CN112781823A - 一种基于气动弹射滚石铁塔撞击试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于气动弹射滚石铁塔撞击试验装置及方法，包括高压气源生成系统、气动弹射机构及气动阀控制组件；所述高压气源生成系统包括空气压缩机，空气压缩机通过第一气管依次与第一闸阀、高压气瓶、第二闸阀连接；所述气动弹射机构包括一端与第二闸阀连接的气动阀，气动阀另一端通过第二气管与开口气缸连接，开口气缸固定安装在试验斜面上且开口气缸内通过铁环夹紧机构安装有石样；所述气动阀控制组件包括液压站，液压站输出端通过油路依次与流量比例控制阀、气动阀连接。本发明提供的一种基于气动弹射滚石铁塔撞击试验装置及方法，方便设计和记录滚石在不同初速度下撞击塔脚对铁塔的影响。

Description

一种基于气动弹射滚石铁塔撞击试验装置及方法

技术领域

本发明涉及铁塔撞击试验装置，尤其是一种基于气动弹射滚石铁塔撞击试验装置及方法。

背景技术

输电线路工程具有线路长，常跨越不同的气候区、不同的地形地貌单元、区域地质构造单元、水文地质单元、工程地质单元及江河或湖泊水系等特点，由于跨越的地质环境复杂，其面对的自然气候和地质灾害也各有千秋。在气候和地形地质等多方面因素的影响下，线路工程区地质灾害尤其频繁，具有数量大、种类多、分布范围不均、监测预警困难等特点，主要以滑坡、崩塌、不稳定斜坡和泥石流为主。其中，崩塌(滚石)灾害是山区地质灾害防治的重难点。

所以，输电线路的正常、安全运行，离不开线路沿线的地质灾害防治。输电线路杆塔作为输电系统的重要组成部分，发挥着不可或缺的功能和作用，但它同时也是工程中的薄弱环节，需要重点保护的对象。而塔脚是杆塔的核心，因此，塔脚结构的牢固，安全性，决定了杆塔的稳定性。目前，塔脚的保护主要是以更加先进的焊接工艺，焊缝结构，防腐蚀为主，却鲜有以保护塔脚不被滚石直接撞击的方案，大量塔脚不得不直面滚石带来的威胁。对于那些在山区地质活跃带的输电线路，危害尤为严重，高能量的反复冲击，使得塔脚被破坏，杆塔整体失衡，还因此可能对周围环境造成破坏，影响经济效应和可持续发展。

于是，就要针对崩塌下来的滚石冲击输电线路杆塔，破坏杆脚，从而导致杆塔失衡的问题，进行实验研究。

从现有的滚石撞击杆塔的试验来看，出现了一种滚石撞击输电线路铁塔及其附属基础的测试方法，但此方法在滚石崩塌过程中仍存在一些问题没有解决：1)、在滚石放置斜坡的过程较为繁琐，成本较高2)、在模拟山区滚石崩塌时，缺少考虑多种自然因素的影响，如斜坡的地形未考虑折线边坡与曲线边坡；(3)发射装置气体密封性较差，试验中会产生相应误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于气动弹射滚石铁塔撞击试验装置及方法，方便设计和记录滚石在不同初速度下撞击塔脚对铁塔的影响。该发射装置占地面积小，携带方便，操作简单，安全、可靠性高，可模拟山区的复杂自然因素影响。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种基于气动弹射滚石铁塔撞击试验装置，包括高压气源生成系统、气动弹射机构及气动阀控制组件；

所述高压气源生成系统包括空气压缩机，空气压缩机通过第一气管依次与第一闸阀、高压气瓶、第二闸阀连接；

所述气动弹射机构包括一端与第二闸阀连接的气动阀，气动阀另一端通过第二气管与开口气缸连接，在斜面位置通过建造钢筋混凝土地基搭建由螺栓连接的钢支架，开口气缸固定安装在钢支架上，且开口气缸内通过铁环夹紧机构与拉断杆与石样相连接安装有石样；

