CN111879605B - 一种接触刚度可调的冲击加载装置及其接触刚度调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种接触刚度可调的冲击加载装置及其接触刚度调节方法，接触刚度可调的冲击加载装置包括依次固定连接的锤头、刚度变化装置以及配重装置，刚度变化装置包括本体和设置在本体外周的多个配重转移部，配重转移部内侧固定有导轨；本体上设置有多个可伸缩的弹射杆，弹射杆端部设置有第一滚轮滑块，第滚轮滑块和固定在配重转移部上的导轨形成导轨副，配重装置外周面设置有第二轮滚滑块。通过导轨滑块副，实现配重转移部的位置的调整，进而可调整冲击加载装置的刚度，使得冲击加载装置的接触刚度不需要拆解整个装置就能调控，避免了配件的频繁更换，使得试验结果更加准确便捷。从而达到试验所需接触刚度的要求，更符合实际要求，操作方便。

Description

一种接触刚度可调的冲击加载装置及其接触刚度调节方法

技术领域

本发明属于冲击实验技术领域，具体涉及一种接触刚度可调的冲击加载装置及其接触刚度调节方法。

背景技术

冲击碰撞是日常生活和工程应用中常见的力学现象，对其进行试验模拟是一种有效的研究手段，而落锤式冲击实验机就是其中一种重要实验设备。落锤式冲击实验机是由机架、导轨、锤头与提升装置以及控制装置等组成。其基本原理是利用自由落体的速度对试件实现撞击加载，从而研究材料和结构在冲击载荷作用下的响应。实验时，试件位于导轨最下部，锤头与配重位于试件上方，通过控制装置及提升装置对锤头与配重进行提升，当达到指定高度后释放，之后锤头与配重将沿着导轨做自由落体运动，最后撞击到试件上实现加载。

但是在实验过程中，由于实验对冲击锤头接触刚度要求不同，可能会频繁更换锤头与配重，从而使得实验过程变得很繁琐，影响了实验的进度。因此，有必要设计一种接触刚度可调的冲击加载锤头装置，从而实现智能调控，使得试验系统更加准确可靠，与工程实际更相符。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了能够方便的调整接触刚度的冲击加载装置及其接触刚度调节方法。

为达到上述目的，本发明所述一种接触刚度可调的冲击加载装置，包括依次固定连接的锤头、刚度变化装置以及配重装置，刚度变化装置包括本体和设置在本体外周的多个配重转移部，配重转移部内侧固定有导轨；本体上设置有多个可伸缩的弹射杆，弹射杆端部设置有第一滚轮滑块，第一滚轮滑块和固定在配重转移部上的导轨形成导轨副，配重装置外周面设置有第二轮滚滑块。

进一步的，本体包括内向外依次同轴设置的加热装置、记忆金属板和外保温隔热筒，记忆金属板沿周向呈辐射状布置在加热装置和外保温隔热筒之间。

进一步的，记忆金属板自内向外设置有两层，两层记忆金属板通过内保温隔热筒分隔。

进一步的，外保温隔热筒的上下两端均具有盖板，使本体形成封闭腔。

进一步的，配重转移部分为两组，与同一组配重转移部连接的弹射杆由同一个控制信号控制。

进一步的，配重转移部连接两个上下设置的弹射杆。

进一步的，配重装置外设置有搭扣，配重转移部顶部设置有用于插入搭扣的连接环。

进一步的，加热装置采用115法兰加热管。

一种上述的冲击加载装置的接触刚度调节方法，控制弹射杆伸长，使弹射杆将部分或全部配重转移部从刚度变化装置推出，然后手动将配重转移部沿第一滚轮滑块和第二滚轮滑块导轨推至上部的配重装置上，并用将配重转移部与配重装置固定。

一种上述的冲击加载装置的接触刚度调节方法，包括以下步骤：

步骤1、控制弹射杆伸长，使弹射杆将部分或全部配重转移部从刚度变化装置推出，然后手动将配重转移部沿第一滚轮滑块和第二滚轮滑块导轨推至上部的配重装置上，并用将配重转移部与配重装置固定；

步骤2、给加热装置升温，使记忆金属板发生塑性形变，记忆金属板发生膨胀，分别从所在记忆金属板平面的四个方向抵住外保温隔热筒，实现刚度变化装置的刚度变化。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：

由于实验对冲击加载装置接触刚度要求不同，可能会频繁更换锤头与配重，从而使得实验过程变得很繁琐，影响了实验的进度。本发明通过导轨滑块副，实现配重转移部的位置的调整，进而可调整冲击加载装置的刚度，使得冲击加载装置的接触刚度不需要拆解整个装置就能调控，避免了配件的频繁更换，使得试验结果更加准确便捷。从而达到试验所需接触刚度的要求，更符合实际要求，操作方便。

进一步的，本体包括内向外依次设置的加热装置、记忆金属板和外保温隔热筒，所述记忆金属板沿周向呈辐射状布置在加热装置和外保温隔热筒之间，可通过加热装置的加热温度来实现刚度的调整，即可从两个维度来调控冲击加载装置的接触刚度。

