，5-防二次冲击锁钩，6-伸缩式电磁铁，7-弹簧，8-连接件，9导筒，10-光纤传感器支架，11-支脚，12-栅格板，13-光纤传感器，14-支持装置，15-冲击测量装置，16-防二次冲击装置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
如图1所示，本实施例便携式低速冲击试验机包括：支持装置14、落重冲击测量组件15和防二次冲击装置16，其中：落重冲击测量组件15设置于支持装置14中且与支持装置14连接，防二次冲击装置16与支持装置14连接。
所述的支持装置14包括：导筒9和支脚11，其中：导筒9与支脚11固定连接，导筒的底部与防二次冲击装置16连接。
所述的落重冲击测量组件15包括：冲击头1、力传感器2、力传感器接头3、落锤4、栅格板12、光纤传感器13和光纤传感器支架10；其中：冲击头1、力传感器2、力传感器接头3和落锤4依次串联连接，栅格板12固定连接在落锤4的底部，落锤4可在导筒9内自由下落，光纤传感器13固定在光纤传感器支架10上，光纤传感器支架10固定在支持装置14的导筒9上；冲击力传感器可实现冲击力的测量；当栅格板随落锤落下，栅格板通过光纤传感器的发射端和接收端之间的过程中，会不断地使光纤传感器的光柱切断和接通，从而产生光信号的变化，利用信号变化的时间差和栅格之间的距离即可计算出落锤的撞击试验件之前平均速度。
所述的防二次冲击装置16包括：防二次冲击锁钩5，伸缩式电磁铁6、弹簧7和连接件8，其中：连接件8与支持装置14的导筒9固定连接，连接件8与防二次冲击锁钩5活动连接，弹簧7与连接件8和防二次冲击锁钩5活动连接。
本装置的实施过程和原理如图2所示：伸缩式电磁铁6通电，防二次冲击锁钩5拉起，提升落锤4至特定高度，释放落锤，落锤落下，栅格板12触发光纤传感器信号，切断伸缩式电磁铁6电源，防二次冲击锁钩5在弹簧7作用力下落下，冲击头1冲击实验件，然后反弹，防二次冲击锁钩5在弹簧7作用力下到达导筒内部，挡住落锤反弹后下落路线，防止了二次冲击。落锤下落反弹的过程中同时测量冲击接触力信号、光纤传感器信号，同时得出落锤下落速度和反弹速度，
本装置的测量原理和防二次冲击原理为：如图3所示，提升落锤4至特定高度获得冲击所需能量，如图3a所示，伸缩式电磁铁6通电，将防二次冲击锁钩拉起；
释放落锤4，落锤4沿导筒9下落，如图3b所示，当栅格板到达光纤传感器时，切断光路，产生触发信号，通过控制电路切断伸缩式电磁铁6的电源，从而防二次冲击锁钩5在弹簧7的作用下向导筒9内部移动；
当冲击头1冲击试验件后，开始反弹，如图3c所示，防二次冲击锁钩5到达导筒9内部，停止运动；力传感器2在此过程中进行冲击接触力的测量。
当落锤4在重力作用下再次下落时，防二次冲击锁钩5挡住其下落路线，如图3d所示，从而防止二次冲击的产生；至此整个冲击过程结束。
在落锤4下落并反弹的过程中，栅格板12通过光纤传感器13，栅格板12不断切断光路，从而使光纤传感器13的信号产生变化，由信号变化的时间间隔和栅格之间的距离即可测量落锤4下落的速度和反弹的速度。

Claims (6)

1.一种便携式多测量参数低速冲击试验机，其特征在于，包括：支持装置、落重冲击测量组件和防二次冲击装置，其中：落重冲击测量组件设置于支持装置中且与支持装置连接，防二次冲击装置与支持装置连接。
2.根据权利要求1所述的一种便携式多测量参数低速冲击试验机，其特征在于，所述的支持装置包括：导筒和支脚，其中：导筒与支脚固定连接，导筒的底部与防二次冲击装置连接，导筒与落重冲击测量组件连接。
3.根据权利要求1所述的一种便携式多测量参数低速冲击试验机，其特征在于，所述的落重冲击测量组件包括：落锤、落锤速度测量装置、冲击头和冲击力测量装置，其中：落锤、冲击力测量装置和冲击头依次串联连接。
4.根据权利要求3所述的一种便携式多测量参数低速冲击试验机，其特征在于，所述的落锤速度测量装置包括：光纤传感器支架、光纤传感器和栅格板，其中光纤传感器的发射端和接收端固定在光纤传感器支架上，光纤传感器支架固定在支持装置上，栅格板固定在落锤上；当栅格板随落锤落下，栅格板通过光纤传感器的发射端和接收端之间的过程中，不断地使光纤传感器的光柱切断和接通，产生光信号的变化，通过信号变化的时间差和栅格之间的距离计算出落锤的撞击试验件之前平均速度；当落锤撞击试验件之后发生反弹，栅格板再次通过光纤传感器的光柱，通过产生光信号的变化，计算出落锤反弹的速度。
5.根据权利要求3所述的一种便携式多测量参数低速冲击试验机，其特征在于，所述的冲击力测量装置包括：力传感器和传感器接头，其中：力传感器分别与传感器接头和冲击头连接，传感器接头与落锤连接。
6.根据权利要求1所述的一种便携式多测量参数低速冲击试验机，其特征在于，所述的防二次冲击装置包括：连接件、防二次冲击锁钩、弹簧和伸缩电磁铁，其中：连接件与支持装置固定连接，防二次冲击锁钩与连接件活动连接，弹簧与连接件固定连接，伸缩电磁铁包括电磁铁底座和电磁铁拉杆，电磁铁底座与连接件固定连接，电磁铁拉杆与防二次冲击锁钩活动连接；当落锤下落前，伸缩电磁铁通电，电磁铁拉杆将防二次冲击锁钩拉起，当落锤下落到底部，落锤上的栅格板挡住光纤传感器的光柱，产生触发信号，通过控制继电器来切断伸缩电磁铁的电源，防二次冲击锁钩在弹簧的作用力下向导筒中心运行，当落锤反弹后，防二次冲击锁钩挡住落锤下落路线，防止了二次冲击。
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