所述气动阀控制组件包括液压站，液压站输出端通过油路依次与流量比例控制阀、气动阀连接，阀门定位器与气动阀相连接。

所述空气压缩机与第一闸阀之间安装有干燥器。

所述第二闸阀与气动阀之间安装有压力表。

所述开口气缸上安装有拉断杆、排气孔、泄压孔。

所述试验斜面上位于开口气缸下方设有嵌入式水槽。

一种基于气动弹射滚石铁塔撞击试验方法，包括以下步骤：

步骤1)、在检查好空气压缩机安全无误后，启动空气压缩机，此时第二闸阀为关闭状态，第一闸阀为打开状态。压缩处理后的气体由第一气管运输，经过干燥器干燥，通过第一闸阀后，到达高压气瓶；此时，通过观察压力表并比对压力表对应数值，可了解气瓶内气体含量，以此来控制弹射滚石时的力度；

步骤2)、在高压气瓶中气体达到试验所需标准后，同样在确认安全情况下，先关闭第一闸阀，再打开第二闸阀，压力表上可观察压力值大小判断已放气量。在空气压缩机工作期间，同时启动工控机，让液压站开始压油；处理后的油经过流量比例控制阀后，下一步将到达气动阀。此时，打开第二闸阀，让油与气体混合，形成油雾润滑剂，可延长气动阀件的寿命；

步骤3)、气动阀装配上阀门定位器输入4-20mA的模拟量信号，可对气动阀的阀芯开度进行0-90度的任意控制，从而达到介质流量、温度、压力等参数的比例式调节，实现压缩气体节流控制，气体经过管道运输，从进气孔进入开口缸。压缩气体储存的能量施加于石样，在气体推力超过拉断杆的极限强度时，拉断杆断裂，将气体动力输出，推动石样加速。在高压气体的持续的输入，石样受到其推力作用，直至飞出开口气缸，此时石样获得了试验所预计控制的初速度。

步骤3)中，根据试验所需要的滚石撞击铁塔的试验速度，可根据能量守恒定理求出滚石弹射初速度，如下式

式中：V₀为滚石弹射初速度；V_t为直线坡段末端滚石的速度；α为直线段的坡度；l₁为滚石弹射处至塔体的坡长度；l₂为嵌入式水槽的长度；g为重力常数。

气动弹射装置气缸输出力表达式为

F＝85％·S·P

式中，忽略摩擦阻力，85％为气缸输出效率；S为气缸横截面积；P为气体压力，可以从试验装置中气压表直接读出。

由能量守恒定理得出气缸输出力与滚石发射速度的关系，表达式为

式中，l₃为滚石圆心至气缸口的距离；m为滚石的质量。

本发明一种基于气动弹射滚石铁塔撞击试验装置及方法，具有以下技术效果：

1)、环境适应能力强，通过对气动阀开阀规律优化，完成对高低温、高海拔极限环境下开口缸气动弹射内弹道性能优化分析，结果表明开口缸气动弹射装置环境适应性较好，可以在极限环境下模拟滚石发射。

2)、以开口气缸作为弹射装置，行程利用率高，滚石通过气缸内的铁环夹紧装置纵向固定，通过与气缸连接的拉断杆对滚石进行横向固定，因此可对不同口径、重量或外形的弹射对象或试验目的来更换相应适配结构，如更换用于夹紧滚石的铁环的大小、根据试验数据更换拉断杆的材料以调整拉断杆在实验中所需的强度，且调节气动阀即可弹射不同弹种，(即模拟不同质量、大小、形状的滚石) 而且可靠性高，寿命长、生产成本低，因而具有广泛的应用前景。

3)、试验数据更为精确，通过对工控机输入确定的试验数值，使其控制流量比例控制流量比例控制阀组的油输入流量，同时控制阀门定位器对气动阀的阀芯开度进行0-90度的任意控制，从而达到气体流量与压力等参数的比例式调节，以控制滚石的发射推力，使滚石发射的初速度得到精确数值，便于滚石撞击杆塔试验的数据研究。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明中高压气源生成系统的示意图。

