CN105300651B - 一种超大型跌落装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超大型跌落装置，轨道安装于跌落塔上，所述产品试验车安装于轨道上，轨道的底部为“U”形，设轨道上初始安装产品试验车的竖直段为轨道首段且另一竖直段为轨道末段，牵引提升小车安装于轨道首段上，牵引缓降小车安装于轨道末段上，牵引提升小车和牵引缓降小车分别通过牵引绳与两个牵引机对应连接，产品试验车位于牵引提升小车和牵引缓降小车之间，牵引提升小车和牵引缓降小车的下端面上分别安装有电磁铁吸具，产品试验车的上下两个端面上分别安装有电磁铁吸板。本发明通过设计“U”形轨道，合理设计能量转化方式，降低超大型跌落设备的设计和制造难度，提高设备在全生命周期中的重复使用率，利于控制制造和使用成本。

Description

一种超大型跌落装置

技术领域

本发明涉及一种用于跌落试验的跌落装置，尤其涉及一种利用势能与动能转化来缓冲跌落势能冲击的超大型跌落装置。

背景技术

跌落试验设备是一种利用地球重力场来模拟在运输、使用中产品受到跌落和冲击等机械碰撞的重要科学试验装置。通过该装置检验产品抗跌落能力是可靠性设计的重要性指标，为合理的产品包装设计提供了重要的研究手段。

跌落试验装置一般由提升机构、释放机构、姿态保持机构、缓冲机构以及控制与检测设备等几部分组成。其中，姿态保持机构为控制产品着靶姿态的一个重要结构。跌落试验工作过程为：跌落试验装置将实验品通过提升机构提升到一定高度，控制系统下达一次释放的指令，姿态保持机构带着实验品一起下落。当跌落至一定高度时，实验品与姿态保持机构分离(二次释放)——实验品着靶，姿态保持机构通过缓冲机构缓冲、吸收姿态保持机构剩余的动能。因此，姿态保持机构和缓冲机构是大型跌落试验装置设计的重点之一。

缓冲装置一般可分为蓄能型和耗能型，主要有弹簧橡胶缓冲器、摩擦式缓冲器、弹性胶泥缓冲器、液气缓冲器、液压缓冲器、组合式缓冲器以及利用形变能的泡沫铝缓冲器等。

随着相关科学研究的不断发展和深入，为满足不断增加的跌落高度要求，跌落试验装置的规模不断增加。随之而来的是姿态保持机构的结构尺寸和重量增加，这对姿态保持机构和缓冲装置的结构设计及其制造带来了挑战。

通常，姿态保持机构是由一对用于滑行的、竖直向下的导向轨道和一个在轨道上运行的导向架，在每个导向轨道尽头设置有缓冲吸能机构，用以抵抗和带走从数十米高空落下、数吨重的导向架所产生的巨大动能。另一方面，由于缓冲吸能机构须放置于实验件的着靶区域外，这使得两缓冲吸能机构之间的距离较大，也就意味着导向架与两缓冲吸能机构接触时，由于着力点跨度较大，导向架承受着较大的弯矩。巨大的动能和较大的弯矩使得缓冲吸能和导向架装置极易发生破坏。为避免这种现象产生，在设计时不仅需要采用较为合理的缓冲吸能结构，而且还需降低导向架的质量并采用有较好力学性能的材料，在加工中对其质量特性要求严格。

为了抵抗较大的动能对导向架的破坏，导向架对结构强度要求较高，使得其质量较大，从而产生较大的动能；而缓冲装置的设计则要求在吸收该动能的基础上保证自身的结构安全。当动能提高到一定程度时，使得导向架与缓冲装置的结构设计及材料性能要求达到极限水平。究其原因，主要是采用机械接触方式进行动能缓冲，强制抵消导向架的动能。随着跌落高度增加，导向架的结构尺寸和质量增加，巨大的动能带来了缓冲装置和导向架极易产生破坏，使得设计和加工难度增大、制造及使用成本增加。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种利用势能与动能转化来缓冲跌落势能冲击的超大型跌落装置。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种超大型跌落装置，包括跌落塔、轨道和用于放置并带动试验产品的产品试验车，所述轨道安装于所述跌落塔上，所述产品试验车安装于所述轨道上，所述轨道的底部为“U”形，设所述轨道上初始安装所述产品试验车的竖直段为轨道首段且另一竖直段为轨道末段；所述超大型跌落装置还包括牵引提升小车、牵引缓降小车、电磁铁吸具和电磁铁吸板，所述牵引提升小车安装于所述轨道首段上，所述牵引缓降小车安装于所述轨道末段上，所述牵引提升小车和所述牵引缓降小车分别通过牵引绳与两个牵引机对应连接，所述产品试验车位于所述牵引提升小车和所述牵引缓降小车之间，所述牵引提升小车的下端面上和所述牵引缓降小车的下端面上分别安装有内置电磁线圈的所述电磁铁吸具，所述产品试验车的上下两个端面上分别安装有导磁材料制作的所述电磁铁吸板。

