CN110926744B - 一种电磁加速配重冲击压缩缓冲管的试验平台及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电磁加速配重冲击压缩缓冲管的试验平台及试验方法，属于冲击压缩试验技术领域，解决了现有落锤试验机、落锤试验塔安装空间大、速度范围小、冲击缓冲管前的初速控制性差、冲击过程中姿态稳定性差以及试验效率低的问题。本发明的试验平台包括控制系统、安装基座、电磁弹射系统、配重撞击系统、支撑导向装置和缓冲管安装平台；控制系统用于试验平台的控制；安装基座水平设置，电磁弹射系统设于安装基座上，用于对配重撞击系统进行水平方向上加速或减速；缓冲管安装平台设于电磁弹射系统的弹射方向的前方。本发明所需安装空间更小，环境适应性更好，水平方向试验避免了试验过程中落锤意外下落危害损伤人员安全，提高了试验安全性。

Description

一种电磁加速配重冲击压缩缓冲管的试验平台及试验方法

技术领域

本发明涉及冲击压缩试验技术领域，尤其涉及一种电磁加速配重冲击压缩缓冲管的试验平台及试验方法。

背景技术

缓冲管是一种由金属加工而成的薄壁零件，截面多为圆形或者矩形，在受到冲击载荷时，缓冲管通过自身材料产生塑性变形进而吸收冲击能量，具有结构紧凑缓冲效率高等优点，因而其常用于高速运动物体制动时的吸能装置，比如汽车、火车、导弹发射装置等。

缓冲管在设计完成后，需进行大量的冲击压缩试验以验证其性能和可靠性。目前最常用的试验方法为重力落锤试验，包括采用落锤试验机、落锤试验塔。其原理均是将配重系统提升至指定高度然后释放，配重系统在重力作用下自由落体以获得初速，直至与缓冲管相互作用。落锤试验机有精密导轨，配重系统在自由下落和冲击过程中的姿态比较稳定；但受限于落锤试验机的高度，其最大速度较低，一般不超过10m/s。落锤试验塔则是为了突破配重系统的最大速度而建的高塔，配重系统的最大速度与提升高度的平方成正比，即是速度增一倍，提升高度为先前的四倍，因而其最大速度也有限，一般不超过25m/s；并且落锤试验塔的配重系统的导向性一般，配重系统在冲击缓冲管时姿态稳定性不如落锤试验机。对于设计比较精细的缓冲管而言，配重系统的冲击姿态会影响缓冲管的变形形态和测试结果。落锤试验塔为使配重系统获得较大的初速，其提升高度呈平方比增大，进而导致试验效率低下。另外，也有水平加速配重系统的试验方法，水平加速配重系统以获得初速进行冲击工作的还有轻气炮，即是采用压缩气体将安置于炮管内的配重系统进行加速，该方法的特点是被加速的配重系统较小，质量轻，速度高(数百至数千米每秒)，缺点是效率低、速度可控性差、配重系统重量小、配重系统冲击姿态稳定性差。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种电磁加速配重冲击压缩缓冲管的试验平台及试验方法，用以解决现有落锤试验机、落锤试验塔安装空间大、速度范围小、冲击缓冲管前的初速控制性差、冲击过程中姿态稳定性差以及试验效率低的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面，提供一种电磁加速配重冲击压缩缓冲管的试验平台，包括控制系统、安装基座、电磁弹射系统、配重撞击系统、支撑导向装置和缓冲管安装平台；

控制系统用于试验平台的控制；

安装基座水平设置，电磁弹射系统设于安装基座上，用于对配重撞击系统进行水平方向上加速或减速；

缓冲管安装平台设于电磁弹射系统的弹射方向的前方；

电磁弹射系统用于将配重撞击系统水平射出，使配重撞击系统在支撑导向装置的支撑与约束下沿水平方向滑动并撞击待测试的缓冲管。

进一步地，配重撞击系统包括配重系统和锤头，配重系统与锤头连接，配重系统与锤头之间设有力传感器。

进一步地，试验平台还包括锁定释放装置，配重撞击系统通过锁定释放装置与电磁弹射系统连接，锁定释放装置通过接收控制系统发出的锁定或分离信号实现对配重撞击系统的锁定与分离释放。

进一步地，配重系统包括车架，车架通过支撑轴承沿支撑导向装置移动；车架的两侧均设有导向轮，导向轮与支撑导向装置的内壁接触，用于配重系统水平面内的导向。

进一步地，车架设有用于安装配重块的空腔，空腔内固定设有配重锁紧螺杆，配重块设有与配重锁紧螺杆相适配的缺口，通过配重锁紧螺母将配重块锁紧在车架的空腔中。

进一步地，支撑导向装置包括左、右对称设置的两根导轨，导轨包括腹板，腹板的顶端和底端均设置有垂向限位部，垂向限位部用于约束导向轮在竖直方向上的移动，腹板用于约束导导向轮的横向运动。

