CN108692965B - 一种惯性载荷模拟试验吸能保护装置 - Google Patents

Abstract

一种惯性载荷模拟试验吸能保护装置，行程杆固定在所述滑动体一端的端面，受力板固定在滑动体另一端的端面。滑动体位于所述壳体内，并使该滑动体上表面和下表面分别与壳体内表面之间有1.5mm间隙，滑动体内端端面与壳体内端面之间相距700mm；所述的摩擦板有两块，分别安装在该壳体两个侧面。本发明提供了一种操作简单、可行性高、经济性好、可拆装、可调节的阶梯式惯性载荷模拟试验吸能保护装置。

Description

一种惯性载荷模拟试验吸能保护装置

技术领域

本发明涉及模拟试验领域，具体是一种惯性载荷模拟试验吸能保护装置。

背景技术

我国对飞机性能要求日益增强，随之相关技术的发展必需满足飞机技术条件。为了保障飞机的整体强度和刚度，需对飞机进行惯性载荷模拟试验。进行模拟试验过程中，试验过程末端需对试验件进行吸能保护，避免试验件在大惯性载荷下被破坏，保护试验件能够进行多次试验而不损害试验件结构。

目前，惯性载荷模拟试验过程末端，基本都是采用弹簧构成的弹性组件构成的弹簧装置对试验件进行吸能保护。上述弹簧装置制作成型以后，因为弹簧的弹性系数不会发生改变，弹簧装置被压缩后吸收能量的能力就不会发生改变，所以该弹簧装置吸收能量的能力不可调节，不能满足对不同试验件的试验性能要求；且弹簧装置承受大的冲击载荷过程中容易产生径向弯曲变形，使试验件在减速过程中承受非周期瞬变载荷，不利于试验件减速要求。试验件减速停止后，弹簧装置处于压缩位置，此时弹簧要释放弹性势能，弹性势能作用在试验件上，使试验件反方向运动，试验件来回震荡，试验件不能有效的减速停止，此时试验件的减速过程不能有效的模拟试验件真实减速过程，相关数据不能满足试验需求。

申请号为CN201710781299.2中公开了一种惯性载荷模拟试验装置及系统，该惯性载荷模拟试验装置主要由弹性组件在拉杆的作用下产生惯性载荷，拉力消失后释放惯性载荷，使用该模拟试验装置使模拟试验结果更为准确，该发明公开了模拟试验中对试验件实施惯性载荷力的施力装置。

专利号为201410584848.3的发明创造中公开了一种用于汽车领域的吸能盒。吸能盒包括：安装框架，该安装框架上设置有沿安装框架的长度方向延伸的安装空间；吸能组件，该吸能组件包括第一摩擦部和第二摩擦部，并且第一摩擦部和第二摩擦部接触吸能；调节组件，该调节组件设置在安装框架上以调节第一摩擦部和第二摩擦部的摩擦程度。其实现吸能的方式是：第一摩擦部和第二摩擦部在压紧组件中的锁紧轴的作用下，通过调控组件调节压紧组件对吸能组件的压紧程度。该发明创造囿于所使用领域的限制，存在以下几点不足：1.该吸能盒受锁紧轴限制行程，导致其阻尼减速行程短，不适于惯性载荷试验中大行程要求；2.第一摩擦部和第二摩擦部的压紧程度是以锁紧轴为中心向外发散，锁紧力由大变小，所以该吸能盒在制停期间的作用力上下波动非常厉害，吸能减速过程中受力是动态变载荷，不符合惯性载荷试验的要求；3.该吸能盒整体结构适用于汽车行驶碰撞过程，因为汽车的质量、行驶速度远远小于飞机的质量和速度，该吸能盒在被飞机产生的具有大惯性载荷的试验件冲击下起不到吸能保护的作用，所以并不适于飞行器所产生的大冲击载荷。汽车碰撞发生在瞬间，所以汽车领域内的吸能盒适用于瞬时力作用下的吸能，吸能盒在瞬时碰撞力的作用下急速溃缩快速吸收缓冲碰撞能量，汽车都发生一定程度的损坏，从而保护车内驾乘人员的人身安全。然而，惯性试验要求验件与吸能保护装置碰撞的瞬间动态反力不能大于试验件许用应力，保护试验件与吸能保护装置碰撞后不会被损坏；且整个制动减速过程试验件受力均匀，减速过程近似平稳，所以汽车领域内的吸能盒不适用与惯性试验领域，因此要求设计适用于惯性试验领域的吸能保护装置。