进一步，所述超大型跌落装置还包括分别安装于所述产品试验车上和所述轨道末段上且用于在所述轨道末段对所述产品试验车进行锁定和解锁的回落止动装置。

本发明的有益效果在于：

本发明通过设计“U”形轨道，实现运动方向的转化，合理设计能量转化方式，实现了动能——势能相互转化，改变了动能强制吸收的方式，并通过卷扬机的缓降，将势能逐步减低，从而避免较大的冲击载荷，降低了超大型跌落设备的设计和制造难度，提高设备在全生命周期中的重复使用率，有利于控制制造和使用成本，可实现提高该设备在全生命周期内的重复利用率，以及减少研制、使用成本目的。

附图说明

图1是本发明所述超大型跌落装置的主视图；

图2是本发明所述超大型跌落装置的右视图；

图3是本发明所述超大型跌落装置的俯视图；

图4是图1中“A”的放大图；

图5是本发明实施例中所述超大型跌落装置采用的回落止动装置的局剖主视图，图中还示出了产品试验车和轨道；

图6是本发明实施例中所述超大型跌落装置采用的回落止动装置的局剖俯视图，图中还示出了产品试验车和轨道；

图7是图5中“C”的放大图；

图8是图5中“D”的放大图；

图9是图5中“B”的放大图；

图10是本发明实施例中所述试验车止动装置的主视图，图中视角与图9一致；

图11是本发明实施例中所述试验车止动装置的立体图之一；

图12是本发明实施例中所述试验车止动装置的立体图之二，其前面与图11互为正反两面；

图13是本发明实施例中所述安装座的立体图；

图14是本发明实施例中所述复位拨板的主视图；

图15是本发明实施例中所述回落止动块的立体图；

图16是本发明实施例中所述回落止动块的主视图；

图17是本发明实施例中所述解锁钩板的立体图；

图18是本发明实施例中所述解锁钩板的主视图；

图19是本发明实施例中所述锁定滑板的立体图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1-图4所示，本发明所述超大型跌落装置包括跌落塔7、轨道6和用于放置并带动试验产品的产品试验车5、牵引提升小车4、牵引缓降小车2、电磁铁吸具9a、电磁铁吸板9b和回落止动装置，轨道6安装于跌落塔7上，产品试验车5安装于轨道6上，轨道6的底部为“U”形，设轨道6上初始安装产品试验车5的竖直段为轨道首段(见图2中左边的竖直段)且另一竖直段为轨道末段(见图2中右边的竖直段)，牵引提升小车4安装于轨道首段上，牵引缓降小车2安装于轨道末段上，牵引提升小车4和牵引缓降小车2分别通过牵引绳3与两个牵引机8对应连接，产品试验车5位于牵引提升小车4和牵引缓降小车2之间，牵引提升小车4的下端面上和牵引缓降小车2的下端面上分别安装有内置电磁线圈的电磁铁吸具9a，产品试验车5的上下两个端面上分别安装有导磁材料制作的电磁铁吸板9b，用于在轨道末段对产品试验车5进行锁定和解锁的回落止动装置包括安装于产品试验车5上的试验车止动装置11和轨道末段上的轨道止动装置，其中轨道止动装置为即上表面为平面且下表面为斜面的凸齿10，见图4所示。

上述结构中，跌落塔7是一个用矩形型材构建的“人”字形钢塔结构，用于为跌落试验提供所需的有效高度。它的正前面以及正后面分别固定支撑着两根平行且竖直向下的钢轨，在塔身的底部用两根半圆形的环形轨道分别与其前后对应的轨道平稳对接。这些轨道共同组成了一组U字环形的轨道6。轨道6的底部可以是半圆形、椭圆形或偏心圆(“b”字形)，轨道末段可有一定的倾角，以减轻换向时离心力对产品试验车5的压力。

牵引机8采用卷扬机，牵引绳3采用钢丝绳，牵引绳3绕过跌落塔7顶部的滑轮1。

电磁铁吸板9通过控制器控制其电源输入的通断，即可实现其磁力有无的控制。

如图1-图4所示，当跌落试验装置工作时，牵引提升小车4沿轨道6缓降至塔身底部后，在与装有试验产品的产品试验车5通过电磁铁吸具9a、电磁铁吸板9b可靠接触后吸合。在牵引机8的带动下，将产品试验车5提升至指定的高度。在准备就绪后，控制电磁铁吸具9a消磁，产品试验车5与牵引提升小车4分离。在重力作用下，产品试验车5沿轨道首段冲向着靶区，并在指定的高度触发爆炸螺栓工作，使得试验产品与产品试验车分离，试验产品自由跌落至靶区，产品试验车5沿轨道6继续前行。经底部的环形轨道换向后，沿轨道末段向上运动。当产品试验车5运动到动能为零时，牵引缓降小车2通过电磁铁吸具9a、电磁铁吸板9b与产品试验车5吸合，并通过牵引机8缓降至塔身底部，释放电磁铁吸具9a，牵引提升小车4牵引产品试验车5回塔身顶部，待命。