图2为本发明中气动弹射机构的示意图。

图3为本发明中气动弹射机构位于试验斜面上的示意图。

图4为本发明中气动阀控制组件的示意图。

图5为本发明的整体示意图。

图6为零下45℃内弹射物过载系数曲线。

图7为零下45℃内弹射物速度-位移曲线。

图8为零下45℃内弹射物速度曲线。

图9为零下45℃内阀门等效通流面积曲线。

图10为零下45℃内气源压强曲线。

图11为零下45℃内开口气缸压强曲线。

图12为高温50℃内弹射物过载系数曲线。

图13为高温50℃内弹射物速度-位移曲线。

图14为高温50℃内弹射物速度曲线。

图15为高温50℃内阀门等效通流面积曲线。

图16为高温50℃内气源压强曲线。

图17为高温50℃内开口气缸压强曲线。

图18为高温50℃内气源温度曲线。

图19为高温50℃内开口气缸内温度曲线。

图20为高海拔3500m内弹射物过载系数曲线。

图21为高海拔3500m内弹射物速度-位移曲线。

图22为高海拔3500m内弹射物速度曲线。

图23为高海拔3500m内阀门等效通流面积曲线。

图24为高海拔3500m内气源压强曲线。

图25为高海拔3500m内开口气缸内压强曲线。

图26为高海拔3500m内气源温度曲线。

图27为高海拔3500m内开口气缸内温度曲线。

图中：空气压缩机1，第一气管2，第一闸阀3，高压气瓶4，第二闸阀5，气动阀6，第二气管7，开口气缸8，试验斜面9，石样10，液压站11，油路12，流量比例控制阀13，干燥器14，压力表15，排气孔16，泄压孔17，嵌入式水槽18，工控机19，拉断杆20，阀门定位器21，铁环夹紧装置22。

具体实施方式

一种基于气动弹射滚石铁塔撞击试验装置，包括高压气源生成系统、气动弹射机构及气动阀控制组件。通过将石样10放置在弹射装置中，利用气动阀控制组件来控制高压气源的输入流量，以高压气源的推力发射滚石，由此为滚石撞击杆塔试验提供初速度。

如图1所示，高压气源生成系统主要由空气压缩机1，干燥器14，第一闸阀 3，高压气瓶4、第二闸阀5及压力表15组成。空气压缩机1经过吸气、压缩后，将高压气体排出，通过第一气管2运输，经过干燥器14干燥，最终到达高压气瓶4暂存。第一闸阀3、第二闸阀5用来控制进出高压气瓶4的量，压力表15 可观察压力值，判断气源瓶中气体含量。

如图2-3所示，在试验斜面处9且位于嵌入式水槽18的上方开挖地基，建造钢筋混凝土基础，搭建通过螺栓连接的钢支架，将气缸固定于钢支架上。气动弹射机构主要由气动阀6(CHQ641F型气动法兰球阀)、开口气缸8、拉断杆20(拉断杆20一端与开口气缸8内壁固定连接、另一端与石样10固定连接)等组成。其中，开口气缸8下端开口距嵌入式水槽18入口处2-3米。拉断杆20在试验前要做选材试验，根据GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验方法》进行金属拉伸试验，选择满足试验要求的极限强度的技术拉断杆的材料。石样通过气缸内的铁环夹紧装置22纵向固定，通过与开口气缸8连接的拉断杆21对滚石进行横向固定。

压缩后的高压空气为气动弹射机构提供所需能量，气动阀6能在阀门定位器的信号控制下，根据开口气缸8的内弹道设计要求，通过调节气动阀6的阀芯运动实现压缩气体的节流控制。压缩气体储存的能量施加于石样，在气体推力超过拉断杆20时极限强度时，拉断杆断裂，此时气体动力输出，推动石样10加速至指定速度。

如图4所示，气动阀控制组件主要由液压站11，流量比例控制阀13(OKCVPP 气动上导向控制阀)和工控机19以及阀门定位器21组成。液压站11将经过处理后的油输入流量比例控制阀组13，工控机19输入电信号来改变流量节流阀13 开度，从而调节系统油的流量。接下来油可进入气动阀6，与气瓶中的气体结合，形成油雾润滑剂用来润滑。而开口气缸8密封靠密封圈来密封，若密封圈与开口气缸8干摩擦，容易造成密封圈过早损坏和失效，加入润滑油可延长密封圈和气缸的使用寿命。同时工控机19输入4-20mA的模拟量电信号控制气动法兰式球阀装配上的阀门定位器21，可对球阀的阀芯开度进行0-90度的任意控制，从而实现压缩气体的节流控制。

