CN102879163A - 冲击试验机及冲击试验方法 - Google Patents

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翟迪刚
文光明
刘愿旺
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Abstract

一种冲击试验机，包括冲击装置及控制系统，所述冲击装置包括承载台、撞击垫、缓冲垫及升降机构，撞击垫设于承载台上并与缓冲垫相对，升降机构与承载台连接，所述控制系统包括主控制器，主控制器包括转换模块及控制模块，所述转换模块用于根据冲击试验机需要测得的冲击参数的数值，计算得出冲击装置需要设置的参数的数值，所述控制模块根据转换模块计算出的需要设置的参数的数值控制升降机构，进而通过升降机构带动承载台上下移动。本发明还提供一种冲击试验方法，该冲击试验方法具有较高的工作效率，提供了冲击试验机的使用寿命。

Description

冲击试验机及冲击试验方法
技术领域
本发明涉及一种冲击试验机及其使用方法，尤其涉及一种对便携式电子装置进行冲击试验的冲击试验机及其使用方法。
背景技术
便携式电子装置在生产制造完成后，一般会抽样进行冲击试验以验证其组装质量。现有的一种冲击试验机包括承载台、撞击垫、缓冲垫及升降机构。所述承载台用于承载待测试的产品，撞击垫及缓冲垫均采用弹性材料制成，撞击垫设于承载台一侧，缓冲垫与缓冲垫相对设置，升降机构在控制系统的控制下带动承载台升降。在进行测试的时候，需要选择不同的撞击垫和缓冲垫，并调整二者之间的高度差以在进行冲击试验的时候获得对应的加速度、驻留时间等参数。
目前，对上述的设置参数的调试方法一般是由操作人员按照经验先选定一定型号的撞击垫、缓冲垫及确定二者之间的高度差，然后利用撞击垫撞击缓冲垫，再查看撞击得到的冲击参数是否符合要求，若不符合要求，则更换其他型号的撞击垫、缓冲垫或调整二者之间的高度差，直至得到符合要求的冲击参数。
然而，操作人员采用上述方法进行冲击试验机的调试时，由于仅以个人经验估测适当的参数(例如上述的撞击垫、缓冲垫的型号及二者之间的高度差)一般需要多次反复试验，这样往往需要大量的调试时间，不仅影响了工作效率，还导致冲击试验机被过度使用，降低了冲击试验机的使用寿命。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种能提高工作效率的冲击试验机。
另，还有必要提供一种应用所述冲击试验机进行冲击试验的方法。
一种冲击试验机，包括冲击装置及控制系统，所述冲击装置包括承载台、撞击垫、缓冲垫及升降机构，撞击垫设于承载台上并与缓冲垫相对，升降机构与承载台连接，所述控制系统包括主控制器，主控制器包括转换模块及控制模块，所述转换模块用于根据冲击试验机需要测得的冲击参数的数值，计算得出冲击装置需要设置的参数的数值，所述控制模块根据转换模块计算出的需要设置的参数的数值控制升降机构，进而通过升降机构带动承载台上下移动。
一种冲击试验方法，包括如下步骤：输入一组需要预先测得的冲击参数的数值，该参数值包括撞击垫撞击缓冲垫后承载台的下降加速度和/或撞击垫驻留在缓冲垫上的驻留时间；转换模块根据所述撞击垫撞击缓冲垫后承载台的下降加速度和/或撞击垫驻留在缓冲垫上的驻留时间，计算得出所述撞击垫与缓冲垫的高度差；控制模块根据计算所得的撞击垫与缓冲垫的高度差控制升降机构；升降机构调节承载台的高度，并带动撞击垫撞击缓冲垫。
所述的冲击试验机通过转换模块根据冲击试验机需要测得的冲击参数的数值直接计算得出冲击装置需要设置的参数数值，再通过控制模块根据所述需要设置的参数的数值来对冲击装置进行相应设置。如此，可以无需对冲击试验机进行多次调机即可方便地冲击得到所希望获得的冲击数值，因此，能有效提高冲击试验机的工作效率及使用寿命。
附图说明
图1为本发明较佳实施方式的冲击试验机的冲击装置的立体图。
图2为图1冲击试验机的冲击装置和控制系统的系统框图。
主要元件符号说明
冲击试验机 100
冲击装置 10
底座 11
定位块 111
滑杆 12
承载台 13
升降机构 14
撞击垫 15
缓冲垫 16
控制系统 30
传感器 31
人机界面 33
主控制器 35
转换模块 351
控制模块 353
产品 200
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1及图2，本发明较佳实施方式的冲击试验机100包括冲击装置10及电性连接至该冲击装置10的控制系统30。
冲击装置10包括底座11、滑杆12、承载台13、升降机构14、撞击垫15及缓冲垫16。该底座11上设置一定位块111，用于定位缓冲垫16。在本实施例中，该滑杆12的数量为二个，该二个滑杆12平行地竖直安装于底座11上。该承载台13用于承载待进行冲击试验的产品200，如电子装置。该承载台13穿过滑杆12并沿滑杆12滑动，以靠近或远离底座11。该升降机构14与承载台13固定连接，用以在控制系统30的控制下控制承载台13升降。该撞击垫15及缓冲垫16均采用弹性材料制成，该撞击垫15设于承载台13相对底座11的一侧，缓冲垫16定位于定位块111上，并正对撞击垫15。