为了实现更好的控制，在产品试验车5到达轨道末段的上端时，试验车止动装置11配合凸齿10开始工作，首先实现锁定，使产品试验车5不能任意下落，然后在需要时实现解锁，使产品试验车5可以在牵引缓降小车2的带动下下落。

为了更好地理解本超大型跌落装置的工作原理，下面以优选的回落止动装置的具体结构为例进行具体说明：

如图5、图6和图9所示，所述回落止动装置包括设于轨道末段上的上下方向间隔排列的多个凸齿10和安装于产品试验车5上的试验车止动装置11，两列凸齿10分别安装于所述轨道末段的两轨内侧，两个试验车止动装置11分别安装于产品试验车5的两侧并与两列凸齿10对应，凸齿10的上表面为平面且下表面为斜面，如图5、图7和图8所示，所述轨道末段上位于最下端的凸齿10下方的位置设有下挡块22，两个下挡块22分别安装于所述轨道末段的两轨内侧且位于最下端的凸齿10的下方，下挡块22包括通过下销轴36连接的“L”形下档杆34和下扭簧35，“L”形下档杆34的两条边分别为竖向边和横向边且其竖向边紧靠所述轨道末段(见图8中的轨道6)的侧面，“L”形下档杆34的横向边能够绕下销轴36向上旋转且不能向下旋转(因为“L”形下档杆34的竖向边被轨道末段内侧挡住)，下扭簧35使“L”形下档杆34的横向边具有向下旋转的应力，所述轨道末段上位于最上端的凸齿10上方的位置设有上挡块21，两个上挡块21分别安装于所述轨道末段的两轨内侧且位于最上端的凸齿10的上方，上挡块21包括通过上销轴33连接的“L”形上档杆31和上扭簧32，“L”形上档杆31的两条边分别为竖向边和横向边且其竖向边紧靠所述轨道末段的侧面，“L”形上档杆31的横向边能够绕上销轴33向下旋转且不能向上旋转(因为“L”形上档杆31的竖向边被轨道末段内侧挡住)，上扭簧32使“L”形上档杆31的横向边具有向上旋转的应力。

如图10-图19所示，试验车止动装置11包括安装座44、回落止动块41、转轴43、解锁钩板42、锁定滑板47、复位拨板45、拉簧49和转轴扭簧46，安装座44安装于产品试验车5上，安装座44上设有安装缺口51，转轴43穿过安装座44上的轴孔53后安装于安装缺口51中靠近其上端开口的位置，安装缺口51内位于转轴43下方的位置设有止动挡板52，回落止动块41设有止动块中心通孔58，回落止动块41上绕止动块中心通孔58外周设有用于与凸齿10接触的第一止动凸块57、用于与止动挡板52接触的第二止动凸块60和用于与转轴扭簧46连接的第三止动凸块59，解锁钩板42设有钩板中心通孔64，解锁钩板42上绕钩板中心通孔64外周设有用于与转轴扭簧46连接的第一解锁凸块65和用于与锁定滑板47配合的第二解锁凸块61，第二解锁凸块61的上端面用于与“L”形上档杆31的横向边接触，第二解锁凸块61的端面设有光滑斜面63，光滑斜面63的内侧设有钩板凹槽62，转轴43穿过回落止动块41的止动块中心通孔58、解锁钩板42的钩板中心通孔64和转轴扭簧46的中心通孔，转轴扭簧46的一端置于安装座44上且另一端与第三止动凸块59和第一解锁凸块65连接并使第一止动凸块57和第二解锁凸块61具有向上旋转的应力，第一止动凸块57的一侧位于第二解锁凸块61一侧的下方并能够被第二解锁凸块61带动向下旋转，锁定滑板47和复位拨板45均置于安装缺口51内且位于解锁钩板42的下方，锁定滑板47的上部设有用于与钩板凹槽62配合的滑板凸块67，滑板凸块67设有与第二解锁凸块61的光滑斜面63配合的光滑斜面，复位拨板45的一端设有用于与“L”形下档杆34的横向边接触的复位杆54，复位拨板45的另一端为大头端56，大头端56上靠近复位杆54的位置通过螺栓48与锁定滑板47的上部连接，锁定滑板47的上部设有用于螺栓48穿过的通孔66，大头端56上设有用于螺栓48穿过的通孔55，通孔55相比大头端56的最下部更加靠近复位杆54，锁定滑板47的大致中部设有凸柱(图中未标记)，拉簧49的两端分别与凸柱和安装座44连接并用于使锁定滑板47具有向下的应力。

