CN102706224B - 一种摩擦载荷加载装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摩擦载荷加载装置，包括泄压部件、连接部件和摩擦部件，所述的摩擦部件包括摩擦筒、两个定位套和阻挡块，两个定位套在摩擦筒的外圆上轴向对称设置，定位套内安装有试样、应变片和应力杆；泄压部件通过连接部件固定于炮管出口端；连接部件的另一端连接摩擦筒；摩擦筒腔体内，在与连接部件相连一端安装有击柱，击柱右侧安装有摩擦柱；摩擦柱与试样无间隙连接；泄压部件、连接部件、摩擦筒同轴设置。能够直接获得试样所承受的摩擦载荷，实现不同大小摩擦力和摩擦功率的加载，原理简单，测量精度高，结构简单，易于加工，成本低廉。

Description

一种摩擦载荷加载装置

技术领域

本发明属于火炸药实验室试验装置技术领域，特别涉及一种摩擦载荷加载装置，适用于模拟弹体装药服役过程所受压缩及冲击载荷加载情况。

技术背景

弹体内部装填有高能炸药，在服役过程中（侵彻、穿甲等），炸药受到惯性冲击，可能发生早炸，达不到预定的技战术指标。因此，装药弹体服役过程中的炸药安全性问题，是武器研制部门关心的重点问题之一。引起炸药早炸的原因目前比较公认的是热点学说，热的产生的途径包括冲击、摩擦等。目前，通过大型落锤加载装置及冲击加载试验回收装置可以模拟弹体装药服役过程所受压缩及冲击载荷加载情况，且已经建立相应的试验规范和标准。而对于模拟弹体装药服役过程摩擦载荷的加载装置却鲜有报道。

事实上，由于弹体材料（通常为钢）与炸药的弹性模量和密度相差较大，弹体在服役过程中，炸药装药和弹壳在强惯性冲击作用下很容易脱开，并伴随有相对振动，从而造成壳体-炸药界面间的强摩擦，摩擦产生的温升使得炸药升温，由于弹体服役过程的瞬时性，炸药温升主要集中在其表面，可近似为薄板热点，从而可能引发弹体的早炸。然而，目前使用的摩擦加载装置主要用于测定炸药本身的摩擦感度，例如GJB772A-97中的摩擦感度实验所用的WM-1型摩擦感度仪由仪器本体、油压机及摆锤三部分组成，限制在两光滑硬表面间的试样，在恒定的挤压应力与外力作用下经受滑动摩擦作用，观测其爆炸概率，表征试样的摩擦感度。但是这些装置并不能测量出摩擦载荷的大小，亦不能模拟弹体装药服役过程中的摩擦载荷。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种能够够模拟弹体装药服役过程摩擦载荷的加载装置，通过该装置能够测得试样所承受的摩擦力及摩擦过程所产生的摩擦功率。

为了实现上述任务，本发明采用如下的技术解决方案：

一种摩擦载荷加载装置，其特征在于，包括泄压部件、连接部件和摩擦部件；

所述摩擦部件包括摩擦筒、两个定位套和阻挡块，其中：

两个定位套在摩擦筒的外圆上轴向对称设置，定位套内安装有试样、应变片和应力杆；

摩擦筒一端与连接部件相连接，另一端连接阻挡块；在摩擦筒的腔体内，在靠近连接部件一端依次安装有击柱和摩擦柱，摩擦柱和阻挡块之间放置有缓冲垫，所述的摩擦柱的外径与定位套内的试样紧密贴合；

所述泄压部件为圆筒，该圆筒通过连接部件固定于炮管的出口端；在圆筒的侧壁圆周方向上开有均匀的圆形泄压孔；

所述连接部件为法兰结构，与炮管上的法兰盘相连接；连接部件一端连接泄压部件，另一端连接摩擦部件的摩擦筒；

泄压部件、连接部件、摩擦筒及阻挡块同轴设置。

本发明的摩擦载荷加载装置，带来的技术效果体现在以下几个方面：

1）应用测量应力杆应变的方法，能够直接获得试样所承受摩擦力的大小及摩擦功率，原理简单、测量精度高。

2）通过调节压紧螺栓，控制试样所受压力，实现不同大小摩擦力和摩擦功率的加载。

3）结构简单，易于加工，成本低，整套装置可以重复利用。

附图说明

图1是本发明的摩擦载荷加载装置结构示意图。

图2是摩擦筒的主视图。

图3是摩擦筒的左视图。

图4是定位套的示意图。

图中的标计分别表示：1、炮管，2、弹丸，3、泄压部件，4、泄压孔、5、连接部件，6、击柱，7、摩擦筒，8、定位套，9、引线孔、10、压紧螺栓，11、应力杆，12、应变片，13、试样，14、摩擦柱，15、缓冲垫，16、阻挡块，17、泄气孔。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

