CN104458454A - 霍普金森拉杆的改进型发射装置 - Google Patents

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蒋晶
陈雄
许进升
张中水
余家泉
贾登
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Abstract

本发明公开了一种霍普金森拉杆的改进型发射装置，其拉伸炮管壳体上靠近子弹出口处的水平对称位置开孔，孔内分别设置有激光电珠与感光接收器，在中心孔活塞推动管状子弹的过程中，永磁铁吸引电磁线圈中的铁芯，故而活塞加速运动推动子弹加速，当活塞运动至感光接收器的位置挡住激光电珠所发出的激光时，电磁线圈通电产生磁力，与永磁铁相斥，两者之间的作用力逐渐增大，当这个力大于气体产生的压力时，活塞完成对管状子弹的加速过程后开始减速；本发明既能避免活塞与炮管撞击产生高频干扰信号，又能不阻碍活塞运动速度。

Description

霍普金森拉杆的改进型发射装置
技术领域
本发明属于材料动态力学性能实验研究领域，特别是一种霍普金森拉杆的改进型发射装置。
背景技术
分离式霍普金森试验装置作为当前研究材料动态力学性能的一种重要手段，基于一维应力波的理论，在实验材料满足应力均匀的条件下获得材料的动态力学行为。随着实验技术的发展以及研究材料的广泛性，实验装置得到进一步的改良。
目前，活塞推动结构广泛应用于霍普金森拉杆发射装置以实现子弹运动。然而，如果活塞撞击炮管端盖会产生高频信号，干扰应变片采集有效信号。因此，很多学者研究使用霍普金森拉杆，意在消除高频信号对于实验装置的影响，并尽可能的减少动力系统在提供动力过程中的能量损失。活塞推动结构虽然具有简单有效的优点，但必须在活塞推动子弹加速过程结束后，对活塞进行减速以保证不产生硬性撞击从而消除高频信号。一般装置中，如张君发等设计的“一种基于霍普金森拉杆试验装置的发射装置”采用橡胶垫等材料或液压缓冲器防止活塞与炮管发生硬性接触，但由于减速距离短，上述减速方式依然不能完全消除由于撞击产生的干扰信号；而赵超等设计的“改进型霍普金森拉杆发射装置”采用磁钢圈磁性相斥来避免活塞与炮管发生硬性接触，但由于磁性一开始就存在，所以活塞运动速率受阻，推动子弹运动的作用力减弱，不利于实验达到更高应变率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种既能避免活塞与炮管撞击产生高频干扰信号，又能不阻碍活塞运动速度的霍普金森拉杆的改进型发射装置。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种霍普金森拉杆的改进型发射装置，包括被配置用于固定在水平台上的炮管底座，一端带螺纹的套筒，拉伸炮管，进气口端盖，子弹出口端盖，管状子弹，拉伸炮管两端分别固定设置有子弹出口端盖和进气口端盖，套筒穿过子弹出口端盖伸入拉伸炮管，并通过螺纹与进气口端盖相连接，带中心孔的活塞中心孔分两段，一段孔径与套筒的外表面滑动密封配合，另一段孔径大于套筒的外径，活塞与拉伸炮管内表面间隙配合，且大孔径段所对应的端面与拉伸炮管进气口端盖的内表面相接触，活塞与套筒所形成的空腔与进气口连通，管状子弹套在套筒上，与套筒滑动配合，且一端与活塞小孔径段所对应的端面相接触，永磁铁镶嵌在活塞近子弹出口端面，永磁铁沿活塞的轴心均匀分布，电磁线圈套在铁芯上，并设置在子弹出口端盖的内端面，与永磁铁的位置相对应，转接块通过卡环固定在套筒内壁的近子弹出口端，直线滚珠导套通过卡环固定在转接块内壁；拉伸炮管壳体上靠近子弹出口处的水平对称位置开孔，孔内分别设置有激光电珠与感光接收器。
本发明与现有技术相比，其显著优点：
(1)本发明使用永磁铁、电磁线圈、激光电珠与感光接收器实现了活塞推动子弹加速后，减速以避免与炮管端盖硬性撞击的过程，从而完全消除了由于非实验杆撞击导致的高频信号干扰。
(2)本发明消除了原磁钢圈结构从开始就存在的磁性阻力作用，使子弹受活塞加速后达到更高的速度，从而实现实验样品的更高应变率加载。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1是本发明霍普金森拉杆的改进型发射装置的结构示意图。
图2是本发明霍普金森拉杆的改进型发射装置图1的A-A剖视图。
具体实施方式
结合图1和图2：
本发明一种霍普金森拉杆的改进型发射装置，包括被配置用于固定在水平台上的炮管底座，一端带螺纹的套筒，拉伸炮管，进气口端盖，子弹出口端盖，管状子弹，拉伸炮管两端分别固定设置有子弹出口端盖和进气口端盖，套筒穿过子弹出口端盖伸入拉伸炮管，并通过螺纹与进气口端盖相连接，带中心孔的活塞7中心孔分两段，一段孔径与套筒9的外表面滑动密封配合，另一段孔径大于套筒9的外径，活塞7与拉伸炮管1内表面间隙配合，且大孔径段所对应的端面与拉伸炮管1进气口端盖的内表面相接触，活塞7与套筒9所形成的空腔与进气口连通，管状子弹5套在套筒9上，与套筒9滑动配合，且一端与活塞7小孔径段所对应的端面相接触，永磁铁6镶嵌在活塞7近子弹出口端面，永磁铁6沿活塞7的轴心均匀分布，电磁线圈2套在铁芯3上，并设置在子弹出口端盖的内端面，与永磁铁6的位置相对应，转接块11通过卡环固定在套筒9内壁的近子弹出口端，直线滚珠导套10通过卡环固定在转接块11内壁，其特征在于：拉伸炮管1壳体上靠近子弹出口处的水平对称位置开孔，孔内分别设置有激光电珠13与感光接收器4。
活塞7与套筒9滑动配合的内壁上开有环形凹槽，环形凹槽内设置有环形密封圈。
永磁铁6为环形永磁铁，环形永磁铁的与活塞7同轴。
本发明的工作原理和实施方式如下：
拉伸实验前使用管状子弹5将活塞7推到拉伸炮管1的进气端，使活塞7与拉伸炮管1进气口端盖接触。打开气缸使气体通过软管进入活塞7与套筒9所形成的空腔内，气体通过推动活塞7对管状子弹5进行加速并最终从拉伸炮管1中射出。随后管状子弹5撞击入射杆12法兰盘产生压缩波，压缩波在法兰盘另一端反射形成拉伸波，数据采集卡收集入射杆12上应变片产生的电压信号。
在气体推动带中心孔活塞7从而使带中心孔活塞7推动管状子弹5的过程中，永磁铁6吸引电磁线圈2中的铁芯3，故而活塞7加速运动推动子弹5加速，当活塞运动至感光接收器4的位置挡住激光电珠13所发出的激光时，电磁线圈2通电产生磁力，与永磁铁6相斥，两者之间的作用力逐渐增大，当这个力大于气体产生的压力时，活塞7完成对管状子弹5的加速过程后开始减速。随后活塞7速度降为零并反向运动；再次经过感光接收器4的位置挡住激光电珠13所发出的激光时，电磁线圈2断电，磁力消失，铁芯3和永磁铁6相互吸引，当再次降为零后，反向运动；如此反复直至停止。拉伸炮管1内的气体逐渐由零件间缝隙泄出。