一种基于气动弹射滚石铁塔撞击试验方法，包括以下步骤：

步骤1)、在检查好空气压缩机1安全无误后，启动空气压缩机1，此时第二闸阀5为关闭状态，第一闸阀3为打开状态。压缩处理后的气体由第一气管2 运输，经过干燥器14干燥，通过第一闸阀3后，到达高压气瓶4。此时，通过观察压力表15并比对压力表15对应数值，可了解气瓶内气体含量，以此来控制弹射滚石时的力度。

步骤2)、在高压气瓶4中气体达到试验所需标准后，同样在确认安全情况下，先关闭第一闸阀3，再打开第二闸阀5，压力表15上可观察压力值大小判断已放气量。在空气压缩机工作期间，同时启动工控机19，让液压站11开始压油。处理后的油经过流量比例控制阀13后，下一步将到达气动阀6。此时，打开第二闸阀5，让油与气体混合，形成油雾润滑剂，可延长气动阀件的寿命。

步骤3)、气动阀6(气动法兰式球阀)装配上阀门定位器输入4-20mA的模拟量信号，可对球阀的阀芯开度进行0-90度的任意控制，从而达到介质流量、温度、压力等参数的比例式调节，实现压缩气体节流控制，气体经过管道运输，从进气孔进入开口缸。压缩气体储存的能量施加于石样，在气体推力超过拉断杆时极限强度时，拉断杆断裂，将气体动力输出，推动石样加速。在高压气体的持续的输入，石样受到其推力作用，直至飞出发射筒，此时滚石获得了试验所预计控制的初速度。

滚石撞击塔体的能量取决于滚石体积和撞击时的速度。滚石体积和撞击时速度越大，滚石的撞击能量越大，对塔体的破坏力也越大。而影响滚石撞击速度的主要影响因素有3个，一是斜坡坡面形态(改变试验装置坡度)，二是斜坡坡面的光滑程度(嵌入式水槽中的小石头与水流模拟)，三是滚石体积的大小和形状。

事实上，斜坡坡面的光滑程度和滚石体积大小和形状对速度的影响机制基本相同，均可归纳为碰撞或翻越阻碍力矩的影响。滚石棱角或坡面的凸起对滚石滚动速度的影响可以用摩擦系数μ来考虑，滚石滚动摩擦系数μ在0.3～1.0之间。

根据试验所需要的滚石撞击铁塔的试验速度，可根据能量守恒定理求出滚石弹射初速度，如下式

式中：V₀为滚石弹射初速度；V_t为直线坡段末端滚石的速度；α为直线段的坡度；l₁为滚石弹射处至塔体的坡长度；l₂为嵌入式水槽的长度；g为重力常数。

气动弹射装置气缸输出力表达式为

F＝85％·S·P

式中，忽略摩擦阻力，85％为气缸输出效率；S为气缸横截面积；P为气体压力，可以从试验装置中气压表直接读出。

由能量守恒定理得出气缸输出力与滚石发射速度的关系，表达式为

式中，l₃为滚石圆心至气缸口的距离；m为滚石的质量。

即试验时先通过工控机向系统输入滚石质量m与滚石最终撞击铁塔的速度 Vt，即可满足试验时试样相同，速度不同，试样不同，速度相同的数据精确的要求。方便设计和记录滚石在不同初速度下撞击塔脚对铁塔的影响，滚石灾害会导致输电杆塔变形，甚至导致倒塔而断线导致线路损坏，一旦遭受严重破坏，将会直接导致社会生产、生活陷入瘫痪。

试验过程中，需要对气动阀开阀规律优化：即首先在开口缸气动弹射原理、内弹道建模与优化的基础上，对高低温、高海拔环境下开口缸气动弹射装置内弹道性能进行了分析与优化：其次，在弹射装置结构轻量化的基础上，根据内弹道计算得到的弹射过程中开口缸内部压强变化，研究开口缸复杂动态载荷的加载方法，基于Fortran编译语言和ABAQUS二次开发接口Subroutine，编写Vdload 用户子程序，生成随时间、位置变化的压强载荷加载到动力学模型中，建立更加接近实际力学环境的开口缸气动弹射装置动力学模型，并进行显示动力学仿真计算；最后，缓冲阶段，进行高速碰撞缓冲研究，针对制动过载高至阻尼缸活塞杆断裂的问题，进行缓冲组件的优化设计，对制动过程的加速度进行削峰。