目前，市场上的液压缓冲器在制停期间的作用力近似常数，所以减速过程是均匀减速，液压缓冲器在吸收大载荷时，其反作用力较大，并且液压缓冲器的行程较短，不符合试验性能要求；市场上其它类型的制动器、阻尼器、减速器都不能满足试验要求。试验要求：试验件与吸能保护装置接触的瞬间动态反力不能大于试验件后端最大载荷，且试验件与吸能保护装置接触的瞬间动态反力可调节；试验件减速过程中不能承载持续性非周期瞬变载荷，减速过程近似平稳；并且试验件在与吸能保护装置接触后须在1000mm的有效行程内安全平稳的停下来。

因此有必要研究一种阶梯式可调节惯性载荷模拟试验吸能保护装置。

发明内容

为克服现有技术中存在的不适于飞行器所产生的大冲击载荷的不足，本发明提出了一种惯性载荷模拟试验吸能保护装置。

本发明包括壳体、滑动体、行程杆、摩擦板和受力板。其中，所述行程杆固定在所述滑动体一端的端面，受力板固定在滑动体另一端的端面。所述滑动体位于所述壳体内，并使该滑动体上表面和下表面分别与壳体内表面之间有1.5mm间隙，滑动体内端端面与壳体内端面之间相距700mm；所述的摩擦板有两块，分别安装在该壳体两个侧面。

所述摩擦板的动摩擦因数为0.45，静摩擦因数为0.25。

所述壳体包括两块支撑侧板、支撑片、两块摩擦力调整板和安全保护组件，其中，所述两块支撑侧板对称放置，并将两块支撑侧板之间通过多块均布的支撑片固定连接；所述支撑片分别固定在两块支撑侧板的上表面和下表面。所述安全保护组件固定在由两块支撑侧板与多块支撑片组成的框架形壳体的一端。所述两块摩擦力调整板位于壳体内，分别固定在上述两块支撑侧板的内表面，并使摩擦力调整板与支撑侧板之间有5mm的间隙，用螺母锁紧。在所述两块支撑侧板外表面的上边缘处与下边缘处分别排布有多个拉摩擦力调整板螺钉，并使分别位于上边缘处与下边缘处的两排拉摩擦力调整板螺钉的位置一一对应；在所述两块支撑侧板外表面排布有多个顶摩擦力调整板螺钉，各顶摩擦力调整板螺钉两个一组，均位于各支撑侧板宽度方向的中间；所述的各拉摩擦力调整板螺钉穿过所在的支撑侧板，装入摩擦力调整板内；所述的各顶摩擦力调整板螺钉穿过所在的支撑侧板，顶在所述摩擦力调整板的表面。

所述安全保护组件的两个橡胶块之间的间距大于受力板上拉环的轴向高度。

各所述相邻的拉摩擦力调整板螺钉的水平中心距为290mm，各相邻的拉摩擦力调整板螺钉的垂直中心距为180mm。各组顶摩擦力调整板螺钉之间的中心距为120mm；各组顶摩擦力调整板螺钉与相邻的拉摩擦力调整板螺钉之间的水平中心距为145mm。

