CN113820089A - 全自动轻小器件高g值气动冲击试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全自动轻小器件高g值气动冲击试验系统，包括激励装置、传感器组件、电磁阀组件、中央处理器及用户交流端，所述激励装置包括用于产生高加速度冲击力的高压气体炮、冲击缸及控制缸；所述冲击缸包括缸体、活塞及活塞杆，所述活塞固定安装于活塞杆上，所述活塞用于接受所述高压气体炮产生的高压带动活塞杆在缸体内发生高速运动；所述控制缸用于为所述活塞杆提供可被控制的制动。本发明的全自动轻小器件高g值气动冲击试验系统能够适用于实现高加速度冲击力学环境试验，试验条件容易满足，成本低廉，使用方便，能够多次重复安全可靠地实现高加速度冲击力学环境的激励。

Description

全自动轻小器件高g值气动冲击试验系统

技术领域

本发明涉及力学环境的高加速度冲击激励试验技术领域，具体涉及一种全自动轻小器件高g值气动冲击试验系统。

背景技术

高加速度冲击激励技术是高加速度冲击力学环境试验中的一个重要方面。利用压缩空气快速释放的能量实现高加速度冲击力学环境的激励技术已在Hopkinson压杆技术、空气炮技术等方面得到实际应用。Hopkinson压杆技术是利用高压气体推动加速子弹撞击透射杆，基于透射杆的一维应力波理论获得高加速度冲击力学环境的，被试件固定在透射杆的另一端；现有的空气炮技术则是利用高压氦气或氢气、通过一级或二级气炮结构实现对模拟弹头的加速作用，并使其与目标靶板进行撞击，在模拟弹头内产生高加速度冲击力学环境，被试件通过某种形式固定在模拟弹头内部。但这两种技术结构相对复杂，占用实验室面积大，成本高，安全性要求高，只适合于质量轻体积小被试件的高加速度力学环境试验。基于此，该技术领域一直处于不断的发展之中，表现在对便于在室内进行多次、方便、廉价、安全可靠的高加速度冲击力学环境激励技术的需求仍然迫切，尤其是对于g(1g＝9.8m/s2)值水平高、负载适应范围宽的高加速度冲击力学环境激励技术，尤其是一些武器弹药引 信系统中的轻质量、小体积被试件，需在室内进行频次较多的各种冲击试验，因此对便于在 室内进行多次、方便、廉价、安全可靠的高g值冲击力学环境试验技术的需求仍然迫切，比如 g值水平高(冲击峰值加速度超过10万g)试验系统。

因此，为解决以上问题，需要一种全自动轻小器件高g值气动冲击试验系统，能够适用于实现高加速度冲击力学环境试验，试验条件容易满足，成本低廉，使用方便，能够多次重复安全可靠地实现小器件的高g值冲击过载试验。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供全自动轻小器件高g值气动冲击试验系统，能够适用于实现高加速度冲击力学环境试验，试验条件容易满足，成本低廉，使用方便，能够多次重复安全可靠地实现小器件的高g值冲击过载试验。

一种全自动轻小器件高g值气动冲击试验系统，包括激励装置、传感器组件、电磁阀组件、中央处理器及用户交流端，所述激励装置包括用于产生高加速度冲击力的高压气体炮、冲击缸及控制缸；

所述冲击缸包括缸体、活塞及活塞杆，所述活塞固定安装于活塞杆上，所述活塞用于接受所述高压气体炮产生的高压带动活塞杆在缸体内发生高速运动；

所述控制缸用于为所述活塞杆提供可被控制的制动；

所述传感器组件与所述中央处理器电信号连接，所述电磁阀组件与所述中央处理器电信号连接，所述用户交流端与所述中央处理器电信号连接。

进一步，所述高压气体炮安装于固定在所述缸体顶部(本装置在使用时一般将冲击缸垂直安装，因此进气座位于冲击缸缸体的顶部，底部通过固定筒固定安装在底座上便于试验)的进气座上且高压气体炮的排气口与进气座的高压进气口连通，所述进气座用于引导高压气体炮产生的高压气体进入到缸体内，所述活塞杆延伸出所述进气座。

