CN113804561A - 一种高能量撞击柔性摆锤式冲击试验机 - Google Patents

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Abstract

本发明属于摆锤式冲击试验机技术领域，具体涉及一种高能量撞击柔性摆锤式冲击试验机。本发明包括撞击锤、一号钢架、二号钢架、一号吊绳、二号吊绳、滑轮、电动卷扬机和悬臂墙构件；撞击锤与一号钢架和二号钢架分别通过一号吊绳和二号吊绳柔性连接，一号吊绳与撞击锤活动连接，二号吊绳与撞击锤可拆卸连接，电动卷扬机带动二号吊绳将撞击锤升至所需高度，断开二号吊绳与撞击锤的连接，撞击锤的重力势能转化为动能，在到达最低点时以水平方向冲击悬臂墙构件，并且在冲击过程中减少撞击时撞击锤与一号吊绳之间的内力变化，保证试验机的稳定性。本发明大大增强了整个试验装置的耐久性，同时也提高了试验过程的安全性和稳定性，适用于高能量撞击试验。

Description

一种高能量撞击柔性摆锤式冲击试验机
技术领域
本发明属于摆锤式冲击试验机技术领域，具体涉及一种高能量撞击柔性摆锤式冲击试验机。
背景技术
随着国家经济的迅速发展，我国公共交通系统日益发达，公路与桥梁数量与日俱增。与此同时，车辆撞击栏杆、轮船撞击桥墩的事故时有发生。因此研究结构构件在撞击荷载作用下的力学性能与工作机理具有重要的工程意义。目前撞击试验主要分为以下两类：一类为真实汽车撞击试验，另一类为落锤与水平摆锤撞击试验。真实汽车撞击试验由于成本高、试验难度大而较少被采用；落锤试验适用于两端同时具有边界条件的构件；水平摆锤常用于评价悬臂柱或防撞墙的抗撞性能。
目前，水平摆锤试验机大多数采用刚性系杆和摆锤组合。其中，刚性连接杆具有较好的方向稳定性且在撞击结构物时摆锤不易出现偏转，但在模拟高能量撞击的时候，连接杆内部尤其在摆锤连接节点处内力急剧增加，显著降低了试验装置的稳定性和使用耐久性，维护成本高。
发明内容
本发明要解决传统刚性系杆试验机内力大，机降低了试验装置的稳定性和使用耐久性，维护成本高的问题，提供了一种高能量撞击柔性摆锤式冲击试验机。
本发明采用如下的技术方案实现：一种高能量撞击柔性摆锤式冲击试验机，包括撞击锤、一号钢架、二号钢架、一号吊绳、二号吊绳、滑轮、电动卷扬机和悬臂墙构件；
所述撞击锤与一号钢架和二号钢架分别通过一号吊绳和二号吊绳柔性连接，一号吊绳与撞击锤活动连接，二号吊绳与撞击锤可拆卸连接，二号钢架的顶部中央设有滑轮，二号吊绳绕过滑轮与电动卷扬机连接，电动卷扬机带动二号吊绳将撞击锤升至所需高度，断开二号吊绳与撞击锤的连接，撞击锤的重力势能转化为动能，在到达最低点时以水平方向冲击悬臂墙构件，并且在冲击过程中减少撞击时撞击锤与一号吊绳之间的内力变化，保证试验机的稳定性。
进一步的，所述一号钢架的顶部连接有高度可调的横梁，横梁底部中央滑动连接有悬臂梁，悬臂梁横向设置，悬臂梁距一号钢架的横向距离可调；
所述悬臂墙构件连接在一号钢架的底部，电动卷扬机设于二号钢架的底部。
进一步的，所述横梁的侧面设有连接孔；
所述一号钢架上设有若干竖向排列的安装孔，横梁的连接孔与安装孔通过螺栓连接；
所述横梁的底面设有连接孔，悬臂梁上沿其走向设有多个连接孔，悬臂梁的连接孔与横梁底面的连接孔通过螺栓连接。
进一步的，所述的一号吊绳包括4根长度相等的吊绳，分为吊绳Ⅰ、吊绳Ⅱ、吊绳Ⅲ和吊绳Ⅳ，吊绳Ⅰ与吊绳Ⅲ平行，吊绳Ⅱ与吊绳Ⅳ平行；
所述的撞击锤的顶部设有两个吊点，两个吊点对称设置于撞击锤中心的两侧，其中的一个吊点与的吊绳Ⅰ和吊绳Ⅱ的底端连接，另一个吊点与吊绳Ⅲ和吊绳Ⅳ的底端连接；
所述悬臂梁的底部设有4个吊点，吊绳Ⅰ、吊绳Ⅱ、吊绳Ⅲ和吊绳Ⅳ的顶端依次连接在悬臂梁的4个吊点上。
进一步的，所述撞击锤为“鱼雷”型结构，撞击锤包括半球形结构的锤头和圆柱形结构的圆柱主体，锤头与圆柱主体的直径相等；