当升降机构14将承载台13升调至一定高度（撞击垫15和缓冲垫16之间的高度差标记为H）后，释放承载台13，撞击垫15随承载台13一起做自由落体运动，直至撞击缓冲垫16。此时，缓冲垫16被压缩，撞击垫15在缓冲垫16上驻留一段时间（驻留时间标记为D）后，与承载台13一起被缓冲垫16反弹。
控制系统30包括传感器31、人机界面33及主控制器35。在本实施例中，传感器31设置于承载台13面向底座11的一侧，用于在撞击垫15撞击缓冲垫16后，测量承载台13的下降加速度（A）及缓冲垫16的压缩位移（u）。可以理解，该传感器31也可设置于底座11的定位块111上。同时该传感器31将采集到的信息转换为模拟信号后传送至主控制器35。该人机界面33用于供操作者输入该冲击试验机100所需要测得的冲击参数的数值，例如加速度(A)及驻留时间（D）等。
主控制器35包括相互电性连接的转换模块351及控制模块353。转换模块351用于接收由人机界面33输入的参数值，计算得出冲击装置10需要设置的参数值，如撞击垫15和缓冲垫16之间的高度差H。该转换模块351还用于接收由传感器31传送的模拟信号，并将该模拟信号转化为数字信号后传送至人机界面33。该控制模块353用于根据转换模块351计算得出的需要设置的参数值对冲击装置10进行相应设置，以通过控制升降机构14调节承载台13的高度。
可以理解，人机界面33还可用于供操作者直接输入冲击装置10需要设置的参数值，例如，操作者可以直接于人机界面33输入撞击垫15和缓冲垫16之间的高度差。如此，控制模块353则直接根据操作者输入的跌落高度来控制升降机构14调节承载台13的高度。
下面介绍所述转换模块351计算撞击垫15和缓冲垫16之间的高度差H的方法。
由牛顿第二定律作用力等于反作用力可得公式一：
其中，M为承载台13、升降机构14及撞击垫15之总重量，A为撞击垫15撞击缓冲垫16后传感器31采集到的承载台13的下降加速度，F（u）为缓冲垫16的弹性恢复力，u为传感器31采集到的缓冲垫16的压缩位移。
同时依据现有技术获得缓冲垫16的弹性恢复力公式二：
Figure 2011101954600100002DEST_PATH_IMAGE002
其中，k为线性恢复力系数，ku为线性恢复力，β为非线性恢复力系数，
Figure 2011101954600100002DEST_PATH_IMAGE003
为非线性恢复力。
将公式二带入公式一中可得公式三：
Figure 2011101954600100002DEST_PATH_IMAGE004
对缓冲垫16的压缩位移u进行求导可得，，此表示在驻留时间D=0时，缓冲垫16的初始速度为
Figure 2011101954600100002DEST_PATH_IMAGE006
。
然后，选取一撞击垫15和一缓冲垫16分别安装于承载台13和定位块111上，并在撞击垫15和缓冲垫16之间的高度差为H1时进行冲击试验，以通过传感器31和转换模块351获取一组承载台13的下降加速度A1和缓冲垫16的压缩位移u1；重新在撞击垫15和缓冲垫16之间的高度差为H2时进行冲击试验，获取另一组承载台13的下降加速度A2和缓冲垫16的压缩位移u2。将此二组数值分别带入公式三得如下方程组：
Figure 2011101954600100002DEST_PATH_IMAGE008
由于M为定值，故通过求解上述方程组可获得k和β的数值。最后，将k和β的数值带入公式三中，并结合
Figure 601722DEST_PATH_IMAGE005
，利用Matlab软件模拟出撞击垫15和缓冲垫16之间的高度差H为其他数值时，承载台13的下降加速度A与撞击垫15的驻留时间D的函数曲线，在本实施例中该函数曲线为正弦波。同时该承载台13的下降加速度A、撞击垫15的驻留时间D与撞击垫15和缓冲垫16之间的高度差H之间的对应关系被保存在转换模块351中，以便转换模块351换算。可以理解，由于不同的撞击垫15和缓冲垫16具有不同的高度和质量，因此该转换模块351还可存储不同的撞击垫15和缓冲垫16的组合方式。
当使用者在人机界面33输入冲击参数的数值（例如加速度A为60G，驻留时间D为11ms）时，转换模块351直接通过已存储的承载台13的下降加速度A、撞击垫15的驻留时间D与撞击垫15和缓冲垫16之间的高度差H之间的对应关系换算出冲击装置10需要设置的参数值，即不同的撞击垫15和缓冲垫16的组合方式和/或撞击垫15和缓冲垫16的高度差H。显然通过该冲击试验机和方法，操作人员无需多次调试即可得到适当的冲击参数的数值，节省了调试时间。
本发明的冲击试验机100通过转换模块351根据冲击试验机100的冲击参数的数值直接计算得出冲击装置10所需调节的设置参数的数值，再通过控制模块353根据所述设置参数的数值来对冲击装置10进行相应设置。如此，在对产品进行冲击实验时无需对冲击试验机100进行多次调试即可方便地冲击得到所希望获得的冲击参数值，因此，能有效提高冲击试验机100的工作效率及延长冲击试验机100的使用寿命。