进一步地，锁定释放装置包括安装壳体以及由上向下依次设于安装壳体内的锁定销、复位弹簧和解锁电磁铁。

进一步地，锁定销的上端为柱体结构，下端为铁磁性金属圆盘，复位弹簧设于铁磁性金属圆盘与解锁电磁铁之间；

锁定销能够在复位弹簧弹力的作用下向上伸出安装壳体并插入车架后端的车架锁定孔中；锁定销能够在解锁电磁铁通电时向下运动进而与车架锁定孔分离。

进一步地，锤头包括圆柱锤头、楔形锤头和圆柱凸台锤头；锤头的连接端设有螺纹，与力传感器螺纹连接。

进一步地，缓冲管安装平台设有缓冲管固定装置；

缓冲管固定装置包括缓冲管安装座、导向杆和定位螺母；

缓冲管安装座通过安装螺钉与缓冲管安装平台固定；

缓冲管安装座设有供导向杆穿过的导向孔，导向孔的孔径与缓冲管的内径相同；

缓冲管套设在导向杆上，导向杆穿过缓冲管安装座。

进一步地，导向杆的光杆一端设有定位螺纹，另一端设有定位凸台；

定位凸台包括抵靠冲击部和支撑部，支撑部的直径等于缓冲管的内径且小于抵靠冲击部的直径；

缓冲管套设在光杆上且抵靠于抵靠冲击部，光杆与缓冲管的内壁间隙配合，支撑部与缓冲管的内壁无间隙配合。

进一步地，定位螺母与缓冲管安装座之间还设有定位弹簧和定位平垫。

进一步地，试验平台还包括操作台和电源系统，操作台用于对试验平台进行参数设定和发送操作命令，并能够实时显示试验平台所采集到的信号；电源系统为试验平台提供动力。

进一步地，试验平台还包括位移速度传感器和数据采集仪；

位移速度传感器设于安装基座上，用于实时检测配重系统的位移与速度；

数据采集仪用于实时接收力传感器和位移速度传感器所采集的信号，并将处理后的信号传递至操作台。

另一方面，提供一种电磁加速配重冲击压缩缓冲管的试验方法，采用上述电磁加速配重冲击压缩缓冲管的试验平台进行试验，包括如下步骤：

步骤一：组装电磁加速配重冲击压缩缓冲管的试验平台；

步骤二：安装待测试的缓冲管；

步骤三：设定试验参数，控制系统启动电源系统进行试验。

进一步地，步骤一的具体步骤为：将安装基座置于水平地面上，将电磁弹射器与缓冲管安装平台固定在安装基座上，安装支撑导向装置，调整支撑导向装置，使支撑导向装置的导轨位于水平位置；连接动子、锁定释放装置和配重系统。

进一步地，步骤一中，根据试验设计需要调整配重系统至指定的重量，将选择的配重块通过其缺口安装在配重锁紧螺杆上，拧紧配重锁紧螺母将配重块锁紧在车架的空腔中。

进一步地，步骤三中，当上一次缓冲管冲击试验完毕后，动子通过锁定释放装置重新锁定配重系统，电磁加速器带动配重系统水平复位；

在配重系统复位前或复位完成后更换锤头，在配重系统复位过程中更换缓冲管。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果之一：

a)本发明提供的电磁加速配重冲击压缩缓冲管的试验平台，将竖直安置的试验系统改为水平安置，降低了对试验室层高的要求，所需安装空间更小，环境适应性更好，而且避免了试验过程中落锤意外下落危害损伤人员安全，提高了试验安全性。

b)本发明提供的电磁加速配重冲击压缩缓冲管的试验平台，配重系统的重量可调，根据需求在一定范围内(1kg～100kg)进行任意增减，配合不同的速度可获得不同的冲击能量；电磁加速配重系统能够在较大的速度范围内(1m/s～50m/s)获得预设的速度，应用范围广，相比其它试验方法，碰撞前的初速与目标速度更准确。

c)本发明提供的电磁加速配重冲击压缩缓冲管的试验平台，配重系统在整个运动过程中均在水平设置的导轨上进行支撑和导向，通过在车架的两侧设置支撑轴承和导向轮，配重系统及锤头在冲击过程中的运动姿态稳定，从而降低对缓冲管变形的干扰，提高了试验结果的可靠性。

