CN107727289B - 一种拉袢承力测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种拉袢承力测量装置及方法。其中，装置包括：待测拉袢、浮空器囊体和平面吹胀结构，待测拉袢固定在浮空器囊体上；浮空器囊体安装在平面吹胀结构上，浮空器囊体与平面吹胀结构形成可充气的封闭空间。方法包括：将待测拉袢固定在浮空器囊体上；将浮空器囊体安装在平面吹胀结构上，向浮空器囊体与平面吹胀结构形成的封闭空间内充气体，使该封闭空间内的压力为待测拉袢实际使用时的工况压力；测量待测拉袢与浮空器囊体脱离时，待测拉袢的承力值。本发明模拟了待测拉袢在实际使用时，在浮空器中受到的浮空器囊体与平面吹胀结构形成的封闭空间内的气压载荷，实现了真实、准确地测量待测拉袢实际使用时在浮空器中的承力值。
Description
技术领域
本发明涉及机械紧固件领域，尤其涉及一种拉袢承力测量装置及方法。
背景技术
浮空器为利用轻于空气的气体(氢气、氦气、热气等)提供升力的飞行器，凭借其滞空时间长、节能、环保、经济等优势被广泛应用于军事和民用领域。浮空器主要有系留气球和飞艇两种，系留气球一般没有动力系统，依靠系留缆绳与地面设备或站点相连接；飞艇有动力，可在遥控或自动控制下自主飞行。
无论是系留气球还是飞艇，拉袢加工在浮空器囊体之上，都是一个不可或缺的零件。拉袢根据形状可以分为I型拉袢、V型拉袢、双V型拉袢等，主要的功能为吊装、发放、固定作用，不同功能要求拉袢的承力强度不同。目前关于拉袢承力强度的测量为单独的拉袢在拉力试验机上进行单向拉伸，而拉袢的真实使用情况为拉袢会受到浮空器囊体中的气压载荷，因此常规的测试无法模拟拉袢实际使用过程中，在浮空器中的真实气压。
因此，如何提供一种能够模拟真实环境下，拉袢在浮空器中受到浮空器囊体中的气压载荷，真实、准确地测量出拉袢承力值的实验装置及方法，成为当前需要解决的技术问题。
发明内容
为解决上述目前拉袢承力测量时无法模拟浮空器的真实气压的问题，一方面，本发明提供了一种拉袢承力测量装置，包括：待测拉袢、浮空器囊体和平面吹胀结构，待测拉袢固定在浮空器囊体上；浮空器囊体安装在平面吹胀结构上，浮空器囊体与平面吹胀结构形成可充气的封闭空间。
优选地，待测拉袢通过裁剪、缝纫或焊接的方式，固定在浮空器囊体上。
优选地，待测拉袢的形状为：V型拉袢、I型拉袢或双V型拉袢。
优选地，拉袢承力测量装置还包括储气部件，平面吹胀结构上设有充气口；储气部件与该充气口连接，并通过该充气口向浮空器囊体与平面吹胀结构形成的可充气的封闭空间内充气体；气体包括：空气、氦气或氮气，使封闭空间内的气体密度小于空气密度。
优选地，拉袢承力测量装置还包括支架，平面吹胀结构固定在支架上。
优选地，拉袢承力测量装置还包括测力结构，测力结构包括滑轮和砝码；砝码利用牵引装置，通过滑轮与待测拉袢连接，用于测量待测拉袢与浮空器囊体脱离时，待测拉袢的承力值。
优选地，本拉袢承力测量装置还包括压差传感器和工控机，工控机与压差传感器和储气部件电连接；平面吹胀结构上还安装有压差口，压差传感器与压差口连接；工控机通过压差传感器控制储气部件，用于使浮空器囊体与平面吹胀结构形成的封闭空间内的压力保持在实际工况压力。
优选地，平面吹胀结构还包括圆盘底座和法兰圈，浮空器囊体固定在圆盘底座和法兰圈之间。
另一方面，本发明还提供了一种拉袢承力测量方法，包括：
S1、将待测拉袢固定在浮空器囊体上；S2、将浮空器囊体安装在平面吹胀结构上，向浮空器囊体与平面吹胀结构形成的封闭空间内充气体，使该封闭空间内的压力为待测拉袢实际使用时的工况压力；S3、获取待测拉袢与浮空器囊体脱离时，待测拉袢的承力值。
优选地，本拉袢承力测量方法的步骤S3包括：
