CN113267307A - 一种凸轮直驱高频冲击加载装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种凸轮直驱高频冲击加载装置，包括冲击波生成组件、冲击组件、沉降补偿组件。本发明的凸轮直驱高频冲击加载装置可通过控制凸轮转速、凸轮的凹凸外廓形状及数量和冲头组件内部稳力碟簧组的碟簧弹力，满足冲击过程中冲击加载频率和冲击力波形的要求。通过凸轮外廓的形状设计，可使凸轮每转一转实现多次冲击加载。通过在同一凸轮轴上安装多个凸轮，并配置相应的冲击组件等，可以实现多个冲击点的同步冲击加载。通过控制相邻凸轮安装时的初始相对转角，可以满足多个冲击点的顺序加载要求。该装置可在超重环境下例如重载离心机上使用，特别适合在重载离心机上模拟高铁列车行驶过程中车轮对钢轨的高频冲击过程。

Description

一种凸轮直驱高频冲击加载装置
技术领域
本发明涉及一种凸轮直驱高频冲击加载装置，可在恶劣环境下满足加载频率和冲击力波形的要求，具有可实现多冲击点的同步或顺序冲击加载的特点，且使用寿命长，尤其适用于模拟高铁列车车轮对钢轨的高频冲击过程，属于工程技术领域。
背景技术
随着高铁、航天等领域科学技术的不断发展，各种受载构件在铁路、桥梁、航天等方面得到大量的应用，在工程结构设计中必须充分考虑冲击载荷的作用。利用合理的冲击加载装置对各领域中典型的受载构件进行模拟冲击加载，模拟其所受冲击载荷及受冲击后的效果，获取相应的技术参数，有效为后续的研究提供客观数据支持，正成为研究构件所受冲击作用的一种有效途径。考虑到冲击载荷幅频特性的复杂性，以及常见装置的笨重性，如何在有限空间、有限重量约束下进行相应冲击模拟成为关键。因此合理的冲击加载装置的研制就成为冲击应用研究中的核心部分。
发明内容
本发明解决的技术问题是：提供了一种凸轮直驱高频冲击加载装置，该加载装置具有结构简单可靠、适应恶劣环境、可满足不同冲击力波形和冲击加载频率的要求、可实现多冲击点的同步或顺序冲击加载、使用寿命长等优点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案：
一种凸轮直驱高频冲击加载装置，包括：冲击波生成组件、冲击组件、沉降补偿组件；冲击组件上端与冲击波生成组件贴合，下端与沉降补偿组件连接。
冲击波生成组件包括凸轮、凸轮轴、储能飞轮等；所述凸轮轴将其余各部位连接起来，凸轮轮廓与冲击组件上的滚轮贴合；所述储能飞轮用于平衡所需输入功率的波动。
冲击组件包括滚轮、滚轮支架、冲头、稳力碟簧组、球头柱、固定件等；所述固定件包含“凸”形空腔；所述滚轮与滚轮支架通过销轴铰接，滚轮支架下端与冲头接触，冲头下端为稳力碟簧组，冲头和稳力碟簧组被封闭在中间件的上腔中，中间件下腔与球头柱构成球铰；所述滚轮与凸轮轮廓贴合，球头柱与沉降补偿组件的活塞上端连接。
所述沉降补偿组件包括伺服电机、液压泵、液压缸、活塞等；所述活塞部分上端与球头柱连接，下端处在液压缸腔内，液压缸下端与冲击对象固连；所述液压缸和活塞组成一体，形成上下两腔，可通过对腔体中液压介质体积的调节从而控制活塞的上下移动，进而对冲击对象在冲击过程的沉降进行补偿，确保冲头对冲击对象进行持续、稳定的冲击。
通过控制稳力碟簧组的碟簧弹力，可保证凸轮轮廓和滚轮的贴合，确保冲击力的连续性。
通过调整稳力碟簧组的碟簧弹力，可实现对冲击力幅值的控制。
所述球头柱可实现对冲击对象的垂直加载。
可通过控制凸轮转速、凸轮外廓和稳力碟簧组，满足冲击加载频率和冲击力波形的要求。
通过在冲击波生成组件的凸轮轴上安装多个凸轮，并配置相应的冲击组件等，可以实现多个冲击点的同步冲击加载。
通过控制冲击波生成组件中相邻凸轮安装时的初始相对转角，可以满足相邻冲击点之间特定的冲击加载顺序要求。
本发明中凸轮直驱高频冲击加载装置的优点：
