CN116399729B - 一种高精度落锤冲击试验系统 - Google Patents

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Abstract

本申请属于材料性能试验的测试领域，为一种高精度落锤冲击试验系统，包括冲击试验楼梯、冲击试验装置和控制仪；冲击试验装置包括冲击管、砝码、砝码释放装置和支撑平台；在进行冲击试验前，先确定好砝码的数量，而后卡条伸入至冲击管内，将确定好的砝码连接成一体，并放入至冲击管内，直至最下方的砝码达到卡条的位置，并卡条卡住并保持在该位置；冲击试验时，将卡条抽出，砝码在重力的作用下在沿着冲击管内部下落，并穿过控制仪，直至落入到试验件上，根据试验件的重量和下落速度确定冲击能量。基本不会受到装置摩擦力、空气阻力等影响，具有能量测定精度高、操作简单、可靠性高、效率高等诸多优点。

Description

一种高精度落锤冲击试验系统
技术领域
本申请属于材料性能试验的测试领域，特别涉及一种高精度落锤冲击试验系统。
背景技术
碳纤维、玻璃纤维复合材料飞机上的应用十分广泛，且复合材料的使用比例正在逐年增加。由于复合材料对于冲击的敏感性，在材料研发和使用阶段需要根据美标ASTMD7136进行大量测定复合材料冲击阻抗的试验，需要仪器能够高精度测定冲击至试验件表面的冲击能量。
现有的落锤冲击试验装置在计算冲击能量时只是对砝码提升高度进行定位，但是由于装置摩擦力、空气阻力等的影响，无法精确计算实际冲击的能量。
因此，如何控制砝码在冲击试验时尽量不受到装置摩擦力和空气阻力的影响，提高冲击能量计算的精度是一个需要解决的问题。
发明内容
本申请的目的是提供了一种高精度落锤冲击试验系统，以解决现有技术中进行冲击试验时砝码受到摩擦力、空气阻力等影响导致实际的冲击能量计算不精确的问题。
本申请的技术方案是：一种高精度落锤冲击试验系统，包括冲击试验楼梯、冲击试验装置和控制仪；所述冲击试验楼梯设于冲击试验装置的一侧，所述控制仪设于冲击试验装置的下方，试验件设于控制仪下方；
所述冲击试验装置包括冲击管、砝码、砝码释放装置和支撑平台；所述冲击管竖直连接于支撑平台上，所述砝码共有多组并且多组砝码竖直并排设于冲击管内，相邻所述砝码之间相互固定，所述砝码释放装置设于冲击管的侧壁上，所述砝码释放装置包括卡条，所述卡条能够插入至冲击管内防止砝码下落，当卡条从冲击管内抽出时砝码自由下落；
所述控制仪和试验件均设于支撑平台上，砝码释放装置松开砝码时，砝码沿冲击管内自由下落，穿过控制仪并落到试验件上，所述控制仪对砝码的下落速度进行采集。
优选地，所述砝码释放装置还包括固定环、拧紧螺栓和释放杆，所述固定环同轴套设于冲击管外侧，所述拧紧螺栓沿着固定环的径向与固定环螺纹连接，所述释放杆水平滑移配合于固定环上；所述冲击管上开设有上下设置的条形孔，所述卡条设于固定环的内侧并插设于条形孔内，所述释放杆的内部一端与卡条相连，所述卡条与固定环支架设有复位弹簧，所述复位弹簧套设于释放杆。
优选地，所述砝码的上端开设有螺纹孔、下端对应位置开设有螺纹柱，上方所述砝码的螺纹柱螺纹连接于下方砝码的螺纹孔内，位于最下方的砝码下方螺纹连接有冲头。
优选地，所述砝码的上方设有拉线，所述拉线的一端设有能够与螺纹孔螺纹连接的螺柱，所述拉线的长度大于冲击管最下方至试验件的距离。
优选地，所述支撑平台包括底座、底部支撑、第一支撑板和第二支撑板；所述底部支撑设于底座下方，所述底座上设有多组竖直设置的第一支撑杆，所述第一支撑板共有两组并分别设于第一支撑杆的顶部和中部，所述第一支撑板与第一支撑杆和冲击套之间均连接有锁紧螺母；所述底部支撑对应第一支撑杆内侧的位置处设有多组数值设置的第二支撑杆，所述第二支撑板固定连接于第二支撑杆上，所述控制仪和试验件设于第二支撑板上；所述试验件与第二支撑板之间连接有试验件压紧装置。
