CN110411865A - 一种竹复合材料用冲击强度试验设备及其试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种竹复合材料用冲击强度试验设备及其试验方法，属于竹复合材料试验技术领域，包括支架、滑槽、冲击组件和样品夹持工装箱，通过样品夹持工装箱能准确实现样品的装夹，通过支架中侧立柱、斜支撑与滑槽间横筋、斜筋的设置，能实现滑槽的可靠固定；且利用对应滑槽设置的落锤、脱钩器、电葫芦等部件的匹配工作，可快速、准确的实现落锤的提升、掉落过程，继而准确完成竹复合材料的冲击强度试验。本发明的冲击强度试验设备，其结构简单，控制简便，样品装夹、落锤抬升、落锤掉落等过程的控制精度高，无需设置额外的辅助传感设备便能实现竹复合材料的高精度冲击强度试验，设备的运行稳定性、安全性好，具有较好的应用前景和推广价值。

Description

一种竹复合材料用冲击强度试验设备及其试验方法

技术领域

本发明属于竹复合材料试验技术领域，具体涉及一种竹复合材料用冲击强度试验设备及其试验方法。

背景技术

近年来，竹复合材料的应用越来越广泛，竹复合材料制品的种类也越来越多。在竹复合材料制品制备完成后，往往需要对其进行相关的性能检测，其中便包括对竹复合材料的冲击强度试验。

在传统的冲击强度试验中，运用较多的是常规落锤冲击试验，其通常采用人工落锤的方式来进行，每次都需要将重锤人工挂上吊钩，并将吊钩提升至一定高度后，使重锤做自由落体运动进行冲击试验，然后操作人员拾起重锤，再次挂到吊钩上进行下一次的冲击试验，如此反复。上述方法不仅需要大量的人力劳动，还存在一定的安全隐患，而且试验的准确性差、工作效率低下。

鉴于此，研究人员对传统的冲击强度试验设备进行了改进，例如现有专利CN105910924A中所公开的一种自举式冲击强度测试装置及其测试方法，其包括下落架、设于下落架内的模拟头、设于模拟头上的加速度传感器、设于下落架下端的光控开关、设于模拟头上并与光控开关同侧的隔板，下落架包括用以模拟头垂直下落的导轨，还包括连于下落架顶部的电磁吸盘机构、设于下落架导轨一侧的导轨光尺、用以对电磁吸盘机构供电的供电机构以及测试主机。通过上述部件的匹配工作，可一定程度上述实现冲击强度试验的自动控制，提升测试的精度；但是，上述测试装置仍然存在明显的缺陷，无法充分满足竹复合材料的冲击强度试验。理由如下：

1、上述测试装置的结构复杂，控制繁琐，使用过程中影响试验结构的因素过多，一旦某部件出现问题，便会影响试验的正常进行，装置的维护成本也较高；

2、上述测试装置采用电磁铁吸盘来控制模拟头的升降，其往往适用于冲击强度较小且模拟头较轻的产品，如果模拟头较重或者需要的冲击强度较大，就必须采用大功率的电磁铁吸盘，这会在一定程度对相关检测设备造成磁力干扰，影响相关检测设备的稳定性和准确性；而且，即使采用小功率的电磁铁吸盘，反复试验的磁性仍然影响相关检测设备的稳定性；

3、上述测试装置在实际应用时的设备稳定性较差，待试验的工件放置在地面上，工件设置的准确性无法得到有效保证，测试过程中存在工件碎片飞溅的风险，存在一定的安全隐患。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本发明提供了一种竹复合材料用冲击强度试验设备及其试验方法，可有效适用于竹复合材料的冲击强度试验，确保试验过程中样品装夹和落锤冲击的准确性，减少样品的飞溅，提升冲击强度试验的准确性、安全性和稳定性。

为实现上述目的，本发明的一个方面，提供一种竹复合材料用冲击强度试验设备，其特征在于，包括支架、滑槽、冲击组件和样品夹持工装箱；

所述支架包括底板和一对侧立柱，所述侧立柱沿竖向设置，其底部固定连接在所述底板的顶面，且两所述侧立柱相对设置；

所述滑槽设置在两所述侧立柱之间，其底部远离所述底板的顶面，包括两个沿竖向设置的滑槽单元；两所述滑槽单元分别呈“槽钢”结构，两者的开槽侧相对设置，两者的背槽侧分别正对所述侧立柱，且所述滑槽单元与对应的侧立柱之间设置有横筋，所述横筋在竖向上为间隔设置的多个，其两端分别连接所述滑槽单元的侧壁面和所述侧立柱的侧壁面；