选取极限温度、海拔高度等因素开展开口缸气动弹射环境适应性分析，以质量为2T的重物为弹射对象，开展不同条件下的数值仿真计算，以最低温度零下 45℃和最高温度50℃为极限温度研究工况，选取海拔3500m的高海拔研究工况，开展开口缸气动弹射内弹道性能研究。在结构参数不变的情况下研究仅通过流量调节，对内弹道优化，获得与常温环境下相近的内弹道性能，以期完成对开口缸气动弹射环境适应性研究。以阀通流面积变化D、阀通流时长T为优化变量；以设计指标下的弹射过载G，气动阀直径f为约束变量进行优化，开展极端环境下内弹道性能的分析与优化。

极限温度工况下弹射性能分析与优化极端温度下，气源压力随环境温度变化较大，研究极限温度下开口缸气动弹射内弹道性能。

(1)低温零下45℃时，从内弹道计算参数表可以看出，气源压强由常温 17℃时的23.2MPa降至18.26MPa，降幅达到4.94MPa，气源的能量大幅降低。如果依旧按照常温下的系统参数进行弹射，内弹道难以满足指标。通过优化算法对气动阀变量寻优，优化结果如下图。

表1内弹道计算参数表

从图6可知，虽然气源压力大幅下降，但通过调节气动阀开启规律増加供气，在弹射过程55mm的中依旧能够达到较高弹射过载，且过载较为稳定。由图7可以看出，在弹射有效行程6米内，弹射物速度就达到26m/s，表明能够成功进行弹射。由图9等效通流面积换算阀门最大等效通流直径，虽然增加至43.52mm 依旧满足设计时不大于指标。图10显示气源压力由初始的18.26MPa将至14MPa，说明在零下45℃极限环境中，设计的气源难以支撑二次弹射，弹射后需配备空压机对气源补气以完成后续弹射。结果表明，在结构参数不变的情况下，可以通过气动阀开启规律，在零下45℃依然能获得了与常温环境下相近的内弹道，完成一次弹射任务。

(2)以极限高温50℃为环境温度，通过优化气动阀开启规律实现对内弹道优化，开展开口缸气动弹射内弹道性能研究，下表为内弹道计算参数值。

表2内弹道计算参数值

从图12可知，虽然气源压力由常温时23.2MPa増加至25.87MPa，气源能量增加，在弹射过程中弹射过载依旧控制较好，未超出设计指标过载7个g。由图13看出，在弹射有效行程5.72米时，弹射物速度就达到26m/s，可以顺利完成弹射。由图15等效通流面积换算阀门最大等效通流直径，仅需32.89mm就能满足供气。图16中完成一次弹射，气源压力由初始的25.89MPa降至21.5MPa，气源压力依然较高，从零下45℃内弹道性能可知，气源依旧可以进行二次弹射。结果表明，在结构参数不变的情况下，仅通过调节气动阀开启规律，就可以避免过载超标问题，完成弹射任务。

在极端温度条件下，通过对气动阀开阀规律优化，分析优化了开口缸气动弹射内弹道性能。结果表明开口缸气动弹射内弹道性能具有良好的温度适应性，虽然在极限温度严重影响气源的压力，但通过调节优化气动阀开启规律，不改变弹射装置结构条件下，依旧可以达到与常温相近的内弹道性能。避免了低温时供气不足导致弹射失败和高温时过载超指标等问题。

(3)通常在无热源、无遮护的情况下，随海拔高度的增高，空气温度降低，采集的温度、大气压与海拔高度的关系为：

表3海拔高度与温度对应表

从表中可以看出，在一般情况下，海拔高度每升高1000m，空气最高温度会降低5℃，同时平均温度也会降低5℃。选取3500m海拔作为研究背景，气温为 280.65K，大气压强61.64KPa。

表4内弹道计算参数

从图20、图21可知开口缸气动弹射过程中，过载较稳定，且达到设计的弹射速度。高海拔条件下，虽然随着温度降低至10℃，—定程度上降低了压缩空气的能力，然而大气压强降低了弹射阻力，从图23可以换算出，常温17℃时需要气动阀通流直径36.43mm，3500m海拔时仅需气动阀通流直径35.75mm即可达到与常温相似的内弹道性能，通过以上分析可知，通过优化气动阀开阀规律，开口缸气动弹射内弹道性能具有良好的高海拔适应性。

