CN114199496A - 一种高量级经典冲击试验装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种高量级经典冲击试验装置及其使用方法，装置包括前端立板（10）、后座立板（1）、加速度传感器、测量系统和电源控制系统，前端立板（10）和后座立板（1）之间依次设置有波形发生器（9）、冲击平台（8）、中间支撑板（6）、炮管（5）、转接法兰（4）、高压气室（2），冲击平台（8）通过推杆（7）与炮管（5）一端连接，前端立板（10）和中间支撑板（6）之间设置有导向杆（12），冲击平台（8）与导向杆（12）滑动连接，转接法兰（4）和高压气室（2）之间通过高压电磁阀（3）连接。方法说明了该装置的使用及工作过程。能够达到极高的冲击量级，并提供稳定可调的高量级经典冲击波形。

Description

一种高量级经典冲击试验装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种冲击试验装置，更具体的说涉及一种高量级经典冲击试验装置及其使用方法，属于力学试验技术领域。

背景技术

冲击是指在短时间内作用在设备上的高量级输入力脉冲。冲击包括机械冲击、弹道冲击、爆炸冲击等多种环境。冲击适用于评估装备仪器在其寿命期内可能经受的机械冲击环境下的结构和功能特性。机械冲击冲击环境的频率一般不超过10000Hz，持续时间不超过1.0s。多数机械冲击环境作用下，装备的主要响应频率不超过2000Hz，响应持续时间不超过0.1s。

冲击试验考核主要有经典冲击试验和冲击响应谱试验。其中经典冲击主要涉及到冲击波形包括半正弦波、后峰锯齿波和梯形波等。冲击试验通常会要求对受试装备承受足够次数的冲击。为了满足规定的试验条件，三个正交轴的每一轴的两个方向上至少各进行三次冲击要求的试验谱在一个轴的两个方向上同时满足，则重复三次冲击可满足该轴的要求。如果仅一个方向能满足试验要求，可在改变冲击时间历程的极性或者调换装备的方向后，对装备再施加三次冲击，以满足另一个方向的试验要求。

通常冲击可能对整个装备的结构和功能完好性产生不利影响。不利影响的程度一般随冲击的量级和持续时间的增减而改变。当冲击持续时间与装备的固有频率的倒数一致或输入冲击环境波形的主要频率分量与装备的固有频率一致时，会增加对装备结构和功能完好性的不利影响。装备对机械冲击环境的响应具有以下特征：高频振荡、短持续时间、明显的初始上升时间和高量级的正负峰值。

冲击试验的目的在于评估装备的结构和功能承受装卸、运输和使用环境中不常发生的非重复冲击的能力。确定装备的易损性，用于包装设计，以保护装备结构和功能的完好性。测试装备固定装置的强度，该装备安装在可能发生碰撞的平台上。

目前使用的经典冲击试验机大多是自由跌落冲击试验机、气动式跌落冲击试验机、电磁振动台或液压振动台试验机，基于机械势能和电磁能，考核试验件对冲击环境的适应性。随着试验条件的日趋苛刻，现有试验系统受制于控制系统、台体质量、快速气缸压力限制，并不能满足高量级的冲击试验环境需求，所以需要一种能够进行高量级经典冲击的试验装置。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的上述问题，提供一种高量级经典冲击试验装置及其使用方法。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种高量级经典冲击试验装置，包括前端立板、后座立板、加速度传感器、测量系统和电源控制系统，所述的前端立板和后座立板之间依次设置有波形发生器、冲击平台、中间支撑板、炮管、转接法兰、高压气室，所述的炮管端部带有泄压孔，所述的波形发生器固定在前端立板上，所述的冲击平台作为试验件的安装平面，冲击平台通过推杆与炮管一端连接，所述的前端立板和中间支撑板之间设置有导向杆，所述的导向杆处于水平状态，所述的推杆穿过中间支撑板，冲击平台的底部安装有直线轴承，所述的导向杆穿过直线轴承，所述的冲击平台与导向杆滑动连接，冲击平台能够沿导向杆滑动，所述的炮管另一端与转接法兰连接，所述的转接法兰和高压气室之间通过高压电磁阀连接，所述的高压电磁阀入口端与高压气室连接、高压电磁阀出口端与转接法兰连接，所述的高压气室固定在后座立板上，所述的高压气室上设置有高压管路Ⅰ作为气源进气口、高压管路Ⅱ作为气源泄气口，所述的加速度传感器安装在冲击平台上，所述的加速度传感器与测量系统电连接，所述的电源控制系统与高压电磁阀电连接。

