CN114184501B - 一种避免锤头与试件共振的单摆式冲击装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种避免锤头与试件共振的单摆式冲击装置及使用方法，包括摆臂和锤头，锤头上的非撞击位置设置有力传感器，锤头的上端面开设有第一容纳槽，第一容纳槽的底部设置有永磁铁，摆臂的一端伸进第一容纳槽，且摆臂与第一容纳槽间隙配合，摆臂的另一端为铰接旋转端；摆臂伸进第一容纳槽内的一端连接有电磁铁，电磁铁与永磁铁正对设置，电磁铁连接电源系统，力传感器和电源系统分别连接控制器；电源系统用于向电磁铁供电；力传感器用于采集锤头的应力信息，并将应力信息发送给控制器；控制器用于当接收到应力信息时，控制电源系统停止向电磁铁供电。本发明避免了传统单摆式冲击装置的锤头与试件的共振问题，提高了试验采集到数据的准确度。

Description

一种避免锤头与试件共振的单摆式冲击装置及使用方法

技术领域

本发明属于单摆冲击装置技术领域，具体涉及一种避免锤头与试件共振的单摆式冲击装置及使用方法。

背景技术

单摆式冲击装置是在冲击试验中较为常见的，它主要构件是摆臂和锤头，摆臂一端连接锤头，另一端固定在一个支点上。使用时，将锤头连同摆臂提升到一定高度后再让其自由下落撞击试件，记录最大撞击力时试件的反应以及各种需要的试验数据。

在使用单摆式冲击装置进行撞击试验时，若被撞击试件的表面材料的接触刚度较低时、较大的撞击动能下被撞击试件的接触面严重冲击损伤时以及因锤头形状等原因导致撞击后锤头嵌入试件而无法回弹时，传统的单摆式冲击装置的锤头与试件碰撞后，锤头将与试件持续接触而发生共同振动，这严重影响到试验记录的被撞击试件的各种冲击反应时间历程性能的精确性。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种避免锤头与试件共振的单摆式冲击装置及使用方法，当锤头与试件碰撞后，锤头能够迅速脱离单摆式冲击装置的摆臂，进而在重力的作用下能够迅速的脱离被撞试件，从而避免了传统单摆式冲击装置的锤头与试件的共同振动问题，极大地提高了试验采集到数据的准确度。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种避免锤头与试件共振的单摆式冲击装置，包括摆臂和锤头，所述锤头上的非撞击位置设置有力传感器，所述锤头的上端面开设有第一容纳槽，所述第一容纳槽的底部设置有永磁铁，所述摆臂的一端伸进所述第一容纳槽，且所述摆臂与所述第一容纳槽间隙配合，所述摆臂的另一端为铰接旋转端；所述摆臂伸进所述第一容纳槽内的一端连接有电磁铁，所述电磁铁与所述永磁铁正对设置，所述电磁铁连接电源系统，所述力传感器和所述电源系统分别连接控制器；

所述电源系统用于向所述电磁铁供电；所述力传感器用于采集所述锤头的应力信息，并将所述应力信息发送给所述控制器；所述控制器用于当接收到所述应力信息时，控制所述电源系统停止向所述电磁铁供电。

进一步地，所述摆臂伸进所述第一容纳槽内的一端开设有第二容纳槽，所述电源系统安装在所述第二容纳槽内。

进一步地，所述电源系统包括电源开关和电源，所述电磁铁与所述电源开关连接，所述电源开关与所述电源连接。

进一步地，单摆式冲击装置还包括固定柱，所述摆臂的另一端通过转动轴与所述固定柱连接，所述转动轴上设置有摆臂锁止机构，所述摆臂锁止机构能够控制所述转动轴单向转动。

进一步地，所述摆臂锁止机构包括固定套设在所述转动轴上的锁盘和可拆卸设置在所述固定柱上的锁止杆，所述锁盘上沿自身周向均布设置有若干相同倾斜方向的限位凸块，所述锁止杆的一端位于任意相邻的两个所述限位凸块之间；

