CN104215530A - 一种落锤式水平及竖向冲击试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明所述一种落锤式水平及竖向冲击试验装置，包括竖向落锤装置、竖向导轨、水平碰撞车、水平引向轨道和夹具等。落锤可以单独将其提升至指定高度，然后由落锤本身作为撞击体，实现对试验试样的竖向冲击试验，也可以通过牵引绳索将落锤与在水平引向轨道上的水平碰撞车相连，提升绳索将落锤提升至某一高度后将其释放，落锤通过牵引绳索实现对水平碰撞车的牵引加速，水平车在撞击试样前，牵引绳索与水平碰撞车分离，然后单独由水平碰撞车实现对测试件的自由水平冲击加载。用于水平和竖向冲击试验的能量，均由落锤重力势能提供。具有安全、可靠、可控性好、重复性好、原理及装置简单、无电噪音信号干扰、易推广等诸多优点。

Description

一种落锤式水平及竖向冲击试验装置

技术领域

本发明属于冲击试验技术领域，具体地说，涉及一种落锤式水平及竖向冲击试验装置。

背景技术

近年来，随着国内国民经济的高速增长，内河航运事业发展迅速，内河航运交通变得十分繁忙，以致水上桥梁被撞事件频频发生，其中最典型的事故是2007年广东九江大桥被撞事故，事故中直接损失2千多万。

冲击强度或称冲击韧性是材料重要的力学性能之一，用来衡量材料的抗冲击能力及韧性程度。

在土木工程领域中，材料及结构在冲击载荷下的力学响应与静载荷下的力学响应有着显著不同的特征，在工程等实际问题中，冲击会带来严重的破坏性。冲击所涉及的问题十分广泛(如：冲击载荷下的力学响应特征是建立动力本构关系、力学分析与合理进行工程设计的基础，也是各种模拟仿真技术中材料模型及材料属性数据依据)，因此，材料及结构在冲击载荷下的物理力学行为试验已经成为土木工程不可缺少的技术手段，并越来越受到高度重视与亟待进一步发展的基本试验。

目前冲击试验的种类有如下几种基本类型：

1、空气炮法，即利用气压的压差原理实现放炮。该方法由于需要的气压源气压相当高，通常民用试验室难以实现。

2、飞轮或旋转盘的冲击法。针对土木工程领域的冲击力试验，该方法所能提供的速度及加速度也远远不足。

3、化学炸药爆炸法。该方法能提供的冲击力较大，但由于具有安全隐患，通常难以获得批准。

4、气枪式法(包括：气动式(pneumatic))。该方法与化学炸药爆炸法相似，当气枪冲击力够大时，该方法存在较大的安全隐患；但当气枪的使用在安全范围内时，其速度及加速度较小，使得冲击力往往达不到要求。

5、电磁发射器(包括轨道炮、线圈炮----线圈型电磁发射器、重接炮)。目前，该方法的使用要么的在对场地规模有一定要求的军事系统中实现，要么针对是一些冲击体为较小质量、冲击能量及速度较低的情况实现。

发明内容

本发明克服了现有技术中的缺点，提供一种落锤式水平及竖向冲击试验装置，为桥梁、建筑、防护等工程结构冲击设计、评估、检测乃至耐冲击材料研发，提供了公共试验平台。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种落锤式水平及竖向冲击试验装置，包括竖向落锤装置、可实现落锤做自由落体运动的竖向导轨、水平碰撞车、水平引向轨道和用于固定测试件的夹具，所述竖向落锤装置的顶部设有双槽滑轮，所述双槽滑轮上分设有提升绳索和牵引绳索，所述提升绳索和牵引绳索均连接落锤，所述落锤在所述提升绳索和牵引绳索牵引下竖直移动，所述牵引绳索的另一端牵引所述水平碰撞车在所述水平引向轨道上运动，所述水平引向轨道远离所述竖向落锤装置的一端设置所述夹具，所述水平引向轨道靠近夹具的一端设置反向座，连接所述双槽滑轮的牵引绳索绕过所述反向座连接所述水平碰撞车，所述牵引绳索和所述水平碰撞车之间设有分离装置。