所述的高压气室通过螺栓固定于后座立板上。

所述的前端立板、中间支撑板和后座立板通过螺钉固定于底板上。

所述的导向杆两端通过端部螺纹分别固定于中间支撑板和前端立板上。

所述的波形发生器通过螺钉固定在前端立板上。

所述的直线轴承为2套，对称设置在冲击平台的底部四角。

所述的导向杆为2根，左右对称设置。

一种高量级经典冲击试验装置的使用方法，其特征在于，包括下面的步骤：

步骤一，关闭高压管路Ⅱ，使高压电磁阀处于断电状态；

步骤二，安装好波形发生器，将冲击平台退回至与中间支撑板接触，并连接好测量系统；

步骤三，通过高压气源向高压气室通入气体，关闭高压管路Ⅰ并关闭高压气源，此时高压气体处于密封状态；

步骤四，启动高压电磁阀，高压电磁阀通电打开；推杆在炮管内加速推出，与冲击平台一起向前冲击，最终撞击到波形发生器上；

步骤五，加速度传感器采集到冲击平台的加速度信号，并经过测量系统分析出其冲击波形，最终实现高量级冲击的目的。

与现有技术相比较，本发明的有益效果是：

本发明能够达到极高的冲击量级，尤其在一些发射瞬间的过载冲击环境要求，并提供稳定可调的高量级经典冲击波形。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图中：后座立板1，高压气室2，高压电磁阀3，转接法兰4，炮管5，中间支撑板6，推杆7，冲击平台8，波形发生器9，前端立板10，直线轴承11，导向杆12，底板13，高压管路Ⅰ14，高压管路Ⅱ15。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

参见图1，一种高量级经典冲击试验装置，主要用于对试验件进行高量级冲击试验的考核，包括动力源装置、冲击装置和支撑装置；具体包括前端立板10、后座立板1、加速度传感器、测量系统、电源控制系统，所述的前端立板10和后座立板1之间依次设置有波形发生器9、冲击平台8、中间支撑板6、炮管5、转接法兰4、高压气室2。

参见图1，所述的炮管5端部带有泄压孔，所述的波形发生器9固定在前端立板10上。所述的冲击平台8作为试验件的安装平面，冲击平台8通过推杆7与炮管5一端连接，推杆7通过螺纹与冲击平台8连接；所述的前端立板10和中间支撑板6之间设置有导向杆12，所述的导向杆12处于水平状态。所述的推杆7穿过中间支撑板6，冲击平台8的底部安装有直线轴承11，所述的导向杆12穿过直线轴承11，所述的冲击平台8与导向杆12滑动连接，冲击平台8能够沿导向杆12无卡滞滑动。所述的炮管5另一端通过螺纹与转接法兰4连接，所述的转接法兰4和高压气室2之间通过高压电磁阀3连接，所述的高压电磁阀3入口端与高压气室2通过螺栓连接、高压电磁阀3出口端与转接法兰4连接；所述的高压气室2固定在后座立板1上，高压电磁阀3实现高压气室2的开合动作。所述的高压气室2与高压气源连接，高压气室2上设置有高压管路Ⅰ14作为气源进气口、高压管路Ⅱ15作为气源泄气口，高压管路Ⅰ14和高压管路Ⅱ15气管孔径为10mm。所述的加速度传感器安装在冲击平台8上，所述的加速度传感器与测量系统电连接；所述的电源控制系统与高压电磁阀3电连接，高压电磁阀3为220V常规电压控制，其为常闭状态。

