CN105092395B - 一种增加水平冲击试验台负载的装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于环境试验之冲击试验领域，具体涉及一种增加水平冲击试验台负载的装置。本发明装置包括承载平台、龙门支架、水平滑轨、悬吊系统、安装夹具。其中，两个龙门支架分别平行安装在水平冲击台两侧，承载平台设置在水平冲击台上，每个龙门支架的承力梁两侧分别安装一根水平滑轨，每根水平滑轨上各设置有悬吊系统，试验样品通过安装夹具固定在承载平台上，且安装夹具与悬吊系统下方连接。本发明有效提升了水平冲击台的承载上限，扩大力水平冲击台的使用范围，满足冲击试验原理，对超大试件可以进行有效的冲击试验。结构简单，使用方便，成本低廉可用于类似情况的其他试验设备的改造，具有极大的推广价值。

Description

一种增加水平冲击试验台负载的装置

技术领域

本发明属于环境试验之冲击试验领域，具体涉及一种增加水平冲击试验台负载的装置。

背景技术

现有水平冲击台一般由承载平台、波形发生器、气液刹车系统、滑轨、阻尼台体、橡皮绳和卷扬机七部分组成。其工作原理类似弹弓：试验时样品安装在承载平台上，承载平台下面连着橡皮绳。当卷扬机拉动承载平台沿着滑轨移动时，橡皮绳受力拉伸，在平台移动到合适的位置后，气液刹车装置动作，将平台固定住。此时，橡皮筋已产生足够的势能。在松开卷扬机后，释放气液刹车装置，橡皮绳拉动承载平台沿着滑轨撞向阻尼台体，由波形发生器产生试验需要的峰值加速度、脉冲宽度和冲击波形。

此结构水平冲击台的最大不足是：冲击试验台的承载能力有一定限度。当承载平台上的负载大于要求上限时，将会使滑轨受压弯曲变形，导致气液刹车装置卡滞、抱死，从而影响平台运动，无法进行试验，严重时可能造成试验台的损坏。因此对于超过承载能力范围的试件，就不能进行试验。

发明内容

本发明的目的：设计一种能够有效分担试验载荷的重量，减少试验载荷对水平冲击台滑轨的垂直压力，提高水平冲击试验台承载能力的装置。

本发明的技术方案：一种增加水平冲击试验台负载的装置，其包括承载平台、龙门支架、水平滑轨、悬吊系统、安装夹具10，其中，将两个有着足够强度的龙门支架12分别平行安装在水平冲击台两侧，承载平台设置在水平冲击台上，每个龙门支架承力梁1的两侧分别安装一根水平滑轨2，每根水平滑轨2上各设置有悬吊系统，试验样品通过安装夹具固定在承载平台上，且安装夹具与悬吊系统下方连接。

龙门支架的长度大于能够保证试件冲击量值所需要的长度，且两侧水平滑轨高度一致。

每个滑轨两侧装有弹性阻尼限位装置。

所述悬吊系统包括滚轮机构3、提升装置4、起重链5、力传感器6、拉伸弹力装置7、U型扣8，其中，滚轮机构3两边各有两个滑轮安置在承力梁上的滑轨内，提升装置一端连接滚轮机构3，另一端经起重链5顺次连接力传感器6、拉伸弹力装置7，并通过U型扣8与安装夹具10上的吊耳9连接。

所述提升装置4由上挂钩21、提升绞盘23、起重链5、升降拉链24、下挂钩25组成，上挂钩21挂在滚轮机构下方的承力吊环20上，下挂钩25用于悬挂力传感器，四个相同的提升装置悬挂在四个滚轮机构下，通过升降拉链24灵活调整起重链5上升或下降。

力传感器6由传感器上挂环26、力值读数窗27、传感器下挂钩28组成，传感器挂环26吊挂在提升装置4的下挂钩25内，传感器挂钩28悬挂连接拉伸弹力装置。

所述提升装置4的上挂钩21、下挂钩25及传感器下挂钩28上带有防脱装置22。

拉伸弹力装置7由U型吊环29、转接件31以及设置在二者之间的弹性材料30组成。

U型扣8由开口圆环和螺栓干组成。

安装夹具上均匀分布有若干螺栓孔。

本发明的有益效果：本发明有效提升了水平冲击台的承载上限，扩大力水平冲击台的使用范围，满足冲击试验原理，对超大试件可以进行有效的冲击试验。结构简单，使用方便，成本低廉可用于类似情况的其他试验设备的改造，具有极大的推广价值。