所述圆柱主体的自由端设有加速度感应计。
进一步的，所述撞击锤的重心位置处设有脱钩，所述二号吊绳的一端与脱钩相连。
进一步的，所述二号吊绳与脱钩连接的一端上设有配重装置，配重装置由三个配重套筒组成。
进一步的，所述撞击锤的锤头与圆柱主体螺纹可拆卸连接，撞击锤的圆柱主体具有多种规格。
进一步的，所述的一号钢架与二号钢架之间的距离应大于等于一号吊绳长度的2/3。
进一步的，所述一号钢架和二号钢架的底部均设有底座，底座通过地锚螺栓与地槽相连；
所述悬臂墙构件与一号钢架共用地槽。
本发明相比现有技术的有益效果：
1.本申请的撞击锤采用吊绳柔性连接，吊绳可以围绕绑吊点随着撞击锤的提升和落下而转动，在撞击时不会产生很大的内力变化，大大增强了整个试验装置的耐久性，同时也提高了试验过程的安全性和稳定性，尤其适用于高能量撞击试验，从而解决高能量撞击下刚性系杆摆锤装置内力大与维护成本高的问题；
2.本发明通过采用双支架体系（即一号钢架和二号钢架），一号钢架用于将撞击锤吊起，利用二号钢架将撞击锤抬升，提升过程采用电动装置完成，保证了操作人员的人身安全，减少了由人工操作而引起的误差，试验安全性得到提高；整体装置具有结构简单且操作简便的优点，可较准确实现水平撞击下悬臂柱与防撞墙抗撞性能分析；
3.本申请的一号吊绳包括四根吊绳，使撞击锤在下落过程中保持较好的方向稳定性，并且较大程度降低了撞击锤左右摇摆幅度，使撞击锤的锤头不会乱飘，保证撞击锤的水平放置和撞击锤在摆动过程中的方向稳定性，提高了试验的可靠性和准确性，从而可较好实现侧向撞击下悬臂柱与防撞墙抗撞性能的研究；
4.本发明通过调整悬臂梁伸出长度来控制悬挂的撞击锤与悬臂墙构件之间的距离，实现撞击锤在摆动过程中在最低点以水平方向撞击悬臂构件，从而保证试验的准确性；
5.本发明的撞击锤采用可拆卸式的锤头，可以通过调整不同配重的锤头实现不同能量撞击，而不需要更换整个撞击锤，用用范围广泛工作效率提高；
6.本发明的二号吊绳前端安装有配重装置，减小二号吊绳脱钩时弹起或摇摆的幅度，增加了试验的安全性和稳定性；
7.本发明通过的一号钢架和二号钢架采用钢架结构，装置结构形式简单，可高度可调，操作方便。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的一号钢架的主视图；
图3为本发明的一号钢架的侧视图；
图4为本发明的二号钢架的结构示意图；
图5为本发明的撞击锤的结构示意图；
图6为本发明的一号吊绳的连接示意图；
图7为本发明的配重装置的结构示意图；
图中：1-撞击锤；11-锤头；12-圆柱主体；13-加速度感应计；
2-一号钢架；21-底座；22-安装孔；23-横梁；
3-二号钢架；
4-悬臂梁；
5-一号吊绳；A-吊绳Ⅰ；B-吊绳Ⅱ；C-吊绳Ⅲ；D-吊绳Ⅳ；
6-二号吊绳；
7-滑轮；
8-脱钩；
9-电动卷扬机；
10-配重装置；
101-悬臂墙构件。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
文中所述的“横向”指的是悬臂梁的走向。
参照图1至图7，本发明提供一种技术方案：一种高能量撞击柔性摆锤式冲击试验机，包括撞击锤1、一号钢架2、二号钢架3、一号吊绳5、二号吊绳6、滑轮7、电动卷扬机9和悬臂墙构件101；
所述撞击锤1与一号钢架2和二号钢架3分别通过一号吊绳5和二号吊绳6柔性连接，一号吊绳5与撞击锤1活动连接，二号吊绳6与撞击锤1可拆卸连接，二号钢架3的顶部中央设有滑轮7，二号吊绳6绕过滑轮7与电动卷扬机9连接，电动卷扬机9带动二号吊绳6将撞击锤1升至所需高度，断开二号吊绳6与撞击锤1的连接，撞击锤1的重力势能转化为动能，在到达最低点时以水平方向冲击悬臂墙构件101，（吊绳可以围绕吊点随着撞击锤1的提升和落下而转动，在撞击时不会产生很大的内力变化，大大增强了整个试验装置的耐久性，同时也提高了试验过程的安全性和稳定性）在冲击过程中减少撞击时撞击锤1与一号吊绳5之间的内力变化，保证试验机的稳定性。