所述锁盘能够沿第一方向旋转，当所述锁盘沿第二方向旋转时，所述锁止杆卡住任一所述限位凸块，所述第一方向与所述第二方向的旋转相反。

进一步地，所述锁盘上开设有与所述转动轴平行的第一通孔，所述固定柱上正对所述第一通孔的位置开设有第二通孔，所述第一通孔和所述第二通孔内用于插入固定销。

进一步地，单摆式冲击装置还包括防护挡板，所述防护挡板设置在被撞试件被撞一侧的下方，所述防护挡板的上端靠设在被撞试件上，所述防护挡板呈倾斜设置。

进一步地，所述力传感器和所述电源系统与所述控制器通过数据传输线连接。

一种避免锤头与试件共振的单摆式冲击装置的使用方法，包括：

将被撞试件放置在单摆式冲击装置下方；

使所述摆臂呈一定倾斜角度并固定，将所述摆臂伸进所述第一容纳槽内，所述控制器控制所述电源系统向所述电磁铁供电，所述电磁铁产生磁力并与所述永磁铁相互吸引；

解除所述摆臂的固定，在重力作用下，所述锤头撞击所述被撞试件，当所述锤头与所述被撞试件撞击的瞬间所述锤头产生应力，所述力传感器采集所述锤头的应力信息，并将所述应力信息发送给所述控制器，所述控制器接收到所述应力信息时，控制所述电源系统停止向所述电磁铁供电，所述电磁铁的磁力消失，所述电磁铁与所述永磁铁的相互吸引力消失，所述锤头在重力的作用下与所述摆臂脱离掉落。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明提供的一种避免锤头与试件共振的单摆式冲击装置，在使用时，将被撞试件放置在单摆式冲击装置下方；使摆臂呈一定倾斜角度并固定，将摆臂伸进第一容纳槽内，控制器控制电源系统向电磁铁供电，电磁铁产生磁力并与永磁铁相互吸引；解除摆臂的固定，在重力作用下，锤头撞击被撞试件，当锤头与被撞试件撞击的瞬间锤头产生应力，力传感器采集锤头的应力信息，并将应力信息发送给控制器，控制器接收到应力信息时，控制电源系统停止向电磁铁供电，电磁铁的磁力消失，电磁铁与永磁铁的相互吸引力消失，锤头在重力的作用下与摆臂脱离掉落。可见，利用本发明的单摆式冲击装置进行试验时，当当锤头与试件碰撞后，锤头能够迅速脱离单摆式冲击装置的摆臂，进而在重力的作用下能够迅速的脱离被撞试件，与传统的传统单摆式冲击装置相比，能够有效的避免因被撞试件的表面材料的接触刚度较低、较大的撞击动能下被撞试件的接触面严重冲击损伤或因锤头形状等原因导致撞击后锤头嵌入试件而无法回弹时，单摆式冲击装置的锤头与试件的共同振动问题，极大地提高了试验采集到数据的准确度。

进一步地，本发明在摆臂伸进第一容纳槽内的一端开设有第二容纳槽，将电源系统安装在第二容纳槽内，使得单摆式冲击装置的结构紧凑简单，避免在使用过程中造成电源系统故障的问题。

进一步地，本发明在连接摆臂的转动轴上设置有摆臂锁止机构，摆臂锁止机构能够控制转动轴单向转动，传统的单摆式冲击装置没有该设计，导致当锤头向下撞击被撞试件后，锤头会被被撞试件反弹，在反弹力的作用下，摆臂会被弹回，进而又会在重力的作用下对被撞试件进行撞击，影响试验结果的准确性。而本发明通过设置摆臂锁止机构，则可防止摆臂被弹回，避免了二次甚至多次对被撞试件的撞击，有效的提高了试验结果的准确性。