d)本发明提供的电磁加速配重冲击压缩缓冲管的试验方法，通过引入电磁弹射器对配重冲击系统进行可控加速以获得预定的速度，控制配重冲击系统与电磁加速动子自动分离，配重冲击系统沿支撑导向装置水平滑动直至与缓冲管发生冲击，完成冲击压缩试验。

e)本发明提供的电磁加速配重冲击压缩缓冲管的试验方法，与落锤试验机对落锤进行复位时需要数分钟时间相比，配重冲击系统水平复位由电磁加速度系统的动力带动，只需几秒的时间即可恢复初始位置，复位时间大幅缩短。并且，由于配重冲击系统复位是在水平方向进行，不会有出现竖直方向落锤试验时锤头意外下落的情况，不会危及损伤人员安全，因而在配重冲击系统复位过程中可进行缓冲管的装卡，进一步缩短了再次试验的时间，提高了试验效率。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例中电磁加速配重冲击压缩试验平台结构示意图一；

图2为本发明实施例中电磁加速配重冲击压缩试验平台结构示意图二；

图3为本发明实施例中配重系统组成示意图；

图4为本发明实施例中配重块结构形式示意图；

图5为本发明实施例中配重系统在支撑导向装置中的安装示意图；

图6为本发明实施例中锁定释放装置结构示意图及其与配重系统的安装示意；

图7为本发明实施例中锁定释放装置的结构示意图；

图8为本发明实施例中3种典型锤头结构示意图；

图9为本发明实施例中缓冲管安装于缓冲管安装平台的结构示意图一；

图10为本发明实施例中导向杆的结构示意图；

图11为本发明实施例中缓冲管安装于缓冲管安装平台的结构示意图二；

图12为本发明实施例中导轨的结构示意图。

附图标记：

1、操作台；2、控制系统；3、电源系统；4、安装基座；5、电磁弹射器；6、动子；7、锁定释放装置；7-1、安装壳体；7-2、锁定销；7-3、支撑滚轮；7-4、复位弹簧；7-5、解锁电磁铁；8、配重系统；8-1、车架；8-2、支撑轴承；8-3、导向轮；8-4、配重锁紧螺杆；8-5、配重锁紧螺母；8-6、1kg配重块；8-7、2kg配重块；8-8、5kg配重块；8-9、10kg配重块；8-10、车架锁定孔；9、力传感器；10、锤头；10-1、圆柱锤头；10-2、楔形锤头；10-3、圆柱凸台锤头；11、支撑导向装置；11-1、垂向限位部；11-2、横向限位部；11-3、固定安装部；12、缓冲管安装平台；13、缓冲管固定装置；13-1、缓冲管安装座；13-2、安装螺钉；13-3、缓冲管；13-4、导向杆；13-4-1、抵靠冲击部；13-4-2、支撑部；13-4-3、光杆；13-4-4、定位螺纹；13-5、定位弹簧；13-6、定位平垫；13-7、定位螺母；14、位移速度传感器；15、数据采集仪。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

实施例一

本发明的一个具体实施例，公开了一种电磁加速配重冲击压缩缓冲管的试验平台，如图1至图2所示，包括操作台1、控制系统2、电源系统3、安装基座4、电磁弹射系统、锁定释放装置7、配重撞击系统、支撑导向装置11、缓冲管安装平台12、位移速度传感器14和数据采集仪15，其中，操作台1用于对试验平台进行参数设定和发送操作命令，并且能实时显示试验平台所采集到的信号；控制系统2用于试验平台的控制；电源系统3为试验平台提供动力；电磁弹射系统用于将配重撞击系统水平射出，使配重撞击系统在支撑导向装置11的支撑与约束下沿水平方向滑动并撞击待测试的缓冲管13-3。

本实施例中，安装基座4水平设置，电磁弹射系统设于安装基座4上，用于对配重撞击系统进行水平方向上加速或减速，缓冲管安装平台12用于安装缓冲管13-3，缓冲管安装平台12设于电磁弹射系统的弹射方向的前方。

配重撞击系统通过锁定释放装置7与电磁弹射系统连接，锁定释放装置7通过接收控制系统2发出的锁定或分离信号实现对配重撞击系统的锁定与分离释放。

配重撞击系统包括配重系统8和锤头10，配重系统8通过锁定释放装置7与电磁弹射系统连接，配重系统8与锤头10固定连接，配重系统8与锤头10之间设有力传感器9，配重系统8、锤头10能够作为一个整体在支撑导向装置11的支撑与约束下在水平方向滑动，缓冲管13-3的中心在锤头10的作用面内，在冲击压缩过程中，力传感器9能实时检测锤头10传递的冲击力大小。