附图说明

图1是本发明整体布局主视图；

图2是本发明整体布局俯视图；

图3是本发明整体布局侧视图；

图4是悬吊系统连接示意图；

图5是拉伸弹力装置示意图，

其中，承力梁1、水平滑轨2、滚轮机构3、提升装置4、起重链5、力传感器6、拉伸弹力装置7、U型扣8、吊耳9、安装夹具10、限位装置11、承力支柱12、承立柱加强筋13、联结梁14、承力梁端头加强筋15、滚轮16、地脚螺钉17、支撑底板18、联接钢板19、承力挂环20、上挂钩21、防脱装置22、提升绞盘23、升降拉链24、下挂钩25、上挂环26、力值读数窗27、传感器下挂钩28、U型吊环29、弹性材料30、转接件31。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：

本发明在水平冲击试验台上方设计一个支撑、悬吊系统，通过该装置来分担试验载荷的重量，减少试验载荷对水平冲击台滑轨的垂直压力，有效提高水平冲击试验台承载能力。

请参阅图1、图2、图3，本发明将两个有着足够强度的龙门支架分别平行安装在水平冲击台两侧，作为整个减重系统的基础支撑；每个龙门支架承力梁1的两侧分别安装一根水平滑轨2，每根水平滑轨2上各设置两个滚轮机构3，每个滚轮机构3下安装有相同规格的提升装置4、起重链5、力传感器6、拉伸弹力装置7；拉伸弹力装置通过U型扣8和安装夹具10上的吊耳9相联结。

试验时，首先将4个提升装置4、力传感器6、拉伸弹力装置7按布局图所示联接到位；然后将安装夹具10通过若干个螺栓固定在承载平台上；再用U型扣8将安装夹具10上4个均匀对称分布的吊耳9与拉伸弹力装置7相连。安装试验样品时，先通过提升装置4匀速向上拉动拉伸弹力装置7，同时根据力传感器6的读值，将试验样品缓缓放置在安装夹具10上；在样品放置过程中，始终确保承载平台所受重力不超过允许的范围。

请参阅图4，悬吊系统由滚轮机构3、提升装置4、起重链5、力传感器6、拉伸弹力装置7、U型扣8、吊耳9、安装夹具10构成。其中，四个滚轮装置安置在龙门支架的承力梁上，一边两个，具体布局如图3所示。每个滚轮装置两边各有两个滑轮安置在承力梁上的水平滑轨内，使滚轮装置可以独立的沿水平滑轨自由灵活运动，滚轮装置下端有承力挂环20用于悬挂提升装置。滚轮装置也可由具有相同功能的其他机械或电动同步装置组成。

所述提升装置4由装置上挂钩21、提升绞盘23、起重链5、下挂钩25、升降拉链24组成。其中上下两端的挂钩21和25上带有防脱装置22，提升装置上挂钩21挂在滚轮机构的承力挂环20上，下挂钩25用于悬挂力传感器6。四个相同的提升装置悬挂在四个滚轮装置下，主要起提升作用，由人工通过升降拉链24灵活调整起重链5上升或下降。提升装置可采用手动或电动起吊机。

所述力传感器6由传感器上挂环26、力值读数窗27、传感器下挂钩28、防脱装置22组成。传感器上挂环26吊挂在提升装置4的起重挂钩25内，传感器下挂钩28用于悬挂拉伸弹力装置。力传感器作用是实时显示悬吊系统4个挂点的拉力，调整提升装置4上起重链5的升降距离，挂点的拉力就会发生变化，该力的变化值就通过力值读数窗27实时显示出来，根据不同重量试件，反复调整提升装置4上起重链5的升降距离从而保证载荷提升时4个挂点的受力均匀，防止样品在安装、试验过程中出现倾覆力矩导致危险和意外。力传感器也可由相同功能的其他类型传感器组成。