进一步地，本发明的摆臂锁止机构包括固定套设在转动轴上的锁盘和可拆卸设置在固定柱上的锁止杆，锁盘上沿自身周向均布设置有若干相同倾斜方向的限位凸块，锁止杆的一端位于任意相邻的两个限位凸块之间；锁盘能够沿第一方向旋转，当锁盘沿第二方向旋转时，锁止杆卡住任一限位凸块，第一方向与第二方向的旋转相反，该设计结构简单，成本低且锁止效果好。

进一步地，本发明在锁盘上开设有与转动轴平行的第一通孔，固定柱上正对第一通孔的位置开设有第二通孔，通过在第一通孔和第二通孔内插入固定销，能够方便的实现对摆臂位置的固定，当需要解除固定时，只需要拔掉固定销即可，便于操作。

进一步地，本发明单摆式冲击装置还包括防护挡板，防护挡板设置在被撞试件被撞一侧的下方，防护挡板的上端靠设在被撞试件上，防护挡板呈倾斜设置，当锤头与摆臂脱离掉落后，防护挡板会对被撞试件进行防护，防止锤头砸向试件。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。

图1为单摆工作流程图；

图2为总主视图；

图3为总右视图；

图4为锤头内部构造详图；

图5为摆臂锁止机构详图。

图中：1-摆臂；101-第二容纳槽；2-锤头；201-第一容纳槽；3-永磁铁；4-电磁铁；5-电源开关；6-电源；7-控制器；8-力传感器；9-固定柱；10-转动轴；11-锁盘；12-锁止杆；13-限位凸块；14-第一通孔；15-第二通孔；16-防护挡板；17-数据传输线；18-被撞试件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

作为本发明的某一具体实施方式，一种避免锤头与试件共振的单摆式冲击装置，包括摆臂1和锤头2，在锤头2上的非撞击位置设置有力传感器8，当锤头2与被撞试件18碰撞后，锤头2会产生应力，该应力能够被力传感器8采集到。在锤头2的上端面开设有第一容纳槽201，第一容纳槽201的底部固定安装有永磁铁3。摆臂1的一端伸进第一容纳槽201，且摆臂1与第一容纳槽201间隙配合，也就是说，摆臂1与第一容纳槽201之间是可分离的。摆臂1的另一端为铰接旋转端，具体地说，单摆式冲击装置还包括固定柱9，摆臂1的另一端通过转动轴10与固定柱9连接，实现摆臂1可旋转。

摆臂1伸进第一容纳槽201内的一端连接有电磁铁4，电磁铁4与永磁铁3正对设置，电磁铁4连接电源系统，力传感器8和电源系统分别连接控制器7，本实施例中，力传感器8和电源系统与控制器7通过数据传输线17连接。电源系统用于向电磁铁4供电，当电源系统向电磁铁4供电后，电磁铁4产生磁力，电磁铁4与永磁铁3之间产生相互吸引力，进而实现将锤头2固定在摆臂1上。力传感器8用于采集锤头2的应力信息，并将应力信息发送给控制器7。控制器7用于当接收到应力信息时，控制电源系统停止向电磁铁4供电。也就是说，当锤头2与被撞试件18碰撞后，锤头2产生应力，力传感器8采集锤头2的应力信息，并将应力信息发送给控制器7，当控制器7接收到应力信息时，控制电源系统停止向电磁铁4供电，电磁铁4失去磁力，电磁铁4与永磁铁3之间的相互吸引力消失，锤头2与摆臂1脱离。考虑到锤头2与摆臂1脱离掉落后可能会砸到被撞试件18，优选的，单摆式冲击装置还包括防护挡板16，防护挡板16设置在被撞试件18被撞一侧的下方，防护挡板16的上端靠设在被撞试件18上，防护挡板16呈倾斜设置，当锤头2与摆臂1脱离掉落后，防护挡板16会对被撞试件18进行防护。