所述滑动体包括两个摩擦板、受力板和滑动体框架；所述两个摩擦板分别固定在滑动体框架的两侧；所述受力板固定在上述框架一端的端面。

所述行程杆亦为框架结构一端端面固定有连接板，通过该连接板将所述行程杆固定在所述滑动体的端面。在该框架另一端端面固定有碰撞板。

所述受力板为与滑动体框架横截面配合的方形板；在该方形板得几何中心安装有拉环，并使该拉环处于水平状态。

本发明提供了一种操作简单、可行性高、经济性好、可拆装、可调节的阶梯式惯性载荷模拟试验吸能保护装置。

本发明中，壳体通过2块支撑侧板对称放置，支撑侧板上下面与8块支撑片组成框架结构，框架端面安装安全保护组件，组成吸能保护装置的壳体。安全保护组件与8支撑片协同连接支撑侧板，使结构稳定；若吸能保护装置失效，安全组件上的橡胶块通过限制滑体的位移，最终限制试验件的位移，保护试验件；通过该安全保护组件增强吸能保护装置整体强度。将摩擦力调整板通过各组拉摩擦力调整板螺钉固定在支撑侧板内侧，摩擦力调整板与支撑侧板之间留5～8mm的间隙，各组顶摩擦力调整板螺钉安装在支撑侧板上。

本发明通过同时调整拉摩擦力调整板螺钉与顶摩擦力调整板螺钉，使摩擦力调整板对摩擦板的正压力增大，摩擦力随之增大。用测力计拉动受力板，当达到预定的初始力时，中间滑体能够在壳体内腔滑动，此时拉摩擦力调整板螺钉旋入摩擦力调整板的长度和顶摩擦力调整板螺钉顶在摩擦力调整板的长度都处于最合适位置，锁紧螺钉上的螺母，吸能保护装置具有一定的初设静摩擦力，此状态下的吸能保护装置为初始工作力状态。

将初始工作力状态下的吸能保护装置安装在惯性载荷模拟试验系统，在惯性载荷模拟试验末端，具有大惯性载荷的试验件前端与碰撞板相互碰撞，初设的静摩擦力的反作用力做功消耗掉试验件一部分动能。试验件推动行程杆向壳体内腔运动，滑动体在壳体内腔滑动，滑动体在初设正压力的作用下的摩擦力做功消耗试验件的能量，当滑动体内端端面与壳体内端面之间相距1700mm时，滑动体通过摩擦力做功完全消耗掉试验件所具有的能量，使试验件在不承受大的冲击力下安全、稳定的停下。

本发明是一种阶梯式惯性载荷模拟试验吸能保护装置，通过调节滑动体内端端面与壳体内端面之间相距距离，以及调整拉摩擦力调整板螺钉与顶摩擦力调整板螺钉，改变摩擦力调整板对摩擦板的正压力，即改变初设静摩擦力大小，从而使吸能保护装置作用在试验件上的反力远远小于试验件许用应力，保护试验件不会被大惯性的冲击力损坏，且设置不同的初设静压力则作用在试验件上的反力可调节。

现有技术中的汽车领域吸能盒是通过安装在车辆上的检测装置在发生碰撞时接受碰撞信息反馈到控制装置，控制装置根据碰撞情况，驱动装置启动电机带动齿轮传动控制吸能盒摩擦力大小。该设计响应调节具有滞后性，且整个装置可调节摩擦力的数值小、范围较小，不适于大数值、大范围摩擦力的调整；并且价格高、结构复杂、整体尺寸较小，只适用于汽车领域。

而在飞机惯性试验领域内，由于飞机试验件制动减速的惯性力远远大于汽车碰撞时的惯性力。滑动体在壳体内腔滑动，动摩擦力消耗能量的能力随着滑动体与摩擦力调整板接触面积的增大而增大，当摩擦板完全与摩擦力调整板接触时摩擦力做功消耗能量能力达到最大，此过程中，摩擦力做功消耗的能量的能力从小变大，达到最大值时吸收能量的能力最强，整个吸能装置吸收能量的能力与位移呈线性关系。7组顶摩擦力调整板螺钉和8组拉摩擦力调整板螺钉等距排列使滑动体在壳体内腔滑动时受力均匀，滑动体不会出现上下摆动现象，从而保护试验件不会受到上下摆动的作用力，整个过程中试验件通过吸能保护装置安全平稳的停下。