进一步，所述提升绳索通过夹持装置连接落锤。

进一步，所述牵引绳索通过快速连接头连接落锤。

进一步，对应所述测试件冲击点设有高速摄影机。

进一步，所述夹具设有高度可调的承台底座，所述夹具包括横梁，所述横梁对应所述承台底座设有用于固定所述测试件上端的液压加载装置。

进一步，所述横梁和液压加载装置之间设置一维运动限位装置。

进一步，所述一维运动限位装置包括一固定于所述横梁的固定块，所述固定块内设有若干横向滚柱，所述液压加载装置的上端设有固定件，所述固定件固定于所述固定块和横向滚柱之间。

进一步，所述夹具对应所述测试件设有位移计。

进一步，测试件通过螺栓固定于所述夹具的承台底座。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明所述一种落锤式水平及竖向冲击试验装置，落锤可以单独将其提升至指定高度，由其自身重力作用完成近自由落体竖向加速，然后由落锤本身作为撞击体，实现对试验试样的竖向冲击试验，也可以通过牵引绳索将落锤与放置在水平引向轨道上的水平碰撞车相连，提升绳索将落锤提升至某一高度后将其释放，由于落锤的重力作用，通过牵引绳索实现对落锤及水平碰撞车的共同加速，水平车在撞击试样前，装置将牵引绳索与水平碰撞车分离，然后单独由水平碰撞车实现对试验试样的自由水平冲击加载。

还可以将落锤提升至某一高度后将其释放，同时实现水平冲击试验和竖直冲击试验，实现一次提升，水平冲击试验和竖直冲击试验都可以得到准确的数据，提高了工作效率，节约了成本。

用于水平和竖向冲击试验的能量，均由落锤重力势能提供，具有安全、可靠、可控性好、重复性好、原理及装置简单、无电噪音信号干扰、易推广等诸多优点。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制，在附图中：

图1是本发明所述一种落锤式水平及竖向冲击试验装置的结构示意图；

图2是夹具的结构示意图。

图中，1——竖向导轨；        2——水平碰撞车；

      3——水平引向轨道；    4——夹具；

      5——双槽滑轮；        6——提升绳索；

      7——牵引绳索；        8——落锤；

      9——立柱；            10——横梁；

      11——承台底座；       12——液压加载装置；

      13——反向座；         14——固定块；

      15——单槽定滑轮；     16——承台座；

      17——横向滚柱。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是本发明所述的一种落锤式水平及竖向冲击试验装置，包括竖向落锤装置、可实现落锤8做自由落体运动的竖向导轨1、水平碰撞车2、水平引向轨道3和用于固定测试件的夹具4，竖向落锤装置的顶部安装有双槽滑轮5，双槽滑轮5为双槽定滑轮，双槽滑轮5的两个槽分设有提升绳索6和牵引绳索7，提升绳索6通过夹持装置连接落锤8，牵引绳索7通过快速连接头连接落锤8，落锤8的下方设有承台座16，提升绳索6用于将落锤8提升到一定高度，落锤8在提升绳索6和牵引绳索7的牵引下竖直移动，牵引绳索7牵引水平碰撞车2在水平引向轨道3上运动，水平引向轨道3远离竖向落锤装置的一端设置夹具4。

参阅图2，夹具4包括立柱9、横梁10和高度可调的承台底座11，横梁10由两根支柱支撑，横梁10对应承台底座11设有用于固定测试件上端的液压加载装置12。

水平引向轨道3靠近夹具4的一端设置反向座13，反向座13为圆柱体，其高度小于水平碰撞车2的底部，牵引绳索7绕过反向座13，连接双槽滑轮5的牵引绳索7向下延伸，再通过一单槽定滑轮15实现横向布置，绕过反向座13连接水平碰撞车2，牵引绳索7和水平碰撞车2之间设有分离装置，分离装置包括牵引绳索7尾端打有的连接结，水平碰撞车2对应连接结设有挂钩，因为挂钩的开口朝向竖向落锤装置，当牵引绳索7和挂钩的连接位置经过反向座13时，牵引绳索7的连接结和挂钩自然分离。

横梁10和液压加载装置12之间安装一维运动限位装置，一维运动限位装置包括一固定于横梁10的固定块14，固定块14内设有若干横向滚柱17，液压加载装置12的上端设有固定件，固定件固定于固定块14和横向滚柱17之间。