所述冲击组件包括落锤、电葫芦和脱钩器；所述落锤呈柱体结构，其底部为冲击头，顶部设置有吊挂，且两侧对称设置有可分别伸入滑槽单元中的翅板；所述翅板的一侧固定连接在所述落锤的外周壁面上，其另一侧向外伸出，并在该侧对应所述滑槽单元设置有第一滚轮和第二滚轮；所述第一滚轮在所述翅板的两侧成对设置，其轴线平行于所述翅板的板面，并可以走行面对应抵接滑槽单元的内侧壁面；所述第二滚轮设置在所述翅板的端部，其轴线垂直于所述翅板的板面，并可以走行面抵接滑槽单元的内底面；所述脱钩器设置在两所述滑槽单元之间，用于所述落锤的提升与放下，其顶部与电葫芦的拉索固定连接，并可在所述电葫芦的牵引下由所述拉索带动进行竖向升降；

所述样品夹持工装箱固定设置在所述滑槽正下方的所述底板上，其呈箱体结构，内部填充有细沙，且箱体的顶部成对设置有用于夹持样品的法兰，即竖向相对设置的下法兰和上法兰；两法兰可固定连接，并将所述样品夹持在两法兰之间。

作为本发明的进一步改进，所述侧立柱的两侧分别设置有斜支撑；

所述斜支撑倾斜一定角度设置，其底部固定连接在所述底板上，其顶部向上延伸的同时逐步靠近所述侧立柱，且所述斜支撑与所述侧立柱之间通过若干横筋固定连接，以及所述斜支撑与所述滑槽的背槽侧以多个斜筋对应连接。

作为本发明的进一步改进，所述落锤为异径圆柱体结构，包括竖向同轴设置的大径端和小径端，所述大径端设置在所述小径端的上方，所述翅板分设于该大径端的两侧，且所述小径端的底部设置为半球形。

作为本发明的进一步改进，所述脱钩器的两侧分别对应所述滑槽单元设置有限位器。

作为本发明的进一步改进，所述第一滚轮在所述翅板上为沿竖向间隔设置的多对；和/或所述第二滚轮在所述翅板上为沿竖向间隔设置的多个。

作为本发明的进一步改进，所述电葫芦设置在所述支架一侧的侧立柱上，所述拉索通过若干定滑轮牵引到所述滑槽的顶部。

作为本发明的进一步改进，在所述滑槽底部的等高度侧设置有若干测速激光仪。

本发明的另一个方面，提供一种竹复合材料的冲击强度试验方法，其利用所述竹复合材料用冲击强度试验设备来实现，其步骤如下，

S1：将待试验样品由两法兰夹持在所述样品夹持工装箱的顶部；

S2：将所述落锤挂载在所述脱钩器的下方，并控制所述电葫芦以拉索将所述落锤提升到预定高度位置；

S3：控制所述脱钩器松开所述吊挂，使得所述落锤沿所述滑槽下落；

S4：由所述测速激光仪检测所述落锤到达所述滑槽底部时的速度v，并以下式计算所述样品承受的冲击强度：

式中，E为冲击强度，g为重力加速度，S为所述落锤接触所述样品的面积，H为所述样品至所述滑槽顶部的距离。

上述改进技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)本发明的竹复合材料用冲击强度试验设备，其通过设置由两个滑槽单元组成的滑槽，实现了落锤掉落过程中的准确导向，且通过样品夹持工装箱的对应设置，准确实现了样品的装夹，确保了落锤与样品的准确作用，提升了冲击强度试验的准确性；同时，通过样品夹持工装箱中细沙的填充，有效实现了对冲击过程中冲击动能的吸收，避免了设备因频繁大幅振动而导致的设备损坏，也减少了测试时样品的飞溅，提升了试验设备的稳定性和安全性；

(2)本发明的竹复合材料用冲击强度试验设备，其通过设置由侧立柱、斜支撑、横筋和斜筋组成的支架结构，由支架对应固定、支撑滑槽，有效实现了滑槽的可靠、稳定支撑，满足了落锤重量大、行程高的设置特点，确保了设备在试验过程中的使用安全，保证了试验设备的安全性和稳定性；

(3)本发明的竹复合材料用冲击强度试验设备，其通过冲击组件中落锤、电葫芦和脱钩器的设置，使得落锤可轻松实现竖向抬升和放下，电葫芦的设置简单，控制简便，不会对设备中的其他部件产生影响，确保试验过程中的准确性，而通过落锤与滑槽的对应匹配，以及落锤上第一滚轮和第二滚轮的设置，有效保证了落锤掉落的准确性，确保了冲击强度试验结果的准确性；