位移速度传感器14固定设于安装基座4上，用于对配重系统8的位移与速度进行非接触式的实时检测；数据采集仪15用于实时接收力传感器9和位移速度传感器14所采集的信号，并将处理后的信号传递至操作台1。

本实施例中，电磁弹射系统包括电磁弹射器5和动子6，电磁弹射器5、缓冲管安装平台12分别设于安装基座4的两端，且缓冲管安装平台12位于电磁弹射器5的弹射方向；电磁弹射器5用于驱动动子6沿支撑导向装置11移动，动子6在电磁弹射器5电磁场的作用下能在水平方向加速运动与减速运动；缓冲管安装平台12设有用于安装缓冲管13-3的缓冲管固定装置13；电磁弹射器5的上表面固定设有支撑导向装置11，支撑导向装置11的外伸部分与缓冲管安装平台12固定连接，支撑导向装置11水平设置，配重系统8、锤头10能够作为一个整体沿支撑导向装置11在水平方向滑动；动子6通过锁定释放装置7与配重系统8固定连接，其中，锁定释放装置7与动子6固定连接，锁定释放装置7通过接收控制系统2的锁定或分离信号实现对配重系统8的锁定与分离释放。

试验时，缓冲管13-3安装在缓冲管安装平台12上，缓冲管13-3的中心在锤头10的作用面内，动子6在电磁弹射器5电磁场的作用下能够沿水平方向加速运动，当配重系统8达到预定速度时，控制系统2启动锁定释放装置7，快速释放配重系统8，动子6在控制系统2与电磁弹射器5的作用下实现制动减速；释放后的配重系统8、锤头10作为一个整体沿支撑导向装置11滑动，直至锤头10与缓冲管13-3产生冲击碰撞；在冲击压缩过程中，力传感器9能实时检测锤头10传递的冲击力大小；位移速度传感器14固定在安装基座4上，能够对配重系统8的位移与速度进行非接触式的实时检测；数据采集仪15能实时接收力传感器9和位移速度传感器14所采集的信号，并将处理后的信号传递至操作台1。

本实施例中，支撑导向装置11为矩形截面导轨，如图5和图12所示，包括左、右对称设置的两根导轨，两根导轨平行相对设置，两条导轨能够限定配重系统8沿导轨水平移动，导轨包括腹板11-2和固定安装部11-3，固定安装部11-3设于导轨的底端，腹板11-2的顶端和底端均设置有垂向限位部11-1，垂向限位部11-1用于约束导向轮8-3在竖直方向上的位移，腹板11-2用于约束导导向轮8-3的横向运动，因而，顶端的垂向限位部11-1、底端的垂向限位部11-1以及腹板11-2共同约束导向轮8-3的纵向、横向移动，使导向轮8-3仅能够沿导轨沿预定轨迹做水平直线运动，从而保证锤头10沿导轨水平移动。导轨为一体结构，由金属机加而成，表面质量好、尺寸精度高、结构刚度好，对配重系统8具有更好的导向性和支撑性。

本实施例中，配重系统8采用车式结构，如图3至图5所示，配重系统8的主体结构为车架8-1，车架8-1通过支撑轴承8-2与支撑导向装置11连接，并能够沿支撑导向装置11移动。在车架8-1的两侧均设有4只支撑轴承8-2，4只支撑轴承8-2分为两组，每组2个支撑轴承8-2卡设在支撑导向装置11的上、下限位部之间，并分别与限位部的内壁接触，用于承担配重系统8的重量与竖直平面内的导向；车架8-1的两侧还分别设有导向轮8-3，导向轮8-3与支撑导向装置11的内壁接触，用于配重系统8水平面内的导向，导向轮8-3的数量为2个、4个或6个，且两侧数量相同，此结构设置能够保证配重系统8在支撑导向装置11的作用下只能作直线平移运动。

车架8-1为空腔结构，即车架8-1设有用于安装配重块的空腔，空腔用于放置配重块，空腔内设有配重锁紧螺杆8-4，配重块设有缺口，如图4所示，缺口与配重锁紧螺杆8-4相适配，通过配重锁紧螺母8-5将配重块锁紧在车架8-1的空腔中；其中，配重块包括不同重量级别，如1kg配重块8-6、2kg配重块8-7、5kg配重块8-8、10kg配重块8-9，不同重量的配重块可以通过不同形式的组合，从而实现对配重系统8整体重量的调节。

车架8-1的前端面设有螺钉孔，力传感器9通过螺钉固定在车架8-1的前端面上；车架8-1后端面上设有车架锁定孔8-10，锁定释放装置7通过车架锁定孔8-10与配重系统8进行锁定与释放，其中，车架锁定孔8-10的中心线与水平面垂直。

