CN114544397A - 一种用于冲击分离试验的试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于冲击分离试验的试验系统，包括：试验平台和工装夹具；试验平台上部有电机及控制系统，用于控制试验中重物篮的冲击高度；流程控制台用于对实验过程进行参数设置，配合电机及控制系统可以实现试验流程的自动化控制；所述重物篮在冲击时随电磁控制台上升，通过调节重量改变冲击能量；冲击模块包含冲头和冲击载荷传感器，用于实现冲击过程并采集冲击载荷‑时间响应曲线；所述电磁控制台利用电磁力控制重物篮和冲击模块，降低释放时结构对冲击过程的影响；所述阻滞器用于防止冲击后冲击模块弹起后对试验件二次冲击影响试验结果；工装夹具用于实现对冲击后分离过程的模拟；定载片用于在冲击分离试验中控制连接强度，模拟真实结构中的连接情况与边界条件。

Description

一种用于冲击分离试验的试验系统

技术领域

本发明涉及一种试验工装夹具领域，尤其涉及一种用于冲击分离试验的试验系统及方法。

背景技术

各类火箭和导弹在大气层内运行时为了保证其内部有效载荷不被外界极端环境影响，同时为了保证飞行可控需要在极端条件下维持弹体的气动外形，通常都要在有效载荷外添加一层防护罩，称为头罩或整流罩。而在特定的时刻，头罩需要打开以释放内部的有效载荷。

对于现在常用的两瓣式整流罩，要求头罩分离系统必须确保两个半罩体打开且分离的全过程中头罩和弹体不发生碰撞。目前常用的整流罩分离方式是利用火工产品引爆分离，同时为了保证整流罩分离后的可控性，还需要设计各分离部分的分离方式，引爆时间等参数。现在投入使用的旋转分离两瓣式整流罩在分离时会通过引爆连接沿纵向分开成两半整流罩的箍带、锁销或爆炸螺栓来实现对整个结构的分离，当结构在气动力和火药动力的作用下打开后再破坏底部的连接结构实现分离。

其中涉及到的这种冲击分离过程，现有的试验设备和方案并不能进行较好的模拟。目前类似的试验往往在部件级进行，通过对整流罩部件的完整冲击分离试验来验证分离技术。而对于结构级的冲击分离过程尚缺乏相应的试验手段。目前的冲击试验主要通过落锤冲击试验机进行，但落锤冲击上只能实现简单的固定冲击，因此对于冲击分离过程的试验，需要设计专门的系统以实现对真实过程的模拟。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种用于冲击分离试验的试验系统，具有适应各类型试验件，各等级冲击能量、试验精度高、试验流程方便且能实现自动化、人机交互性好、能较好的模拟真实情况的优点，能够为冲击分离结构级试验与验证提供试验系统。

本发明技术解决方案：一种用于冲击分离试验的试验系统，包括：试验平台、工装夹具；其中，

所述试验平台上部有电机及控制系统，用于控制试验中重物篮的冲击高度；所述流程控制台用于对实验过程进行参数设置，配合电机及控制系统可以实现试验流程的自动化控制；所述重物篮在冲击时随电磁控制台上升，通过调节重量改变冲击能量；所述冲击模块包含冲头和冲击载荷传感器，用于实现冲击过程并采集冲击载荷-时间响应曲线；所述电磁控制台利用电磁力控制重物篮和冲击模块，降低释放时结构对冲击过程的影响；所述阻滞器用于防止冲击后冲击模块弹起后对试验件二次冲击影响试验结果；

所述工装夹具用于实现对冲击后分离过程的模拟；所述定载片用于在冲击分离试验中控制连接强度，模拟真实结构中的连接情况与边界条件；

可选的，所述重物篮通过结构设计控制重量，保证重物篮以及冲击模块的重量为2kg，便于在调节冲击能量时改变重量。

可选的，所述工装夹具中基座的立柱上以一定距离在竖直方向上设有调节孔，可以对试验件的冲击高度进行细节调节；工装夹具中基座的底板上有U形槽，用来调节冲击点位置。两者可以控制试验件小范围高精度的位置，配合电机及控制系统对于冲击高度的大范围低精度控制，实现对冲击能量和冲击点位置的精确控制。

可选的，所述气垫用于冲击分离中试验件分离后的动能吸收，防止对工装夹具的损伤。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)本发明可以填补结构级冲击分离试验系统和方案的空白，定载片可以模拟冲击分离过程中结构真实的连接强度。

(2)本发明可实现冲击分离试验过程的自动化进行，利用流程控制台控制电机可以大大简化冲击分离试验的流程；

(3)本发明可防止冲击分离过程中的二次冲击现象，利用阻滞器可以固定初次冲击后反弹的冲击模块。

(4)本发明可通过电磁力控制冲击模块的释放，提高冲击试验的精度。

(5)本发明可根据冲击能量的不同调节冲击高度和冲击重量，针对不同厚度试验件均可实现夹持，便于研究参数研究时不同尺寸试验件的试验。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件，在附图中：