S301、将测力结构利用牵引装置与待测拉袢连接；S302、逐步增加测力结构中的砝码重量，使待测拉袢的承力值逐步增大；S303、测量待测拉袢与浮空器囊体脱离时，待测拉袢的承力值。
本发明提供了一种拉袢承力测量装置及方法，通过将待测拉袢固定在浮空器囊体上，模拟真实测量环境下，待测拉袢受到浮空器囊体的气压载荷；测量出待测拉袢与浮空器囊体脱离时，待测拉袢的承力值，实现了真实、准确地测量待测拉袢在浮空器上实际使用中的承力值。
附图说明
图1为本发明一优选实施方式提供的拉袢承力测量装置的结构示意图；
图2为本发明一优选实施方式提供的拉袢承力测量装置的结构俯视图；
图3为本发明一优选实施方式提供的拉袢承力测量方法的流程示意图；
图4为本发明一优选实施方式提供的拉袢承力测量方法的步骤流程图。
其中：
1.待测试件 2.平面吹胀结构 3.压差传感器
4.测力结构 5.储气部件 6.工控机
7.牵引装置 8.待测拉袢 9.浮空器囊体
10.圆盘底座 11.法兰圈 12.充气口
13.压差口 14.支架 15.压差传感器
16.滑轮 17.砝码。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步地详细描述。以下具体实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和造作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
若要将浮空器固定于地面或在其身上挂载吊舱、固定设备，往往需要配设能够传递和分散载荷的机械紧固件，浮空器一般用拉袢作为机械紧固件。拉袢的主要功能为吊装、发放和固定，不同功能要求拉袢的承力强度不同。因此，准确测量拉袢承力非常重要。目前，关于拉袢强度的测量为单独将拉袢连接在拉力试验即上进行单向拉伸，而没有考虑拉袢真实使用时，拉袢在浮空器囊体商受到的浮空器囊体的气压载荷。
图1为本发明一优选实施方式提供的拉袢承力测量装置的结构示意图，如图1所示，一种拉袢承力测量装置，包括：待测拉袢8、浮空器囊体9和平面吹胀结构2，待测拉袢8固定在浮空器囊体9上；浮空器囊体9安装在平面吹胀结构2上，浮空器囊体9与平面吹胀结构2形成可充气的封闭空间。
具体地，待测拉袢8为本实施例中测量承力值的直接测量对象。将待测拉袢8固定在浮空器囊体9上，构成待测拉袢试件1。将浮空器囊体9安装在平面吹胀结构2上，由浮空器囊体9与平面吹胀结构2构成可充气的封闭空间。实际测量时，先向浮空器囊体9与平面吹胀结构2构成的封闭空间充气体，使该封闭空间内的压力为浮空器实际使用时的工况压力，以使得待测拉袢受到浮空器在正常使用时，该封闭空间对其的气压载荷；然后测量待测拉袢8与浮空器囊体9脱离时，待测拉袢8的承力值。
本发明实施例中，由于待测拉袢8在实际测量中，能受到浮空器囊体9与平面吹胀结构2构成的封闭空间对其的气压载荷，因此模拟了拉袢在实际使用环境中真实的承力情况；实现了真实、准确地测量拉袢的承力值。
基于上述实施例，待测拉袢8通过裁剪、缝纫或焊接的方式，固定在浮空器囊体9上。
具体地，为了构成待测拉袢8在浮空器实际工作中受到浮空器囊体9气压载荷的真实环境，需要将待测拉袢8固定在浮空器囊体9上；待测拉袢8可以通过裁剪、缝纫和焊接等方式固定在浮空器囊体9上，将待测拉袢8与浮空器囊体9紧密连接在一起，使待测拉袢8准确、充分地承受浮空器囊体9与平面吹胀结构2构成可充气的封闭空间的气压载荷，从而使得后续测量真实、准确。
其中，拉袢承力测量装置中使用的待测拉袢8的形状并不局限，待测拉袢8的形状包括：V型拉袢、I型拉袢或双V型拉袢，可根据实际情况灵活选取。
具体地，图2为本发明一优选实施方式提供的拉袢承力测量装置的结构俯视图，如图2所示，本实施例所使用的待测拉袢8的形状为V型拉袢。