请参阅图5，所述拉伸弹力装置7由上下U型吊环29和转接件31以及弹性材料30组成。上U型吊环29挂在力传感器6的下挂钩28内，并有防脱装置加以保护，上下两个转接件31将弹性材料30连接在上下U型吊环29上，弹性材料30可由拉伸弹簧、橡皮绳等其他具有类似拉伸弹性的材料组成。拉伸弹力装置作用是产生向上的拉力，并可以在微小范围自由伸缩，以适应试验时滚轮装置不同步而造成的提升装置伸缩量的不一致性，保证总的向上拉力在可控的范围内。

所述安装夹具10、四个吊耳9、四个U型扣8共同组成夹具。样品安装夹具10上均匀分布的螺栓孔用于将试验样品和冲击台连接在一起，四个吊耳9对称分布在安装夹具10上，U型扣8将吊耳9与拉伸弹力装置下U型吊环29联接在一起。夹具的作用一是提供试验样品的安装边界，将试验样品与冲击台可靠连接；二是起承力托盘的作用，在悬吊系统拉力作用下分担冲击台所承受的重力。

以某MTS水平冲击台为实施样本，将其负载极限由2000㎏提升为6000㎏。

1.1承力支架搭建

由于计划将MTS水平冲击台的承载提升到6000kg，出于安全考虑，整个支撑系统的承力上限设计大于12000kg，即单幅龙门支架承重大于6000kg；龙门支架的承力支柱通过螺栓紧固在长900mm、宽900mm、厚25mm的钢板上，钢板上可堆放铅块等重物增加整个支架的稳定性；承力梁通过螺栓与承力支柱刚性连接；承力梁两侧留有滑轨，滑轨变形度要求每米＜±1㎜；滑轨上安装两套滚轮机构，每套滚轮承力＞2000kg，滚轮机构可沿着滑轨自由顺畅运动；两幅龙门支架上端通过横梁联结，形成一个稳定的门型承力支架；整个门型承力支架长5m、宽2.5m、高3.7m。

1.2提升装置及力传感器的选择

提升装置选择为4个手拉起吊机。单个起吊机的有效承力为1500㎏，4个一起使用可提升起6000㎏的重物。起吊机两端有带防脱装置的挂钩，可方便的与龙门支架上的滚轮机构及下面的力传感器相连。

力传感器是为了保证载荷提升时4个挂点的受力均匀，防止样品在安装、试验过程中出现倾覆力矩导致危险和意外发生。力传感器选用量程范围0～3000kg、精度为±1kg的电子秤。

1.3拉伸弹力装置的制作

拉伸弹力装置经反复对比、调整，最终决定选取直径为20mm，抗拉强度130kg的橡皮绳+马镫形承力吊环绕制。橡皮绳长10米，马镫形承力吊环单只抗拉强度大于2000㎏。绕制时橡皮绳环绕穿过两个马镫形承力吊环的镫部，穿绕的圈数根据载荷的重量决定。例如本次验证试验的最大负载为5200kg，采用4组拉伸弹力装置，因此单组拉伸弹力装置承载必须大于1300kg。拉伸弹力装置橡皮绳的缠绕圈数算法如下：

130kg(抗拉强度)×2×缠绕圈数＞1300kg

由此可知：橡皮绳缠绕圈数必须≥5圈。在考虑安全余量的前提下，橡皮绳的缠绕圈数选择为6圈。将橡皮绳两端接头用扣件锁紧后，拉伸弹力装置就算完成了。

1.4验证试验

验证试验首先选择1000㎏的安装夹具进行，主要是验证悬挂减重方案是否可行及随后的改进。试验时，首先将龙门支架和起吊机调整到位，再把力传感器、拉伸弹力装置和夹具承力吊环依次可靠连接；接着理顺、拉匀缠绕在拉伸弹力装置上的橡皮绳，在通过起吊机调整好夹具的水平位置后，将力传感器读数调到零位。