(4)本发明的竹复合材料的冲击强度试验方法，其利用本发明中的冲击强度试验设备来实现，整个试验过程操作简单，设备控制简便，能准确实现样品的装夹和冲击强度试验，提升竹复合材料冲击强度试验的效率，降低试验的成本和竹复合材料的生产、应用成本；

(5)本发明的竹复合材料用冲击强度试验设备，其结构简单，控制简便，样品装夹、落锤抬升、落锤掉落等过程的控制精度高，无需设置额外的辅助传感设备便能实现竹复合材料的高精度冲击强度试验，设备的运行稳定性、安全性好，具有较好的应用前景和推广价值。

附图说明

图1是本发明实施例中竹复合材料用冲击强度试验设备的立体结构示意图；

图2是本发明实施例中冲击组件的核心部件示意图；

图3是本发明实施例中利用竹复合材料用冲击强度试验设备进行试验的流程图；

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1.支架，101.底板，102.侧立柱，103.斜支撑，104.横筋，105.斜筋；2.滑槽，3.冲击组件，301.落锤，302.滚轮组，303.限位器，304.电葫芦，305.拉索，306.定滑轮，307.脱钩器，308.吊挂，309.翅板；4.样品夹持工装箱。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明优选实施例中的竹复合材料用冲击强度试验设备如图1、2中所示，包括支架1、滑槽2、冲击组件3和样品夹持工装箱4。其中，滑槽2沿竖向设置，其由支架1对应支撑，且支架1可牢靠固定在地面上，确保滑槽2设置后的稳定性；同时，滑槽2设置后其底部远离底面，样品夹持工装箱4设置在滑槽2的底部下方，用于固定待试验的产品或材料；冲击组件3设置在滑槽2中，其包括可沿竖向往复运动的落锤301，可对样品夹持工装箱4中夹持的工件进行冲击试验。

具体地，优选实施例中的支架1包括水平设置的底板101，其可以锚固螺栓稳定连接在底面上，实现支架1的固定，侧立柱102为分设于底板101顶板上的两根，两侧立柱102分别沿竖向设置，且两侧立柱102相互正对。优选地，底板101为矩形钢板，侧立柱102分设于底板101顶面两侧的中部，侧立柱102的底部与底板101固定连接。

进一步地，侧立柱102的两侧分别设置有斜支撑103，其呈圆杆状，其倾斜一定角度设置在底板101上，底部与底板101固定连接，且斜支撑103与侧立柱102的距离由下至上依次减小，如图1中所示；相应地，斜支撑103与侧立柱102之间间隔设置有多个横筋104，各横筋104水平设置，其两端分别连接斜支撑103的杆体和侧立柱102的侧壁面。通过斜支撑103与各横筋104的匹配设置，使得侧立柱102可被稳定支撑在底板101上，防止试验过程中因侧立柱102的晃动所导致的试验结果失准。进一步优选地，四个斜支撑103的底部分别设置在底板101的四角处。

进一步地，滑槽2沿竖向设置，其设置在两侧立柱102之间，侧立柱102与滑槽2之间通过在竖向上间隔设置的多个横筋104固定连接，继而通过滑槽2正对两侧立柱102的侧壁面上横筋104的设置，使得滑槽2可稳定设置在两侧立柱102之间。优选地，各斜支撑103与滑槽2之间设置有斜筋105，其优选水平设置，并分别以两端连接滑槽2的侧壁面和斜支撑103的侧壁面。利用侧立柱102、斜支撑103、横筋104和斜筋105，可组成如图1中所示的支架结构，为滑槽2提供稳定的支撑。

进一步地，优选实施例中的滑槽2底部远离底板101的顶面，其包括两个正对设置的滑槽单元，两滑槽单元分别呈“槽钢”结构，且两滑槽单元的开槽侧相互正对，并在竖向上形成可供落锤301走行的导轨，从而为落锤301的竖向往复运动导向。相应地，滑槽单元背离开槽的一侧(即背槽侧)与侧立柱102通过横筋104固定连接。

进一步地，优选实施例中的冲击组件3包括落锤301、滚轮组302、电葫芦304、拉索305、脱钩器307和吊挂308，如图2中所示。其中，落锤301为异径圆柱结构，其包括同轴设置的大径端和小径端，小径端设置在大径端的底部，且小径端的底部设置为半球形结构；相应地，大径端的顶部设置有吊挂308，用于与脱钩器307匹配，实现落锤301的吊挂。

