CN105547631A - 气动力锤模块 - Google Patents

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浦宏杰
汪迪松
陆勇
李臻峰
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    • G01M7/08—Shock-testing

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Abstract

本发明公布了一种气动力锤模块，主要由控制和执行两部分构成，控制部分由气源、二位五通换向电磁阀和消声器构成，为气动力锤模块的执行部分提供不同的气动循环回路，控制冲击过程；执行部分由气缸和锤头构成，气缸在压缩气体的作用下带动锤头完成冲击，锤头上方的力传感器测量力锤冲击力的大小。本发明采用换向电磁阀控制气缸动作产生冲击，力传感器信号不受电磁场干扰，且冲击力大，结构简单，易实现一体化的小型设计与制造，操作简便可在狭小空间中使用。

Description

气动力锤模块
技术领域
本发明涉及一种气动力锤模块，尤其涉及一种利用宽脉冲信号控制冲击气缸中活塞杆带动锤头运动产生冲击，并具有一体化结构的气动力锤模块。
背景技术
冲击响应测试中常采用锤击法，获取机械结构的传递函数，从而获得机械结构固有的振动特性。锤击法测试通常由人工操作力锤击打被测结构，锤击力的大小和方向难以保持一致，且激励时间难以控制，可重复性差。目前，已有一些相关的力锤系统试图解决以上问题，如专利CN102879167.A公开了一种工作台式电子冲击力锤，通过控制电磁铁线圈中电流的通断产生可重复性的冲击力；专利CN104155076.A公开了一种工作台式自动力锤装置，通过控制电机带动力锤产生可重复的冲击力。
一方面，利用电磁铁的吸合过程产生冲击力，易于受到励磁电流波动及电磁铁自身老化影响，且磁场容易对传感器产生干扰；另一方面，目前的设计大多为工作台形式，结构复杂，体积较大，难以应用于在狭小空间。当前的自动化测试系统中亟需一种能够克服以上缺陷的冲击力锤装置，既能具有较高的稳定性和可靠性，冲击力大又具有良好的一体化和小型化设计，以适应比较紧凑的空间测试环境。
发明内容
鉴于上述目的，本发明提出了一种气动力锤模块，解决了冲击力的稳定和可重复性，并有效避免电磁干扰，且具有良好的一体化和小型化设计。在模态测试中，能利用气动力锤模块对狭小空间的机械结构进行稳定激励，从而为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据。
上述的气动力锤模块由控制和执行两部分构成，控制部分由气源、二位五通换向电磁阀和消声器构成，为气动力锤模块的执行部分提供不同的气动循环回路，控制冲击过程；执行部分由气缸和锤头构成，作为气动力锤模块的执行部件，在压缩气体的作用下完成冲击。
上述两位五通换向电磁阀，电磁阀的电磁线圈由宽脉冲信号控制，不同的脉宽控制电磁线圈不同的通电时长，使力锤产生不同接触时长的冲击，满足不同的测试要求。
上述气缸是压缩气体的最终作用部位，通过二位五通换向电磁阀控制的不同气动循环回路，进而控制气缸中活塞杆的伸出和缩回，带动活塞杆上的锤头完成冲击过程。
上述锤头主要由自锁螺母、力传感器和锤头构成，锤头通过螺纹与活塞杆相连，自锁螺母固定力传感器的位置及防止冲击过程中松动，力传感器测量锤头冲击时的冲击力大小，锤头可以通过更换制造时材质获得能量不同的激励信号。
附图说明
图1气动力锤模块的具体结构示意图
图1中：101.冲击气缸；102.气缸进气口；103.气缸中盖；104.中盖喷嘴；105.活塞杆；106.气缸出气口；107.自锁螺母；108.力传感器；109.锤头；110.活塞杆腔；111.活塞腔；112.中盖排气小孔；113.储能腔
图2气动力锤模块的气动系统原理图
图2中：201.气源；202.电磁阀电磁线圈K1；203.冲击气缸；204.二位五通换向电磁阀；205.电磁阀电磁线圈K2；206.消声器
具体实施方式
下面结合附图更进一步说明：
气动力锤模块可由计算机输出脉冲信号自动控制或脉冲开关手动控制，现以计算机输出脉冲信号自动控制为例加以说明气动力锤模块的具体实施过程。
当接通电源时，空气压缩机工作，通过管道将气源(201)输到气动力锤模块控制部分的二位五通换向电磁阀(204)。如果此时计算机输出高电平，电磁线圈K1(202)得电，电磁线圈K2(205)失电，二位五通换向电磁阀(204)阀芯移动到电磁线圈K1(202)端紧贴缸壁，压缩气体经换向电磁阀(204)进气口P进入，通过换向电磁阀(204)内部到换向电磁阀(204)进出气口A，压缩气体经冲击气缸(101)进气口(102)进入气缸储能腔(113)。储能腔(113)内压力逐渐升高，当压力升到作用在中盖喷嘴口(104)小面积上的总推力能克服活塞杆腔(110)的总阻力时，活塞杆(105)向下运动，中盖喷嘴口(104)开启，聚集在储能腔(113)内的压缩空气通过中盖喷嘴(104)突然作用于活塞的全部面积上，给予活塞杆(105)很大的向下推力。此时活塞杆腔(110)内压力很低，活塞杆(105)在很大的压差作用下迅速加速，很短时间内极大的速度向下冲击。气动回路中冲击气缸的活塞杆腔(110)中气体通过气缸进出气口(106)排出到换向电磁阀(204)进出气口B，通过换向电磁阀(204)内部，从换向电磁阀(204)出气口O2输出，最后气体输到消声器(206)中进行降噪。
如果此时计算机输出低电平，电磁线圈K2(205)得电，电磁线圈K1(202)失电，二位五通换向电磁阀(204)阀芯移动到电磁线圈K2(205)端紧贴缸壁，压缩气体经换向电磁阀(204)进气口P进入，通过换向电磁阀(204)内部到换向电磁阀(204)进出气口B，压缩气体经冲击气缸进出气口(106)进入气缸活塞杆腔(110)，腔内压力逐渐升高，当压力升到能克服活塞腔(111)的总阻力时，活塞杆(105)向上运动，直到活塞杆(105)回到开始位置，此时活塞腔(111)内气体通过中盖排气小孔(112)排出。
气动力锤模块借助脉冲信号控制换向电磁阀(204)中的电磁线圈K1(202)和电磁线圈K2(205)，使换向电磁阀(204)控制循环气动回路方向，实现对气动力锤模块的冲击过程控制。冲击气缸(101)作为执行部件，活塞杆(105)带动锤头(109)在压缩气体的作用下实现冲击。

Claims (4)

1.一种气动力锤模块，其特征在于气动力锤由控制和执行两部分构成，通过宽脉冲信号控制换向电磁阀(204)改变气路进而控制气缸运动，冲击气缸(101)中的活塞杆(105)带动锤头(109)产生冲击，冲击力大小由力传感器(108)进行采集。
2.根据权利要求1所述控制部分，其特征在于换向电磁阀(204)的电磁线圈由可变脉宽的脉冲信号控制。
3.根据权利要求1所述执行部分，其特征在于由冲击气缸(101)和锤头构成，气缸(101)中的活塞杆(105)顶端有螺纹，通过螺纹与锤头(109)相连。
4.根据权利要求3所述的锤头，其特征在于由自锁螺母(107)、力传感器(108)和可替换材料组成的锤头(109)，自锁螺母(107)固定力传感器(108)的位置及防止冲击时的松动，锤头上方附有的力传感器(108)输出冲击力信号，且锤头(109)为可替换材料。
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