基于上述实施例，拉袢承力测量装置还包括储气部件5，平面吹胀结构2上设有充气口12；储气部件5与充气口12连接，并通过充气口12向浮空器囊体9与平面吹胀结构2形成的可充气的封闭空间内充气体；气体包括：空气、氦气或氮气，使该封闭空间内的气体密度小于空气密度。
浮空器中一般充入的是比重轻于空气的气体，使其能依靠大气浮力升空。在电子和军事领域中被广泛运用。目前由于氢气活性较大，易燃，容易引发爆炸和火灾，故氢气早已不再被应用于浮空器中。
本实施例中，充入浮空器囊体9与平面吹胀结构2形成的封闭空间内的气体，包括空气、氦气或氮气等，使该封闭空间内的气体密度小于空气密度，使浮空器囊体9自身重力与浮空器囊体9内部气体重力之和小于该封闭空间外部空气对浮空器囊体9的浮力，从而使浮空器囊体9能浮在空气中。
进一步地，本实施例中充入该封闭空间内的气体并不局限，包括一种密度小于空气密度的气体；或多种密度小于或大于空气密度的气体，多种指两种或两种以上，使该封闭空间内的气体密度小于空气密度。
具体地，浮空器囊体9与平面吹胀结构2形成一个可充气的封闭空间，在平面吹胀结构2上安装有充气口12；储气部件5与平面吹胀结构2上的充气口12连接，并通过充气口12向浮空器囊体9与平面吹胀结构2形成的可充气的封闭空间中充气。其中，储气部件5储气能力的标准是耐压能力，储气部件5内部气体不能全部用尽，应保留一定的剩余压力；储气部件5应与明火保持一定的安全距离，并不得靠近热源、不得受日光暴晒。宜存放在干燥阴凉处，不能发生撞击；储气部件5在移动、停放、使用过程中，应注意瓶体和阀门的保护，防止气瓶倾倒，以免造成附件的损坏。使用中如发现漏气，应立即关闭储气部件5的阀门。
基于上述实施例，拉袢承力测量装置还包括支架14，平面吹胀结构2固定在支架14上。
具体地，为了固定和安装平面吹胀结构2，本拉袢承力测量装置在平面吹胀结构2下方还设有支架14，为便于测量支架14与地面之间具有一定的高度，将平面吹胀结构2固定在支架14上；而浮空器囊体9安装在平面吹胀结构2上，即浮空器囊体9通过平面吹胀结构2固定在支架14上。
基于上述实施例，拉袢承力测量装置还包括测力结构4，测力结构4包括滑轮16和砝码17；砝码通过滑轮16与待测拉袢8的袢头连接，用于测量待测拉袢8与浮空器囊体9脱离时，待测拉袢8的承力值。
具体地，测力结构4与待测拉袢8试件连接，本实施例中测力结构4包括滑轮16和砝码17。将砝码17利用牵引装置7，通过滑轮16与待测拉袢8的袢头连接，从而使得测力结构4与待测拉袢8连接。
本实施例中，滑轮16为定滑轮，测力过程中，滑轮16的轴的位置固定不动。利用滑轮16上的牵引装置7牵引待测拉袢8。逐步增加砝码17重量，当砝码17重量达到一定值时，待测拉袢8与浮空器囊体9脱离。根据牵引装是7两端力矩平衡，通过力矩平衡方程，获取当待测拉袢8与浮空器囊体9脱离时，待测拉袢8的承力值。
例如，设牵引装置7上，待测拉袢8袢头到滑轮16的长度为L1、待测拉袢8承力值为F1；砝码17到滑轮16长度为L2、砝码17承力值为F2；逐步增加砝码17重量，直至使待测拉袢8与浮空器囊体9脱离。根据牵引装置7两端力矩平衡，建立力矩平衡方程F1*L1＝F2*L2，在已知F2、L2、L1的情况下，获取F1，获取待测拉袢8与浮空器囊体9脱离时，待测拉袢8的承力值。
其中，测力结构并不局限于滑轮和砝码，还可以使用例如：弹簧拉力机、测力传感器或测力机，可根据实际情况灵活选取。
基于上述实施例，平面吹胀结构2还包括圆盘底座和法兰圈，浮空器囊体9的部分固定在圆盘底座10和法兰圈之间11。