夹具4对应测试件设有位移计，采用300mm的拉杆式位移计，布置在测试件的中截面外侧，使用专门的位移测点支座进行固定，将位移计连接到控制装置进行处理。

水平碰撞车2和落锤8的前端均设有冲击力测试装置，记录碰撞瞬间的冲力数值。

测试件通过螺栓固定于夹具4的承台底座11。

本发明的工作过程是：

竖向冲击试验：

测试件固定在承台座16上，提升绳索6的一端绕过双槽滑轮5连接落锤8，提升绳索6将落锤8提升到一定高度，释放提升绳索6，落锤8沿竖向导轨1做自由落体运动，实现竖向冲击试验。

水平冲击试验：

测试件固定在夹具4的液压加载装置12和承台底座11之间，牵引绳索7的一端通过快速连接头与落锤8相连接，另一端通过双槽滑轮5拴到水平碰撞车2的尾部，通过拉动提升绳索6将落锤8拉到一定高度后，进行释放使之做自由落体运动，牵引绳索7拉动水平碰撞车2在水平引向轨道3上移动，水平碰撞车2向夹具4的方向运动，当牵引绳索7和挂钩的连接位置经过反向座13时，牵引绳索7和挂钩分离，水平碰撞车2被甩出，撞向测试件。

竖向冲击试验和水平冲击试验同时进行：

两个测试件分别固定在落锤8的下方和夹具4上，提升绳索6将落锤8提升到一定高度，牵引绳索7的一端连接落锤8，另一端连接水平碰撞车2，落锤8沿竖向导轨1做自由落体运动，水平碰撞车2在水平引向轨道3上移动，同时实现竖向冲击试验和水平冲击试验。

碰撞完成后，通过数据采集系统得到所需的时程曲线。

最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是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。

Claims (9)

1.一种落锤式水平及竖向冲击试验装置，其特征在于：包括竖向落锤装置、可实现落锤做自由落体运动的竖向导轨、水平碰撞车、水平引向轨道和用于固定测试件的夹具，所述竖向落锤装置的顶部设有双槽滑轮，所述双槽滑轮上分设有提升绳索和牵引绳索，所述提升绳索和牵引绳索连接落锤，所述落锤在所述提升绳索和牵引绳索牵引下竖直移动，所述牵引绳索的另一端牵引所述水平碰撞车在所述水平引向轨道上运动，所述水平引向轨道远离所述竖向落锤装置的一端设置所述夹具，所述水平引向轨道靠近夹具的一端设置反向座，连接所述双槽滑轮的牵引绳索绕过所述反向座连接所述水平碰撞车，所述牵引绳索和所述水平碰撞车之间设有分离装置，所述水平碰撞车的前端设有冲击力测试装置。

2.根据权利要求1或2所述的一种落锤式水平及竖向冲击试验装置，其特征在于：所述提升绳索通过夹持装置连接落锤。

3.根据权利要求1或2所述的一种落锤式水平及竖向冲击试验装置，其特征在于：所述牵引绳索通过快速连接头连接落锤。

4.根据权利要求1或2所述的一种落锤式水平及竖向冲击试验装置，其特征在于：对应所述测试件冲击点设有高速摄影机。

5.根据权利要求1或2所述的一种落锤式水平及竖向冲击试验装置，其特征在于：所述夹具设有高度可调的承台底座，所述夹具包括横梁，所述横梁对应所述承台底座设有用于固定所述测试件上端的液压加载装置。

6.根据权利要求5所述的一种落锤式水平及竖向冲击试验装置，其特征在于：所述横梁和液压加载装置之间设置一维运动限位装置。

7.根据权利要求6所述的一种落锤式水平及竖向冲击试验装置，其特征在于：所述一维运动限位装置包括一固定于所述横梁的固定块，所述固定块内设有若干横向滚柱，所述液压加载装置的上端设有固定件，所述固定件固定于所述固定块和横向滚柱之间。

8.根据权利要求7所述的一种落锤式水平及竖向冲击试验装置，其特征在于：所述夹具对应所述测试件设有位移计。

9.根据权利要求1或2所述的一种落锤式水平及竖向冲击试验装置，其特征在于：测试件通过螺栓固定于所述夹具的承台底座。