进一步，所述缸体下段通过固定筒安装于底座上，所述缸体与固定筒之间设置有快速释放组件，所述快速释放组件用于保持及快速释放所述缸体内的压强，在高加速度冲击力学环境激励时，快速组件可以达到快速释放冲击缸内活塞以下缸体内的气体保证活塞杆快速运动起来对底座产生高速冲击，将被试对象连接于活塞杆上即可达到试验目的。

进一步，所述快速释放组件包括设置于所述缸体与所述固定筒之间的密封环腔、缸体快排孔、固定筒快排孔、缸体背压孔、固定筒背压孔、适形的密封活塞及第一复位弹簧，所述密封活塞可相对所述缸体竖直方向移动、所述缸体快排孔与所述固定筒快排孔同心，所述缸体背压孔与所述固定筒背压孔同心，所述第一复位弹簧为所述密封活塞提供回复力，当第一复位弹簧处于自然状态时密封圈与缸体及固定筒之间处于相对静止的位置，各快排孔及背压孔处于导通状态，当密封环腔接受外部充气时，迫使密封活塞受压并克服第一复位弹簧的弹力向上运动，密封活塞的开孔与各快排孔及背压孔错开，使得冲击缸的缸体下部与活塞之间的腔体密封起来，对第二进气接口充气时可以推动活塞上行并带动活塞杆上行。

进一步，所述密封活塞上开设有对应于缸体快排孔及缸体背压孔的开孔，在密封活塞处于初始位置时，保证缸体快排孔、缸体背压孔与固定筒快排孔、固定筒背压孔分别对应导通。

进一步，所述固定筒上设置有用于对所述密封环腔进行充气的第一进气接口，所述底座上开设有用于对缸体进行充气的第二进气接口。

进一步，所述控制缸安装于所述进气座上包括控制气缸、制动块及第二复位弹簧，所述制动块由控制气缸控制为所述活塞杆提供制动力，所述第二复位弹簧为所述制动块提供回复力。

进一步，所述传感器组件包括用于测量活塞位置的位置传感器、设置于所述活塞杆上的加速度传感器及用于检测所述高压气体炮内气压的压力传感器，所述位置传感器、加速度传感器及压力传感器均与所述中央处理器电信号连接并将所测量得到的参数传递给所述中央处理器。

进一步，所述电磁阀组件包括设置于所述高压气体炮排气口的释放电磁阀、设置于高压气体炮进气口的充气电磁阀、设置于第一进气接口处的封闭电磁阀、设置于第二进气接口处的提升电磁阀及与控制气缸相连的制动电磁阀，所述电磁阀组件与中央处理器电信号连接并接收中央处理器的指令进行启闭操作。

进一步，所述用户交流端用于显示试验参数及设置试验参数，所述用户交流端与中央处理器电信号连接，所述中央处理器用于存储和处理由传感器组件发出的试验参数并向各电磁阀组件发出工作指令。

外部提供压缩空气的进气管道分别与第一进气接口和第二进气接口连接，第一进气接口和第二进气接口又分别受到封闭电磁阀和提升电磁阀的控制，高压气体炮通过螺栓与进气座固定连接。为了提高设备的自动程度，将定位传感器按使用要求安装于冲击缸上用以感应活塞的运动位置再配合简单的控制器用以完成整个工作过程的自动实现。初始状态：制动块处于复位状态，在自重作用下，活塞杆下端面与底座上端面接触；活塞杆提升过程：封闭电磁阀打开，进气管道通过第一进气接口向密封环腔供气，密封活塞压缩第一复位弹簧向上移动直至到达上极限位置并保持密封环腔的气压，此时，缸体快排孔、缸体背压孔与固定筒快排孔、固定筒背压孔被密封活塞隔开，缸体内活塞以下部分形成密闭腔，接着提升电磁阀打开，进气管道通过第二进气接口向该密闭腔供气，活塞在气体推动下向上提升并带动活塞杆向上提升，当定位传感器检测到活塞到达位置时，提升电磁阀关闭停止进气管道对第二进气接口的供气，与此同时，制动电磁阀打开，控制气缸供气推动制动块实现对活塞杆的制动悬停，关闭封闭电磁阀，进气管道停止对第一进气接口供气，密封活塞在第一复位弹簧作用下移动至下极限位置，此时，缸体快排孔、缸体背压孔与固定筒快排孔、固定筒背压孔分别分别对应导通，缸体在活塞以下部分的腔体与大气连通，此时活塞及活塞杆向下快速运动时阻力最小；冲击过程：充气电磁阀打开，高压气体炮达到预设气压后，充气电磁阀关闭，检查确认后，关闭制动电磁阀停止控制气缸供气，制动块在第二复位弹簧的弹力推动下放开活塞杆，同时高压气体炮释放电磁阀打开，高压气体炮中的气体将以几乎声速的速度快速释放并通过进气座的高压进气口进入冲击缸内的活塞上表面的环腔，快速推动活塞及活塞杆向下加速运动，最终活塞杆下端面将和底座上表面高速碰撞，为实现高加速度冲击力学环境提供必要条件。