优选地，所述控制仪包括测速连接头、第一发光二极管、第一信号接收器、第二发光二极管和第二信号接收器；所述测速连接头与冲击管的底部相连，所述测速连接头通过螺栓连接于支撑平台上，所述第一发光二极管和第二发光二极管均设于测速连接头内，所述第一发光二极管设于第二发光二极管的正上方，所述第一信号接收器与第一发光二极管对应设于测速连接头的内部两侧，所述第二信号接收器与第二发光二极管对应设置测速连接头的内部两侧。
优选地，所述冲击试验楼梯的底部设有滚轮和升降螺栓，所述升降螺栓与冲击试验楼梯的底部竖直螺纹连接，所述升降螺栓上螺纹连接有拧紧到冲击试验楼梯上的螺母。
本申请的一种高精度落锤冲击试验系统，包括冲击试验楼梯、冲击试验装置和控制仪；冲击试验装置包括冲击管、砝码、砝码释放装置和支撑平台；在进行冲击试验前，先确定好砝码的数量，而后卡条伸入至冲击管内，将确定好的砝码连接成一体，并放入至冲击管内，直至最下方的砝码达到卡条的位置，并卡条卡住并保持在该位置；冲击试验时，将卡条抽出，砝码在重力的作用下在沿着冲击管内部下落，并穿过控制仪，直至落入到试验件上，根据试验件的重量和下落速度确定冲击能量。由于砝码进行冲击试验始终下冲击管内进行，基本不会受到装置摩擦力、空气阻力等影响，具有能量测定精度高、操作简单、可靠性高、效率高等诸多优点。
附图说明
为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为本申请整体结构示意图；
图2为本申请冲击试验装置和控制仪整体结构示意图；
图3为图2中A部放大剖视图；
图4为图2中B部放大剖视图；
图5为本申请控制仪整体结构示意图；
图6为本申请控制仪运行原理图；
图7为本申请冲击试验楼梯结构示意图。
1、冲击试验楼梯；2、冲击试验装置；3、控制仪；4、冲击管；5、砝码；6、砝码释放装置；7、卡条；8、固定环；9、拧紧螺栓；10、释放杆；11、冲头；12、拉线；13、底座；14、第一支撑板；15、第二支撑板；16、第一支撑杆；17、第二支撑杆；18、测速连接头；19、第一发光二极管；20、第二发光二极管；21、第一信号接收器；22、第二信号接收器；23、滚轮；24、升降螺栓；25、升降螺母；26、锁紧螺母；27、底部支撑；28、试验件；29、夹紧装置。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
一种高精度落锤冲击试验系统，如图1所示，包括冲击试验楼梯1、冲击试验装置2和控制仪3；冲击试验楼梯1设于冲击试验装置2的一侧，用于人工操作登高工具，控制仪3设于冲击试验装置2的下方，试验件28设于控制仪3下方。
如图2-3所示，冲击试验装置2包括冲击管4、砝码5、砝码释放装置6和支撑平台；冲击管4竖直连接于支撑平台上，砝码5共有多组并且多组砝码5竖直并排设于冲击管4内，相邻砝码5之间相互固定，砝码释放装置6设于冲击管4的侧壁上，砝码释放装置6包括卡条7，卡条7能够插入至冲击管4内防止砝码5下落，当卡条7从冲击管4内抽出时砝码5自由下落；
控制仪3和试验件28均设于支撑平台上，砝码释放装置6松开砝码5时，砝码5沿冲击管4内自由下落，穿过控制仪3并落到试验件28上，控制仪3对砝码5的下落速度进行采集。
在进行冲击试验前，先确定好砝码5的数量，而后卡条7伸入至冲击管4内，将确定好的砝码5连接成一体，并放入至冲击管4内，直至最下方的砝码5达到卡条7的位置，并卡条7卡住并保持在该位置。砝码5通过冲击试验楼梯1来放入或取出。
冲击试验时，将卡条7抽出，砝码5在重力的作用下在沿着冲击管4内部下落，并穿过控制仪3，直至落入到试验件28上，根据试验件28的重量和下落速度确定冲击能量。
由于砝码5进行冲击试验始终下冲击管4内进行，基本不会受到装置摩擦力、空气阻力等影响，通过更换不同数量的砝码5，该系统可以对ASTM D7136规定的标准试样引入20J～136J的冲击能量，可满足不同损伤阻抗测定试验的需求。具有能量测定精度高、操作简单、可靠性高、效率高等诸多优点。