汽车领域吸能盒的第一摩擦部和第二摩擦部的压紧程度是以单根锁紧轴为中心向外发散，摩擦力由大变小，该吸能盒在制停期间的受力不均匀波动非常厉害，碰撞减速非常迅速，不利于测试试验结果。如若试验件停止运动需承担变载荷作用力，通过调节每组顶摩擦力调整板螺钉的旋入程度使摩擦力调整板在不同组顶摩擦力调整板螺钉作用下的受力不同，使整块摩擦力调整板不同段能够提供不同的正压力，试验件减速过程呈现近似分段线性变化。试验件停止运动后，调整拉摩擦力调整板螺钉与顶摩擦力调整板螺钉，使本发明回到初始工作状态。

本发明还具有操作简单、可行性高、经济性好、可调节和可拆装的特点。

附图说明

图1是壳体的三维视图；

图2是壳体的结构示意图，其中，图2a是主视图，图2b是图2a的侧视图；

图3是安全保护组件的结构示意图，其中，图3a是主视图，图3b是图3a的俯视图；

图4是支撑侧板的结构示意图；

图5是摩擦力调整板的结构示意图；

图6是滑动体的结构示意图；

图7是行程杆的结构示意图；

图8是滑动体二维视图，其中，图8a是主视图，图8b是图8a的俯视图，图8c是图8a的侧视图；

图9是受力板的三维视图；

图10是摩擦板三维视图；

图11是本发明的装配示意图；

图12是本发明的结构示意图。

图13是现有技术中用于汽车领域的吸能盒的结构示意图。

图中：1.支撑侧板；2.支撑片；3.摩擦力调整板；4.安全保护组件；5.拉摩擦力调整板螺钉；6.顶摩擦力调整板螺钉；7.行程杆；8.滑动体；9.受力板；10.摩擦板；11.底板；12.支撑板；13.加强筋1；14.橡胶块；15.碰撞块；16.槽钢；17.加强筋2；18.安装板。

具体实施方式

本实施例是一种阶梯式可调节惯性载荷模拟试验吸能保护装置，包括壳体、滑动体8、行程杆7、摩擦板10和受力板9。其中，所述行程杆7固定在所述滑动体一端的端面，受力板9固定在滑动体另一端的端面。所述滑动体位于所述壳体内，并使该滑动体上表面和下表面分别与壳体内表面之间有1.5mm间隙，滑动体内端端面与壳体内端面之间相距700mm；此状态下的吸能保护装置为初始状态；所述的摩擦板有两块，分别安装在所述壳体两个侧面。所述摩擦板采用铁基干式摩擦材料F1002G制作而成，其动摩擦因数为0.45，静摩擦因数为0.25。

所述壳体包括两块支撑侧板1、支撑片2、两块摩擦力调整板3和安全保护组件4，其中，所述两块支撑侧板1对称放置，并将两块支撑侧板之间通过多块均布的支撑片2固定连接；本实施例中，所述的支撑片有8块，均分为两组，分别固定的在两块支撑侧板的上表面和下表面。所述安全保护组件4固定在由两块支撑侧板与多块支撑片组成的框架形壳体的一端。所述两块摩擦力调整板3位于壳体内，分别固定在上述两块支撑侧板的内表面，并使摩擦力调整板与支撑侧板之间留5mm的间隙，用螺母锁紧。在所述两块支撑侧板1外表面的上边缘处与下边缘处分别排布有多个拉摩擦力调整板螺钉5，并使分别位于上边缘处与下边缘处的两排拉摩擦力调整板螺钉的位置一一对应；各相邻的拉摩擦力调整板螺钉的水平中心距为290mm，各相邻的拉摩擦力调整板螺钉的垂直中心距为180mm。在所述两块支撑侧板1外表面还排布有多个顶摩擦力调整板螺钉6，各顶摩擦力调整板螺钉两个一组，均位于各支撑侧板宽度方向的中间；各组顶摩擦力调整板螺钉之间的中心距为120mm；各组顶摩擦力调整板螺钉6与相邻的拉摩擦力调整板螺钉5之间的水平中心距为145mm。本实施例中，单个支撑侧板1上的拉摩擦力调整板螺钉5有16个，顶摩擦力调整板螺钉6有14个。所述的各拉摩擦力调整板螺钉5穿过所在的支撑侧板1，装入摩擦力调整板3内；所述的各顶摩擦力调整板螺钉6穿过所在的支撑侧板1，顶在所述摩擦力调整板的表面。