本实施例中，如图6至图7所示，锁定释放装置7固定在动子6上，锁定释放装置7接受控制系统2的信号实现对配重系统8的锁定与分离释放。锁定释放装置7包括安装壳体7-1、锁定销7-2、支撑滚轮7-3、复位弹簧7-4和解锁电磁铁7-5，锁定销7-2、复位弹簧7-4和解锁电磁铁7-5由上向下依次设于安装壳体7-1内。安装壳体7-1设有用于安装支撑滚轮7-3的第一安装空间和用于安装解锁电磁铁7-5的第二安装空间，第一安装空间与第二安装空间由隔板隔开，隔板上设有供锁定销7-2穿过的通孔，支撑滚轮7-3的数量为4个，两两对称安装在安装壳体7-1的第一安装空间内，能够自由转动，锁定销7-2卡设在4个支撑滚轮7-3中间，锁定销7-2的两侧分别与两个支撑滚轮7-3滚动接触，位于锁定销7-2能够在竖直方向自由滑动；锁定销7-2的上端为柱体结构，下端为一铁磁性金属圆盘，复位弹簧7-4设于铁磁性金属圆盘与解锁电磁铁7-5之间，铁磁性金属圆盘的中心设有用于安装复位弹簧7-4的限位孔，铁磁性金属圆盘、复位弹簧7-4以及解锁电磁铁7-5均安装于第二安装空间。

锁定销7-2能够在复位弹簧7-4弹力的作用下向上伸出安装壳体7-1并插入车架8-1后端的车架锁定孔8-10中，也即在初始状态下，配重系统8与车架8-1为锁定状态时，复位弹簧7-4处于压缩状态，锁定销7-2在复位弹簧7-4弹力的作用下向上伸出，锁定销7-2伸出的部分插入车架8-1后端的车架锁定孔8-10中，从而实现对配重系统8的锁定；解锁电磁铁7-5通电后，对铁磁性金属圆盘产生向下的吸引力，锁定销7-2能够在解锁电磁铁7-5通电时向下运动进而与车架锁定孔8-10分离，具体的，当配重系统8达到预定速度时，控制系统2控制解锁电磁铁7-5通电，解锁电磁铁7-5对铁磁性金属圆盘产生向下的吸引力，使锁定销7-2向下运动，直至锁定销7-2与车架锁定孔8-10分离，从而实现对配重系统8的释放。

锁定销7-2对配重系统8的推力依靠支撑滚轮7-3进行支撑，同时支撑滚轮7-3将锁定销7-2的上下运动的滑动摩擦转变为滑动摩擦，运动阻力小；加上解锁电磁铁7-5动作迅速，因此锁定释放装置7对配重系统8的锁定与解锁响应快，对分离后配重系统8的速度影响小。

本实施例中，为了满足不同尺寸形状缓冲管的撞击试验要求，锤头10包括连接端和撞击端，锤头10的连接端设有通用螺纹，即为螺杆结构，能够直接与力传感器9进行连接固定，根据需要快速拆卸与更换，方便快捷。

本实施例中，如图8所示，锤头10包括但不限定以下三种结构：第一种结构为圆柱锤头10-1，圆柱锤头10-1的撞击端为柱体结构，柱体结构的直径大于连接端的直径；第二种结构为楔形锤头10-2，楔形锤头10的撞击端楔形结构；第三种结构为圆柱凸台锤头10-3，圆柱凸台锤头10-3的撞击端为凸台结构，具体的，撞击端包括具有第一直径的第一柱体和具有第二直径的第二柱体，第一直径小于第二直径，第一柱体一体成型于第二柱体的前端，第一柱体与第二柱体连接处构成撞击端面，圆柱凸台锤头10-3与缓冲管13-3发生撞击时，第一柱体伸入缓冲管13-3中，缓冲管13-3与撞击端面撞击。其中，第一种结构的圆柱锤头10-1和第三种结构的圆柱凸台锤头10-3能够用于对不同直径的缓冲管进行轴向冲击试验；第二种结构的楔形锤头10-2能够用于缓冲管件的横向冲击试验，多种结构的锤头能够满足缓冲管冲击压缩试验的各种需求。

本实施例中，缓冲管固定装置13固定设置于缓冲管安装平台12上，缓冲管固定装置13一方面用于安装缓冲管13-1，另一方面，支撑导向装置11通过缓冲管固定装置13与缓冲管安装平台12固定连接。缓冲管固定装置13包括缓冲管安装座13-1、安装螺钉13-2、导向杆13-4、定位弹簧13-5、定位平垫13-6和定位螺母13-7。缓冲管安装座13-1圆台结构，截面为T形，如图9至图11所示，缓冲管安装座13-1设有供导向杆13-4穿过的导向孔，导向孔的孔径与缓冲管13-3的内径相同；缓冲管安装座13-1通过安装螺钉13-2与缓冲管安装平台12固定。