进一步的，记忆金属板自内向外设置有两层，两层记忆金属板通过内保温隔热筒分隔，实现刚度调节的两个档，可根据需要选择。

进一步的，外保温隔热筒的上下两端均具有盖板，使本体封闭形成封闭腔，保证保温隔热筒的保温性能，不浪费加热装置产生的热量，节约能源。

进一步的，配重转移部分为两组，带动同一组的配重转移部的弹射杆由同一个控制信号控制，便于控制，且能够实现两档调节。

进一步的，配重转移部连接上下设置的两个弹射杆，提高弹射杆和配重转移部连接的稳定性。

进一步的，所述配重装置外设置有搭扣，配重转移部顶部设置有用于插入搭扣的连接，当搭扣插入连接环后，进一步将配重转移部固定在配重装置外。

进一步的，弹射杆为电动伸缩杆，便于控制。

一种上述的冲击加载装置的接触刚度调节方法，通过对不同弹射杆的单独控制，本发明为实现整个装置多个档位的接触刚度的可调，当上一次冲击试验完成后，因实验需求需要改变该冲击加载装置的接触刚度时，通电后手动按动弹射杆的遥控器将配重转移部从刚度变化装置推出，然后手动将配重转移部推至配重装置并固定，以使刚度变化装置的横截面面积减小从而减小了整个装置的接触刚度。

进一步的，还可以通过加热装置和记忆金属板实现接触刚度的微调，通过外置的温度控制柜进行温度控制给加热装置升温，使记忆金属板发生塑性形变，记忆金属板发生膨胀，分别从所在记忆金属板平面的四个方向抵住加热装置舱的保温隔热筒，从而实现刚度变化装置部分的刚度变化。

附图说明

图1是本发明的正视结构示意图；

图2是本发明的刚度变化装置细部图；

图3是本发明的刚度变化装置俯视图；

图4是本发明的配重转移俯视图；

图5是本发明的配重转移侧视图；

图6是导轨和滑块配合示意图；

图7是弹性减震搭扣及连接方式图。

附图中：1、锤头，2、刚度变化装置，3、配重装置，4、第一螺栓，5、第二螺栓，第一弹射杆，7、第二弹射杆，8、导轨，9、搭扣，10、第一滚轮滑块，11、第二轮滚滑块，21、配重转移部，22、第一弹射装置，24、第二弹射装置，25、加热装置，26、记忆金属板，27、外保温隔热筒，28、内保温隔热筒。

具体实施方式

为了使本发明的目的和技术方案更加清晰和便于理解。以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并非用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。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。

参照图1，一种接触刚度可调的冲击加载装置，包括自下而上依次通过螺纹固定连接的：锤头1、刚度变化装置2以及配重装置3三大部分。锤头1和刚度变化装置2通过第一螺栓4固定连接，刚度变化装置2和配重装置3通过第二螺栓5固定连接，第一螺栓4和第二螺栓5的中轴线位置均开设有用于穿过导线的通孔。

参照图2和图3，刚度变化装置2包含由内向外依次设置的加热装置25、记忆金属板26、内保温隔热筒28、记忆金属板26、外保温隔热筒27和配重转移部21，还包括第一弹射装置22、第二弹射装置24、导轨8和弹射杆。其中，导轨8为双轴芯滚轮直线导轨SG，弹射杆为微型电动推杆。其中，加热装置25采用115法兰加热管。参照图3至图5，加热装置25放置在整个刚度变化装置2的内芯，通过中轴线穿电线连接外置的温度控制柜。向外依次是加热装置25外周呈放射状固定有一圈记忆金属板26，一圈记忆金属板26外固定有内保温隔热筒28，内保温隔热筒28外壁均匀固定有第二圈记忆金属板26，第二圈记忆金属板26外固定有外保温隔热筒27，共有两层记忆金属板和两层保温隔热金属筒。外保温隔热筒27侧壁通过导轨滑块副和配重转移部21连接，外保温隔热筒27外侧设置有4个配重转移部21。外保温隔热筒27的上、下端均具有盖板，使外保温隔热筒27封闭形成封闭腔，上盖板上固定有第一弹射装置22，下盖板上固定有第二弹射装置24，第一弹射装置22中均匀安装有四个第一弹射杆6，第二弹射装置24中均匀安装有四个第二弹射杆7，四个第一弹射杆6分别安装在四个第二弹射杆7的正上方；第一弹射杆6和第二弹射杆7均为伸缩杆，可以是电动伸缩杆，也可以是其他类型的伸缩杆。第一弹射杆6第二弹射杆7均通过遥控控制，其接线通过预留的通孔穿出。第一弹射杆6和第二弹射杆7上均固定有与第一滚轮滑块10，第一滚轮滑块10和导轨8连接，第一滚轮滑块10可在导轨8上滑动，一个配重转移部21在高度方向对应一对弹射杆，一对弹射杆包括两个上下设置的第一弹射杆6和第二弹射杆7，四个配重转移部21联动由同一个按钮控制。所有的接线通过装置中轴线穿出并留有适当长度，不影响本发明进行冲击试验自由下落即可。

