CN108414178B - 带缓冲功能的冲击装置及其应用方法 - Google Patents

带缓冲功能的冲击装置及其应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带缓冲功能的冲击设备及其应用方法。该一种带缓冲功能的冲击设备，包括碰撞组件；碰撞组件包括碰撞头、缓冲器和配重组件；缓冲器位于碰撞头和配重组件之间；缓冲器被设置为：当碰撞头与物体发生碰撞时，配重组件在惯性作用下使得缓冲器从第一状态转换为第二状态；在第一状态下缓冲器的长度比在第二状态下缓冲器的长度长。其应用方法可以是水平冲击，也可以是垂直冲击。本发明采用了缓冲器，可以用来调节冲击载荷大小和作用时间，冲击过程中设备不会破坏，可以重复使用，降低试验成本。

Description

带缓冲功能的冲击装置及其应用方法
技术领域
本发明涉及冲击测试领域，具体为一种带有缓冲功能的冲击设备。
背景技术
物体的碰撞是现代日常生活、工作中经常遇到的现象。经常要评价物体碰撞时的性能。因此，要进行很多碰撞实验，例如文献(肖岩,陈林,肖果,等.防撞柱实车碰撞性能研究[J].振动与冲击,2013,32(11):1-6.)中介绍了使用真实汽车的对防撞柱实施冲击的工作。汽车本身属性不同，导致侵入的距离不同，因此产生的碰撞载荷也不同。而且每一次测试都要用一辆汽车，因此试验费用很高。而且通过测量汽车的加速度计算防撞柱受到冲击载荷，其精度很差。
发明内容
本发明就是针对上述冲击测试方法冲击过程不易控制、费用高、重复性差、测量困难等不足提出的。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种带缓冲功能的冲击设备，包括碰撞组件；碰撞组件包括碰撞头、缓冲器和配重组件；缓冲器位于碰撞头和配重组件之间；缓冲器被设置为：当碰撞头与物体发生碰撞时，配重组件在惯性作用下使得缓冲器从第一状态转换为第二状态；在第一状态下缓冲器的长度比在第二状态下缓冲器的长度长。
进一步地，碰撞组件还包括导杆和导向管；导杆的第一端部通过固定螺母固定在碰撞头上；导杆的第二端部穿过导向管，通过调节螺母使得导杆不会从第二端部脱离导向管；导向管设置在配重组件上；调节螺母与固定螺母之间的距离控制缓冲器在第一状态下的长度；当碰撞头与物体发生碰撞时，导杆沿导向管相对配重组件向后滑动。
进一步地，导杆的数量与导向管的数量相同，均大于等于1个。
进一步地，导杆的数量是4个，分设在碰撞头的四周。
进一步地，还包括引导组件；引导组件包括第一立柱、第一导轨和底座；第一立柱立于底座上，第一导轨轴向设置在第一立柱上；
碰撞组件还包括第一滑块；第一滑块的一端设置在配重组件上，另一端滑动设置在第一导轨上。
进一步地，还包括测速传感器支架；测速传感器支架设置在第一立柱上，用于放置测速传感器；配重组件上设置有测速板，测速板包括第一测速板和第二测速板；在第一测速板和第二测速板之间有缺口；测速板被设置为，工作时，第一测速板、缺口和第二测速板依次通过测速传感器。优选地，第一测速板和第二测速板通过缺口下方的连接板连接。进一步地，第一测速板、第二测速板和连接板一体成型，结合所述缺口形成U字形结构。进一步地，测速传感器为光电传感器。
进一步地，碰撞头上设置有第一加速度计，用于测量碰撞头的加速度。
进一步地，配重组件上设置有第二加速度计，用于测量配重组件的加速度；缓冲器的材料为聚氨酯。
进一步地，还包括二次冲击拦截器；二次冲击拦截器包括第二立柱、底板、第二导轨和第二滑块；第二导轨设置在底板上；第二滑块的一端滑动设置在第二导轨上，另一端设置在第二立柱的下端面；第二立柱的高度高于试验件的高度。
进一步地，配重组件包括配重箱和放置在配重箱内的配重。
本发明还公开了如上所述的带缓冲功能的冲击设备的应用方法，其特征在于，带缓冲功能的冲击设备水平放置，碰撞组件通过马达或者牵引加速，对试验件进行水平冲击。