本发明的有益效果是：本发明公开的一种全自动轻小器件高g值气动冲击试验系统，其冲击缸的高压气源由高压气体炮提供，冲击缸的活塞杆可与高加速度冲击力学环境被试对象连接，非常便于试验时适应不同的被试对象；

冲击缸与活塞之间的配合要求低(间隙配合即可)，实现活塞及活塞杆加速向下运动时，摩擦阻力最小；冲击缸和固定筒均设计有快排孔和背压孔，结合密封活塞，当密封活塞处于上限位置时，可以实现冲击缸内活塞以下的密闭腔，进而实现自动气动提升；冲击缸和固定筒均设计有快排孔和背压孔，结合密封活塞，当密封活塞处于下限位置时，三者之间的结构可以实现冲击缸内活塞以下的腔体与大气相通，实现活塞杆组合加速向下运动时，空气阻力最小；根据被试对象的尺寸及质量大小，设计不同尺寸的冲击缸组合，但结构原理不变；同时，可配置不同储量的高压气体炮及不同压力的气体，实现不同高加速度冲击力学环境试验的激励问题。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的整体工作流程图；

图2为本发明中激励装置的结构示意图；

图3为图2的剖视图；

图4为图2另一方向的剖视图；

图5为进气座的结构示意图；

图6为控制缸的剖视图。

具体实施方式

图1为本发明的整体工作流程图，图2为本发明中激励装置的整体结构示意图，图3为图2的剖视图，图4为图2另一方向的剖视图，图5为进气座的结构示意图，图6为控制缸的剖视图，如图所示，本实施例中的全自动轻小器件高g值气动冲击试验系统包括激励装置、传感器组件、电磁阀组件、中央处理器及用户交流端，所述激励装置包括用于产生高加速度冲击力的高压气体炮、冲击缸1及控制缸2；

所述冲击缸1包括缸体11、活塞12及活塞杆13，所述活塞12固定安装于活塞杆13上，所述活塞12用于接受所述高压气体炮产生的高压带动活塞杆13在缸体11内发生高速运动；

所述控制缸2用于为所述活塞杆13提供可被控制的制动；

所述传感器组件与所述中央处理器电信号连接，所述电磁阀组件与所述中央处理器电信号连接，所述用户交流端与所述中央处理器电信号连接。

本实施例中，所述高压气体炮(图中未示出)安装于固定在所述缸体11顶部(本装置在使用时一般将冲击缸1垂直安装，因此进气座3位于冲击缸1缸体11的顶部，底部通过固定筒4固定安装在底座5上便于试验)的进气座3上且高压气体炮的排气口与进气座3的高压进气口31连通，所述进气座3用于引导高压气体炮产生的高压气体进入到缸体11内，所述活塞杆13延伸出所述进气座3。

本实施例中，所述缸体11下段通过固定筒4安装于底座5上，所述缸体11与固定筒4之间设置有快速释放组件，所述快速释放组件用于保持及快速释放所述缸体11内的压强，在高加速度冲击力学环境激励时，快速组件可以达到快速释放冲击缸1内活塞12以下缸体11内的气体保证活塞杆13快速运动起来对底座5产生高速冲击，将被试对象连接于活塞杆13上即可达到试验目的。