所述安全保护组件4位于在壳体的端面，并固定在所述支撑侧板1的端面上。该安全保护组件的两个橡胶块之间的间距大于受力板上拉环的轴向高度。

本实施例中，所述壳体的最大外形尺寸：长2295mm宽526mm高361mm，所述壳体的内腔尺寸：长2200mm宽300mm高320mm。

所述滑动体8为框架结构，包括摩擦板10、受力板9和组成框架的方管与钢板。采用22根方管和两块钢板焊接成长1240mm、宽260mm、高317mm的框架，并使框架的上表面的光洁度和下表面的光洁均达到3.2，以利于其在壳体内腔的滑动。在所述框架的两侧分别固定安装有摩擦板10。所述受力板9固定在上述框架一端的端面。

所述行程杆7亦为框架结构，采用槽钢焊接而成。在该框架一端端面固定有连接板18，通过该连接板将所述行程杆固定在所述滑动体的端面。在该框架另一端端面固定有碰撞板15。所述行程杆7的长度为1210mm。

所述受力板9为与滑动体框架横截面配合的方形板；在该方形板得几何中心安装有拉环，并使该拉环处于水平状态。

所述安全保护组件4亦为增强壳体整体强度的框架结构，采用板材焊接而成。底板11上表面与所述滑动体下表面相接触，支撑板12垂直焊接在底板上，支撑板一端面位于壳体的端面，并固定在所述支撑侧板1的端面上，两个橡胶块14等距固定在支撑板端面，加强筋与支撑板另一端面、底板焊接为一体。

所述试验过程：旋松支撑侧边上的所有螺母，拧紧顶摩擦力调整板螺钉，使顶摩擦力调整板螺钉顶在摩擦力调整板板面，让其对摩擦板的正压力增大，旋紧顶摩擦力调整板螺钉。用测力计拉动受力板，当达到预定的初始力F＝10KN时，中间滑体能够在壳体内腔滑动，此时锁紧拉摩擦力调整板螺钉上的螺母，此刻吸能保护装置具有一定的初设静摩擦力。此状态下的吸能保护装置为初始工作力状态。

将初始工作力状态下的吸能保护装置安装在惯性载荷模拟试验系统中，在惯性载荷模拟试验末端，具有50KN动载荷的试验件前端与碰撞板相互碰撞，初设静摩擦力的反力消耗掉10KN动载荷。试验件推动行程杆向壳体内腔运动，滑动体在壳体内腔滑动，滑动体上的摩擦板在摩擦力调整板提供的正压力下动摩擦力的做功下消耗试验件的能量，当滑动体内端端面与壳体内端面之间相距1700mm时，滑动体通过动摩擦力做功几乎完全消耗掉试验件所具有的能量，使试验件在不承受大的冲击力下安全、稳定的停下。摩擦接触面积从最初700mm×260mm逐渐增大到最大接触面积1240mm×260mm，摩擦力做功消耗的能量从最小值，逐渐达到最大值，并且这个变化过程为近似线性变化的过程。

