CN114894420B - 一种水下模拟碰撞试验装置及其试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水下模拟碰撞试验装置及其试验方法，其中，水下模拟碰撞试验装置包括：试验组件，包括水箱和隔板，所述水箱内部中空且顶部开口，所述水箱沿长度方向的一端开设有贯通孔，所述隔板内置于所述水箱的一端且相对所述贯通孔开设有通孔，所述隔板竖直内置于所述水箱并分割所述水箱形成有过水区和试验区，所述过水区开设有过水孔；导向组件，包括水平导向端和竖直导向端，所述水平导向端和所述竖直导向端均内置于所述水箱并沿所述水箱的长度方向设置，用于放置碰撞块，所述水平导向端和所述竖直导向端均设置于所述试验区并形成有用于引导碰撞块水平移动的导向通道。本发明的试验装置可模拟水下环境完成碰撞试验。

Description

一种水下模拟碰撞试验装置及其试验方法

技术领域

本发明涉及碰撞试验技术领域，尤其涉及一种水下模拟碰撞试验装置及其试验方法。

背景技术

为了确保撞击物体的安全可靠性，会进行各种条件下的碰撞试验，这其中可能包括了实物碰撞试验和计算机模拟试验。现有的实物碰撞试验，多采用碰撞车进行碰撞试验，给定试验车一个加速度，使试验车经过一段距离自由滑行后接触碰撞墙从而采集碰撞数据。

例如，专利CN104359642B，公开了一种轨道车辆碰撞试验台及轨道车辆碰撞试验方法，通过包括驱动电机、制动电机、检测器和控制器的应用，使轨道交通车辆碰撞试验过程实现自动化监控速度、提速和制动，特别是制动电机的设置，在需要停止加速时能够精准地实现刹车减速，显著提高了轨道交通车辆碰撞试验中测试车辆速度控制的精确度，另外，避免了机车加速所需的较长试验轨道，节约了试验空间。

但是，目前大多数的碰撞试验装置都是模拟无水环境下的碰撞，对于一些要求较高的产品，不仅要进行无水环境下的碰撞试验，还要进行水下模拟碰撞试验，而现有的实验装置只能进行单纯的无水环境的碰撞试验。因此，需要一种模拟水下碰撞试验装置，可以模拟无水或者水下环境完成撞击物的碰撞试验。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种水下模拟碰撞试验装置及其试验方法，解决现有技术中的碰撞试验装置只能进行无水环境碰撞试验的技术问题。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种水下模拟碰撞试验装置，其包括：

试验组件，包括水箱和隔板，所述水箱内部中空且顶部开口，所述水箱沿长度方向的一端开设有贯通孔，所述隔板内置于所述水箱的一端且相对所述贯通孔开设有通孔，所述隔板竖直内置于所述水箱并分割所述水箱形成有过水区和试验区，所述过水区开设有过水孔；

导向组件，包括水平导向端和竖直导向端，所述水平导向端和所述竖直导向端均内置于所述水箱并沿所述水箱的长度方向设置，用于放置碰撞块，所述水平导向端和所述竖直导向端均设置于所述试验区并形成有用于引导碰撞块水平移动的导向通道；

驱动组件，包括推动端和驱动端，所述驱动端设置于所述水箱的一端并相对所述贯通孔设置，所述推动端的一端连接于所述驱动端、另一端经所述贯通孔和所述通孔插设至所述试验区，用于推动所述碰撞块沿所述导向通道移动。

进一步的，还包括标靶，所述标靶设置于所述试验区并位于所述导向通道的尾部。

进一步的，还包括支撑组件，所述支撑组件包括支撑架和横杆，所述支撑架设置于所述水箱的另一端并位于所述水箱的上方，所述横杆连接于所述支撑架并沿所述碰撞块的移动方向水平设置，所述横杆沿水平方向还开设有多个间隔设置的固定孔，所述标靶经所述固定孔可拆卸式固定连接于所述横杆，用于调节所述标靶的角度。