所述一号钢架2的顶部连接有高度可调的横梁23，横梁23底部中央滑动连接有悬臂梁4，悬臂梁4横向设置，悬臂梁4距一号钢架2的横向距离可调；
所述悬臂墙构件101连接在一号钢架2的底部，电动卷扬机9设于二号钢架3的底部。
所述横梁23的侧面设有连接孔；
所述一号钢架2上设有若干竖向排列的安装孔22，横梁23的连接孔与安装孔22通过螺栓连接，通过选择横梁23与不同高度的安装孔22连接来调节一号钢架2的高度；
所述横梁23的底面设有连接孔，悬臂梁4上沿其走向设有多个连接孔，悬臂梁4的连接孔与横梁23底面的连接孔通过螺栓连接，通过横梁23与不同位置处的悬臂梁4的连接孔连接，从而调节悬臂梁4伸出的长度，即距一号钢架2的距离。
所述的一号吊绳5包括4根长度相等的吊绳，分为吊绳ⅠA、吊绳ⅡB、吊绳ⅢC和吊绳ⅣD，吊绳ⅠA与吊绳ⅢC平行，吊绳ⅡB与吊绳ⅣD平行；
所述的撞击锤1的顶部设有两个吊点，两个吊点对称设置于撞击锤1中心的两侧，其中的一个吊点与的吊绳ⅠA和吊绳ⅡB的底端连接，另一个吊点与吊绳ⅢC和吊绳ⅣD的底端连接；
所述悬臂梁4的底部设有4个吊点，吊绳ⅠA、吊绳ⅡB、吊绳ⅢC和吊绳ⅣD的顶端依次连接在悬臂梁4的4个吊点上；在撞击锤1顶部设有两个吊点，保证悬吊的撞击锤1呈水平状态；吊绳ⅠA和吊绳ⅡB以及吊绳ⅢC和吊绳ⅣD分别形成一个倒三角形结构，倒三角形结构可以使撞击锤1在下落过程中保持较好的方向稳定性，并且较大程度降低了撞击锤1左右摇摆幅度，使撞击锤1的锤头11不会乱飘，保证撞击锤1的水平放置和撞击锤1在摆动过程中的方向稳定性，提高了试验的可靠性和准确性。
所述撞击锤1为“鱼雷”型结构，撞击锤1包括半球形结构的锤头11和圆柱形结构的圆柱主体12，锤头11与圆柱主体12的直径相等；
所述圆柱主体12的自由端设有加速度感应计13。
所述撞击锤1的重心位置处设有脱钩8，所述二号吊绳6的一端与脱钩8相连，所述的脱钩8的保险销和控制开关设在一号钢架2或二号钢架3的侧面，便于操作和观察试验情况。
所述二号吊绳6与脱钩8连接的一端上设有配重装置10，配重装置10由三个配重套筒组成，配重装置10的设置降低二号吊绳6在脱钩时的弹起或摇摆幅度，另外防止在二号吊绳6与脱钩脱离的瞬间，二号吊绳由于突然卸力而弹起或摇摆，损坏仪器设备甚至造成试验人员的受伤，从而增加了试验的安全性和稳定性。
所述撞击锤1的锤头11与圆柱主体12螺纹可拆卸连接，撞击锤1的圆柱主体12具有多种规格，每种规格的重量有异，所以通过更换不同配重的圆柱主体12，以便研究不同能量冲击的影响。
所述的一号钢架2与二号钢架3之间的距离应大于等于一号吊绳5长度的2/3，以确保撞击锤1能够抬升一定的高度以获得相应的速度。
所述一号钢架2和二号钢架3的底部均设有底座21，底座21通过地锚螺栓与地槽相连；
所述悬臂墙构件101与一号钢架2共用地槽，保证撞击锤1在摆动过程中在最低点以水平方向撞击悬臂构件。
本申请的侧方安装有高速摄像机。
本发明的工作原理：
本申请安装好后，检查静止悬吊的撞击锤1的位置，调整好撞击锤1撞击点高度后，将脱钩8钩在撞击锤1的重心位置处，启动电动卷扬机9，将撞击锤1缓缓拉起，使用激光测距器来确定撞击锤1拉到所需高度，然后在侧方拉动脱钩8，撞击锤1的重力势能转化为动能，在到达最低点时以水平方向冲击悬臂墙构件11，侧方的高速摄像机和安装于撞击锤1内的加速度感应计13记录数据，达到试验目的。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种高能量撞击柔性摆锤式冲击试验机，其特征在于：包括撞击锤（1）、一号钢架（2）、二号钢架（3）、一号吊绳（5）、二号吊绳（6）、滑轮（7）、电动卷扬机（9）和悬臂墙构件（101）；