另一种如上所述的带缓冲功能的冲击设备的应用方法，其特征在于，带缓冲功能的冲击设备垂直放置，碰撞组件进行落重冲击；使用时，将碰撞组件提升至设定的高度，沿着第一导轨下落，对试验件产生垂直冲击。这时的碰撞组件相当于落锤。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、采用了缓冲器，冲击过程中设备不会破坏，可以重复使用，降低试验成本。
2、改变缓冲器的长度，可调整缓冲距离，这样，在同样冲击能量下，作用于被撞物体的载荷大小和时间就不同。
3、通过调整导杆上的调节螺母的位置，可以改变其调节螺母与固定螺母之间的距离(即位于固定螺母到调节螺母之间的导杆长度)，给缓冲器施加预紧力，也可调整缓冲器的缓冲距离和缓冲器刚度，同样可以实现对冲击载荷大小和作用时间的调节。
4、引导组件有利于引导碰撞组件作为落锤进行落重冲击。
5、测速传感器支架、测速传感器、测速板之间的配合，尤其是测速板的结构有利于产生通-断信号，通过通断信号的时间差，可得到冲击速度。以下落过程为例，在碰撞组件下落过程中，测速板通过光电传感器时，其缺口会产生光电传感器的通断信号，根据信号的时间差可以计算出碰撞组件下落或前进的速度。
6、二次冲击拦截器的第二立柱的高度高于试验件的高度，有利于阻止碰撞组件下落，不会对试验件造成二次冲击，从而保证试验件只受到一次冲击。具体原理是：冲击前，第二立柱在第二导轨的一端，保证碰撞组件下落冲击试验件时不会碰到第二立柱，即第二立柱不会阻挡碰撞组件对试验件的冲击。当冲击后碰撞组件弹起时，第二立柱在第二导轨上滑动，并到达碰撞头下方，碰撞组件再次下落时，第二立柱与碰撞头接触，阻止碰撞组件下落，达到防止对试验件造成二次冲击的目的。
7、配重箱和配重有利于根据需要设置不同的配重重量。
该冲击设备的碰撞组件可以在地面进行水平冲击，也可以作为落锤进行落重冲击，模拟含有结构破坏或内容物移动的冲击，例如汽车对物体的碰撞等。
附图说明
图1为本发明所涉及的带缓冲功能的冲击设备的一个具体实施例的结构示意图。
图2为图1中所涉及的碰撞组件的结构示意图。
图3为图1中所涉及的缓冲器被压缩后碰撞组件的结构示意图。
图4为本发明所涉及的测速原理图。
图5为本发明所涉及的二次冲击拦截器的一个具体实施例的结构示意图。
图6为本发明所涉及的碰撞组件的另一个具体实施例的结构示意图。
图7为图6中的缓冲器被压缩后碰撞组件的结构示意图。
其中，10-第一立柱，11-第一导轨，12-底座，2-碰撞组件，21-第一滑块，41-测速传感器支架，5-二次冲击拦截器，6-试验件，22-第二加速度计，23-缓冲器，24-碰撞头，25-固定螺母，26-导杆，27-测速板，28-调节螺母，29-导向管，30-配重组件，31-第一加速度计，271-第一测速板，274-第二测速板，272-连接板，273-缺口，42-光电传感器，51-第二立柱，52-第二滑块，53-第二导轨，54-底板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
实施例一
图1示出了本发明所涉及的带缓冲装置的冲击设备的一个具体实施例。在该实施例中带缓冲装置的冲击设备包括碰撞组件2、引导组件、二次冲击拦截器5、测速传感器支架41和光电传感器42。
如图2所示，碰撞组件2包括碰撞头24、缓冲器23、配重组件30、导杆26、导向管29、测速板27、第一滑块21、第一加速度计和第二加速度计22。缓冲器23位于碰撞头24和配重组件30之间。导杆26的第一端部通过固定螺母25固定在碰撞头24上；导杆26的第二端部穿过导向管29，通过调节螺母28使得导杆26不会从其第二端部脱离导向管29。导杆26的数量是4个，分设在碰撞头24的四周。
缓冲器23被设置为：当碰撞头24与物体(比如试验件6)发生碰撞时，配重组件30在惯性作用下使得缓冲器23从第一状态转换为第二状态(如图3所示)；在第一状态下缓冲器23的长度比在第二状态下缓冲器23的长度长。