如图10所示，导向杆13-4包括光杆13-4-3，光杆13-4-3用于对缓冲管导向，光杆13-4-3的一端设有定位螺纹13-4-4，位螺母13-7与定位螺纹13-4-4相适配，光杆13-4-3的另一端设有定位凸台，定位凸台包括抵靠冲击部13-4-1和支撑部13-4-2，支撑部13-4-2的直径等于缓冲管13-3的内径且小于抵靠冲击部13-4-1的直径；缓冲管13-3套设在导向杆13-4的光杆13-4-3上且抵靠于抵靠冲击部13-4-1，导向杆13-4的光杆13-4-3与缓冲管13-3的内壁间隙配合，也即光杆13-4-3与缓冲管13-3通过公差实现间隙配合，定位凸台的支撑部13-4-2与缓冲管13-3的内壁无间隙配合，从而保证了缓冲管13-3安装时与导向杆13-4同轴与定位。缓冲管13-3套设在导向杆13-4上，导向杆13-4穿过缓冲管安装座13-1，并通过拧紧定位螺母13-7、定位平垫13-6压缩定位弹簧13-5，定位弹簧13-5产生反作用力使得导向杆13-4和缓冲管13-3保持水平状态。其中，抵靠冲击部13-4-1一方面用于缓冲管13-3的抵靠，另一方面用于承受配重撞击系统的直接冲击，并将冲击载荷传递至缓冲管13-3上。

与现有技术相比，本实施例提供的电磁加速配重冲击压缩缓冲管的试验平台具有如下有益效果：

(1)将竖直安置的试验系统改为水平安置，降低了对试验室层高的要求，电磁弹射器结构紧凑(长度不大于6m)，所需安装空间更小，环境适应性更好，而且避免了试验过程中落锤意外下落危害损伤人员安全，提高了试验安全性；

(2)配重冲击系统的重量可调，根据需求在一定范围内(1kg～100kg)进行任意增减，配合不同的速度可获得不同的冲击能量；电磁加速配重冲击系统能够在较大的速度范围内(1m/s～50m/s)获得预设的速度，应用范围广，相比其它试验方法，碰撞前的初速与目标速度更准确；

(3)配重冲击系统在整个运动过程中均在水平设置的导轨上进行支撑和导向，通过在车架的两侧设置支撑轴承和导向轮，配重系统及锤头在冲击过程中的运动姿态稳定，从而降低对缓冲管变形的干扰，提高了试验结果的可靠性；尤其在大速度时，相比落锤试验塔而言，锤头的导向性，冲击姿态更稳定，对缓冲管的影响更小；

(4)锤头的连接端设有通用螺纹，锤头与力传感器螺纹连接，便于快速拆卸与更换，提升试验效率；

(5)更换锤头、拆装缓冲管均在水平面内进行，相比在竖直平面内的落锤试验而言，不存在因意外而下落导致的安全隐患，试验更加安全；

(6)缓冲管安装装置与缓冲管安装平台可拆卸连接，针对不同管径的缓冲管，只需更换缓冲管安装装置与导向杆即可，试验平台的通用性高；

(7)配重冲击系统的锁定与释放采用电磁动作，响应灵敏，对分离后配重系统的速度影响小；

(8)配重冲击系统的速度位移量实时非接触式测量，对配重系统的速度与姿态无任何影响，且测量精度高；

(9)配重冲击系统自动复位与更换缓冲管可同时进行，复位时间短，试验效率高。

实施例二

本发明的又一具体实施例，公开了一种电磁加速配重冲击压缩缓冲管的试验方法，基于实施例一中的电磁加速配重冲击压缩缓冲管的试验平台，该试验方法包括如下步骤：

步骤一：组装实施例一中的试验平台。

将安装基座4置于水平地面上，将电磁弹射器5与缓冲管安装平台12固定在安装基座4上，安装支撑导向装置11，调整支撑导向装置11，使支撑导向装置11的导轨位于水平位置；连接动子6、锁定释放装置7和配重系统8。

步骤二：安装待测试的缓冲管13-3。

将缓冲管13-3安装固定在缓冲管固定装置13上，具体安装过程为：将导向杆13-2插入缓冲管13-3中，导向杆13-2穿过缓冲管安装座13-1，并在导向杆13-2的一端套设定位弹簧13-5与定位平垫13-6，拧紧定位螺母13-7压缩定位弹簧13-5，定位弹簧13-5产生反作用力使得导向杆13-4和缓冲管13-3保持水平状态，使缓冲管13-3的中心在锤头10的作用面内，完成缓冲管13-3的安装。通过设置定位弹簧13-5，能够使导向杆13-4和缓冲管13-3保持水平状态，且二者同轴。