用高强度螺栓将夹具与承载平台可靠连接，然后再次检查力传感器度数有无变化。拉动起吊机，直至4个力传感器的读数均为100㎏。此时，承载平台相当于压了600㎏的负载。

用卷扬机将承载平台拉动到合适位置进行反复的释放冲击，观察力传感器读值变化。在此过程中，个别力传感器在平台释放冲击后读值有±8％左右的变化，经分析，此问题是由于平台运动过程中悬挂角度发生变化导致，不影响试验结果。

之后在夹具上固定了两个重量为1500㎏的长条形配重，进行4000㎏负载验证。此时，已通过起吊机将每个力传感器的读值调整到850㎏，承载平台依然相当于压了600㎏的负载。在进行了3次冲击释放后，发现整个系统整体工作稳定，力传感器的读值变化±9％。

接着又增加了2个500㎏的长条形配重，同时安装上工艺样品，使整个载荷达到此次验证的最大重量5200㎏。由于考虑到起吊机1500公斤的承载，将每个力传感器的读值调整到1000㎏，这样承载平台相当于压了1200㎏的负载。在进行了冲击释放后，整个系统整体工作依然稳定，力传感器的读值变化±9％。研究成果开始应用于公司大型产品的冲击试验，实践证明：研究成果达到了设计要求，完成了该产品的冲击试验，大幅提升了该冲击台的负载能力。

Claims (9)

1.一种增加水平冲击试验台负载的装置，其特征在于，包括承载平台、龙门支架、水平滑轨、悬吊系统、安装夹具(10)，其中，将两个有着足够强度的龙门支架分别平行安装在水平冲击台两侧，承载平台设置在水平冲击台上，每个龙门支架承力梁(1)的两侧分别安装一根水平滑轨(2)，每根水平滑轨(2)上各设置有悬吊系统，试验样品通过安装夹具(10)固定在承载平台上，且安装夹具(10)与悬吊系统下方连接，所述悬吊系统包括滚轮机构(3)、提升装置(4)、起重链(5)、力传感器(6)、拉伸弹力装置(7)、U型扣(8)，其中，滚轮机构(3)两边各有两个滑轮安置在承力梁上的水平滑轨(2)内，提升装置(4)一端连接滚轮机构(3)，另一端经起重链(5)顺次连接力传感器(6)、拉伸弹力装置(7)，并通过U型扣(8)与安装夹具(10)上的吊耳(9)连接。

2.根据权利要求1所述的增加水平冲击试验台负载的装置，其特征在于，龙门支架的长度要大于能够保证试件冲击量值所需要的长度，且两侧水平滑轨(2)高度一致。

3.根据权利要求2所述的增加水平冲击试验台负载的装置，其特征在于，每个水平滑轨(2)两侧装有弹性阻尼限位装置。

4.根据权利要求3所述的增加水平冲击试验台负载的装置，其特征在于，所述提升装置(4)由上挂钩(21)、提升绞盘(23)、起重链(5)、升降拉链(24)、下挂钩(25)组成，其中上挂钩(21)挂在滚轮机构(3)下方的承力吊环(20)上，下挂钩(25)用于悬挂力传感器，四个相同的提升装置(4)悬挂在四个滚轮机构(3)下， 通过升降拉链(24)灵活调整起重链(5)上升或下降。

5.根据权利要求4所述的增加水平冲击试验台负载的装置，其特征在于，力传感器(6)由传感器上挂环(26)、力值读数窗(27)、传感器下挂钩(28)组成，传感器挂环(26)吊挂在提升装置(4)的下挂钩(25)内，传感器挂钩(28)悬挂连接拉伸弹力装置(7)。

6.根据权利要求5所述的增加水平冲击试验台负载的装置，其特征在于，所述提升装置(4)的上挂钩(21)、下挂钩(25)及传感器下挂钩(28)上带有防脱装置(22)。

7.根据权利要求6所述的增加水平冲击试验台负载的装置，其特征在于，拉伸弹力装置(7)由U型吊环(29)、转接件(31)以及设置在二者之间的弹性材料(30)组成。

8.根据权利要求7所述的增加水平冲击试验台负载的装置，其特征在于，U型扣(8)由开口圆环和螺栓干组成。

9.根据权利要求8所述的增加水平冲击试验台负载的装置，其特征在于，安装夹具(10)上均匀分布有若干螺栓孔。