作为本发明的某一优选实施方式，在转动轴10上设置有摆臂锁止机构，摆臂锁止机构能够控制转动轴10单向转动。具体地说，摆臂锁止机构包括固定套设在转动轴10上的锁盘11和可拆卸设置在固定柱9上的锁止杆12，锁盘11上沿自身周向均布设置有若干相同倾斜方向的限位凸块13，锁止杆12的一端位于任意相邻的两个限位凸块13之间。本实施例中，锁止杆12呈三角形状，能够很好的与限位凸块13进行卡合限位。锁盘11能够沿第一方向旋转，定义第一方向为顺时针方向，也就是说，当转动轴10带动锁盘11顺时针旋转时，限位凸块13不会锁止锁盘11。而当锁盘11沿第二方向旋转时，定义第二方向为逆时针方向，锁止杆12则会卡住任一限位凸块13。更加具体地说，若没有摆臂锁止机构，当锤头2向下撞击被撞试件18后，锤头2会被被撞试件18反弹，在反弹力的作用下，摆臂1会被弹回，进而又会在重力的作用下对被撞试件18进行撞击。而通过设置摆臂锁止机构，则可防止摆臂1被弹回，避免了二次甚至多次对被撞试件18的撞击。

作为更加优选的实施方式，在锁盘11上开设有与转动轴10平行的第一通孔14，固定柱9上正对第一通孔14的位置开设有第二通孔15，第一通孔14和第二通孔15内用于插入固定销。也就是说，通过在第一通孔14和第二通孔15内插入固定销，可实现对转动轴10的固定，进而可方便的实现对摆臂1位置的固定。

作为本发明的某一优选实施方式，在摆臂1伸进第一容纳槽201内的一端开设有第二容纳槽101，电源系统安装在第二容纳槽101内。具体的，电源系统包括电源开关5和电源6，电磁铁4与电源开关5连接，电源开关5与电源6连接。本实施例中，电源开关5为继电器。

本发明一种避免锤头与试件共振的单摆式冲击装置的使用方法，具体如下：

将被撞试件18放置在单摆式冲击装置下方；

使摆臂1呈一定倾斜角度并固定，具体的说，通过在第一通孔14和第二通孔15内插入固定销，实现对转动轴10的固定，进而实现对摆臂1位置的固定；

将摆臂1伸进第一容纳槽201内，控制器7控制电源系统向电磁铁4供电，电磁铁4产生磁力并与永磁铁3相互吸引；

解除摆臂1的固定，具体的说，拔掉第一通孔14和第二通孔15内的固定销，解除对转动轴10的固定，进而实现对摆臂1的解除；在重力作用下，锤头2撞击被撞试件18，当锤头2与被撞试件18撞击的瞬间锤头2产生应力，力传感器8采集锤头2的应力信息，并将应力信息发送给控制器7，控制器7接收到应力信息时，控制电源系统停止向电磁铁4供电，电磁铁4的磁力消失，电磁铁4与永磁铁3的相互吸引力消失，锤头2在重力的作用下与摆臂1脱离掉落。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种避免锤头与试件共振的单摆式冲击装置，其特征在于，包括摆臂（1）和锤头（2），所述锤头（2）上的非撞击位置设置有力传感器（8），所述锤头（2）的上端面开设有第一容纳槽（201），所述第一容纳槽（201）的底部设置有永磁铁（3），所述摆臂（1）的一端伸进所述第一容纳槽（201），且所述摆臂（1）与所述第一容纳槽（201）间隙配合，所述摆臂（1）的另一端为铰接旋转端；所述摆臂（1）伸进所述第一容纳槽（201）内的一端连接有电磁铁（4），所述电磁铁（4）与所述永磁铁（3）正对设置，所述电磁铁（4）连接电源系统，所述力传感器（8）和所述电源系统分别连接控制器（7）；