步骤三：设定试验参数，控制系统2启动电源系统3进行试验。

通过操作台1设定试验参数，试验参数包括配重系统8的目标速度，控制系统2自动解算出最佳的驱动参数，驱动参数包括驱动电压、驱动电流、驱动时间、制动电压、制动电流和相位切换时序等参数。

控制系统2解算出最佳的驱动参数后，控制系统2启动电源系统3与电磁弹射器5，动子6通过锁定释放装置7带动配重系统8加速运动；其中，位移速度传感器14实时监测配重系统8的位移与速度，并将信号传递给数据采集仪15和控制系统2；当位移速度传感器14监测到配重系统8达到预定速度时，控制系统2启动锁定释放装置7，解锁电磁铁7-5通电，锁定销7-2的铁磁性金属圆盘在磁力作用下向下运动，锁定销7-2脱离车架锁定孔8-10，对配重系统8快速释放；当配重系统8释放后，控制系统2和电磁弹射器5控制动子6制动减速；释放后的配重系统8在支撑导向装置11中自由滑动，直至锤头10与缓冲管13-3产生冲击碰撞；缓冲管13-3在配重系统8与锤头10的冲击下产生冲击压缩，力传感器9实时检测冲击力，并将检测到的冲击力实时传递至数据采集仪15；位移速度传感器14实时监测配重系统8在冲击压缩过程中的位移与速度，并将信号传递给数据采集仪15和控制系统2中；数据采集仪15处理后的位移、速度、冲击力等信号在操作台1上动态显示与存储，完成一次撞击试验。

步骤一中，根据试验设计需要调整配重系统8至指定的重量。根据设计需要确定不同重量级别的配重块的数量，将选择的配重块通过其缺口安装在配重锁紧螺杆8-4上，拧紧配重锁紧螺母8-5将配重块锁紧在车架8-1的空腔中。因此，能够通过不同重量级别的配重块组合，实现对配重系统8整体重量的调节。通过电磁弹射配重，能够在试验平台的极限速度范围内实现任意目标速度，速度范围广，相比其它试验方法，碰撞前的初速与目标速度更准确。

步骤二中，根据待测的缓冲管尺寸，选择匹配的缓冲管安装座和导向杆，只需更换缓冲管安装座与导向杆即可，操作方便，能够满足各种尺寸缓冲管的冲击试验。

在步骤三中，当上一次缓冲管冲击试验完毕后，动子6通过锁定释放装置7重新锁定配重系统8，电磁加速器带动配重系统水平复位，只需几秒的时间即可将配重系统恢复至初始位置，准备下一次试验，复位时间大大缩短，进一步提升试验效率。

由于传统落锤试验机对落锤进行复位时，需要数分钟时间，落锤试验塔内高度太高，其提升落锤复位所需的时间更长，并且落锤试验机和落锤试验塔在复位过程中，为了防止落锤意外下落危害损伤人员安全，严禁进行缓冲管的装卡。而本实施例的试验方法在水平方向进行，即配重系统复位是在水平方向进行，不会有意外下落的情况，不会危及损伤人员安全。因此，步骤三中，在配重系统8复位前或复位完成后更换锤头10，同时安装待测试缓冲管13-3，缩短了再次试验的时间，提高了试验效率。

与现有技术相比，本实施例提供的电磁加速配重冲击压缩缓冲管的试验方法，具有如下有益效果：

(1)通过带速度闭环控制的电磁弹射系统对配重冲击系统进行加速以获得预定的速度，在达到预定的速度时，锁定释放装置工作使配重冲击系统与电磁弹射系统的动子分离，配重冲击系统沿支撑导向装置水平滑动，直至锤头与缓冲管发生冲击，完成冲击压缩试验，整个试验过程在水平方向进行，不会有出现竖直方向落锤试验时锤头意外下落的情况，不会危及损伤人员安全；

(2)配重冲击系统水平复位由电磁加速度系统的动力带动，只需几秒的时间即可恢复初始位置，同时能够在配重冲击系统复位过程中可进行缓冲管的装卡，进一步缩短了再次试验的时间，提高了试验效率；

(3)配重冲击系统的速度位移量实时非接触式测量，对配重冲击系统的速度与姿态无任何影响，且测量精度高；

(4)能够在试验平台的推力范围内任意调整配重大小至指定的重量，在试验平台的极限速度范围内实现任意目标速度，速度范围广，相比其它试验方法，碰撞前的初速与目标速度更准确。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电磁加速配重冲击压缩缓冲管的试验平台，其特征在于，包括控制系统（2）、安装基座（4）、电磁弹射系统、配重撞击系统、支撑导向装置（11）和缓冲管安装平台（12）；

