CN114527020B - 一种用于高速列车玻璃及车体材料的高速冲击试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于高速列车玻璃及车体材料的高速冲击试验装置，包括配气系统、发射装置、瞄准装置和测速装置；配气系统包括高压供气系统和低压供气系统以及下气室和上气室；下气室，用于当其被排气时，使得上气室与发射装置中的换弹仓相连通；上气室，用于当其与发射装置中的换弹仓相连通时，通过其内部的压力将换弹仓内的弹丸向外发射。本发明可以根据气室内压力的大小和需要发射的发射物（例如弹丸）质量大小，来对应调节不同的发射速度，以获得模拟高速冲击环境所要求的冲击速度。本发明通过精确控制发射装置所射出的弹丸的速度，来精确复现列车在高速行驶过程中受到鸟蛋、碎石等物体冲击时的抗冲击效果。

Description

一种用于高速列车玻璃及车体材料的高速冲击试验装置

技术领域

本发明涉及高速冲击试验技术领域，特别是涉及一种用于高速列车玻璃及车体材料的高速冲击试验装置。

背景技术

随着列车运行速度的提高，列车在高速状态下的安全问题越发引起人们的重视，目前，在高速列车运行过程中，列车前挡玻璃和列车车体部分极易遭受飞鸟、碎石等近地面物体的袭击。

为了解决高速列车行驶过程中的安全问题，设计生产出更加安全的列车玻璃和车体材料，对列车玻璃及车体材料抗冲击破坏性能开展研究，是非常必要的。

目前，为了在列车玻璃及车体材料的研发阶段，充分验证列车玻璃及车体材料在高速状态下的抗冲击破坏能力，亟需开发一套能够满足相关环境模拟的冲击试验装置。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种用于高速列车玻璃及车体材料的高速冲击试验装置。

为此，本发明提供了一种用于高速列车玻璃及车体材料的高速冲击试验装置，包括配气系统、发射装置、瞄准装置和测速装置；

配气系统，与发射装置相连接，用于为发射装置提供高压气体或者低压气体；

发射装置，用于在配气系统提供的高压气体或者低压气体的驱动下，将发射物朝预先安装在试验件安装板上的试验件方向发射；

瞄准装置，用于当安装在发射装置上时，向试验件安装板上安装的试验件发出激光，通过激光来确定发射物的冲击位置是否对应试验件的预设试验冲击位置；

测速装置，其设置在发射装置与试验件安装板之间的位置，用于对发射物的速度进行测量；

配气系统，包括高压供气系统、低压供气系统以及下气室和上气室；

其中，高压供气系统，包括高压氮气气源、高压手动阀、进气高压压力表、压力调节阀、出气高压压力表、第一高压电磁阀和高压溢流阀；

高压氮气气源的出气口通过一根依次设置有高压手动阀、进气高压压力表、压力调节阀、出气高压压力表、第一高压电磁阀和高压溢流阀的高压供气支路，与上气室的进气管道相连通；

其中，低压供气系统，包括压缩空气气源、低压手动阀、过滤器、进气低压压力表、精密减压阀、进气低压压力表和第一低压电磁阀；

压缩空气气源的出气口通过一根依次设置有低压手动阀、过滤器、进气低压压力表、精密减压阀、进气低压压力表和第一低压电磁阀的低压供气支路，与上气室的进气管道相连通；

第一高压电磁阀连接下气室的进出气口；

第一高压电磁阀，用于对下气室进行高压供气；

第二高压电磁阀连接下气室的进出气口；

第二高压电磁阀，用于对下气室进行高压排气；

下气室，用于当其被排气时，使得上气室与发射装置中的换弹仓相连通；

上气室，用于当其与发射装置中的换弹仓相连通时，通过其内部的压力将换弹仓内的发射物向外发射。

由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种用于高速列车玻璃及车体材料的高速冲击试验装置，其设计科学，其上具有的发射装置可以根据气室内压力的大小和需要发射的发射物（例如弹丸）质量大小，来对应调节不同的发射速度，以获得模拟高速冲击环境所要求的冲击速度，具有重大的生产实践意义。

对于本发明，通过精确控制发射装置所射出的弹丸的速度，来精确复现列车在高速行驶过程中受到鸟蛋、碎石等物体冲击时的抗冲击效果。

经过检验，本发明提供的用于高速列车玻璃及车体材料的高速冲击试验装置，能够适用于验证高速列车玻璃以及材料在列车最大运行速度为600km/h的运行状态下的抗冲击性能。本发明通过调整气室内的压力，可提供冲击物体的速度最大可达到600km/h以上。

附图说明

图1为本发明提供的一种用于高速列车玻璃及车体材料的高速冲击试验装置具有的配气系统的结构示意图；

图2为本发明提供的一种用于高速列车玻璃及车体材料的高速冲击试验装置具有的发射系统的整体结构示意图；

图3为本发明提供的一种用于高速列车玻璃及车体材料的高速冲击试验装置具有的发射装置的立体结构示意图；

图4a为本发明提供的一种用于高速列车玻璃及车体材料的高速冲击试验装置具有的发射装置在没有放入弹丸时的剖面结构示意图；

图4b为本发明提供的一种用于高速列车玻璃及车体材料的高速冲击试验装置具有的发射装置在放入一个弹丸时的剖面结构示意图；

图4c为本发明提供的一种用于高速列车玻璃及车体材料的高速冲击试验装置具有的发射装置的立体爆炸分解图；

图5a为本发明提供的一种用于高速列车玻璃及车体材料的高速冲击试验装置具有的瞄准装置的立体结构示意图一；

图5b为本发明提供的一种用于高速列车玻璃及车体材料的高速冲击试验装置具有的瞄准装置的立体结构示意图二；

图6为本发明提供的一种用于高速列车玻璃及车体材料的高速冲击试验装置具有的测速装置的立体结构示意图；

图7为本发明提供的一种用于高速列车玻璃及车体材料的高速冲击试验装置的控制流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参见图1至图7，本发明提供了一种用于高速列车玻璃及车体材料的高速冲击试验装置，包括配气系统、发射装置、瞄准装置和测速装置；