图1是本发明实施例提供的用于冲击分离试验的试验系统结构示意图；

图2是本发明实施例的试验平台部分示意图；

图3是本发明实施例的工装夹具部分示意图；

图4是本发明实施例的工装夹具的基座部分示意图；

图5是本发明实施例的工装夹具的定载片部分示意图；

图6是本发明的实施例与连接关系示意图。

图中：

1-试验平台；2-工装夹具；

11-电机及控制系统；12-电磁控制台；13-重物篮；14-冲击模块；15-阻滞器；16-流程控制台；

21-基座；22-夹头；23-定载片；24-气垫.

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明，虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1-图6所示，本发明的试验系统包括试验平台1和工装夹具2。图1是试验系统的整体结构示意图，图中包含试验平台1和工装夹具2；图2是试验系统中试验平台1部分示意图，图中包含电机及控制系统11、电磁控制台12、重物篮13、冲击模块14、阻滞器15、流程控制台16，其中电机及控制系统11通过流程控制台16控制工作状态以达到指定的冲击高度并通过钢丝绳连接电磁控制台12、重物篮13和冲击模块14，电磁控制台12利用电磁力吸附重物篮13和冲击模块14并由流程控制台16控制吸附状态以实现在指定高度下的落锤冲击，重物篮13与冲击模块14通过螺栓连接并通过调整内部配重实现对冲击载荷的控制；图3是试验系统中工装夹具2部分示意图，图中包含基座21、夹头22、定载片23、气垫24，夹头22通过螺栓和垫片实现对试验件的紧固并利用转轴与基座21连接，基座21与试验台架通过地脚螺栓连接以实现实验过程中的完全固支状态，气垫24胶接于基座21的底板上以实现冲击后试验件的缓冲，定载片23通过两段钢丝绳分别与试验台架和试验件相连以实现对真实冲击分离结构中弱连接的模拟；图4是试验系统中的工装夹具2中的基座21部分示意图，图中展示了转轴在基座21上的连接方式；图5是试验系统中的工装夹具2中的定载片23部分示意图，图中展示了定载片23的具体结构，其中更接近中间孔一侧的孔通过钢丝绳和试验件连接，更远离中间孔一侧的孔通过钢丝绳和试验台架连接；图6是实施例以及连接关系示意图，图中可以看到各部件的连接方式。

试验件尺寸为400mm×100mm×21mm，冲击能量要求120J，定载片(23)尺寸与开孔尺寸设计依照实际结构中连接结构强度设计。为了与定载片连接，在靠近冲击点一侧的短边上设有直径为4mm的两个通孔。

本发明的试验方法的过程如下：

步骤一、根据冲击能量120J的要求，可选择冲击高度为1.5m，通过在重物篮13中增加配重，保证冲击模块14和重物篮13总重为8kg。

步骤二、将试验件加持于夹头22中并利用垫片和紧固螺钉夹紧，将试验件另一侧的通孔与定载片23利用钢丝绳连接，保证连接时定载片23的中间孔更靠近试验件以降低定载片23质量对试验结果的影响，定载片23的强度依据真实结构在真实工况下的连接强度确定，在基座21上固定气垫24。

步骤三、根据冲击模块14的冲头调整试验件位置。利用基座21上的U形槽中的地脚螺栓调节试验件位置；利用定载片23与试验平台之间的连接钢丝绳长度和基座21立柱上的高度调节孔调整试验件高度。

步骤四、打开电源利用流程控制台设置冲击高度，确定电磁控制台12吸附重物篮13和冲击模块14上升后打开阻滞器15，阻滞器15内部的弹簧机构会在重物篮13第一次经过后打开限位器，当重物篮13和冲击模块14冲击试验件后弹起下落的过程中碰撞到突出的限位器停止运动并被固定。连接冲击模块14中的载荷传感器值数据采集系统。

步骤五、确认设置和电磁控制台位置，在流程控制台16连接载荷设置确认后几秒开始冲击，点击确认。

步骤六、在设置秒数后电磁控制台12自动释放重物篮13和冲击模块14对试验件进行冲击，在设定载荷下定载片23断开，试验件绕转轴振动旋转至气垫24。释放过程中通过程序自动调整电磁控制台12内部电流实现完全重物篮13和冲击模块14的完全自由落体。