结合图5-图19，所述回落止动装置的工作原理为：

产品试验车5带着已复位的试验车止动装置11沿轨道6从下方向上运行至轨道末段的下挡块22，下挡块22的“L”形下档杆34的横向边与复位拨板45的复位杆54碰撞，复位杆54不动，“L”形下档杆34的横向边向上旋转，试验车止动装置11继续上行，“L”形下档杆34的横向边在复位杆54上行离开后自动复位，此时为无效碰撞；产品试验车5继续前行进入凸齿10所在区域，回落止动块41的第一止动凸块57与凸齿10接触，凸齿10是固定不动的，第一止动凸块57向下旋转，试验车止动装置11继续上行，第一止动凸块57在上行离开该凸齿10后自动复位，产品试验车5与其它凸齿的接触过程相同，直到产品试验车5上行动能为零后，产品试验车5下行，回落止动块41的第一止动凸块57被凸齿10挡住，因第一止动凸块57不能向上旋转，所以产品试验车5不能继续下行，实现产品试验车5的回落止动，此时为锁定状态。为使产品试验车5降至轨道6的低点，产品试验车5在牵引缓降小车2的带动下继续向上运动，直至解锁钩板42伸出的第二解锁凸块61与上挡块21的“L”形上档杆31的横向边碰撞，这时“L”形上档杆31的横向边因不能向上旋转而保持不动，解锁钩板42的第二解锁凸块61向下旋转并带动回落止动块41的第一止动凸块57向下旋转，同时解锁钩板42的第二解锁凸块61的光滑斜面63带动锁定滑板47向上运动。当解锁钩板42的第二解锁凸块61旋转到最下部时，锁定滑板47上的滑板凸块67已完全落入解锁钩板42的钩板中心通孔64中被锁定，并在拉簧49的作用下可靠锁定，此时，回落止动块41的第一止动凸块57旋转到下部，不会与凸齿10发生碰撞，实现了解锁，产品试验车5在牵引缓降小车2的带动下向下缓降；缓降过程中，解锁钩板42的第二解锁凸块61会与“L”形上档杆31的横向边碰撞，“L”形上档杆31的横向边向下旋转，不影响产品试验车5下行，“L”形上档杆31的横向边在第二解锁凸块61下行离开后自动复位。产品试验车5在凸齿10所在区域顺利下行，不会被凸齿10接触。当产品试验车5下行至下挡块22处时，下挡块22的“L”形下档杆34的横向边与复位拨板45的复位杆54碰撞，“L”形下档杆34的横向边不能向下旋转，复位杆54向上移动，并带动锁定滑板47及其上的滑板凸块67向上移动，由于解锁钩板42的第二解锁凸块61具有向上旋转的应力，所以在滑板凸块67向上移动后，第二解锁凸块61会与锁定滑板47分离并向上旋转复位，同时，回落止动块41的第一止动凸块57一起向上旋转复位，在复位拨板45的复位杆54完全穿过下挡块22后，解锁钩板42和下挡块22的“L”形下档杆34的横向边也会自动复位，至此，所有部件均实现自动复位。产品试验车5继续下行至轨道6的低位并在下一次的试验中被牵引提升小车4牵引上行。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (2)

1.一种超大型跌落装置，包括跌落塔、轨道和用于放置并带动试验产品的产品试验车，所述轨道安装于所述跌落塔上，所述产品试验车安装于所述轨道上，其特征在于：所述轨道的底部为“U”形，设所述轨道上初始安装所述产品试验车的竖直段为轨道首段且另一竖直段为轨道末段；所述超大型跌落装置还包括牵引提升小车、牵引缓降小车、电磁铁吸具和电磁铁吸板，所述牵引提升小车安装于所述轨道首段上，所述牵引缓降小车安装于所述轨道末段上，所述牵引提升小车和所述牵引缓降小车分别通过牵引绳与两个牵引机对应连接，所述产品试验车位于所述牵引提升小车和所述牵引缓降小车之间，所述牵引提升小车的下端面上和所述牵引缓降小车的下端面上分别安装有内置电磁线圈的所述电磁铁吸具，所述产品试验车的上下两个端面上分别安装有导磁材料制作的所述电磁铁吸板。

2.根据权利要求1所述的超大型跌落装置，其特征在于：所述超大型跌落装置还包括分别安装于所述产品试验车上和所述轨道末段上且用于在所述轨道末段对所述产品试验车进行锁定和解锁的回落止动装置。