本实施例中，所述快速释放组件包括设置于所述缸体11与所述固定筒4之间的密封环腔6、缸体快排孔14、固定筒快排孔41、缸体背压孔15、固定筒背压孔42、适形的密封活塞61及第一复位弹簧62，所述密封活塞61可相对所述缸体11竖直方向移动、所述缸体快排孔14与所述固定筒快排孔41同心，所述缸体背压孔15与所述固定筒背压孔42同心，所述第一复位弹簧62为所述密封活塞61提供回复力，当第一复位弹簧62处于自然状态时密封圈与缸体11及固定筒4之间处于相对静止的位置，各快排孔及背压孔处于导通状态，当密封环腔6接受外部充气时，迫使密封活塞61受压并克服第一复位弹簧62的弹力向上运动，密封活塞61的开孔与各快排孔及背压孔错开，使得冲击缸1的缸体11下部与活塞12之间的腔体密封起来，对第二进气接口51充气时可以推动活塞12上行并带动活塞杆13上行。

本实施例中，所述密封活塞61上开设有对应于缸体快排孔14及缸体背压孔15的开孔，在密封活塞61处于初始位置时，保证缸体快排孔14、缸体背压孔15与固定筒快排孔41、固定筒背压孔42分别对应导通。

本实施例中，所述固定筒4上设置有用于对所述密封环腔6进行充气的22第一进气接口63，所述底座5上开设有用于对缸体11进行充气的第二进气接口51。

本实施例中，所述控制缸2安装于所述进气座3上包括控制气缸21、制动块22及第二复位弹簧23，所述制动块22由控制气缸21控制为所述活塞杆13提供制动力，所述第二复位弹簧23为所述制动块22提供回复力。

本实施例中，所述传感器组件包括用于测量活塞12位置的位置传感器、设置于所述活塞杆13上的加速度传感器及用于检测所述高压气体炮内气压的压力传感器，所述位置传感器、加速度传感器及压力传感器均与所述中央处理器电信号连接并将所测量得到的参数传递给所述中央处理器。

本实施例中，所述电磁阀组件包括设置于所述高压气体炮排气口的释放电磁阀、设置于高压气体炮进气口的充气电磁阀、设置于第一进气接口63处的封闭电磁阀、设置于第二进气接口51处的提升电磁阀及与控制气缸21相连的制动电磁阀，所述电磁阀组件与中央处理器电信号连接并接收中央处理器的指令进行启闭操作。

本实施例中，所述用户交流端用于显示试验参数及设置试验参数，所述用户交流端与中央处理器电信号连接，所述中央处理器用于存储和处理由传感器组件发出的试验参数并向各电磁阀组件发出工作指令。

外部提供压缩空气的进气管道分别与第一进气接口63和第二进气接口51连接，第一进气接口63和第二进气接口51又分别受到封闭电磁阀和提升电磁阀的控制，高压气体炮通过螺栓与进气座3固定连接。为了提高设备的自动程度，将定位传感器按使用要求安装于冲击缸1上用以感应活塞12的运动位置再配合简单的控制器用以完成整个工作过程的自动实现。初始状态：制动块22处于复位状态，在自重作用下，活塞杆13下端面与底座5上端面接触；活塞杆13提升过程：封闭电磁阀打开，进气管道通过第一进气接口63向密封环腔6供气，密封活塞61压缩第一复位弹簧62向上移动直至到达上极限位置并保持密封环腔6的气压，此时，缸体快排孔14、缸体背压孔15与固定筒快排孔41、固定筒背压孔42被密封活塞61隔开，缸体11内活塞12以下部分形成密闭腔接着提升电磁阀打开，进气管道通过第二进气接口51向该密闭腔供气，活塞12在气体推动下向上提升并带动活塞杆13向上提升，当定位传感器检测到活塞12到达位置时，提升电磁阀关闭停止进气管道对第二进气接口51的供气，与此同时，制动电磁阀打开，控制气缸21供气推动制动块22实现对活塞杆13的制动悬停，关闭封闭电磁阀，进气管道停止对第一进气接口63供气，密封活塞61在第一复位弹簧62作用下移动至下极限位置，此时，缸体快排孔14、缸体背压孔15与固定筒快排孔41、固定筒背压孔42分别分别对应导通，缸体11在活塞12以下部分的腔体与大气连通，此时活塞12及活塞杆13向下快速运动时阻力最小；冲击过程：充气电磁阀打开，高压气体炮达到预设气压后，充气电磁阀关闭，检查确认后，关闭制动电磁阀停止控制气缸21供气，制动块22在第二复位弹簧23的弹力推动下放开活塞杆13，同时高压气体炮释放电磁阀打开，高压气体炮中的气体将以几乎声速的速度快速释放并通过进气座3的高压进气口31进入冲击缸1内的活塞12上表面的环腔，快速推动活塞12及活塞杆13向下加速运动，最终活塞杆13下端面将和底座5上表面高速碰撞，为实现高加速度冲击力学环境提供必要条件。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种全自动轻小器件高g值气动冲击试验系统，其特征在于：包括激励装置、传感器组件、电磁阀组件、中央处理器及用户交流端，所述激励装置包括用于产生高加速度冲击力的高压气体炮、冲击缸及控制缸；