进一步地，大径端的两侧对称设置有翅板309，其呈沿竖向设置的板状，且其板面优选沿大径端的径向设置，翅板309的一侧固定连接在大径端的外周壁面上，另一侧向外伸出，并在翅板309向外伸出的一侧上设置有滚轮组302，优选实施例中的滚轮组302包括分设于翅板309两侧的两个第一滚轮，两第一滚轮的轴线平行于翅板309的板面；优选地，翅板309上的滚轮组302为沿竖向间隔设置的多个，如图2中所示的两个。当落锤301设置在滑槽2中时，落锤301两侧的翅板309分别伸入滑槽单元中，且滚轮组302的两个第一滚轮分别抵接滑槽单元的两侧内壁面，以为落锤301的竖向运动导向。

进一步地，在翅板309上还优选对应滑槽单元的槽底内壁面设置有第二滚轮，其轴线垂直于翅板309的板面，且第二滚轮的一侧向外伸出并抵接滑槽单元的槽底，使得滚轮组302不与槽底接触，实现第一滚轮和第二滚轮的分别独立滚动。优选地，翅板309上的第二滚轮为沿竖向间隔设置的多个，例如优选实施例中如图2所示的两个。

进一步地，在落锤301的上方设置有脱钩器307，如图2中所示，其可对应挂住吊挂308，从而将其带动进行竖向往复运动；相应地，在脱钩器307的两侧分别设置有限位器303，使得脱钩器307与落锤301匹配时，两限位器303可分别伸入滑槽2的两滑槽单元中，防止脱钩器307的摆动或移位，确保其吊取落锤301时的稳定性和准确性。

进一步地，对应脱钩器307设置有升降部件，其在优选实施例中为电葫芦304，电葫芦304的拉索305对应连接在脱钩器307上，且拉索305连接脱钩器307的一端沿竖向设置，继而通过电葫芦304对拉索305的收放，可实现脱钩器307竖向升降的带动。具体地，优选实施例中的电葫芦304固定设置在支架1的一侧，其拉索305通过多个定滑轮306牵引到脱钩器307上。

进一步地，在滑槽2的底部正下方设置有样品夹持工装箱4，其优选是由矩形方管和底部钢板组合而成，由矩形方管作为内部支撑，底部钢板与底板101固定连接，且矩形方管的四边合围设置有立面钢板，并在钢板的外侧设置有若干加强筋板；进一步地，样品夹持工装箱4内填充有细沙，且其顶部沿竖向设置有两个法兰，即上法兰和下法兰，下法兰固定设置在样品夹持工装箱4的顶部，其与上法兰之间可通过竖向螺栓对应连接，并将待检测的工件/材料夹持在两法兰之间。通过上述设置，使得待检测工件可由两法兰固定夹持，而样品夹持工装箱4内部加装的细沙，可用于吸收冲击动能，从而有效避免测试时样品飞溅伤人或对设备产生影响。

进一步地，为测试落锤落下时冲击样品的速度，在滑槽2的底部同高度侧设置有若干测速激光仪，优选实施例中为沿水平环向设置的3套。

本发明中的竹复合材料用冲击强度试验设备，其组装完成后进行竹复合材料样品的冲击强度试验过程如下：

S1：将待检测样品由两法兰夹持在样品夹持工装箱4的顶部；

S2：将落锤301挂载在脱钩器307的下方，并控制电葫芦304带动拉索305运动，继而将落锤301提升到预定高度位置；

S3：向脱钩器307发送相应的脱钩指令，使得其松开对吊挂308的挂载，继而落锤301开始下落；

S4：由测速激光仪检测落锤301到达滑槽2底部时的速度，得到速度的平均值v。

记重力加速度为g，待测样品的冲击接触面积为S，待测样品至滑槽2顶部的距离为H，则此时待测样品承受的冲击强度E为：

本发明中的竹复合材料用冲击强度试验设备，其结构简单，操作简便，无需设置大量的辅助传感设备，通过组合式支架与滑槽的对应匹配，可以充分保证试验过程中设备的稳定性和安全性，防止落锤在掉落过程中的偏移，提升冲击试验的准确性，满足冲击试验的高精度要求；同时，通过样品夹持工装箱的对应设置，不仅可有效提升样品装夹的准确性，还能有效吸收试验过程中的冲击动能，减少样品的飞溅伤人及对设备的影响。