(1)可通过控制凸轮转速、凸轮外廓和冲击组件内部的稳力碟簧组，满足冲击加载频率和冲击力波形的要求；
(2)可通过在冲击波生成组件的凸轮轴上安装多个凸轮，并配置相应的冲击组件等，实现多个冲击点的同步冲击加载；
(3)可通过控制相邻凸轮的相对转角，满足多个冲击点冲击顺序加载的要求；
(4)可通过对凸轮轮廓的改变控制冲头组件的运动规律，进而控制冲头载荷幅值的变化；
(5)装置中的冲击组件、凸轮和活塞等均为金属材料制成，耐磨损，使用寿命长，且可靠性高；
(6)冲击波生成组件中储能飞轮可平衡输入功率的波动；
(7)该装置体积小、结构紧凑、重量轻，适合在超重环境下使用，特别是在超重离心机的吊篮中使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施的技术方案，下面对实施描述中所需要使用的附图作简单介绍，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
图1是本发明具体实施方式提供的一种凸轮直驱高频冲击加载装置的结构示意图
图2是本发明具体实施方式提供的一种凸轮直驱高频冲击加载装置的A-A剖结构示意图
图3是本发明具体实施方式提供的4个凸轮同步加载-凸轮直驱高频冲击加载装置示意图
图中标号，1-冲击波生成组件，2-冲击组件，3-沉降补偿组件，101-凸轮，102-储能飞轮，103-凸轮轴，201-滚轮，202-销轴，203-滚轮支架，204-冲头，205-稳力碟簧组，206-中间件，207-球头柱，208-固定件，301-液压缸，302-活塞，303-冲击对象。
具体实施方式
下面结合附图和实施对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：如图1和图2所示，包括冲击波生成组件1、冲击组件2、沉降补偿组件3；冲击组件2上端滚轮201与冲击波生成组件1的凸轮101轮廓贴合，下端与沉降补偿组件3中的活塞302连接。
冲击波生成组件1包括凸轮101、储能飞轮102、凸轮轴103和伺服电机(未图示)等；
凸轮101和储能飞轮102通过键(未图示)分别与凸轮轴103连接；
凸轮101根据冲击力波形的要求而设计成特定外轮廓；两个储能飞轮102以凸轮101为中心，对称分布在两侧；
储能飞轮102的特点是其质心保持在凸轮轴103的轴心，转动惯量较大，用于平衡输入功率需求的波动。
冲击组件2包括滚轮201、销轴202、滚轮支架203、冲头204、稳力碟簧组205、中间件206、球头柱207、固定件208等；固定件208包含“凸”形空腔；
滚轮201与滚轮支架203通过销轴202铰接，滚轮支架203下端与冲头204接触，冲头204下端为稳力碟簧组205，冲头204和稳力碟簧组205被封闭在中间件206的上腔中，中间件206下腔与球头柱207构成球铰；
凸轮101与滚轮201轮廓贴合，球头柱207与沉降补偿组件3的活塞302连接。
沉降补偿组件3包括液压缸301、活塞302、伺服电机(未图示)、液压泵(未图示)、压力传感器(未图示)、油管(未图示)、冲击对象303等；
活塞302部分上端与球头柱207连接，下端处在液压缸301腔内，液压缸301下端与冲击对象303固连；活塞302和液压缸301组成一体，形成上下两腔；整个装置中当冲击对象303产生沉降时，油管上安装的压力传感器将信号反馈给伺服电机，伺服电机驱动液压泵，此时油经油管注入液压缸302下腔，活塞302受油压上行，从而实现对冲击过程中冲击对象303沉降的补偿，保证冲击过程中冲击力的幅值大小不变。
稳力碟簧组205由碟簧组合而成，其安装在中间件206上腔中，上端与冲头204相接；通过控制稳力碟簧组205的碟簧弹力，可保证凸轮101轮廓和滚轮201贴合，以在冲击组件2作用冲击对象303过程中确保冲击力的连续性。
通过调整稳力碟簧组205的碟簧弹力，可实现对冲击力幅值的控制。