所述控制系统（2）用于试验平台的控制；

所述安装基座（4）水平设置，电磁弹射系统设于安装基座（4）上，用于对配重撞击系统进行水平方向上加速或减速；

所述缓冲管安装平台（12）设于电磁弹射系统的弹射方向的前方；

所述电磁弹射系统用于将配重撞击系统水平射出，使配重撞击系统在支撑导向装置（11）的支撑与约束下沿水平方向滑动并撞击待测试的缓冲管（13-3）；

所述缓冲管安装平台（12）设有缓冲管固定装置（13）；

所述缓冲管固定装置（13）包括导向杆（13-4）；

所述导向杆（13-4）包括光杆（13-4-3），所述光杆（13-4-3）的一端设有定位螺纹，另一端设有定位凸台；

所述定位凸台包括抵靠冲击部（13-4-1）和支撑部（13-4-2），所述支撑部（13-4-2）的直径等于缓冲管（13-3）的内径且小于抵靠冲击部（13-4-1）的直径；

缓冲管（13-3）套设在所述光杆（13-4-3）上且抵靠于抵靠冲击部（13-4-1），所述光杆（13-4-3）与缓冲管（13-3）的内壁间隙配合，所述支撑部（13-4-2）与缓冲管（13-3）的内壁无间隙配合。

2.根据权利要求1所述的电磁加速配重冲击压缩缓冲管的试验平台，其特征在于，所述配重撞击系统包括配重系统（8）和锤头（10），配重系统（8）与锤头（10）连接，配重系统（8）与锤头（10）之间设有力传感器（9）。

3.根据权利要求1或2所述的电磁加速配重冲击压缩缓冲管的试验平台，其特征在于，还包括锁定释放装置（7），所述配重撞击系统通过锁定释放装置（7）与电磁弹射系统连接，锁定释放装置（7）通过接收控制系统（2）发出的锁定或分离信号实现对配重撞击系统的锁定与分离释放。

4.根据权利要求2所述的电磁加速配重冲击压缩缓冲管的试验平台，其特征在于，所述配重系统（8）包括车架（8-1），所述车架（8-1）通过支撑轴承（8-2）沿支撑导向装置（11）移动；

所述车架（8-1）的两侧均设有导向轮（8-3），导向轮（8-3）与支撑导向装置（11）的内壁接触，用于配重系统（8）水平面内的导向。

5.根据权利要求4所述的电磁加速配重冲击压缩缓冲管的试验平台，其特征在于，所述车架（8-1）设有用于安装配重块的空腔，空腔内固定设有配重锁紧螺杆（8-4），配重块设有与配重锁紧螺杆（8-4）相适配的缺口，通过配重锁紧螺母（8-5）将配重块锁紧在车架（8-1）的空腔中。

6.一种电磁加速配重冲击压缩缓冲管的试验方法，其特征在于，采用权利要求1至5任一项所述的电磁加速配重冲击压缩缓冲管的试验平台进行试验，包括如下步骤：

步骤一：组装所述试验平台；

步骤二：安装待测试的缓冲管（13-3）；

步骤三：设定试验参数，控制系统（2）启动电源系统（3）进行试验。

7.根据权利要求6所述的电磁加速配重冲击压缩缓冲管的试验方法，其特征在于，步骤一的具体步骤为：将安装基座（4）置于水平地面上，将电磁弹射器5与缓冲管安装平台（12）固定在安装基座（4）上，安装支撑导向装置（11），调整支撑导向装置（11），使支撑导向装置（11）的导轨位于水平位置；连接动子（6）、锁定释放装置（7）和配重系统（8）。

8.根据权利要求7所述的电磁加速配重冲击压缩缓冲管的试验方法，其特征在于，步骤一中，根据试验设计需要调整配重系统（8）至指定的重量，将选择的配重块通过其缺口安装在配重锁紧螺杆（8-4）上，拧紧配重锁紧螺母（8-5）将配重块锁紧在车架（8-1）的空腔中。

9.根据权利要求7所述的电磁加速配重冲击压缩缓冲管的试验方法，其特征在于，步骤三中，当上一次缓冲管冲击试验完毕后，动子（6）通过锁定释放装置（7）重新锁定配重系统（8），电磁加速器带动配重系统（8）水平复位。

10.根据权利要求9所述的电磁加速配重冲击压缩缓冲管的试验方法，其特征在于，在配重系统（8）复位前或复位完成后更换锤头（10）。

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