所述冲击缸包括缸体、活塞及活塞杆，所述活塞固定安装于活塞杆上，所述活塞用于接受所述高压气体炮产生的高压带动活塞杆在缸体内发生高速运动；

所述控制缸用于为所述活塞杆提供可被控制的制动；

所述传感器组件与所述中央处理器电信号连接，所述电磁阀组件与所述中央处理器电信号连接，所述用户交流端与所述中央处理器电信号连接。

2.根据权利要求1所述的全自动轻小器件高g值气动冲击试验系统，其特征在于：所述高压气体炮安装于固定在所述缸体顶部的进气座上且高压气体炮的排气口与进气座的高压进气口连通，所述进气座用于引导高压气体炮产生的高压气体进入到缸体内，所述活塞杆延伸出所述进气座。

3.根据权利要求2所述的全自动轻小器件高g值气动冲击试验系统，其特征在于：所述缸体下段通过固定筒安装于底座上，所述缸体与固定筒之间设置有快速释放组件，所述快速释放组件用于保持及快速释放所述缸体内的压强。

4.根据权利要求3所述的全自动轻小器件高g值气动冲击试验系统，其特征在于：所述快速释放组件包括设置于所述缸体与所述固定筒之间的密封环腔、缸体快排孔、固定筒快排孔、缸体背压孔、固定筒背压孔、适形的密封活塞及第一复位弹簧，所述密封活塞可相对所述缸体竖直方向移动、所述缸体快排孔与所述固定筒快排孔同心，所述缸体背压孔与所述固定筒背压孔同心，所述第一复位弹簧为所述密封活塞提供回复力。

5.根据权利要求4所述的全自动轻小器件高g值气动冲击试验系统，其特征在于：所述密封活塞上开设有对应于缸体快排孔及缸体背压孔的开孔，在密封活塞处于初始位置时，保证缸体快排孔、缸体背压孔与固定筒快排孔、固定筒背压孔分别对应导通。

6.根据权利要求4所述的全自动轻小器件高g值气动冲击试验系统，其特征在于：所述固定筒上设置有用于对所述密封环腔进行充气的第一进气接口，所述底座上开设有用于对缸体进行充气的第二进气接口。

7.根据权利要求6所述的全自动轻小器件高g值气动冲击试验系统，其特征在于：所述控制缸安装于所述进气座上包括控制气缸、制动块及第二复位弹簧，所述制动块由控制气缸控制为所述活塞杆提供制动力，所述第二复位弹簧为所述制动块提供回复力。

8.根据权利要求1所述的全自动轻小器件高g值气动冲击试验系统，其特征在于：所述传感器组件包括用于测量活塞位置的位置传感器、设置于所述活塞杆上的加速度传感器及用于检测所述高压气体炮内气压的压力传感器，所述位置传感器、加速度传感器及压力传感器均与所述中央处理器电信号连接并将所测量得到的参数传递给所述中央处理器。

9.根据权利要求7所述的全自动轻小器件高g值气动冲击试验系统，其特征在于：所述电磁阀组件包括设置于所述高压气体炮排气口的释放电磁阀、设置于高压气体炮进气口的充气电磁阀、设置于第一进气接口处的封闭电磁阀、设置于第二进气接口处的提升电磁阀及与控制气缸相连的制动电磁阀，所述电磁阀组件与中央处理器电信号连接并接收中央处理器的指令进行启闭操作。

10.根据权利要求1所述的全自动轻小器件高g值气动冲击试验系统，其特征在于：所述用户交流端用于显示试验参数及设置试验参数，所述用户交流端与中央处理器电信号连接，所述中央处理器用于存储和处理由传感器组件发出的试验参数并向各电磁阀组件发出工作指令。

Images