配气系统，与发射装置相连接，用于为发射装置提供高压气体或者低压气体；

发射装置，用于在配气系统提供的高压气体或者低压气体的驱动下，将发射物朝预先安装在试验件安装板上的试验件方向发射；

瞄准装置，用于当安装在发射装置上时，向试验件安装板上安装的试验件发出激光，通过激光来确定发射物的冲击位置是否对应试验件的预设试验冲击位置；

测速装置，其设置在发射装置与试验件安装板之间的位置，用于对发射物的速度进行测量。

在本发明中，配气系统，包括高压供气系统、低压供气系统以及第二低压电磁阀1-14、第一工控机1-151、第二工控机1-152、上气室数显压力表表头1-16、下气室数显压力表表头1-17、高压溢流阀1-18、上气室压力传感器1-19、高压电磁阀1-20、高压手动阀1-21、下气室压力传感器1-22、第二高压电磁阀1-23、下气室1-24、上气室1-25、减压阀1-26、低压排气压力表1-27和低压排气电磁阀1-28；

其中，高压供气系统，包括高压氮气气源1-1、高压手动阀1-3、进气高压压力表1-4、压力调节阀1-5、出气高压压力表1-6、第一高压电磁阀1-7和高压溢流阀1-18；

高压氮气气源1-1的出气口通过一根依次设置有高压手动阀1-3、进气高压压力表1-4、压力调节阀1-5、出气高压压力表1-6、第一高压电磁阀1-7和高压溢流阀1-18的高压供气支路，与上气室1-25的进气管道相连通；因此，实现对上气室1-25的高压供气功能；

其中，低压供气系统，包括压缩空气气源1-2、低压手动阀1-8、过滤器1-9、进气低压压力表1-10、精密减压阀1-11、进气低压压力表1-12和第一低压电磁阀1-13；

压缩空气气源1-2的出气口通过一根依次设置有低压手动阀1-8、过滤器1-9、进气低压压力表1-10、精密减压阀1-11、进气低压压力表1-12和第一低压电磁阀1-13的低压供气支路，与上气室1-25的进气管道相连通；因此，实现对上气室1-25的低压供气功能；

具体实现上，进气低压压力表1-10连接减压阀1-26；

减压阀1-26连接低压排气压力表1-27；

低压排气压力表1-27连接低压排气电磁阀1-28；

低压排气电磁阀1-28，用于在开启时进行排气。

因此，本发明的配气系统可以实现低压端排气功能；

具体实现上，进气低压压力表1-10连接第二低压电磁阀1-14；

第二低压电磁阀1-14连接至下气室1-24的进出气口，因此，本发明可以实现对下气室1-24的低压供气功能。

具体实现上，第一高压电磁阀1-7连接下气室1-24的进出气口；

第一高压电磁阀1-7，用于对下气室1-24进行高压供气，因此本发明可以实现对下气室的高压供气功能；

第二高压电磁阀1-23连接下气室1-24的进出气口；

第二高压电磁阀1-23，用于对下气室1-24进行高压排气；因此，本发明可以实现对下气室的排气功能；

下气室1-24，用于当其被排气时，使得上气室1-25与发射装置中的换弹仓相连通；

上气室1-25，用于当其与发射装置中的换弹仓相连通时，通过其内部的压力将换弹仓内的发射物（例如弹丸2-110或者装在弹托中的鸟蛋）向外发射。

具体实现上，第一工控机1-151连接至下气室数显压力表表头1-17；

下气室数显压力表表头1-17连接至下气室压力传感器1-22；

下气室压力传感器1-22连接至下气室1-24的进出气口；

下气室压力传感器1-22，用于对下气室1-24内的压力进行监控；

因此，本发明可以实现对下气室的压力监控功能；

具体实现上，第二工控机1-152连接至上气室数显压力表表头1-16；

上气室数显压力表表头1-16连接至上气室压力传感器1-19；

上气室压力传感器1-19连接至上气室1-25的进出气口；

上气室压力传感器1-19，用于对上气室1-25内的压力进行监控；

因此，本发明可以实现对上气室的压力监控功能；

具体实现上，高压电磁阀1-20的进气端，与上气室1-25的进气管道的连接相连通；

高压电磁阀1-20连接至高压手动阀1-21，实现高压端放气功能。

需要说明的是，对于本发明，为了精确地模拟和复现弹丸的不同冲击速度，配气系统设计了低压供气系统和高压供气系统：低压供气系统的气源主要来源于压缩空气，可直接连接空压机（即作为压缩空气气源1-2）提供，最大可达到压力约为1MPa，用于低速冲击；高压供气系统的气源主要由氮气组供气，具体可以采用高压氮气气源1-1供气，本发明的试验装置最大可承受10MPa以上压力，用于高速冲击。