进一步的，所述水箱的另一端相对所述标靶处还设置有观察窗，还包括监测组件，所述监测组件包括拍照摄像头和测速摄像头，所述拍照摄像头连接于所述支撑架，用于监测所述标靶的撞击状态，所述测速摄像头设置有所述水箱外并相对所述观察窗设置，用于检测所述碰撞块的移动速度。

进一步的，所述导向组件包括水平导向座和两个竖直导向座，所述水平导向端为水平导向座，所述竖直导向端为竖直导向座，所述水平导向座相对所述通孔设置，两个所述竖直导向座分别设置于所述水平导向座的两侧且滑动连接于所述水箱的底壁，两个所述竖直导向座均与所述水平导向座间隔设置并形成有供碰撞块穿过的导向通道。

进一步的，所述驱动组件包括至少一个驱动电机、齿轮、推杆和齿条，所述推动端为推杆，所述驱动端为驱动电机，所述驱动电机设置于所述水箱的一端并相对所述贯通孔设置，所述齿轮套设于所述驱动电机的输出轴，所述推杆的一端穿设所述贯通孔和所述通孔插设至所述试验区，所述齿条设置于所述推杆的另一端并与所述齿轮啮合，经所述驱动电机可驱使所述推杆推动所述碰撞块撞击至所述标靶。

进一步的，所述驱动电机的数量为两个，其对应的所述齿轮的数量也为两个，两个所述齿轮均啮合于所述齿条。

进一步的，还包括密封件，所述密封件内置于所述通孔并开设有供所述推杆穿过的开孔，用于减小所述推杆和所述通孔之间的间隙。

进一步的，所述密封件的内壁还设置有内齿。

一种水下模拟碰撞试验方法，其包括上述的水下模拟碰撞试验装置，还包括：

步骤1、根据需要调整标靶的角度；

步骤2、调整两个竖直导向座和水平导向座之间的间距，将碰撞块放置于导向通道内，让碰撞块能正常在导向通道进行水平方向的运动；

步骤3、然后调整好拍照摄像头和测速摄像头的拍摄角度；

步骤4、注水至水箱的试验区，直至水位超过竖直导向座；

步骤5、利用双电机联合驱动碰撞物沿着导向通道滑动，并使其撞击至设定好的标靶处；

步骤6、采集碰撞过程中各摄像头的测量数据，并进行分析。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明的试验装置设置有开放式的水箱，其相应的碰撞试验装置均内置于水箱，在不加水的情况下，水箱内可以完成无水状态的碰撞试验，在水下加水后，则可以模拟水下碰撞试验，相比现有的碰撞试验装置，所能模拟的碰撞试验场景更多，对碰撞物的检测更为精确；水箱内采用隔板隔绝有过水区，其推动端穿设隔板和水箱推动碰撞物完成碰撞试验，该推动端与水箱和隔板均不接触，在通过过水区完成碰撞试验的同时还能减少推动端与水箱的摩擦力。

附图说明

图1是本发明提供的实施例-水下模拟碰撞试验装置的结构示意图；

图2是本发明提供的实施例-水下模拟碰撞试验装置中试验组件的结构示意图；

图3是本发明提供的实施例-水下模拟碰撞试验装置中导向组件的结构示意图；

图4是本发明提供的实施例-水下模拟碰撞试验装置中驱动组件的结构示意图；

图5是本发明提供的实施例-水下模拟碰撞试验装置中支撑组件和监测组件的结构示意图；

图6是本发明提供的实施例-水下模拟碰撞试验装置中密封圈的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

参照图1，本发明提供了一种水下模拟碰撞试验装置，其包括试验组件1、导向组件2、驱动组件3和标靶4，所述导向组件2内置于所述试验组件1，所述驱动组件3设置于所述试验组件1的一侧并相对所述导向组件2设置，所述标靶4内置于所述试验组件1并位于所述导向组件2的尾部。