步骤七、试验件停止运动后自动停止数据采集。进行后续试验时仅需更换试验件并略微调整位置即可点击流程控制台16中确定实现冲击分离试验的快速自动化进行。面对不同的试验要求仅需在流程控制台16对冲击高度进行重新调整或调整重物篮13中的配重质量使其达到指定的冲击能量即可满足要求，面对不同尺寸试验件只需调整夹头22的垫片和紧固螺钉即可实现对试验件的紧固。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于冲击分离试验的试验系统，其特征在于，包括：试验平台(1)、工装夹具(2)；所述工装夹具(2)用于实现对冲击后分离过程的模拟；所述试验平台(1)包括：电机及控制系统(11)、重物篮(13)、流程控制台(16)、冲击模块(14)、电磁控制台(12)和阻滞器(15)；

所述电机及控制系统(11)，用于控制试验中重物篮(13)的冲击高度；

所述流程控制台(16)，用于对实验过程进行参数设置，配合电机及控制系统(11)实现试验流程的自动化控制；

所述重物篮(13)，在冲击时随电磁控制台(12)上升，通过调节重量改变冲击能量；

所述冲击模块(14)，用于实现冲击过程并采集冲击载荷-时间响应曲线；

所述电磁控制台(12)，利用电磁力控制重物篮(13)和冲击模块(14)，降低释放时结构对冲击过程的影响；

所述阻滞器(15)用于防止冲击后冲击模块(14)弹起后对试验件二次冲击影响试验结果；

所述工装夹具(2)包括：基座(21)、夹头(22)、定载片(23)和气垫(24)；所述基座(21)对试验件的冲击高度进行细节调节；夹头(22)用于加持试验件；所述定载片(23)用于在冲击分离试验中控制连接强度，模拟真实结构中的连接情况与边界条件；所述气垫(24)用于冲击分离中试验件分离后的动能吸收，防止对工装夹具(2)的损伤。

2.根据权利要求1所述的用于冲击分离试验的试验系统，其特征在于：所述重物篮(13)通过结构设计控制重量，保证重物篮(13)以及冲击模块(14)的重量为2kg，便于在调节冲击能量时改变重量。

3.根据权利要求1所述的用于冲击分离试验的试验系统，其特征在于：所述基座(21)为立柱式结构，立柱上以30mm为间距在竖直方向上设有调节孔。

4.根据权利要求1所述的用于冲击分离试验的试验系统，其特征在于：所述基座(21)的底板上有U形槽，用来调节冲击点位置。

5.根据权利要求1所述的用于冲击分离试验的试验系统，其特征在于：所述冲击模块(14)包括冲头和冲击载荷传感器，冲头用于实现冲击过程并传递冲击载荷，冲击载荷传感器用于采集冲击过程中冲头受到的冲击载荷，冲头和冲击载荷传感器通过螺栓连接在重物篮(13)上。

6.一种用于冲击分离试验的试验方法，其特征在于，实现步骤如下：

(1)根据冲击能量，确定冲击高度和配重并装载配重；

(2)将试验件加持于夹头(22)中，并利用垫片和紧固螺钉夹紧，将试验件另一侧的通孔与定载片(23)利用钢丝绳连接，保证连接时定载片(23)的中间孔更靠近试验件以降低定载片(23)质量对试验结果的影响，定载片(23)的强度依据真实结构在真实工况下的连接强度确定；在基座(21)上固定气垫(24)；

(3)根据冲击模块(14)的冲头调整试验件位置，利用基座(21)上的U形槽中的地脚螺栓调节试验件位置；利用定载片(23)与试验平台之间的连接钢丝绳长度和基座(21)立柱上的高度调节孔调整试验件高度；

(4)打开电源利用流程控制台设置冲击高度，确定电磁控制台(12)吸附重物篮(13)和冲击模块(14)上升后打开阻滞器(15)，阻滞器(15)内部的弹簧机构会在重物篮(13)第一次经过后打开限位器，当重物篮(13)和冲击模块(14)冲击试验件后弹起下落的过程中碰撞到突出的限位器停止运动并被固定，冲击模块(14)中的载荷传感器和数据采集系统连接；

(5)确认设置和电磁控制台位置，在流程控制台(16)连接载荷设置确定开始冲击；

(6)在设定时间后电磁控制台(12)自动释放重物篮(13)和冲击模块(14)对试验件进行冲击，再设定载荷下定载片(23)断开，试验件绕转轴振动旋转至气垫(24)，释放过程中，通过程序自动调整电磁控制台(12)内部电流实现完全重物篮(13)和冲击模块(14)的完全自由落体；

(7)试验件停止运动后自动停止数据采集，进行后续试验时仅需更换试验件并细微调整位置通过流程控制台(16)实现冲击分离试验的快速自动化，面对不同的试验要求仅需在流程控制台(16)对冲击高度进行重新调整或调整重物篮(13)中的配重质量使其达到指定的冲击能量即满足要求，面对不同尺寸试验件只需调整夹头(22)的垫片和紧固螺钉即实现夹紧。

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