惯性载荷模拟试验末端，当试验件与吸能保护装置中的行程杆中的碰撞板接触时，吸能保护装置处于工作状态，并开始对试验件阻尼减速。试验件推动行程杆向壳体内腔运动，摩擦板与摩擦力调整板的接触面积逐渐增大，吸能保护装置的吸能能力逐渐增大，试验件减速过程越来越明显。当摩擦板与摩擦力调整板接触面积为最大时，吸能保护装置的吸能能力最大。在预定的行程1000mm内，试验件完成从最大加速度减速到加速度为零的过程。该过程是阶梯式减速吸能的过程。因此此实例中的阶梯式可调节惯性载荷模拟试验保护吸能装置满足试验要求。

Claims (6)

1.一种惯性载荷模拟试验吸能保护装置，其特征在于，包括壳体、滑动体、行程杆、摩擦板和受力板；其中，所述行程杆固定在所述滑动体一端的端面，受力板固定在滑动体另一端的端面；所述滑动体位于所述壳体内，并使该滑动体上表面和下表面分别与壳体内表面之间有1.5mm间隙，滑动体内端端面与壳体内端面之间相距700mm；所述的摩擦板有两块，分别安装在该壳体两个侧面；

所述壳体包括两块支撑侧板、支撑片、两块摩擦力调整板和安全保护组件，其中，所述两块支撑侧板对称放置，并将两块支撑侧板之间通过多块均布的支撑片固定连接；所述支撑片分别固定在两块支撑侧板的上表面和下表面；所述安全保护组件固定在由两块支撑侧板与多块支撑片组成的框架形壳体的一端；所述两块摩擦力调整板位于壳体内，分别固定在上述两块支撑侧板的内表面，并使摩擦力调整板与支撑侧板之间有5mm的间隙，用螺母锁紧；在所述两块支撑侧板外表面的上边缘处与下边缘处分别排布有多个拉摩擦力调整板螺钉，并使分别位于上边缘处与下边缘处的两排拉摩擦力调整板螺钉的位置一一对应；在所述两块支撑侧板外表面排布有多个顶摩擦力调整板螺钉，各顶摩擦力调整板螺钉两个一组，均位于各支撑侧板宽度方向的中间；所述的各拉摩擦力调整板螺钉穿过所在的支撑侧板，装入摩擦力调整板内；所述的各顶摩擦力调整板螺钉穿过所在的支撑侧板，顶在所述摩擦力调整板的表面；

所述摩擦板的动摩擦因数为0.45，静摩擦因数为0.25。

2.如权利要求1所述惯性载荷模拟试验吸能保护装置，其特征在于，所述安全保护组件的两个橡胶块之间的间距大于受力板上拉环的轴向高度。

3.如权利要求1所述惯性载荷模拟试验吸能保护装置，其特征在于，各所述相邻的拉摩擦力调整板螺钉的水平中心距为290mm，各相邻的拉摩擦力调整板螺钉的垂直中心距为180mm；各组顶摩擦力调整板螺钉之间的中心距为120mm；各组顶摩擦力调整板螺钉与相邻的拉摩擦力调整板螺钉之间的水平中心距为145mm。

4.如权利要求1所述惯性载荷模拟试验吸能保护装置，其特征在于，所述滑动体包括两个摩擦板、受力板和滑动体框架；所述两个摩擦板分别固定在滑动体框架的两侧；

所述受力板固定在上述框架一端的端面。

5.如权利要求1所述惯性载荷模拟试验吸能保护装置，其特征在于，所述行程杆亦为框架结构一端端面固定有连接板，通过该连接板将所述行程杆固定在所述滑动体的端面；在该框架另一端端面固定有碰撞板。

6.如权利要求1所述惯性载荷模拟试验吸能保护装置，其特征在于，所述受力板为与滑动体框架横截面配合的方形板；在该方形板得几何中心安装有拉环，并使该拉环处于水平状态。