优选地，砝码释放装置6还包括固定环8、拧紧螺栓9和释放杆10，固定环8同轴套设于冲击管4外侧，拧紧螺栓9沿着固定环8的径向与固定环8螺纹连接，释放杆10水平滑移配合于固定环8上；冲击管4上开设有上下设置的条形孔，卡条7设于固定环8的内侧并插设于条形孔内，释放杆10的内部一端与卡条7相连，卡条7与固定环8支架设有复位弹簧，复位弹簧套设于释放杆10，释放杆10的外端部设有拉环。
通过向外拉动把手，释放杆10能够带动卡条7向外移动，使得砝码5下落；松开把手，卡条7在复位弹簧的作用下回弹至冲击管4内，从而实现砝码5的支撑与释放。通过拧开拧紧螺栓9，固定环8能够沿着条形孔在冲击管4上上下移动，从而调整砝码5的释放位置；在确定完成位置之后，将拧紧螺栓9拧紧，使得拧紧螺栓9的底部与冲击管4的侧壁相抵，从而将固定环8固定在该位置，操作方便。
优选地，砝码5的上端开设有螺纹孔、下端对应位置开设有螺纹柱，上方砝码5的螺纹柱螺纹连接于下方砝码5的螺纹孔内，位于最下方的砝码5下方螺纹连接有冲头11，从而能够实现不同数量的砝码5快速、高效的组装。
优选地，砝码5的上方设有拉线12，拉线12的一端设有能够与螺纹孔螺纹连接的螺柱，拉线12的长度大于冲击管4最下方至试验件28的距离。通过设置拉线12，在砝码5下落时，不会影响砝码5的工作，当砝码5下落完成后，拉动拉线12能够将砝码5取出，较为方便。在计算冲击能量时，将拉线12上的螺柱对应重量的冲击能量减去即可。
优选地，支撑平台包括底座13、底部支撑27、第一支撑板14和第二支撑板15；底部支撑27设于底座13下方，底座13支撑上设有螺栓，能够调节底座13的高度；底座13上设有多组竖直设置的第一支撑杆16，第一支撑板14共有两组并分别设于第一支撑杆16的顶部和中部，第一支撑板14与第一支撑杆16和冲击套之间均连接有锁紧螺母26；底部支撑27对应第一支撑杆16内侧的位置处设有多组数值设置的第二支撑杆17，第二支撑板15固定连接于第二支撑杆17上，控制仪3和试验件28设于第二支撑板15上；试验件28与第二支撑板15之间连接有压紧装置，夹紧装置29为一种快速夹，能够对试验件28的四角进行夹紧固定，该装置为现有成品件，具体不再赘述。通过第一支撑杆16、第二支撑杆17、第一支撑板14和第二支撑板15的设计，实现了对冲击套、控制仪3和试验件28的稳定支撑。
如图4-6所示，优选地，控制仪3还包括测速连接头18、第一发光二极管19、第一信号接收器21、第二发光二极管20和第二信号接收器22；测速连接头18与冲击管4的底部相连，测速连接头18通过螺栓连接于第二支撑板15上，第一发光二极管19和第二发光二极管20均设于测速连接头18内，第一发光二极管19设于第二发光二极管20的正上方，第一信号接收器21与第一发光二极管19对应设于测速连接头18的内部两侧，第二信号接收器22与第二发光二极管20对应设置测速连接头18的内部两侧。
第一信号接收器21和第二信号接收器22通过计算分别记录冲头11到达的时间，即可进行冲击能量的计算，具体为：
当冲头下落至图2所示第一发光二极管19的位置时，速度为此时光路1被切断，第一信号接收器21记录当前时间为T1，冲头11继续下落至第二发光二极管20的位置时，速度为/>光路2被切断，第二信号接收器22记录当前时间为T2，那么冲头11在(T2-T1)时间段内自由落体的平均速度为/>v1、v1和/>有如下关系：
由于摩擦力的影响，砝码在冲击管内下落时加速度会小于当地重力加速度，根据公式(1)可以求得砝码在冲击管中的实际加速度为：
那么，冲头落在试验件表面时的冲击能量为：
E＝mg(L+D+H)..........................................(3)
试验前对砝码5进行称重，将质量、冲头11释放点的高度输入至控制仪3，当砝码5从冲击管4释放后，控制仪3测量两个发光二极管信号接收时差，就可以通过公式(2)和公式(3)计算出冲头11下落至试验件28表面时的冲击能量。