参见图1，具体的，所述的高压气室2通过螺栓固定于后座立板1上，作为冲击动力源。

参见图1，所述的前端立板10、中间支撑板6和后座立板1通过螺钉固定于底板13上，作为整个冲击系统的刚性底座；所述的底板13尺寸为长2000mm、宽650mm、高40mm，底板13通过地脚螺栓固定于钢筋混泥土地面。

参见图1，具体的，所述的导向杆12两端通过端部螺纹分别固定于中间支撑板6和前端立板10上。

参见图1，具体的，所述的波形发生器9通过螺钉固定在前端立板10上。

参见图1，具体的，所述的直线轴承11为2套，通过螺钉对称安装设置在冲击平台8的底部四角；此结构不仅可以起支撑作用，同时也可以最大限度地降低冲击阻力。

参见图1，所述的导向杆12为2根，左右对称设置；因此，导向杆12为双支撑平行导轨，可以保证足够的支撑刚度。

参见图1，本试验装置中推杆7、冲击平台8、直线轴承11、导向杆12和波形发生器9构成冲击装置，波形发生器9用于承接冲击平台8的撞击并作为冲击波形调节模块；当推杆7冲出后，推动装载直线轴承11的冲击平台8沿着导向杆12向着波形发生器9撞击。波形发生器9采用不同厚度和软度，可以调试出不同脉宽的冲击波形，当冲击平台8撞击的速度增加时，产生波形的峰值加速度也就随之增加；当冲击平台8 撞击的速度减少时，产生波形的峰值加速度也就随之减少。高压气室2、高压电磁阀3、转接法兰4和炮管5构成动力源装置，动力源装置的能量来源于高压气室2的高压气体，高压气室2和高压电磁阀3的耐压能力达到30Mpa，所采用的高压管路也均为高压管；所述高压气室2作为动力源，通过高压电磁阀装置3实现开合，基于高压气体瞬间释放，推动冲击装置冲出。所述的炮管5具有加速功能，炮管5能够推动推杆7的加速行程。冲击平台8通过直线轴承11在导向杆12上滑动冲击，实现低阻力下状态冲击，且导向杆12也为冲击平台8提供支撑。冲击平台8作为冲击波形的检测位置，冲击平台8撞击波形发生器9产生需要的波形；冲击平台8通过炮管5加速，实现高量级冲击；当充分利用高压气室2中的压力恢复常压后，此时7推杆为最大速度。后座立板1、中间支撑板6、前端立板10以及底板13为支撑装置，且中间支撑板6也具有导向功能，后座立板1、中间支撑板6和前端立板10均通过螺钉安装在底板13上，保证冲击的系统轴线的同轴度；底板13通过地脚螺栓固定于钢筋混泥土地面保证整个系统的抗冲击能力。

参见图1，本试验装置通过高压气体瞬间释放，在压力平衡过程中，推杆7不断在炮管5中加速，并持续推动冲击平台8加速；在这个过程中，压力能转化为机械能。冲击平台8在高速撞击波形发生器9后，加速度急剧变化，最终形成所需要的高量级冲击波形。在整个冲击过程中，高压气室2需要通过高压气源经过进气口通入，冲击波形的采集通过加速度传感器经过测量系统对其采集分析；高压电磁阀3的控制为常闭状态，经过电源控制系统进行通断电，对其进行阀门开合控制。

参见图1，一种高量级经典冲击试验装置的使用方法，包括下面的步骤：

步骤一，关闭高压管路Ⅱ15，使高压电磁阀3处于断电状态。步骤二，安装好波形发生器9，将冲击平台8退回至与中间支撑板6接触，并连接好测量系统。步骤三，通过高压气源向高压气室2通入气体，关闭高压管路Ⅰ14并关闭高压气源，此时高压气体处于密封状态。步骤四，启动高压电磁阀3，高压电磁阀3通电打开；推杆7在炮管5内加速推出，与冲击平台8一起向前冲击，最终撞击到波形发生器9上。步骤五，加速度传感器采集到冲击平台8的加速度信号，并经过测量系统分析出其冲击波形，最终实现高量级冲击的目的。