试验组件1为碰撞试验提供相应的碰撞场所，导向组件2则用于引导碰撞物沿一定的轨迹移动，避免碰撞物移动时偏移，驱动组件3的移动端穿设试验组件1插设至导向组件2处，用于推动碰撞物完成碰撞试验，标靶4安装在导向组件2的尾部(即碰撞物的运动轨迹上)，使得碰撞物可以撞击至标靶上完成碰撞试验。其中，水箱内可以根据需要选择加水或者不加水，以此模拟无水和水下环境，从而让碰撞物可以完成不同环境下的碰撞试验。

参照图2，所述试验组件1包括水箱11和隔板12，所述水箱11内部中空且顶部开口，所述水箱11沿长度方向的一端开设有贯通孔111，所述隔板12 内置于所述水箱11的一端且相对所述贯通孔111开设有通孔121，所述隔板12 竖直内置于所述水箱11并分割所述水箱11形成有过水区13和试验区14，所述过水区13的底部开设有过水孔131，所述试验区14的底部也设置有排水口。在模拟水下碰撞试验的时候，需要向水箱11内加水直至淹没导向组件2，水箱 11内的水位需要超出导向组件2较多，因为试验区14内的水会通过通孔121 排入过水区13，然后通过过水孔131排出，其中，试验区14的整体容积较大，通孔121的排水速度相对试验区14而言较为缓慢，在进行水下碰撞试验的同时，水箱11内的水位在时刻下降但是十分缓慢，基本可以忽略，若是通孔121的尺寸需要设计较大，水箱11内还可以通过水泵实时加水，以此保持水箱11内的水位可以淹没导向组件2，因此，水箱11内的水在完成碰撞试验后还是处于淹没导向组件2的状态，最后，则可以通过排水口将水箱11内的水排空。

本发明提供的实施例中，所述水箱11的外壁还是设置有加强筋，所述试验区14的内壁还设置有碰撞层，用于加强水箱的强度避免碰撞块损坏水箱。

参照图3所述导向组件2包括水平导向座21和两个竖直导向座22，所述水平导向座21和所述竖直导向座均内置于所述水箱11并沿所述水箱11的长度方向设置，所述水平导向座21相对所述通孔121设置，两个所述竖直导向座 22分别设置于所述水平导向座21的两侧且滑动连接于所述水箱11的底壁，两个所述竖直导向座22均与所述水平导向座21间隔设置并形成有供碰撞块穿过的导向通道，碰撞块内置于该导向通道的头部(即靠近通孔的位置)。其中，水平导向座21和两个竖直导向座22均是由底座和多个导向滚轮组成，水平导向座21的底座设置有升降杆，可以根据需要调节高度，竖直导向座22的底座滑动连接于所述水箱11，其对应的水箱11底壁还设置有滑轨，水平导向座的滚轮水平放置，两个竖直导向座的滚轮倾斜放置并与所述水平导向座的滚轮形成有三角形的导向通道，在引导碰撞物移动的同时，还可以避免碰撞物脱离导向通道，通过可调节式的底座，还可以根据需要对不同尺寸的碰撞物进行碰撞试验。

参照图4，所述驱动组件3包括驱动电机31、齿轮32、推杆33和齿条34，所述驱动电机31设置于所述水箱11的一端并相对所述贯通孔111设置，所述齿轮32套设于所述驱动电机31的输出轴，所述推杆33的一端穿设所述贯通孔 111和所述通孔121插设至所述试验区14内的导向通道处，所述齿条34设置于所述推杆33的另一端并与所述齿轮32啮合，经所述驱动电机31可驱使所述推杆33推动导向通道内的碰撞块移动。其中，所述驱动电机31处还设置有机箱，所述驱动电机的输出轴及齿轮、所述推杆的一端及齿条均内置于所述机箱，推杆靠近穿设所述贯通孔111和所述通孔121的一端呈圆柱状，该推杆33滑动连接于所述机箱，通过驱动电机提供的水平推力可推动碰撞块沿导向通道移动。