在本发明中，发射装置，包括气室2-1、套管2-2、气室台架2-3、炮管主体2-4、第一炮管对接夹具2-5、第二炮管对接夹具2-6、延长炮管2-7、第一炮管台架2-8、第二炮管台架2-9、试验件安装板固定台架2-11、试验件安装板2-12、第三炮管对接夹具2-15、第四炮管对接夹具2-16、取弹口2-17、炮口2-18、第一炮管支架2-19、第二炮管支架2-20、第三炮管支架2-21、换弹仓挡板2-101、第二炮管挡环2-102、第一炮管挡环2-103、下气室充气管路2-104、下气室隔板2-106和活塞杆2-108；

气室台架2-3、第一炮管台架2-8、第二炮管台架2-9、测速传感器支架安装台架2-10和试验件安装板固定台架2-11，从左到右依次间隔分布，并且五者的底部中心点位于同一水平直线上；

对于发射装置，气室台架2-3的顶部设置有中空的气室2-1；

气室2-1的右端部与炮管主体2-4的左端部相密封连接（例如炮管主体2-4可以通过左侧具有法兰以及配套的螺栓组件与气室2-1的右端部相连接），以保证不会因为气室内的气体外泄而导致压力变化；

参见图4c所示，炮管主体2-4的左端上侧，设置有换弹仓挡板容纳孔2-40；

换弹仓挡板容纳孔2-40上，设置有（例如卡接）一个纵截面为半圆弧形的换弹仓挡板2-101；

炮管主体2-4内部位于换弹仓挡板2-101正下方的空间为换弹仓，换弹仓用于放入发射物，例如，在进行弹丸冲击试验时放入弹丸2-110，或者在进行鸟蛋冲击试验时放入装有鸟蛋的弹托；

需要说明的是，参见图4c所示，换弹仓挡板2-101的形状为半圆弧形，换弹仓挡板2-101的形状大小与换弹仓挡板容纳孔的形状大小相对应匹配；换弹仓挡板2-101的圆弧内径与炮管主体2-4的内膛直径相一致（即等同于炮管主体2-4上分割出的一个半圆形部分），以保证不会阻挡弹丸2-110的发射，设计方便拆装，换弹仓挡板2-101的材料同炮管主体的使用材料一致，主要作用是方便弹丸的装填，因为如果炮管长度过长，将导致弹丸的装填不便。对于工作人员，在装填弹丸时，先取下换弹仓挡板2-101，在装好弹丸2-110后，再将换弹仓挡板2-101装到原位置（即换弹仓挡板容纳孔上）。

炮管主体2-4的左端外部，套有一个套管2-2；

换弹仓挡板2-101，位于套管2-2的内侧；

炮管主体2-4的右端部，与延长炮管2-7的左端部相密封连接；

延长炮管2-7的右端部，与炮口2-18的左端部相密封连接；

炮口2-18的上端，安装有一个取弹口2-17；

取弹口2-17，用于放入发射物，例如在进行鸟蛋冲击试验时，将装有鸟蛋的弹托取出或者放入，或者在进行弹丸冲击试验时放入弹丸2-110；

对于换弹仓和取弹口2-17，两者不能同时放入发射物，当其中一个是使用状态时，另外一个保持是空置状态，例如在进行鸟蛋冲击试验或弹丸冲击试验时，不能同时放入弹丸2-110或者放入装有鸟蛋的弹托。

需要说明的是，炮管主体2-4的换弹仓内，用于测试弹丸2-110发射；取弹口2-17，用于测试鸟蛋发射。

需要说明的是，鸟蛋冲击试验和弹丸冲击试验只能选择其中的一种进行。当炮管主体2-4的换弹仓内放入弹丸2-110时，即进行弹丸冲击试验时，取弹口2-17处不能放入装有鸟蛋的弹托；同理，当取弹口2-17处放入装有鸟蛋的弹托时，即进行鸟蛋冲击试验时，炮管主体2-4的换弹仓内不能放入弹丸2-110。

需要说明的是，在本发明中，之所以设计取弹口2-17，是考虑到如果炮管的长度较长，从炮口装弹不变，使用取弹口2-17可以较为方便的将弹丸2-110或者装有鸟蛋的弹托进行装填。

当取弹口2-17放入一个装有鸟蛋的弹托时，弹托的形状要求做成筒状，外径尺寸略小于炮膛内径。

在本发明中，参见图4a至图4c所示，气室2-1的内腔，用于作为上气室1-25；

上气室1-25内设置有一个中空的下气室快开阀2-111；

下气室快开阀2-111的内腔，用于作为下气室1-24；

下气室快开阀2-111的左侧密封设置有一个下气室隔板2-106；

下气室快开阀2-111底部开口与一个气管充气管路2-104的一端相密封连接；

一并参见图1所示，气管充气管路2-104的另一端与第二低压电磁阀1-14相连通；

第二低压电磁阀1-14，用于控制对下气室1-24的进气进行控制，使得下气室1-24处于进气状态；

第二高压电磁阀1-23，用于对下气室1-24的排气进行控制，使得下气室1-24处于排气状态；

需要说明的是，下气室隔板2-106安装在下气室快开阀2-111上，主要起到对下气室1-24的密封作用；

需要说明的是，参见图4a，气管充气管路2-104的作用是给下气室1-24充气，气管充气管路2-104与气室2-1底部预留的下气室进出气口1-240相密封连接；一并参见图1所示，气管充气管路2-104与第二低压电磁阀1-14相连通，从而通过第二低压电磁阀1-14来进行下气室1-24的进气控制；下气室1-24还通过第二高压电磁阀1-23进行排气。