参见图1、图2和图3，本实施例给出一种摩擦载荷加载装置的具体结构，该摩擦载荷加载装置安装在炮管1出口端部，包括泄压部件3、连接部件5和摩擦部件。

本实施例中，摩擦部件包括摩擦筒7、两个定位套8和阻挡块16，其中，两个定位套8在摩擦筒7的外圆上轴向对称设置；定位套8内安装有试样13、应变片12和应力杆11。

摩擦筒7一端与连接部件5相连接，另一端连接阻挡块16。

摩擦筒7为轴向两端带有外螺纹的钢制圆筒，在钢制圆筒侧壁圆周上对称开有两个带螺纹的通孔，钢制圆筒另一端与阻挡块16通过螺纹相连，圆周上的通孔通过螺纹对称连接两个定位套8。

在钢制圆筒的腔体内，在与连接部件5相连一端安装有击柱6、击柱6右侧安装有摩擦柱14和缓冲垫15。击柱6为圆柱体，由连接部件5轴向的台阶通孔定位。

摩擦柱14为棱柱体，通过定位套8内的试样13两侧夹紧定位。摩擦柱14和阻挡块16之间放置缓冲垫15。

泄压部件3为钢制圆筒，钢制圆筒内径与炮管1的内径相等，在钢制圆筒侧壁圆周方向上均匀等分开有4个圆形泄压孔4，该钢制圆筒与炮管1相连接的一端为台阶状，并嵌入炮管1出口处的台阶上，通过连接部件5固定于炮管1出口处。

连接部件5为法兰盘结构，与炮管1上的法兰盘通过螺栓连接，该连接部件5与摩擦筒7相连一侧轴向中间部位有轴向圆台凸起，其轴向中心有一台阶通孔，小孔直径略大于弹丸2的较小外径，大孔直径与摩擦筒7外径相近带有内螺纹，通过内螺纹连接摩擦部件的摩擦筒7。

摩擦筒7的内孔为棱柱形，宽度比摩擦柱14大4mm~6mm。

定位套8是具有中心台阶孔的阶梯式钢制圆筒体，外径小的一端内孔较大且带有外螺纹，用于和摩擦筒7中部的台阶通孔连接，外径大的一端内孔较小且带有内螺纹，用于和压紧螺栓10连接；该内螺纹长度比定位套8较小内孔的长度短5mm~10mm，外径大的圆筒体上对称开有两个引线孔9，用于引出应变片12上的导线。

定位套8内，在远离摩擦筒7的一端依次安装压紧螺栓10、应力杆11、应变片12和试样13。其中，应力杆11为一圆棒，其一端端面上开有凹槽；压紧螺栓10与定位套8上的内螺纹连接，应力杆11一端嵌入定位套8较小的内孔里，开有凹槽的一端与试样13连接。

定位套8、应力杆11和试样13之间的连接需确保紧配合。应变片12轴向对称粘贴于应力杆11靠近试样13的一端，并使应变片12的应变栅垂直于摩擦力方向。

阻挡块16为一台阶孔的圆筒，圆筒的台阶孔上有内螺纹，中心孔为泄气孔17，通过内螺纹与摩擦筒7螺纹连接。

泄压部件3、连接部件5、摩擦筒7、阻挡块16与炮管1同轴设置。

炮管1内还有弹丸2，弹丸2为阶梯式圆柱，弹丸2的较大的外径与炮管1的内径相等，使两者保持滑动配合，较小的外径略小于连接部件5的小孔直径，较小外径一端的长度比连接部件5的小孔长度长3cm-4cm。