配重组件30包括配重箱和配重，配重设置在配重箱内，可根据需要调节配重的重量大小。导向管29设置在配重组件30的配重箱上。调节螺母28与固定螺母25之间的距离控制缓冲器23在第一状态下的长度。当碰撞头24与试验件6发生碰撞时，导杆26沿导向管29相对配重组件30向后滑动。
在碰撞头24上设置有第一加速度计，用于测量碰撞头的加速度，得到其给物体的冲击载荷，并通过积分可得碰撞头24的位移，从而得到试验件的位移。
在配重组件30上设置有第二加速度计22，用于测量配重组件30的加速度，得到其间接作用于物体的冲击载荷。缓冲器23的材料可以为聚氨酯。
引导组件包括第一立柱10、第一导轨11和底座12。第一立柱10立于底座12上，第一导轨11轴向设置在第一立柱10上。引导组件通过第一滑块21与碰撞组件2连接，具体是：第一滑块21的一端设置在配重组件30的上，另一端滑动设置在第一导轨11上，使得碰撞组件2能够沿第一导轨11滑动。在本实施例中第一滑块21有4个，两两分设在配重组件30的两侧。
测速传感器支架41设置在第一立柱10上，用于放置测速传感器(在本实施例中为光电传感器42)。配重组件30上设置有测速板27。测速板27包括第一测速板271和第二测速板274，且在第一测速板271和第二测速板274之间有缺口273。第一测速板271和第二测速板274通过缺口273下方的连接板272连接。第一测速板271、第二测速板274和连接板272一体成型，结合缺口273形成U字形结构。测速板27的工作原理为：工作时，第一测速板271、缺口273和第二测速板274依次通过光电传感器42，形成通-断信号，根据通-断信号的时间差可以计算出碰撞组件2下落或前进的速度。
二次冲击拦截器5包括第二立柱51、底板54、第二导轨53和第二滑块52(如图5所示)。第二导轨53设置在底板54上。第二滑块52的一端滑动设置在第二导轨53上，另一端设置在第二立柱51的下端面。第二立柱51的高度高于试验件6的高度。
实施例二
图6示出了本发明所涉及的带缓冲装置的冲击设备的另一个具体实施例。在本实施例中，带缓冲装置的冲击设备仅仅相当于实施例一的碰撞组件，不涉及引导组件、二次冲击拦截器等部件。该带缓冲装置的冲击设备包括碰撞组件，碰撞组件包括碰撞头24、缓冲器23、配重组件30、导杆26、导向管29、第一加速度计31、第二加速度计22和测速板27。
缓冲器23位于碰撞头24和配重组件30之间，导杆26一端(第一端部)通过固定螺母25与碰撞头24固定，另一端(第二端部)穿过导向管29，用调节螺母28与导向管29单向连接，通过调节螺母28使得导杆26不会从第二端部脱离导向管29。导向管29设置在配重组件30上。缓冲器23通过轴向压缩吸收能量。
导杆26可以沿着导向管29滑动。使用时，整个装置具有一定的初速度，对被撞物体产生冲击。配重组件30上设置有测速板27，光电传感器固定于地面，测速板27通过光电传感器时，测速板27上面的两块板先后产生通-断信号，通过通断信号的时间差，可得到冲击速度。碰撞头24首先与被撞物体接触。碰撞头24上设置有第一加速度计31，可以测量碰撞头24的加速度，得到其给物体的冲击载荷，并通过积分可得碰撞头24的位移，从而得到被撞物体的位移。配重组件30在惯性的作用下压缩缓冲器23，并沿着导杆26运动(如图7所示)。缓冲器23将载荷传递给碰撞头24后，实现对被撞物体的冲击。配重组件30上设置有第二加速度计22，可以测量配重组件30的加速度，得到其间接作用于物体的冲击载荷。
当碰撞头24与物体发生碰撞时，配重组件30在惯性作用下使得缓冲器23从第一状态(如图6所示)转换为第二状态(如图7所示)；在第一状态下缓冲器23的长度比在第二状态下缓冲器23的长度长，导杆26沿导向管29相对配重组件30向后滑动。