所述电源系统用于向所述电磁铁（4）供电；所述力传感器（8）用于采集所述锤头（2）的应力信息，并将所述应力信息发送给所述控制器（7）；所述控制器（7）用于当接收到所述应力信息时，控制所述电源系统停止向所述电磁铁（4）供电。

2.根据权利要求1所述的一种避免锤头与试件共振的单摆式冲击装置，其特征在于，所述摆臂（1）伸进所述第一容纳槽（201）内的一端开设有第二容纳槽（101），所述电源系统安装在所述第二容纳槽（101）内。

3.根据权利要求1所述的一种避免锤头与试件共振的单摆式冲击装置，其特征在于，所述电源系统包括电源开关（5）和电源（6），所述电磁铁（4）与所述电源开关（5）连接，所述电源开关（5）与所述电源（6）连接。

4.根据权利要求1所述的一种避免锤头与试件共振的单摆式冲击装置，其特征在于，单摆式冲击装置还包括固定柱（9），所述摆臂（1）的另一端通过转动轴（10）与所述固定柱（9）连接，所述转动轴（10）上设置有摆臂锁止机构，所述摆臂锁止机构能够控制所述转动轴（10）单向转动。

5.根据权利要求4所述的一种避免锤头与试件共振的单摆式冲击装置，其特征在于，所述摆臂锁止机构包括固定套设在所述转动轴（10）上的锁盘（11）和可拆卸设置在所述固定柱（9）上的锁止杆（12），所述锁盘（11）上沿自身周向均布设置有若干相同倾斜方向的限位凸块（13），所述锁止杆（12）的一端位于任意相邻的两个所述限位凸块（13）之间；

所述锁盘（11）能够沿第一方向旋转，当所述锁盘（11）沿第二方向旋转时，所述锁止杆（12）卡住任一所述限位凸块（13），所述第一方向与所述第二方向的旋转相反。

6.根据权利要求5所述的一种避免锤头与试件共振的单摆式冲击装置，其特征在于，所述锁盘（11）上开设有与所述转动轴（10）平行的第一通孔（14），所述固定柱（9）上正对所述第一通孔（14）的位置开设有第二通孔（15），所述第一通孔（14）和所述第二通孔（15）内用于插入固定销。

7.根据权利要求1所述的一种避免锤头与试件共振的单摆式冲击装置，其特征在于，单摆式冲击装置还包括防护挡板（16），所述防护挡板（16）设置在被撞试件（18）被撞一侧的下方，所述防护挡板（16）的上端靠设在被撞试件（18）上，所述防护挡板（16）呈倾斜设置。

8.根据权利要求1所述的一种避免锤头与试件共振的单摆式冲击装置，其特征在于，所述力传感器（8）和所述电源系统与所述控制器（7）通过数据传输线（17）连接。

9.根据权利要求1至8任一项所述的一种避免锤头与试件共振的单摆式冲击装置的使用方法，其特征在于，包括：

将被撞试件（18）放置在单摆式冲击装置下方；

使所述摆臂（1）呈一定倾斜角度并固定，将所述摆臂（1）伸进所述第一容纳槽（201）内，所述控制器（7）控制所述电源系统向所述电磁铁（4）供电，所述电磁铁（4）产生磁力并与所述永磁铁（3）相互吸引；

解除所述摆臂（1）的固定，在重力作用下，所述锤头（2）撞击所述被撞试件（18），当所述锤头（2）与所述被撞试件（18）撞击的瞬间所述锤头（2）产生应力，所述力传感器（8）采集所述锤头（2）的应力信息，并将所述应力信息发送给所述控制器（7），所述控制器（7）接收到所述应力信息时，控制所述电源系统停止向所述电磁铁（4）供电，所述电磁铁（4）的磁力消失，所述电磁铁（4）与所述永磁铁（3）的相互吸引力消失，所述锤头（2）在重力的作用下与所述摆臂（1）脱离掉落。

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