参见图1，本试验装置及其使用方法能有效通过气压提高冲击试验量级，为试验件的高量级冲击试验提供有效可靠的试验质量保障和数据支撑。本装置不仅有效提高冲击试验量级，且便于调节，使用方便，有利于广泛的生产应用，具有重大的生产实践意义；能够达到极高的冲击量级，尤其在一些发射瞬间的过载冲击环境要求，扩充当前振动台和气动台经典冲击试验能力范围。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，上述结构都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种高量级经典冲击试验装置，其特征在于：包括前端立板（10）、后座立板（1）、加速度传感器、测量系统和电源控制系统，所述的前端立板（10）和后座立板（1）之间依次设置有波形发生器（9）、冲击平台（8）、中间支撑板（6）、炮管（5）、转接法兰（4）、高压气室（2），所述的炮管（5）端部带有泄压孔，所述的波形发生器（9）固定在前端立板（10）上，所述的冲击平台（8）作为试验件的安装平面，冲击平台（8）通过推杆（7）与炮管（5）一端连接，所述的前端立板（10）和中间支撑板（6）之间设置有导向杆（12），所述的导向杆（12）处于水平状态，所述的推杆（7）穿过中间支撑板（6），冲击平台（8）的底部安装有直线轴承（11），所述的导向杆（12）穿过直线轴承（11），所述的冲击平台（8）与导向杆（12）滑动连接，冲击平台（8）能够沿导向杆（12）滑动，所述的炮管（5）另一端与转接法兰（4）连接，所述的转接法兰（4）和高压气室（2）之间通过高压电磁阀（3）连接，所述的高压电磁阀（3）入口端与高压气室（2）连接、高压电磁阀（3）出口端与转接法兰（4）连接，所述的高压气室（2）固定在后座立板（1）上，所述的高压气室（2）上设置有高压管路Ⅰ（14）作为气源进气口、高压管路Ⅱ（15）作为气源泄气口，所述的加速度传感器安装在冲击平台（8）上，所述的加速度传感器与测量系统电连接，所述的电源控制系统与高压电磁阀（3）电连接。

2.根据权利要求1所述的一种高量级经典冲击试验装置，其特征在于：所述的高压气室（2）通过螺栓固定于后座立板（1）上。

3.根据权利要求1所述的一种高量级经典冲击试验装置，其特征在于：所述的前端立板（10）、中间支撑板（6）和后座立板（1）通过螺钉固定于底板（13）上。

4.根据权利要求1所述的一种高量级经典冲击试验装置，其特征在于：所述的导向杆（12）两端通过端部螺纹分别固定于中间支撑板（6）和前端立板（10）上。

5.根据权利要求1所述的一种高量级经典冲击试验装置，其特征在于：所述的波形发生器（9）通过螺钉固定在前端立板（10）上。

6.根据权利要求1所述的一种高量级经典冲击试验装置，其特征在于：所述的直线轴承（11）为2套，对称设置在冲击平台（8）的底部四角。

7.根据权利要求1所述的一种高量级经典冲击试验装置，其特征在于：所述的导向杆（12）为2根，左右对称设置。

8.一种高量级经典冲击试验装置的使用方法，其特征在于，包括下面的步骤：

步骤一，关闭高压管路Ⅱ（15），使高压电磁阀（3）处于断电状态；

步骤二，安装好波形发生器（9），将冲击平台（8）退回至与中间支撑板（6）接触，并连接好测量系统；

步骤三，通过高压气源向高压气室（2）通入高压气体，关闭高压管路Ⅰ（14）并关闭高压气源，此时高压气体处于密封状态；

步骤四，启动高压电磁阀（3），高压电磁阀（3）通电打开；推杆（7）在炮管（5）内加速推出，与冲击平台（8）一起向前冲击，最终撞击到波形发生器（9）上；

步骤五，加速度传感器采集到冲击平台（8）的加速度信号，并经过测量系统分析出其冲击波形，最终实现高量级冲击的目的。

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