在本发明中，下气室快开阀2-111的右侧，与气室2-1的右侧内壁具有预设宽度的间隙；

下气室快开阀2-111的右侧，横向贯穿设置有一根活塞杆2-108；

气室2-1的右侧壁和炮管主体2-4左侧壁上，设置有一个横向分布的活塞杆密封孔；

活塞杆2-108的右端部，用于当下气室1-24处于进气状态时，水平插入到所述活塞杆密封孔中，形成气密状态，而当下气室1-24处于排气状态时，水平从所述活塞杆密封孔中退出，使得活塞杆密封孔露出，即实现打开下气室快开阀2-111打开，进而使得上气室1-25通过活塞杆密封孔与炮管主体2-4内腔相连通，此时上气室1-25内的气体压力用于将换弹仓或取弹口2-17内放入的发射物向外发射，发射物是弹丸2-110或者弹托中的鸟蛋。

需要说明的是，活塞杆2-108装在下气室快开阀2-111内，可以水平插入炮管主体2-4左侧壁设置的活塞杆密封孔中。

在本发明中，具体实现上，参见图4b，气室2-1的顶部，设置有上气室进出气口1-250；

气室2-1的底部，设置有下气室进出气口1-240。

需要说明的是，在本发明中，上气室1-25和下气室1-24不连通，上气室1-25的作用主要是为弹丸2-110或者弹托中的鸟蛋的发射提供压力。

需要说明的是，下气室1-24内压力排气瞬间释放时，下气室快开阀2-111内的活塞杆2-108从炮管主体2-4左侧的活塞杆密封孔中移开，形成开放状态，使得下气室快开阀2-111瞬间打开，从而上气室1-25通过活塞杆密封孔与炮管主体2-4内腔相连通，进而在上气室1-25向炮管主体2-4底部开口输出的气体压力作用下，弹丸等发射物可以瞬间加速射出。

需要说明的是，在下气室快开阀2-111打开时，下气室快开阀2-111内的活塞杆2-108不插入炮管主体2-4左侧的活塞杆密封孔中，这时候，上气室1-25与炮管主体2-4底部开口相连通；当下气室快开阀2-111关闭时，下气室快开阀2-111内分部的活塞杆2-108插入炮管主体2-4左侧的活塞杆密封孔中，形成气密状态，这时候，上气室1-25与炮管主体2-4左端之间的活塞杆密封孔被断开，不再连通。

在本发明中，参见图2所示，测速装置，包括中空的第一测速传感器安装支架2-13和第二测速传感器安装支架2-14以及测速传感器支架安装台架2-10和测速传感器2-109；

对于测速装置，第一测速传感器安装支架2-13和第二测速传感器安装支架2-14，分别设置在测速传感器支架安装台架2-10的顶部右端和左端；

第一测速传感器安装支架2-13和第二测速传感器安装支架2-14相互平行安装；

第一测速传感器安装支架2-13和第二测速传感器安装支架2-14的前端内侧和后端内侧均分别设置有一个测速传感器2-109，且两个测速传感器2-109前后相对设置；

需要说明的是，测速传感器2-109，用于发射物（例如弹丸）速度的测量。在测量发射物（例如弹丸）速度时，利用两组光纤传感器（即测速传感器2-109）放置在炮口位置，两组光纤传感器之间的间隔距离（即第一测速传感器安装支架2-13上安装的测速传感器2-109和第二测速传感器安装支架2-1上安装的测速传感器2-109之间的间隔距离）为d，当发射物（例如弹丸）飞过时，可用两组光纤传感器测得发射物（例如弹丸）飞过的时间间隔△t，进而计算弹速。

中空的试验件安装板2-12，用于在发射物（例如弹丸）的速度达到试验要求的速度值后，安装到试验件安装板固定台架2-11顶部横向中间位置，并且在其内侧安装上试验件（例如高速列车上的玻璃或车体材料部件）；

具体实现上，测速传感器2-109为现有技术成熟的传感器，例如可以使用基恩士公司的FU系列光纤传感器，该传感器响应时间可达到1μs级别，可满足弹丸测速的要求，具体可以使用光轴高度为100mm的、型号为FU-100的阵列检测方式传感器。

需要说明的是，试验件安装板2-12的尺寸，以符合试验件具体安装状态为准，待速度调试完毕后，再将试验件安装板2-12固定在试验件安装板固定台架2-11上。

需要说明的是，本发明试验装置的主要测试对象是高速列车上的玻璃及车体材料部件（简称“试验件”），主要安装在试验安装板上，试验安装板的尺寸和具体规格以满足试验件的放置要求为设计准则。

在本发明中，具体实现上，瞄准装置，用于安装在炮口2-18上；

瞄准装置包括瞄准装置壳体5-1和瞄准装置盖板5-2；

瞄准装置壳体5-1内安装有红外激光传感器；

参见图2所示，瞄准装置壳体5-1设置在炮口2-18的右端开口处；

瞄准装置壳体5-1的左侧设置有瞄准装置盖板安装槽；

瞄准装置盖板安装槽的右侧，设置有瞄准装置盖板5-2（例如通过螺钉）；

瞄准装置壳体5-1的右侧中心位置，设置有壳体中心孔5-3；

壳体中心孔5-3，用于通过红外激光传感器所直射出来的红外激光；

红外激光在试验件安装板2-12上试验件的指示位置，即为试验件的受发射物（例如弹丸）冲击位置。

需要说明的是，参见图2所示，瞄准装置壳体5-1的外径略小于炮口2-18的内径，可方便放置在炮口2-18的右端开口位置。

需要说明的是，瞄准装置壳体5-1内安装红外激光传感器，传感器使用时，红外激光通过壳体中心孔直射，以达到瞄准的效果，红外激光传感器内置充电锂电池，可使用5V直流电源充电。瞄准装置盖板5-2和瞄准装置壳体5-1连接，通过瞄准装置盖板5-2上设置的盖板孔来露出红外激光按钮开关，用于红外激光传感器的启闭。