Claims (9)

1.一种冲击试验机，包括冲击装置及控制系统，所述冲击装置包括承载台、撞击垫、缓冲垫及升降机构，该撞击垫及缓冲垫均采用弹性材料制成，撞击垫设于承载台上并与缓冲垫相对，升降机构与承载台连接，其特征在于：所述控制系统包括主控制器，主控制器包括转换模块及控制模块，所述转换模块用于根据冲击试验机需要测得的冲击参数的数值，计算得出冲击装置需要设置的参数的数值，所述控制模块根据转换模块计算出的需要设置的参数的数值控制升降机构，进而通过升降机构带动承载台上下移动。
2.如权利要求1所述的冲击试验机，其特征在于：所述冲击试验机需要测得的冲击参数为撞击垫撞击缓冲垫后承载台的下降加速度和撞击垫驻留在缓冲垫上的驻留时间中的至少一个，所述冲击装置需要设置的参数的数值为撞击垫与缓冲垫的组合方式和二者高度差中的至少一个。
3.如权利要求1所述的冲击试验机，其特征在于：所述控制系统包括传感器，该传感器设于承载台上，用于采集撞击垫撞击缓冲垫后承载台的下降加速度及缓冲垫的压缩位移，并将采集到的信息转换为模拟信号后传送至转换模块。
4.如权利要求3所述的冲击试验机，其特征在于：所述控制系统还包括人机界面，所述转换模块接收由传感器传送的模拟信号，并将该模拟信号转化为数字信号后传送至人机界面。
5.如权利要求4所述的冲击试验机，其特征在于：所述人机界面用于输入冲击试验机需要测得的冲击参数的数值。
6.如权利要求1所述的冲击试验机，其特征在于：所述冲击装置还包括底座，底座上设置定位块，所述缓冲垫定位于底座上。
7.如权利要求6所述的冲击试验机，其特征在于：所述冲击装置还包括滑杆，所述滑杆安装于底座上，承载台穿过滑杆并沿滑杆滑动，以靠近或远离底座。
8.一种利用权利要求1所述的冲击试验机进行冲击试验的方法，该冲击试验方法包括如下步骤：
输入一组需要预先测得的冲击参数的数值，该参数值包括撞击垫撞击缓冲垫后承载台的下降加速度和/或撞击垫驻留在缓冲垫上的驻留时间；
转换模块根据所述撞击垫撞击缓冲垫后承载台的下降加速度和/或撞击垫驻留在缓冲垫上的驻留时间，计算得出所述撞击垫与缓冲垫的高度差；
控制模块根据计算所得的撞击垫与缓冲垫的高度差控制升降机构；
升降机构调节承载台的高度，并带动撞击垫撞击缓冲垫。
9.如权利要求8所述的冲击试验方法，其特征在于：所述转换模块通过公式来计算所述撞击垫与缓冲垫的高度差，该公式为
Figure 2011101954600100001DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 2011101954600100001DEST_PATH_IMAGE002
其中，为承载台、升降机构及撞击垫之总重量，A为撞击垫撞击缓冲垫后承载台的下降加速度，u为缓冲垫的压缩位移，k为缓冲垫的线性恢复力系数，ku为线性恢复力，β为缓冲垫的非线性恢复力系数，
Figure 2011101954600100001DEST_PATH_IMAGE003
为非线性恢复力，
Figure 2011101954600100001DEST_PATH_IMAGE004
为当驻留时间D=0时，缓冲垫的初始速度，g为自由落体加速度，H为撞击垫与缓冲垫的高度差。
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