参照图6和图7，为了使配重转移部21能方便的移动至配重装置3外，在配重装置3外周固定有第二滚轮滑块11。为了使配重转移部21固定在配重装置3外，在配重转移部21顶部固定有连接环，配重装置3外设置有插入连接环的搭扣9，当搭扣9插入连接环后，进一步将配重转移部21固定在配重装置3外。

本发明为实现整个装置接触刚度的可调，设置了两个维度的功能档——A档和B档，A档调控范围广，B档作为微调。A档有两个档位——A1档和A2档，B档有两个档位——B1档和B2档。

A档由配重转移部21和弹射杆实现，当上一次冲击试验完成后，因实验需求需要改变该冲击加载装置的接触刚度时，通电后手动按动弹射杆7的遥控器将配重转移部21从刚度变化装置2推出，然后手动将配重转移部21沿第一滚轮滑块10和第二滚轮滑块11导轨推至上部的配重装置3上，并用弹性减震搭扣9将配重转移部21与配重装置3固定。这样做可以使刚度变化装置2的横截面面积减小从而减小了整个装置的接触刚度。弹射杆的遥控有两个按钮，按动按钮1触发两对弹射杆，推出对称的两个配重转移部分即A1档；按动按钮2触发剩余的两对弹射杆，推出所有的配重转移部21，即A2档。

B档由外接温度控制柜的加热装置25和记忆金属板26实现，其中加热封闭腔的金属板26的材料采用记忆金属，即在一定温度范围下发生塑性形变后，在另一温度范围又能恢复原来宏观形状的材料。通过外置的温度控制柜进行温度控制给加热装置25升温，使记忆金属板26发生塑性形变，记忆金属板26发生膨胀，分别从所在记忆金属板平面的四个方向抵住加热装置舱的保温隔热筒，该记忆金属板26还兼有保温隔热的功能，从而实现刚度变化装置部分的刚度变化。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种接触刚度可调的冲击加载装置，其特征在于，包括依次固定连接的锤头（1）、刚度变化装置（2）以及配重装置（3），所述刚度变化装置（2）包括本体和设置在本体外周的多个配重转移部（21），所述配重转移部（21）内侧固定有导轨（8）；所述本体上设置有多个可伸缩的弹射杆，所述弹射杆端部设置有第一滚轮滑块（10），所述第一滚轮滑块（10）和固定在配重转移部（21）上的导轨（8）形成导轨副，所述配重装置（3）外周面设置有第二滚轮 滑块（11）。

2.根据权利要求1所述的一种接触刚度可调的冲击加载装置，其特征在于，所述本体包括内向外依次同轴设置的加热装置（25）、记忆金属板（26）和外保温隔热筒（27），所述记忆金属板（26）沿周向呈辐射状布置在加热装置（25）和外保温隔热筒（27）之间。

3.根据权利要求2所述的一种接触刚度可调的冲击加载装置，其特征在于，所述记忆金属板（26）自内向外设置有两层，两层记忆金属板通过内保温隔热筒（28）分隔。

4.根据权利要求2所述的一种接触刚度可调的冲击加载装置，其特征在于，所述外保温隔热筒（27）的上下两端均具有盖板，使本体形成封闭腔。

5.根据权利要求1所述的一种接触刚度可调的冲击加载装置，其特征在于，所述配重转移部（21）分为两组，与同一组配重转移部（21）连接的弹射杆由同一个控制信号控制。

6.根据权利要求1所述的一种接触刚度可调的冲击加载装置，其特征在于，所述配重转移部（21）连接两个上下设置的弹射杆。

7.根据权利要求1所述的一种接触刚度可调的冲击加载装置，其特征在于，所述配重装置（3）外设置有搭扣（9），配重转移部（21）顶部设置有用于插入搭扣（9）的连接环。

8.一种权利要求1所述的接触刚度可调的冲击加载装置的接触刚度调节方法，其特征在于，控制弹射杆（7）伸长，使弹射杆（7）将部分或全部配重转移部（21）从刚度变化装置（2）推出，然后手动将配重转移部（21）沿第一滚轮滑块（10）和第二滚轮滑块（11）导轨推至上部的配重装置（3）上，并用将配重转移部（21）与配重装置（3）固定。

9.一种权利要求2所述的接触刚度可调的冲击加载装置的接触刚度调节方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、控制弹射杆（7）伸长，使弹射杆（7）将部分或全部配重转移部（21）从刚度变化装置（2）推出，然后手动将配重转移部（21）沿第一滚轮滑块（10）和第二滚轮滑块（11）导轨推至上部的配重装置（3）上，并用将配重转移部（21）与配重装置（3）固定；

步骤2、给加热装置（25）升温，使记忆金属板（26）发生塑性形变，记忆金属板（26）发生膨胀，分别从所在记忆金属板平面的四个方向抵住外保温隔热筒（27），实现刚度变化装置的刚度变化。

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