本发明的摩擦载荷加载装置工作原理如下：由压缩气体驱动弹丸2沿着炮管1高速飞行，高压气体通过泄压部件3侧壁的泄压孔4进行分流，降低了对连接部件5的冲击作用。通过气炮自身所配测速系统测量弹丸2的撞击速度V。当弹丸2飞过来时，击柱6与弹丸2相撞击，随后获得初速的击柱6与摩擦柱14相撞击。由于试样13与摩擦柱14紧密切合，两者结合面上产生的摩擦力F使得应力杆11发生变形，应变片12记录应力杆11在此摩擦力作用下的动态应变。由应力杆11的动态应变，通过计算便可获得此摩擦力的大小，摩擦功率可由摩擦力F与弹丸撞击速度V的乘积获得。阻挡块16起到了回收摩擦柱14的作用，缓冲垫15起到了缓冲高速撞击对摩擦载荷加载装置冲击的作用，泄气孔17用于排出装置内的剩余高压气体。

用扭矩扳手调节压紧螺母10，改变试样13与摩擦柱14之间的压力，即可实现不同摩擦力和摩擦载荷加载。

本实施例中，当应力杆11一端固定，另一端处于自由状态时，在摩擦力的作用下应力杆将发生变形，通过应力杆的动态应变可以计算得到端面摩擦力F的大小：

$F=\frac{\mathrm{E\π}{d}^3}{32a}\mathrm{\ϵ}\left(t\right)$

式中：F-摩擦力，E-应力杆的弹性模量，d-应力杆的直径；a-应变片到摩擦点距离，ε(t)-应变测量值。

摩擦功率可由摩擦力F与弹丸撞击速度V的乘积获得：

P＝F×V

其中，速度V在试验中由气炮的测速装置获取。

Claims (8)

1.一种摩擦载荷加载装置，其特征在于，包括泄压部件（3）、连接部件（5）和摩擦部件；

所述摩擦部件包括摩擦筒（7）、两个定位套（8）和阻挡块（16），其中：

两个定位套（8）在摩擦筒（7）的外圆上轴向对称设置，定位套（8）内安装有试样（13）、应变片（12）和应力杆（11）；

摩擦筒（7）一端与连接部件（5）相连接，另一端连接阻挡块（16）；在摩擦筒（7）的腔体内，在靠近连接部件（5）一端依次安装有击柱（6）和摩擦柱（14），摩擦柱（14）和阻挡块（16）之间放置有缓冲垫（15），所述的摩擦柱（14）的外径与定位套（8）内的试样（13）紧密贴合；

所述泄压部件（3）为圆筒，该圆筒通过连接部件（5）固定于炮管（1）的出口端；在圆筒的侧壁圆周方向上开有均匀的圆形泄压孔；

所述连接部件（5）为法兰盘结构，与炮管（1）上的法兰盘相连接；连接部件（5）一端连接泄压部件（3），另一端连接摩擦部件的摩擦筒（7）；

泄压部件（3）、连接部件（5）、摩擦筒（7）及阻挡块（16）同轴设置。

2.如权利要求1所述的摩擦载荷加载装置，其特征在于，所述缓冲垫（15）为橡胶制成的带有轴向中心圆孔的棱柱体。

3.如权利要求1所述的摩擦载荷加载装置，其特征在于，所述阻挡块（16）为中心孔为台阶孔的圆筒，大孔带有内螺纹，通过内螺纹与摩擦筒（7）螺纹连接。

4.如权利要求1所述的摩擦载荷加载装置，其特征在于，所述泄压部件（3）上的圆筒为钢制圆筒，其内径与炮管（1）的内径相等，在钢制圆筒的侧壁圆周方向上均匀等分开有4个圆形泄压孔（4）。

5.如权利要求1所述的摩擦载荷加载装置，其特征在于，所述摩擦筒（7）的内孔为棱柱形，宽度比摩擦柱（14）大4mm～6mm。

6.如权利要求1所述的摩擦载荷加载装置，其特征在于，所述炮管（1）内还有弹丸（2），所述弹丸（2）为阶梯式圆柱，较大的外径与炮管（1）的内径相等，两者保持滑动配合，较小的外径略小于连接部件（5）的小孔直径，较小外径一端的长度比连接部件（5）的小孔长度长3cm～4cm。

7.如权利要求1所述的摩擦载荷加载装置，其特征在于，所述连接部件（5）与摩擦筒（7）相连一侧轴向中间部位有轴向圆台凸起，其轴向中心有一台阶通孔，小孔直径略大于弹丸（2）的较小外径，大孔直径与摩擦筒（7）外径相近且带有内螺纹。

8.如权利要求1所述的摩擦载荷加载装置，其特征在于，所述定位套（8）为具有中心台阶孔的阶梯式钢制圆筒，该钢制圆筒的筒体上对称开有两个引线孔（9），用于引出应变片（12）上的导线。

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