如图1和图2所示，开始状态时，冲头204与稳力碟簧组205接触，滚轮201与凸轮101轮廓最凹处贴合；工作时，伺服电机驱动凸轮轴103转动，凸轮轴103带动凸轮101旋转，滚轮201在凸轮101凹凸轮廓的作用下，使滚轮支架203冲击冲头204，进而稳力碟簧组205受力压缩，此时力通过球头柱207传递给活塞302，从而作用在冲击对象303上；整个过程中凸轮101轮廓幅值的变化等于稳力碟簧组205的压缩量，稳力碟簧组205所受冲击力随凸轮101轮廓幅值的变化而作规律性变化，等效为冲头204规律性作用在冲击对象303上，满足冲击力波形的要求。
如图3所示，通过在同一凸轮轴103上安装n个(图示4个)相同凸轮101，并配置对应的冲击组件2、沉降补偿组件3，n个(图示4个)冲头204可实现n个(图示4个)冲击点的同步冲击加载。
在如图3的基础上，对n个(图示4个)凸轮101按设计要求进行排布，控制右起第1个凸轮不动，将第2个凸轮相对第1个凸轮顺时针旋转α1，将第3个凸轮相对第2个凸轮顺时针旋转α2，将第4个凸轮相对第3个凸轮顺时针旋转α3，……，将第n个凸轮相对第n-1个凸轮顺时针旋转αn-1，最后将n个凸轮安装固定，驱动该加载装置，n个(图示4个)冲头204可实现n个(图示4个)冲击点的顺序冲击加载。
上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种凸轮直驱高频冲击加载装置，其特征在于，包括冲击波生成组件、冲击组件、沉降补偿组件；冲击组件上端与冲击波生成组件贴合，下端与沉降补偿组件连接。
2.根据权利要求1所述的凸轮直驱高频冲击加载装置，其特征在于，冲击波生成组件包括凸轮、凸轮轴、储能飞轮等；所述凸轮轴将其余各部位连接起来，凸轮轮廓与冲击组件上的滚轮贴合；所述储能飞轮用于平衡输入功率的波动。
3.根据权利要求1所述的凸轮直驱高频冲击加载装置，其特征在于，所述冲击组件包括滚轮、滚轮支架、冲头、稳力碟簧组、球头柱、固定件等；所述固定件包含“凸”形空腔；所述滚轮与滚轮支架通过销轴铰接，滚轮支架下端与冲头接触，冲头下端为稳力碟簧组，冲头和稳力碟簧组被封闭在中间件的上腔中，中间件下腔与球头柱通过球头窝构成球铰；所述滚轮与凸轮轮廓贴合，球头柱下端与沉降补偿组件的活塞上端连接。
4.根据权利要求1所述的凸轮直驱高频冲击加载装置，其特征在于，所述沉降补偿组件包括伺服电机、液压泵、液压缸、活塞等；所述活塞部分上端与球头柱连接，下端处在液压缸腔内，液压缸下端与冲击对象固连；所述液压缸和活塞组成一体，形成上下两腔，可通过对腔体中液压介质体积的调节从而控制活塞的上下移动，进而对冲击对象在冲击过程中的沉降进行补偿，确保冲头对冲击对象进行持续、稳定的冲击。
5.根据权利要求3所述的凸轮直驱高频冲击加载装置，其特征在于，通过控制稳力碟簧组的碟簧弹力，可保证凸轮轮廓和滚轮的贴合，确保冲击力的连续性。
6.根据权利要求3所述的凸轮直驱高频冲击加载装置，其特征在于，通过调整稳力碟簧组的碟簧弹力，可实现对冲击力幅值的控制。
7.根据权利要求3所述的凸轮直驱高频冲击加载装置，其特征在于，可通过所述球头柱实现对冲击对象的垂直加载。
8.根据权利要求1、2、3所述的凸轮直驱高频冲击加载装置，其特征在于，通过控制凸轮转速、凸轮外廓和稳力碟簧组，可满足不同冲击加载频率和冲击力波形的要求。
9.根据权利要求1、2、3所述的凸轮直驱高频冲击加载装置，其特征在于，通过在冲击波生成组件的凸轮轴上安装多个凸轮，并配置相应的冲击组件等，可以实现多个冲击点的同步冲击加载。
10.根据权利要求9所述的凸轮直驱高频冲击加载装置，其特征在于，通过控制冲击波生成组件中相邻凸轮安装时的初始相对转角，可以满足相邻冲击点之间特定的冲击加载顺序要求。
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