具体实现上，套筒2-2的内腔左右两侧，分别在炮管主体2-4之间的位置设置有密封圈。

具体实现上，气室台架2-3、第一炮管台架2-8、第二炮管台架2-9、测速传感器支架安装台架2-10和试验件安装板固定台架2-11，均通过底部的螺栓孔以及配套的螺栓固定在地面钢梁上，以保证台架上安装的炮管、测速装置和试验件安装板在同一水平线上；

具体实现上，换弹仓挡板2-101安装在炮管主体2-4上，换弹仓挡板2-101对应炮管主体2-4位置上下端安装密封垫圈，以保证换弹仓挡板2-101使用时的密封性，将套管2-2装在炮管主体2-4上，以方便进行弹丸装填；

具体实现上，为了让炮管主体2-4的右端部与延长炮管2-7的左端部相密封连接，具体结构如下：

炮管主体2-4的右端部设置有中空的第一炮管对接夹具2-5；

延长炮管2-7的左端部设置有中空的第二炮管对接夹具2-6；

第一炮管对接夹具2-5和第二炮管对接夹具2-6相密封连接（例如相卡接或者螺纹连接）；

第一炮管对接夹具2-5的内侧环绕地设置有第一炮管挡环2-103；

第一炮管挡环2-103，位于第一炮管对接夹具2-5与炮管主体2-4右端部之间的位置；

第二炮管对接夹具2-6内侧环绕地设置有第二炮管挡环2-102；

第二炮管挡环2-102，位于第二炮管对接夹具2-6与延长炮管2-7左端部之间的位置；

因此，基于以上结构设计，可保证炮管主体2-4与延长炮管2-7的连接密封性和弹膛的平直度。

具体实现上，为让延长炮管2-7的右端部与炮口2-18的左端部相密封连接，具体结构如下：

延长炮管2-7的右端部设置有中空的第三炮管对接夹具2-15；

炮口2-18的左端部设置有中空的第四炮管对接夹具2-16；

第三炮管对接夹具2-和第四炮管对接夹具2-16相密封连接（例如相卡接或者螺纹连接）。

需要说明的是，延长炮管2-7和炮口2-18连接方式与炮管主体2-4和延长炮管2-7的连接方式一致。

在本发明中，具体实现上，炮管主体2-4的右端，通过第一炮管支架2-20设置在第一炮管台架2-8顶部；

延长炮管2-7的左端，通过第三炮管支架2-21设置在第一炮管台架2-8顶部；

延长炮管2-7的右端，通过第一炮管支架2-19设置在第二炮管台架2-9的顶部。因此，可以实现对炮管整体的可靠固定支撑。

为了更加清楚地理解本发明的技术方案，参见图7，下面说明本发明的试验操作过程。

首先，选择试验要求的发射物（例如试验要求规格的弹丸或者预先装在弹托内的鸟蛋），拆掉换弹仓挡板2-101，将发射物安装在炮膛内，发射物的尾部（即左端部）与气室2-1的内腔左侧壁贴合，安装好换弹仓挡板2-101，用套管2-2对换弹仓进行密封和防护；

本发明提供的用于高速列车玻璃及车体材料的高速冲击试验装置，包括发射物低速发射模式，具体如下：

如果试验要求的发射物速度较低（例如要求1.5kg的弹丸预设速度在100m/s以下），即发射物速度小于预设发射物速度值时，则使用低压供气系统，开启低压手动阀1-8进气，打开第二低压电磁阀1-14为下气室1-24充气，充气完毕后关闭第二低压电磁阀1-14，将精密减压阀1-11压力调到试验需要压力，打开低压电磁阀1-13为上气室1-25充压，充压完毕后关闭低压电磁阀1-13，开启第二高压电磁阀1-23进行下气室1-24排气，在排气开始后下气室快开阀2-111瞬间打开（即下气室快开阀2-111内的活塞杆2-108从炮管主体2-4左侧的活塞杆密封孔中移开，形成开放状态），发射物（例如弹丸）在上气室压力下发射出去，发射完毕后关闭第二高压电磁阀1-23，停止下气室1-24排气；

本发明提供的用于高速列车玻璃及车体材料的高速冲击试验装置，包括发射物高速发射模式，具体如下：

如果试验要求的发射物速度较高（例如要求1.5kg的弹丸预设速度在100m/s以上），即发射物速度大于或者等于预设发射物速度值时，则使用高压供气系统，将压力调节阀1-5调到试验需要压力，开启高压手动阀1-3进气，打开高压电磁阀1-7为下气室充气，下气室充气满后，通过高压溢流阀1-18为上气室充气，充气完毕后关闭第一高压电磁阀1-7，开启第二高压电磁阀1-23进行下气室1-24排气，在排气开始后下气室快开阀2-111瞬间打开（即下气室快开阀2-111内的活塞杆2-108从炮管主体2-4左侧的活塞杆密封孔中移开，形成开放状态），发射物（例如弹丸）在上气室压力下发射出去，发射完毕后关闭第二高压电磁阀1-23，停止下气室1-24排气；