具体地，平面吹胀结构2还包括圆盘底座10和法兰圈11，法兰圈11设置在圆盘底座10上。法兰圈即密封圈，也叫做垫片。本实施例中将浮空器囊体9的底部卡在圆盘底座10和法兰圈11之间，再用螺栓将法兰圈11固定，以使得浮空器囊体9固定在平面吹胀结构2上，从而使待测拉袢8通过浮空器囊体9固定在平面吹胀结构2上。
基于上述实施例，拉袢承力测量装置还包括压差传感器15和工控机6，工控机6与压差传感器15和储气部件5电连接；平面吹胀结构2上还安装有压差口13，压差传感器15与压差口13连接；工控机6通过压差传感器15控制储气部件5，用于使浮空器囊体9与平面吹胀结构2形成的封闭空间内的压力保持在实际工况压力。
进一步地，为了模拟拉袢承力测量的真实环境，浮空器囊体9与平面吹胀结构2形成的封闭空间内的压力需保持在实际工况压力下，以使得待测拉袢8受到的浮空器囊体9的压力是浮空器实际工作时，浮空器囊体9对待测拉袢8的气压负载。
压差传感器是一种用来测量两个压力之间差值的传感器，通常用于测量某一设备或部件前后两端的压差，气体压差传感器的工作原理是被测压力直接作用于传感器的膜片上，使膜片产生与气压成正比的微位移，使传感器的电容值发生变化，和用电子线路检测这一变化，并转换输出一个相对应压力的标准测量信号。本实施例中，在平面吹胀结构上安装有压差口，将压差传感器与压差口连接，通过压差传感器15测量浮空器囊体9与平面吹胀结2构形成的封闭空间内的气压，与实际工况压力之间的差值。
工控机即工业控制计算机，是一种采用总线结构，对生产过程及机电设备、工艺装备进行检测与控制的工具总成，工控机具有重要的计算机属性和特征。本实施例中，工控机6分别与压差传感器15和储气部件5电连接，当待测拉袢8试件与平面吹胀结构2形成的封闭空间内气压小于实际工况压力时，压差传感器15将测量的待测拉袢8试件与平面吹胀结构2形成的封闭空间内气压与实际工况压力之间的差值信号，并将该差值信号经过模数转化为电信号，再将该电信号传送给工控机6；工控机6控制储气部件5通过充气口12向该封闭空间内充气，直至压差传感器15测量的浮空器囊体9与平面吹胀结构2形成的封闭空间内气压与实际工况压力相等，工控机6控制储气部件5停止向该封闭空间充气。
图3为本发明一优选实施方式提供的拉袢承力测量方法的流程示意图，如图3所示，另一方面，本发明还提供了一种基于上述拉袢承力测量装置的拉袢承力测量方法，包括：
S1、将待测拉袢8固定在浮空器囊体9上；S2、将浮空器囊体9安装在平面吹胀结构上，向浮空器囊体9与平面吹胀结构形成的封闭空间内充气体，使该封闭空间内的压力为待测拉袢实际使用时的工况压力；S3、获取待测拉袢8与浮空器囊体9脱离时，待测拉袢8的承力值。
本实施例中的拉袢承力测量方法，利用如图1和图2所示的拉袢承力测量装置，通过将待测拉袢8固定在浮空器囊体9上制作出构成待测拉袢试件1，模拟了待测拉袢8试件的实际加工过程。通过将待测拉袢8试件安装在平面吹胀结构上，形成一个封闭的充气空间，在封闭空间内部充入一定量的试验气体，使该封闭空间内的气体压力保持在待测拉袢8实际使用中的气体压力，模拟了真实使用中拉袢试件承受的来自浮空器囊体9的内部气压载荷。然后获取待测拉袢待测拉袢8与浮空器囊体9脱离时，待测拉袢8的承力值。
基于上述实施例，图4为本发明一优选实施方式提供的拉袢承力测量方法的步骤流程图，如图4所示，本拉袢承力测量方法的步骤S3包括：
S301、将测力结构4中的砝码17通过滑轮16，利用牵引装置7与待测拉袢8的袢头连接；S302、逐步增加测力结构中的砝码17重量，使待测拉袢8的承力值逐步增大；S303、测量待测拉袢8与浮空器囊体9脱离时，待测拉袢8的承力值。
具体地，本拉袢承力测量方法的步骤S3包括如下步骤：本实施例中测力结构4包括滑轮16和砝码17，牵引装置7使用绳子；将砝码17利用牵引装置7,通过滑轮16与待测拉袢8的袢头连接；逐步增加测力结构4中的砝码17重量，使待测拉袢8的承力值逐步增大；当待测拉袢8与浮空器囊体9脱离时，根据牵引装置7两端力矩平衡，建立力矩平衡方程，获取此时待测拉袢8的承力值。