Claims (3)

1.一种霍普金森拉杆的改进型发射装置，包括被配置用于固定在水平台上的炮管底座(8)，一端带螺纹的套筒(9)，拉伸炮管(1)，进气口端盖，子弹出口端盖，管状子弹(5)，拉伸炮管(1)两端分别固定设置有子弹出口端盖和进气口端盖，套筒(9)穿过子弹出口端盖伸入拉伸炮管(1)，并通过螺纹与进气口端盖相连接，带中心孔的活塞(7)中心孔分两段，一段孔径与套筒(9)的外表面滑动密封配合，另一段孔径大于套筒(9)的外径，活塞(7)与拉伸炮管(1)内表面间隙配合，且大孔径段所对应的端面与拉伸炮管(1)进气口端盖的内表面相接触，活塞(7)与套筒(9)所形成的空腔与进气口连通，管状子弹(5)套在套筒(9)上，与套筒(9)滑动配合，且一端与活塞(7)小孔径段所对应的端面相接触，永磁铁(6)镶嵌在活塞(7)近子弹出口端面，永磁铁(6)沿活塞(7)的轴心均匀分布，电磁线圈(2)套在铁芯(3)上，并设置在子弹出口端盖的内端面，与永磁铁(6)的位置相对应，转接块(11)通过卡环固定在套筒(9)内壁的近子弹出口端，直线滚珠导套(10)通过卡环固定在转接块(11)内壁，其特征在于：拉伸炮管(1)壳体上靠近子弹出口处的水平对称位置开孔，孔内分别设置有激光电珠(13)与感光接收器(4)。
2.根据权利要求所述的霍普金森拉杆的改进型发射装置，其特征在于：所述的活塞(7)与套筒(9)滑动配合的内壁上开有环形凹槽，环形凹槽内设置有环形密封圈。
3.根据权利要求所述的霍普金森拉杆的改进型发射装置，其特征在于：所述的永磁铁(6)为环形永磁铁，环形永磁铁的与活塞(7)同轴。
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