具体实现上，为了对发射物（例如弹丸）进行速度测量，具体为：在发射物由发射装置发射出去后，在经过第二测速传感器支架2-14和第一测速传感器支架2-13时，采集光电传感器（即测速传感器）信号以记录脉冲间隔△t （即第一测速传感器安装支架2-13上安装的测速传感器2-109和第二测速传感器安装支架2-1上安装的测速传感器2-109所测得发射物（例如弹丸）飞过的时间间隔），两个支架安装测速传感器间（即第一测速传感器安装支架2-13上安装的测速传感器2-109和第二测速传感器安装支架2-1上安装的测速传感器2-109之间的间隔距离）的距离为d，则测得的发射物（例如弹丸）速度v = d /△t；

如果测得发射物（例如弹丸）的速度没有达到试验目标要求，则调整试验压力目标值，使用低压供气系统或者高压供气系统进行上述的发射物低速发射模式或者发射物高速发射模式，以达到目标要求；

如果发射物（例如弹丸）的速度达到试验目标要求后，将试验件安装到试验件安装板2-12上，试验件安装板2-12安装到试验件安装板安装台架2-11上；

具体实现上，将瞄准装置中红外激光传感器的红外激光按钮开关打开，安装在炮口2-18上，调节试验件在试验安装板2-12上，确保红外激光指示位置为试验件的受发射物冲击位置后，将瞄准装置从炮口2-18上取下；

具体实现上，对于本发明，根据达到试验速度要求的压力进行设置，发射发射物（例如弹丸），发射物撞击试验件，从而模拟试验件的受冲击状态。

具体实现上，在高压手动阀1-21开启后，可通过控制高压电磁阀1-20将气室内的气体安全排出。

与现有技术相比较，本发明提供的用于高速列车玻璃及车体材料的高速冲击试验装置，具有如下有益效果：

1、本发明提供的试验装置，其密封性较好，保证复现同一压力下相同弹丸的速度的准确性。

2、为了使发射物（例如弹丸）可以在较低压力下打出较高速度，本发明设计的炮管长度较长，在炮管主体靠近气室端设计了换弹仓，换弹仓外侧加套筒，套筒在对应炮管主体的两侧分别装有密封圈，保证炮膛的密封性。

3、对于本发明，试验的压力控制、发射物（例如弹丸）发射、气室压力调节、排放、速度采集均可由独立的控制器、按钮进行控制，也可由综合控制器统一设置运行。

4、本发明根据高度列车玻璃以及车体材料等受实际冲击时的撞击物的速度，搭建设计了高速冲击试验装置，置可以精确模拟冲击时的速度，以使试验件模拟获得实际的撞击状态。

5、本发明同时考虑上下气室内充有多余压力时的排放问题，设计了相应的排放回路，确保使用过程中的安全性。

综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种用于高速列车玻璃及车体材料的高速冲击试验装置，其设计科学，其上具有的发射装置可以根据气室内压力的大小和需要发射的发射物（例如弹丸）质量大小，来对应调节不同的发射速度，以获得模拟高速冲击环境所要求的冲击速度，具有重大的生产实践意义。

对于本发明，通过精确控制发射装置所射出的弹丸的速度，来精确复现列车在高速行驶过程中受到鸟蛋、碎石等物体冲击时的抗冲击效果。

经过检验，本发明提供的用于高速列车玻璃及车体材料的高速冲击试验装置，能够适用于验证高速列车玻璃以及材料在列车最大运行速度为600km/h的运行状态下的抗冲击性能。本发明通过调整气室内的压力，可提供冲击物体的速度最大可达到600km/h以上。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于高速列车玻璃及车体材料的高速冲击试验装置，其特征在于，包括配气系统、发射装置、瞄准装置和测速装置；

配气系统，与发射装置相连接，用于为发射装置提供高压气体或者低压气体；

发射装置，用于在配气系统提供的高压气体或者低压气体的驱动下，将发射物朝预先安装在试验件安装板上的试验件方向发射；

瞄准装置，用于当安装在发射装置上时，向试验件安装板上安装的试验件发出激光，通过激光来确定发射物的冲击位置是否对应试验件的预设试验冲击位置；

测速装置，其设置在发射装置与试验件安装板之间的位置，用于对发射物的速度进行测量；

配气系统，包括高压供气系统、低压供气系统以及下气室(1-24)和上气室(1-25)；

其中，高压供气系统，包括高压氮气气源(1-1)、高压手动阀(1-3)、进气高压压力表(1-4)、压力调节阀(1-5)、出气高压压力表(1-6)、第一高压电磁阀(1-7)和高压溢流阀(1-18)；

高压氮气气源(1-1)的出气口通过一根依次设置有高压手动阀(1-3)、进气高压压力表(1-4)、压力调节阀(1-5)、出气高压压力表(1-6)、第一高压电磁阀(1-7)和高压溢流阀(1-18)的高压供气支路，与上气室(1-25)的进气管道相连通；

其中，低压供气系统，包括压缩空气气源(1-2)、低压手动阀(1-8)、过滤器(1-9)、进气低压压力表(1-10)、精密减压阀(1-11)、进气低压压力表(1-12)和第一低压电磁阀(1-13)；

压缩空气气源(1-2)的出气口通过一根依次设置有低压手动阀(1-8)、过滤器(1-9)、进气低压压力表(1-10)、精密减压阀(1-11)、进气低压压力表(1-12)和第一低压电磁阀(1-13)的低压供气支路，与上气室(1-25)的进气管道相连通；