简言之，本发明中的冲击强度试验设备，其结构简单，控制简便，样品装夹、落锤掉落等过程的控制精度高，设备的运行稳定性、安全性好，能有效提升样品冲击强度试验的准确性和安全性，具有较好的应用前景和推广价值。

本领域的技术人员容易理解，以上所述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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种竹复合材料用冲击强度试验设备，其特征在于，包括支架、滑槽、冲击组件和样品夹持工装箱；

所述支架包括底板和一对侧立柱，所述侧立柱沿竖向设置，其底部固定连接在所述底板的顶面，且两所述侧立柱相对设置；

所述滑槽设置在两所述侧立柱之间，其底部远离所述底板的顶面，包括两个沿竖向设置的滑槽单元；两所述滑槽单元分别呈“槽钢”结构，两者的开槽侧相对设置，两者的背槽侧分别正对所述侧立柱，且所述滑槽单元与对应的侧立柱之间设置有横筋，所述横筋在竖向上为间隔设置的多个，其两端分别连接所述滑槽单元的侧壁面和所述侧立柱的侧壁面；

所述冲击组件包括落锤、电葫芦和脱钩器；所述落锤呈柱体结构，其底部为冲击头，顶部设置有吊挂，且两侧对称设置有可分别伸入滑槽单元中的翅板；所述翅板的一侧固定连接在所述落锤的外周壁面上，其另一侧向外伸出，并在该侧对应所述滑槽单元设置有第一滚轮和第二滚轮；所述第一滚轮在所述翅板的两侧成对设置，其轴线平行于所述翅板的板面，并可以走行面对应抵接滑槽单元的内侧壁面；所述第二滚轮设置在所述翅板的端部，其轴线垂直于所述翅板的板面，并可以走行面抵接滑槽单元的内底面；所述脱钩器设置在两所述滑槽单元之间，用于所述落锤的提升与放下，其顶部与电葫芦的拉索固定连接，并可在所述电葫芦的牵引下由所述拉索带动进行竖向升降；

所述样品夹持工装箱固定设置在所述滑槽正下方的所述底板上，其呈箱体结构，内部填充有细沙，且箱体的顶部成对设置有用于夹持样品的法兰，即竖向相对设置的下法兰和上法兰；两法兰可固定连接，并将所述样品夹持在两法兰之间。

2.根据权利要求1所述的竹复合材料用冲击强度试验设备，其中，所述侧立柱的两侧分别设置有斜支撑；

所述斜支撑倾斜一定角度设置，其底部固定连接在所述底板上，其顶部向上延伸的同时逐步靠近所述侧立柱，且所述斜支撑与所述侧立柱之间通过若干横筋固定连接，以及所述斜支撑与所述滑槽的背槽侧以多个斜筋对应连接。

3.根据权利要求1或2所述的竹复合材料用冲击强度试验设备，其中，所述落锤为异径圆柱体结构，包括竖向同轴设置的大径端和小径端，所述大径端设置在所述小径端的上方，所述翅板分设于该大径端的两侧，且所述小径端的底部设置为半球形。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的竹复合材料用冲击强度试验设备，其中，所述脱钩器的两侧分别对应所述滑槽单元设置有限位器。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的竹复合材料用冲击强度试验设备，其中，所述第一滚轮在所述翅板上为沿竖向间隔设置的多对；和/或所述第二滚轮在所述翅板上为沿竖向间隔设置的多个。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的竹复合材料用冲击强度试验设备，其中，所述电葫芦设置在所述支架一侧的侧立柱上，所述拉索通过若干定滑轮牵引到所述滑槽的顶部。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的竹复合材料用冲击强度试验设备，其中，在所述滑槽底部的等高度侧设置有若干测速激光仪。

8.一种竹复合材料的冲击强度试验方法，其利用权利要求7所述的竹复合材料用冲击强度试验设备来实现，其步骤如下，

S1：将待试验样品由两法兰夹持在所述样品夹持工装箱的顶部；

S2：将所述落锤挂载在所述脱钩器的下方，并控制所述电葫芦以拉索将所述落锤提升到预定高度位置；

S3：控制所述脱钩器松开所述吊挂，使得所述落锤沿所述滑槽下落；

S4：由所述测速激光仪检测所述落锤到达所述滑槽底部时的速度v，并以下式计算所述样品承受的冲击强度：

式中，E为冲击强度，g为重力加速度，S为所述落锤接触所述样品的面积，H为所述样品至所述滑槽顶部的距离。