作为优选的实施例，所述驱动电机31的数量为两个，其对应的所述齿轮 32的数量也为两个，两个所述齿轮32均啮合于所述齿条34，采用双电机驱动的模式，可以通过足够的驱动力，从而克服水的阻力完成碰撞试验。

所述标靶4设置于所述试验区14并位于所述导向通道的尾部，碰撞物沿所述导向通道移动后则可以撞击至标靶，以此完成碰撞试验。其中，标靶4上还设置有防水的传感器，用于检测标靶4处的撞击力，标靶4的背部还设置有缓冲件，本发明提供的实施例中，缓冲件为废弃轮胎，该废弃轮胎内置于所述水箱且位于标靶4的背部。

参照图5，作为优选的实施例，还包括支撑组件5，所述支撑组件5包括支撑架51和横杆52，所述支撑架51设置于所述水箱11的另一端并位于所述水箱11的上方，所述横杆52连接于所述支撑架51并沿所述碰撞块的移动方向水平设置，所述横杆52沿水平方向还开设有多个间隔设置的固定孔，所述标靶4 经所述固定孔可拆卸式固定连接于所述横杆52，用于调节所述标靶4的角度。其中，所述支撑架51和所述水箱11均采用螺丝固定至地面，防止碰撞试验时水箱和支撑架移动。

所述水箱11的另一端相对所述标靶4处还设置有观察窗15，还包括监测组件6，所述监测组件6包括拍照摄像头61和测速摄像头62，所述拍照摄像头 61连接于所述支撑架51，用于监测所述标靶4的撞击状态，所述测速摄像头 62设置有所述水箱11外并相对所述观察窗15设置，用于检测所述碰撞块的移动速度。其中，测速摄像头采用固定支架设置于观察窗的一侧，观察窗可以采用高强度帕姆板制作，摄像头可以采用高帧速增强型相机ICMOS。

参照图6，作为优选的实施例，还包括密封件7，所述密封件7内置于所述通孔121并开设有供所述推杆33穿过的开孔，用于减小所述推杆33和所述通孔121之间的间隙。其中，所述密封件7的内壁还设置有内齿71，用于进一步缩小通孔121处的排水通道，以此减缓水箱11内试验区14内的排水速度，以便完成水下碰撞试验。

一种水下模拟碰撞试验方法，其包括上述的水下模拟碰撞试验装置，还包括以下操作步骤：

步骤1、根据需要调整标靶的角度；

步骤2、调整两个竖直导向座和水平导向座之间的间距，将碰撞块放置于导向通道内，让碰撞块能正常在导向通道进行水平方向的运动；

步骤3、然后调整好拍照摄像头和测速摄像头的拍摄角度；

步骤4、注水至水箱的试验区，直至水位超过竖直导向座；

步骤5、利用双电机联合驱动碰撞物以一定的速度沿着导向通道滑动，并使其撞击至设定好的标靶处；

步骤6、采集碰撞过程中各摄像头和传感器的测量数据，并进行分析。

本发明提供的实施例的工作原理为：本发明的碰撞试验装置可以进行无水和水下两种模拟环境的碰撞试验，其可以根据需要向水箱内加水或者不加水以营造不同的碰撞环境，在进行碰撞试验时，首先，依次调整标靶、摄像头的位置，然后调整导向组件的位置将碰撞块放置至导向通道内，根据需要加水至水箱，或者不加水，最后启动双电机驱动端，即可控制电机让推杆推动碰撞块完成碰撞试验，通过标靶处的摄像头及传感器可以对碰撞试验的数据和照片进行收集，可以根据需要进行多组试验，则可以对收集的多组数据进行对比分析。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水下模拟碰撞试验装置，其特征在于，包括：

试验组件，包括水箱和隔板，所述水箱内部中空且顶部开口，所述水箱沿长度方向的一端开设有贯通孔，所述隔板内置于所述水箱的一端且相对所述贯通孔开设有通孔，所述隔板竖直内置于所述水箱并分割所述水箱形成有过水区和试验区，所述过水区开设有过水孔；