第一高压电磁阀(1-7)连接下气室(1-24)的进出气口；

第一高压电磁阀(1-7)，用于对下气室(1-24)进行高压供气；

第二高压电磁阀(1-23)连接下气室(1-24)的进出气口；

第二高压电磁阀(1-23)，用于对下气室(1-24)进行高压排气；

下气室(1-24)，用于当其被排气时，使得上气室(1-25)与发射装置中的换弹仓相连通；

上气室(1-25)，用于当其与发射装置中的换弹仓相连通时，通过其内部的压力将换弹仓内的发射物向外发射；

发射装置，包括气室(2-1)、套管(2-2)、气室台架(2-3)、炮管主体(2-4)、第一炮管对接夹具(2-5)、第二炮管对接夹具(2-6)、延长炮管(2-7)、第一炮管台架(2-8)、第二炮管台架(2-9)、试验件安装板固定台架(2-11)、试验件安装板(2-12)、第三炮管对接夹具(2-15)、第四炮管对接夹具(2-16)、取弹口(2-17)、炮口(2-18)、第一炮管支架(2-19)、第二炮管支架(2-20)、第三炮管支架(2-21)、换弹仓挡板(2-101)、第二炮管挡环(2-102)、第一炮管挡环(2-103)、下气室充气管路(2-104)、下气室隔板(2-106)和活塞杆(2-108)；

气室台架(2-3)、第一炮管台架(2-8)、第二炮管台架(2-9)、测速传感器支架安装台架(2-10)和试验件安装板固定台架(2-11)，从左到右依次间隔分布，并且五者的底部中心点位于同一水平直线上；

对于发射装置，气室台架(2-3)的顶部设置有中空的气室(2-1)；

气室(2-1)的右端部与炮管主体(2-4)的左端部相密封连接；

炮管主体(2-4)的左端上侧，设置有换弹仓挡板容纳孔(2-40)；

换弹仓挡板容纳孔(2-40)上，设置有一个纵截面为半圆弧形的换弹仓挡板(2-101)；

炮管主体(2-4)内部位于换弹仓挡板(2-101)正下方的空间为换弹仓，换弹仓用于放入发射物；

炮管主体(2-4)的左端外部，套有一个套管(2-2)；

换弹仓挡板(2-101)，位于套管(2-2)的内侧；

炮管主体(2-4)的右端部，与延长炮管(2-7)的左端部相密封连接；

延长炮管(2-7)的右端部，与炮口(2-18)的左端部相密封连接；

炮口(2-18)的上端，安装有一个取弹口(2-17)；

取弹口(2-17)，用于放入发射物；

对于换弹仓和取弹口(2-17)，两者不能同时放入发射物；

气室(2-1)的内腔，用于作为上气室(1-25)；

上气室(1-25)内设置有一个中空的下气室快开阀(2-111)；

下气室快开阀(2-111)的内腔，用于作为下气室(1-24)；

下气室快开阀(2-111)的左侧密封设置有一个下气室隔板(2-106)；

下气室快开阀(2-111)底部开口与一个气管充气管路(2-104)的一端相密封连接；

气管充气管路(2-104)的另一端与第二低压电磁阀(1-14)相连通；

第二低压电磁阀(1-14)，用于控制对下气室(1-24)的进气进行控制，使得下气室(1-24)处于进气状态；

第二高压电磁阀(1-23)，用于对下气室(1-24)的排气进行控制，使得下气室(1-24)处于排气状态；

下气室快开阀(2-111)的右侧，与气室(2-1)的右侧内壁具有预设宽度的间隙；

下气室快开阀(2-111)的右侧，横向贯穿设置有一根活塞杆(2-108)；

气室(2-1)的右侧壁和炮管主体(2-4)左侧壁上，设置有一个横向分布的活塞杆密封孔；

活塞杆(2-108)的右端部，用于当下气室(1-24)处于进气状态时，水平插入到所述活塞杆密封孔中，形成气密状态，而当下气室(1-24)处于排气状态时，水平从所述活塞杆密封孔中退出，使得活塞杆密封孔露出，即实现打开下气室快开阀(2-111)打开，进而使得上气室(1-25)通过活塞杆密封孔与炮管主体(2-4)内腔相连通，此时上气室(1-25)内的气体压力用于将换弹仓或取弹口(2-17)内的发射物向外发射。

2.如权利要求1所述的用于高速列车玻璃及车体材料的高速冲击试验装置，其特征在于，测速装置，包括中空的第一测速传感器安装支架(2-13)和第二测速传感器安装支架(2-14)以及测速传感器支架安装台架(2-10)和测速传感器(2-109)；对于测速装置，第一测速传感器安装支架(2-13)和第二测速传感器安装支架(2-14)，分别设置在测速传感器支架安装台架(2-10)的顶部右端和左端；

第一测速传感器安装支架(2-13)和第二测速传感器安装支架(2-14)相互平行安装；

第一测速传感器安装支架(2-13)和第二测速传感器安装支架(2-14)的前端内侧和后端内侧均分别设置有一个测速传感器(2-109)，且两个测速传感器(2-109)前后相对设置；