所述撞击锤（1）与一号钢架（2）和二号钢架（3）分别通过一号吊绳（5）和二号吊绳（6）柔性连接，一号吊绳（5）与撞击锤（1）活动连接，二号吊绳（6）与撞击锤（1）可拆卸连接，二号钢架（3）的顶部中央设有滑轮（7），二号吊绳（6）绕过滑轮（7）与电动卷扬机（9）连接，电动卷扬机（9）带动二号吊绳（6）将撞击锤（1）升至所需高度，断开二号吊绳（6）与撞击锤（1）的连接，撞击锤（1）的重力势能转化为动能，在到达最低点时以水平方向冲击悬臂墙构件（101），在冲击过程中由于柔性连接减少撞击时撞击锤（1）与一号吊绳（5）之间的内力变化，保证试验机的稳定性。
2.根据权利要求1所述的一种高能量撞击柔性摆锤式冲击试验机，其特征在于：所述一号钢架（2）的顶部连接有高度可调的横梁（23），横梁（23）底部中央滑动连接有悬臂梁（4），悬臂梁（4）横向设置，悬臂梁（4）距一号钢架（2）的横向距离可调；
所述悬臂墙构件（101）连接在一号钢架（2）的底部，电动卷扬机（9）设于二号钢架（3）的底部。
3.根据权利要求2所述的一种高能量撞击柔性摆锤式冲击试验机，其特征在于：所述横梁（23）的侧面设有连接孔；
所述一号钢架（2）上设有若干竖向排列的安装孔（22），横梁（23）的连接孔与安装孔（22）通过螺栓连接；
所述横梁（23）的底面设有连接孔，悬臂梁（4）上沿其走向设有多个连接孔，悬臂梁（4）的连接孔与横梁（23）底面的连接孔通过螺栓连接。
4.根据权利要求2或3所述的一种高能量撞击柔性摆锤式冲击试验机，其特征在于：所述的一号吊绳（5）包括4根长度相等的吊绳，分为吊绳Ⅰ（A）、吊绳Ⅱ（B）、吊绳Ⅲ（C）和吊绳Ⅳ（D），吊绳Ⅰ（A）与吊绳Ⅲ（C）平行，吊绳Ⅱ（B）与吊绳Ⅳ（D）平行；
所述的撞击锤（1）的顶部设有两个吊点，两个吊点对称设置于撞击锤（1）中心的两侧，其中的一个吊点与的吊绳Ⅰ（A）和吊绳Ⅱ（B）的底端连接，另一个吊点与吊绳Ⅲ（C）和吊绳Ⅳ（D）的底端连接；
所述悬臂梁（4）的底部设有4个吊点，吊绳Ⅰ（A）、吊绳Ⅱ（B）、吊绳Ⅲ（C）和吊绳Ⅳ（D）的顶端依次连接在悬臂梁（4）的4个吊点上。
5.根据权利要求4所述的一种高能量撞击柔性摆锤式冲击试验机，其特征在于：所述撞击锤（1）为“鱼雷”型结构，撞击锤（1）包括半球形结构的锤头（11）和圆柱形结构的圆柱主体（12），锤头（11）与圆柱主体（12）的直径相等；
所述圆柱主体（12）的自由端设有加速度感应计（13）。
6.根据权利要求5所述的一种高能量撞击柔性摆锤式冲击试验机，其特征在于：所述撞击锤（1）的重心位置处设有脱钩（8），所述二号吊绳（6）的一端与脱钩（8）相连。
7.根据权利要求6所述的一种高能量撞击柔性摆锤式冲击试验机，其特征在于：所述二号吊绳（6）与脱钩（8）连接的一端上设有配重装置（10），配重装置（10）由三个配重套筒组成。
8.根据权利要求7所述的一种高能量撞击柔性摆锤式冲击试验机，其特征在于：所述撞击锤（1）的锤头（11）与圆柱主体（12）螺纹可拆卸连接，撞击锤（1）的圆柱主体（12）具有多种规格。
9.根据权利要求8所述的一种高能量撞击柔性摆锤式冲击试验机，其特征在于：所述的一号钢架（2）与二号钢架（3）之间的距离应大于等于一号吊绳（5）长度的2/3。
10.根据权利要求9所述的一种高能量撞击柔性摆锤式冲击试验机，其特征在于：所述一号钢架（2）和二号钢架（3）的底部均设有底座（21），底座（21）通过地锚螺栓与地槽相连；
所述悬臂墙构件（101）与一号钢架（2）共用地槽。
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