Claims (7)

1.一种基于气动弹射滚石铁塔撞击试验装置，其特征在于：包括高压气源生成系统、气动弹射机构及气动阀控制组件；

所述高压气源生成系统包括空气压缩机(1)，空气压缩机(1)通过第一气管(2)依次与第一闸阀(3)、高压气瓶(4)、第二闸阀(5)连接；

所述气动弹射机构包括一端与第二闸阀(5)连接的气动阀(6)，气动阀(6)另一端通过第二气管(7)与开口气缸(8)连接，开口气缸(8)固定安装在试验斜面(9)上且开口气缸(8)内通过夹紧机构安装有石样(10)；

所述气动阀控制组件包括液压站(11)，液压站(11)输出端通过油路(12)依次与流量比例控制阀(13)、气动阀(6)连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于气动弹射滚石铁塔撞击试验装置，其特征在于：所述空气压缩机(1)与第一闸阀(3)之间安装有干燥器(14)。

3.根据权利要求1所述的一种基于气动弹射滚石铁塔撞击试验装置，其特征在于：所述第二闸阀(5)与气动阀(6)之间安装有压力表(15)。

4.根据权利要求1所述的一种基于气动弹射滚石铁塔撞击试验装置，其特征在于：所述开口气缸(8)上安装有拉断杆(20)、排气孔(16)、泄压孔(17)。

5.根据权利要求1所述的一种基于气动弹射滚石铁塔撞击试验装置，其特征在于：所述试验斜面(9)上位于开口气缸(8)下方设有嵌入式水槽(18)。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种基于气动弹射滚石铁塔撞击试验装置进行试验的方法，包括以下步骤：

步骤1)、在检查好空气压缩机(1)安全无误后，启动空气压缩机(1)，此时第二闸阀(5)为关闭状态，第一闸阀(3)为打开状态。压缩处理后的气体由第一气管(2)运输，经过干燥器(14)干燥，通过第一闸阀(3)后，到达高压气瓶(4)；此时，通过观察压力表(15)并比对压力表(15)对应数值，可了解气瓶内气体含量，以此来控制弹射滚石时的力度；

步骤2)、在高压气瓶(4)中气体达到试验所需标准后，同样在确认安全情况下，先关闭第一闸阀(3)，再打开第二闸阀(5)，压力表(15)上可观察压力值大小判断已放气量。在空气压缩机工作期间，同时启动工控机(19)，让液压站(11)开始压油；处理后的油经过流量比例控制阀(13)后，下一步将到达气动阀(6)。此时，打开第二闸阀(5)，让油与气体混合，形成油雾润滑剂，可延长气动阀件的寿命；

步骤3)、气动阀(6)装配上阀门定位器输入4-20mA的模拟量信号，可对气动阀(6)的阀芯开度进行0-90度的任意控制，从而达到介质流量、温度、压力等参数的比例式调节，实现压缩气体节流控制，气体经过管道运输，从进气孔进入开口缸(8)。压缩气体储存的能量施加于石样(10)，在气体推力超过拉断杆(20)的极限强度时，拉断杆(20)断裂，将气体动力输出，推动石样(10)加速。在高压气体的持续的输入，石样(10)受到其推力作用，直至飞出开口气缸(8)，此时石样(10)获得了试验所预计控制的初速度。

7.根据权利要求6所述的一种基于气动弹射滚石铁塔撞击试验方法，其特征在于：步骤3)中，根据试验所需要的滚石撞击铁塔的试验速度，可根据能量守恒定理求出滚石弹射初速度，如下式

式中：V₀为滚石弹射初速度；V_t为直线坡段末端滚石的速度；α为直线段的坡度；l₁为滚石弹射处至塔体的坡长度；l₂为嵌入式水槽的长度；g为重力常数。

气动弹射装置气缸输出力表达式为

F＝85％·S·P

式中，忽略摩擦阻力，85％为气缸输出效率；S为气缸横截面积；P为气体压力，可以从试验装置中气压表直接读出。

由能量守恒定理得出气缸输出力与滚石发射速度的关系，表达式为

式中，l₃为滚石圆心至气缸口的距离；m为滚石的质量。

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