中空的试验件安装板(2-12)，用于在发射物的速度达到试验要求的速度值后，安装到试验件安装板固定台架(2-11)顶部横向中间位置，并且在其内侧安装上试验件。

3.如权利要求2所述的用于高速列车玻璃及车体材料的高速冲击试验装置，其特征在于，瞄准装置，用于安装在炮口(2-18)上；

瞄准装置包括瞄准装置壳体(5-1)和瞄准装置盖板(5-2)；

瞄准装置壳体(5-1)内安装有红外激光传感器；

瞄准装置壳体(5-1)设置在炮口(2-18)的右端开口处；

瞄准装置壳体(5-1)的左侧设置有瞄准装置盖板安装槽；

瞄准装置盖板安装槽的右侧，设置有瞄准装置盖板(5-2)；

瞄准装置壳体(5-1)的右侧中心位置，设置有壳体中心孔(5-3)；

壳体中心孔(5-3)，用于通过红外激光传感器所直射出来的红外激光；

红外激光在试验件安装板(2-12)上试验件的指示位置，即为试验件的受发射物冲击位置。

4.如权利要求3所述的用于高速列车玻璃及车体材料的高速冲击试验装置，其特征在于，所述高速冲击试验装置的工作模式，包括发射物低速发射模式和发射物高速发射模式；

发射物低速发射模式，具体如下：

如果试验要求的发射物速度小于预设发射物速度值，则使用低压供气系统，开启低压手动阀(1-8)进气，打开第二低压电磁阀(1-14)为下气室(1-24)充气，充气完毕后关闭第二低压电磁阀(1-14)，将精密减压阀(1-11)压力调到试验需要压力，打开低压电磁阀(1-13)为上气室(1-25)充压，充压完毕后关闭低压电磁阀(1-13)，开启第二高压电磁阀(1-23)进行下气室(1-24)排气，在排气开始后下气室快开阀(2-111)瞬间打开，发射物在上气室压力下发射出去，发射完毕后关闭第二高压电磁阀(1-23)，停止下气室(1-24)排气；

发射物高速发射模式，具体如下：

如果试验要求的发射物速度大于或者等于预设发射物速度值时，则使用高压供气系统，将压力调节阀(1-5)调到试验需要压力，开启高压手动阀(1-3)进气，打开高压电磁阀(1-7)为下气室充气，下气室充气满后，通过高压溢流阀(1-18)为上气室充气，充气完毕后关闭第一高压电磁阀(1-7)，开启第二高压电磁阀(1-23)进行下气室(1-24)排气，在排气开始后下气室快开阀(2-111)瞬间打开，发射物在上气室压力下发射出去，发射完毕后关闭第二高压电磁阀(1-23)，停止下气室(1-24)排气。

5.如权利要求1至4中任一项所述的用于高速列车玻璃及车体材料的高速冲击试验装置，其特征在于，进气低压压力表(1-10)连接减压阀(1-26)；

减压阀(1-26)连接低压排气压力表(1-27)；

低压排气压力表(1-27)连接低压排气电磁阀(1-28)；

低压排气电磁阀(1-28)，用于在开启时进行排气；

进气低压压力表(1-10)连接第二低压电磁阀(1-14)；

第二低压电磁阀(1-14)连接至下气室(1-24)的进出气口；

第一工控机(1-151)连接至下气室数显压力表表头(1-17)；

下气室数显压力表表头(1-17)连接至下气室压力传感器(1-22)；

下气室压力传感器(1-22)连接至下气室(1-24)的进出气口；

下气室压力传感器(1-22)，用于对下气室(1-24)内的压力进行监控；

第二工控机(1-152)连接至上气室数显压力表表头(1-16)；

上气室数显压力表表头(1-16)连接至上气室压力传感器(1-19)；

上气室压力传感器(1-19)连接至上气室(1-25)的进出气口；

上气室压力传感器(1-19)，用于对上气室(1-25)内的压力进行监控；

高压电磁阀(1-20)的进气端，与上气室(1-25)的进气管道的连接相连通；

高压电磁阀(1-20)连接至高压手动阀(1-21)。

6.如权利要求1至4中任一项所述的用于高速列车玻璃及车体材料的高速冲击试验装置，其特征在于，为让炮管主体(2-4)的右端部与延长炮管(2-7)的左端部相密封连接，具体结构如下：

炮管主体(2-4)的右端部设置有中空的第一炮管对接夹具(2-5)；

延长炮管(2-7)的左端部设置有中空的第二炮管对接夹具(2-6)；

第一炮管对接夹具(2-5)和第二炮管对接夹具(2-6)相密封连接；

第一炮管对接夹具(2-5)的内侧环绕地设置有第一炮管挡环(2-103)；

第一炮管挡环(2-103)，位于第一炮管对接夹具(2-5)与炮管主体(2-4)右端部之间的位置；

第二炮管对接夹具(2-6)内侧环绕地设置有第二炮管挡环(2-102)；

第二炮管挡环(2-102)，位于第二炮管对接夹具(2-6)与延长炮管(2-7)左端部之间的位置；

为让延长炮管(2-7)的右端部与炮口(2-18)的左端部相密封连接，具体结构如下：

延长炮管(2-7)的右端部设置有中空的第三炮管对接夹具(2-15)；

炮口(2-18)的左端部设置有中空的第四炮管对接夹具(2-16)；

第三炮管对接夹具(2)-和第四炮管对接夹具(2-16)相密封连接；

炮管主体(2-4)的右端，通过第一炮管支架(2-20)设置在第一炮管台架(2-8)顶部；

延长炮管(2-7)的左端，通过第三炮管支架(2-21)设置在第一炮管台架(2-8)顶部；

延长炮管(2-7)的右端，通过第一炮管支架(2-19)设置在第二炮管台架(2-9)的顶部。

7.如权利要求2至4中任一项所述的用于高速列车玻璃及车体材料的高速冲击试验装置，其特征在于，在发射物由发射装置发射出去后，根据第一测速传感器安装支架(2-13)上安装的测速传感器(2-109)和第二测速传感器安装支架(2-1)上安装的测速传感器(2-109)所测得发射物飞过的时间间隔△t，以及第一测速传感器安装支架(2-13)上安装的测速传感器(2-109)和第二测速传感器安装支架(2-1)上安装的测速传感器(2-109)之间的间隔距离d，计算获得发射物速度v＝d/△t。

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