导向组件，包括水平导向端和竖直导向端，所述水平导向端和所述竖直导向端均内置于所述水箱并沿所述水箱的长度方向设置，用于放置碰撞块，所述水平导向端和所述竖直导向端均设置于所述试验区并形成有用于引导碰撞块水平移动的导向通道；

驱动组件，包括推动端和驱动端，所述驱动端设置于所述水箱的一端并相对所述贯通孔设置，所述推动端的一端连接于所述驱动端、另一端经所述贯通孔和所述通孔插设至所述试验区，用于推动所述碰撞块沿所述导向通道移动。

2.根据权利要求1所述的水下模拟碰撞试验装置，其特征在于：还包括标靶，所述标靶设置于所述试验区并位于所述导向通道的尾部。

3.根据权利要求2所述的水下模拟碰撞试验装置，其特征在于：还包括支撑组件，所述支撑组件包括支撑架和横杆，所述支撑架设置于所述水箱的另一端并位于所述水箱的上方，所述横杆连接于所述支撑架并沿所述碰撞块的移动方向水平设置，所述横杆沿水平方向还开设有多个间隔设置的固定孔，所述标靶经所述固定孔可拆卸式固定连接于所述横杆，用于调节所述标靶的角度。

4.根据权利要求3所述的水下模拟碰撞试验装置，其特征在于：所述水箱的另一端相对所述标靶处还设置有观察窗，还包括监测组件，所述监测组件包括拍照摄像头和测速摄像头，所述拍照摄像头连接于所述支撑架，用于监测所述标靶的撞击状态，所述测速摄像头设置有所述水箱外并相对所述观察窗设置，用于检测所述碰撞块的移动速度。

5.根据权利要求4所述的水下模拟碰撞试验装置，其特征在于：所述导向组件包括水平导向座和两个竖直导向座，所述水平导向端为水平导向座，所述竖直导向端为竖直导向座，所述水平导向座相对所述通孔设置，两个所述竖直导向座分别设置于所述水平导向座的两侧且滑动连接于所述水箱的底壁，两个所述竖直导向座均与所述水平导向座间隔设置并形成有供碰撞块穿过的导向通道。

6.根据权利要求5所述的水下模拟碰撞试验装置，其特征在于：所述驱动组件包括至少一个驱动电机、齿轮、推杆和齿条，所述推动端为推杆，所述驱动端为驱动电机，所述驱动电机设置于所述水箱的一端并相对所述贯通孔设置，所述齿轮套设于所述驱动电机的输出轴，所述推杆的一端穿设所述贯通孔和所述通孔插设至所述试验区，所述齿条设置于所述推杆的另一端并与所述齿轮啮合，经所述驱动电机驱使所述推杆推动所述碰撞块撞击至所述标靶。

7.根据权利要求6所述的水下模拟碰撞试验装置，其特征在于：所述驱动电机的数量为两个，其对应的所述齿轮的数量也为两个，两个所述齿轮均啮合于所述齿条。

8.根据权利要求7所述的水下模拟碰撞试验装置，其特征在于：还包括密封件，所述密封件内置于所述通孔并开设有供所述推杆穿过的开孔，用于减小所述推杆和所述通孔之间的间隙。

9.根据权利要求8所述的水下模拟碰撞试验装置，其特征在于：所述密封件的内壁还设置有内齿。

10.一种水下模拟碰撞试验方法，包括权利要求1-9任一项所述的水下模拟碰撞试验装置，其特征在于，还包括：

步骤1、根据需要调整标靶的角度；

步骤2、调整两个竖直导向座和水平导向座之间的间距，将碰撞块放置于导向通道内，让碰撞块能正常在导向通道进行水平方向的运动；

步骤3、然后调整好拍照摄像头和测速摄像头的拍摄角度；

步骤4、注水至水箱的试验区，直至水位超过竖直导向座；

步骤5、利用双电机联合驱动碰撞物沿着导向通道滑动，并使其撞击至设定好的标靶处；

步骤6、采集碰撞过程中各摄像头的测量数据，并进行分析。

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