改变缓冲器23的长度，可调整缓冲距离，这样，在同样冲击能量下，可调节作用于被撞物体的载荷大小和作用时间，模拟多种冲击情况。同时可以通过调整导杆26上的调节螺母28的位置，改变导杆26上固定螺母25与调节螺母28之间的距离，从而改变导杆26沿导向管29的滑动长度，给缓冲器23施加预紧力，即调节螺母28与固定螺母25之间的距离控制缓冲器23在第一状态下的长度，也可调整缓冲器23的缓冲距离和接触刚度(即接触力/缓冲距离)，同样可以实现对冲击载荷大小和作用时间的调节。
使用时，
1、实施例一或二的带缓冲装置的冲击设备的碰撞组件可以水平放置于地面或其他物体上，通过马达或者牵引加速，对物体进行水平冲击。
2、实施例一或二的带缓冲装置的冲击设备的碰撞组件也可以作为落锤进行落重冲击，提升至一定高度，沿着导轨(比如实施例一中的第一导轨)下落，对物体产生垂直对冲击。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种带缓冲功能的冲击设备，其特征在于，包括碰撞组件；所述碰撞组件包括碰撞头、缓冲器和配重组件；所述缓冲器位于所述碰撞头和所述配重组件之间；所述缓冲器被设置为：当所述碰撞头与物体发生碰撞时，所述配重组件在惯性作用下使得所述缓冲器从第一状态转换为第二状态；在所述第一状态下所述缓冲器的长度比在所述第二状态下所述缓冲器的长度长；
所述碰撞组件还包括导杆和导向管；所述导杆的第一端部通过固定螺母固定在所述碰撞头上；所述导杆的第二端部穿过所述导向管，通过调节螺母使得所述导杆不会从所述第二端部脱离所述导向管；所述导向管设置在所述配重组件上；所述调节螺母与所述固定螺母之间的距离控制所述缓冲器在所述第一状态下的长度；当所述碰撞头与物体发生碰撞时，所述导杆沿所述导向管相对所述配重组件向后滑动。
2.如权利要求1所述的带缓冲功能的冲击设备，其特征在于，还包括引导组件；所述引导组件包括第一立柱、第一导轨和底座；所述第一立柱立于所述底座上，所述第一导轨轴向设置在所述第一立柱上；
所述碰撞组件还包括第一滑块；所述第一滑块的一端设置在所述配重组件上，另一端滑动设置在所述第一导轨上。
3.如权利要求2所述的带缓冲功能的冲击设备，其特征在于，还包括测速传感器支架；所述测速传感器支架设置在所述第一立柱上，用于放置测速传感器；所述配重组件上设置有测速板，所述测速板包括第一测速板和第二测速板；在所述第一测速板和所述第二测速板之间有缺口；所述测速板被设置为，工作时，所述第一测速板、所述缺口和所述第二测速板依次通过所述测速传感器。
4.如权利要求1所述的带缓冲功能的冲击设备，其特征在于，所述碰撞头上设置有第一加速度计，用于测量所述碰撞头的加速度。
5.如权利要求1所述的带缓冲功能的冲击设备，其特征在于，所述配重组件上设置有第二加速度计，用于测量所述配重组件的加速度；所述缓冲器的材料为聚氨酯。
6.如权利要求1所述的带缓冲功能的冲击设备，其特征在于，还包括二次冲击拦截器；所述二次冲击拦截器包括第二立柱、底板、第二导轨和第二滑块；所述第二导轨设置在所述底板上；所述第二滑块的一端滑动设置在所述第二导轨上，另一端设置在所述第二立柱的下端面；所述第二立柱的高度高于试验件的高度。
7.如权利要求1-6任一项所述的带缓冲功能的冲击设备，其特征在于，所述配重组件包括配重箱和放置在所述配重箱内的配重。
8.如权利要求1所述的带缓冲功能的冲击设备的应用方法，其特征在于，所述带缓冲功能的冲击设备水平放置，所述碰撞组件通过马达或者牵引加速，对试验件进行水平冲击。
9.如权利要求2所述的带缓冲功能的冲击设备的应用方法，其特征在于，所述带缓冲功能的冲击设备垂直放置，所述碰撞组件进行落重冲击；使用时，将所述碰撞组件提升至设定的高度，沿着所述第一导轨下落，对试验件产生垂直冲击。
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