具体地，设牵引装置7上，待测拉袢8袢头到滑轮16的长度为L1、待测拉袢8承力值为F1；砝码17到滑轮16长度为L2、砝码17承力值为F2；逐步增加砝码17重量，直至使待测拉袢8与浮空器囊体9脱离。根据牵引装置7两端力矩平衡，建立力矩平衡方程F1*L1＝F2*L2，在已知F2、L2、L1的情况下，获取F1，获取待测拉袢8与浮空器囊体9脱离时，待测拉袢8的承力值。
本发明提供了一种拉袢承力测量装置及方法，通过将待测拉袢8固定在浮空器囊体9上，模拟真实测量环境下，待测拉袢8受到浮空器囊体9的气压载荷；测量出待测拉袢8与浮空器囊体9脱离时，待测拉袢8的承力值，实现了真实、准确地测量待测拉袢8在浮空器上实际使用中的承力值。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (8)
1.一种拉袢承力测量装置，其特征在于，包括：待测拉袢、浮空器囊体、储气部件、支架和平面吹胀结构，所述待测拉袢固定在所述浮空器囊体上；所述浮空器囊体安装在所述平面吹胀结构上，所述浮空器囊体与所述平面吹胀结构形成可充气的封闭空间，所述平面吹胀结构固定在所述支架上；
所述平面吹胀结构上设有充气口；所述储气部件与所述充气口连接，并通过所述充气口向所述浮空器囊体与所述平面吹胀结构形成的可充气的封闭空间内充气体；所述气体包括：空气、氦气或氮气，使所述封闭空间内的气体密度小于空气密度。
2.根据权利要求1所述的一种拉袢承力测量装置，其特征在于，所述待测拉袢通过裁剪、缝纫或焊接的方式，固定在所述浮空器囊体上。
3.根据权利要求1所述的一种拉袢承力测量装置，其特征在于，所述待测拉袢的形状为：V型拉袢、I型拉袢或双V型拉袢。
4.根据权利要求1所述的一种拉袢承力测量装置，其特征在于，还包括测力结构，所述测力结构包括滑轮和砝码；所述砝码利用牵引装置，通过所述滑轮与所述待测拉袢连接，用于测量所述待测拉袢与所述浮空器囊体脱离时，所述待测拉袢的承力值。
5.根据权利要求1所述的一种拉袢承力测量装置，其特征在于，还包括压差传感器和工控机，所述工控机分别与所述压差传感器和所述储气部件电连接；所述平面吹胀结构上还设有压差口，所述压差传感器与所述压差口连接；所述工控机通过所述压差传感器控制所述储气部件，用于使所述浮空器囊体与所述平面吹胀结构形成的封闭空间内的压力保持在实际工况压力。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种拉袢承力测量装置，其特征在于，所述平面吹胀结构还包括圆盘底座和法兰圈，所述浮空器囊体固定在所述圆盘底座和所述法兰圈之间。
7.一种拉袢承力测量方法，其特征在于，包括：
S1、将待测拉袢固定在浮空器囊体上；
S2、将所述浮空器囊体安装在平面吹胀结构上，向所述浮空器囊体与所述平面吹胀结构形成的封闭空间内充气体，使所述封闭空间内的压力为所述待测拉袢实际使用时的工况压力；
S3、获取所述待测拉袢与所述浮空器囊体脱离时，所述待测拉袢的承力值。
8.根据权利要求7所述的一种拉袢承力测量方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
S301、将测力结构利用牵引装置与所述待测拉袢连接；
S302、逐步增加测力结构中的砝码重量，使所述待测拉袢的承力值逐步增大；
S303、测量所述待测拉袢与所述浮空器囊体脱离时，所述待测拉袢的承力值。
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