如图7所示，优选地，冲击试验楼梯1的底部设有滚轮23和升降螺栓24，升降螺栓24与冲击试验楼梯1的底部竖直螺纹连接，升降螺栓24上螺纹连接有拧紧到冲击试验楼梯1上的升降螺母25。在拧上升降螺栓24后，滚轮23与地面接触，能够带动冲击试验楼梯1任意移动；在拧下升降螺栓24后，滚轮23与地面分离，使得冲击试验楼梯1保持在位置，控制较为方便。
冲击试验具体的步骤包括：
1)根据所需要的冲击能量根据公式E＝mgh对释放高度和砝码5质量进行估算；
2)选择所需要的冲头11直径，砝码5进行安装组合并进行称重，将砝码释放装置6调整至估算好的高度；
3)连接控制仪3、第一发光二极管19、第二发光二极管20、第一信号接收器21和第二信号接收器22，在控制仪3中输入砝码5质量和释放装置高度；
4)将试验件28放置在试验件28支持平台上，下压试验件28压紧装置，使试验件28压紧在平台上；
5)试验人员站立在冲击试验楼梯1上，将砝码5放入冲击管4中，使其卡在砝码释放装置6的卡条7上；
6)准备完成后，拉开释放杆10，砝码5自由落下，控制仪3自动计算出冲击能量；
7)冲击完成后向上拉拉线12，将砝码5从冲击管4中拉出。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种高精度落锤冲击试验系统，其特征在于：包括冲击试验楼梯(1)、冲击试验装置(2)和控制仪(3)；所述冲击试验楼梯(1)设于冲击试验装置(2)的一侧，所述控制仪(3)设于冲击试验装置(2)的下方，试验件(28)设于控制仪(3)下方；
所述冲击试验装置(2)包括冲击管(4)、砝码(5)、砝码释放装置(6)和支撑平台；所述冲击管(4)竖直连接于支撑平台上，所述砝码(5)共有多组并且多组砝码(5)竖直并排设于冲击管(4)内，相邻所述砝码(5)之间相互固定，所述砝码释放装置(6)设于冲击管(4)的侧壁上，所述砝码释放装置(6)包括卡条(7)，所述卡条(7)能够插入至冲击管(4)内防止砝码(5)下落，当卡条(7)从冲击管(4)内抽出时砝码(5)自由下落；
所述控制仪(3)和试验件(28)均设于支撑平台上，砝码释放装置(6)松开砝码(5)时，砝码(5)沿冲击管(4)内自由下落，穿过控制仪(3)并落到试验件(28)上，所述控制仪(3)对砝码(5)的下落速度进行采集；
所述砝码释放装置(6)还包括固定环(8)、拧紧螺栓(9)和释放杆(10)，所述固定环(8)同轴套设于冲击管(4)外侧，所述拧紧螺栓(9)沿着固定环(8)的径向与固定环(8)螺纹连接，所述释放杆(10)水平滑移配合于固定环(8)上；所述冲击管(4)上开设有上下设置的条形孔，所述卡条(7)设于固定环(8)的内侧并插设于条形孔内，所述释放杆(10)的内部一端与卡条(7)相连，所述卡条(7)与固定环(8)支架设有复位弹簧，所述复位弹簧套设于释放杆(10)；
所述砝码(5)的上端开设有螺纹孔、下端对应位置开设有螺纹柱，上方所述砝码(5)的螺纹柱螺纹连接于下方砝码(5)的螺纹孔内，位于最下方的砝码(5)下方螺纹连接有冲头(11)；
所述控制仪(3)还包括测速连接头(18)、第一发光二极管(19)、第一信号接收器(21)、第二发光二极管(20)和第二信号接收器(22)；所述测速连接头(18)与冲击管(4)的底部相连，所述第一发光二极管(19)和第二发光二极管(20)均设于测速连接头(18)内。
2.如权利要求1所述的高精度落锤冲击试验系统，其特征在于：所述砝码(5)的上方设有拉线(12)，所述拉线(12)的一端设有能够与螺纹孔螺纹连接的螺柱，所述拉线(12)的长度大于冲击管(4)最下方至试验件(28)的距离。
3.如权利要求1所述的高精度落锤冲击试验系统，其特征在于：所述支撑平台包括底座(13)、底部支撑(27)、第一支撑板(14)和第二支撑板(15)；所述底部支撑(27)设于底座(13)下方，所述底座(13)上设有多组竖直设置的第一支撑杆(16)，所述第一支撑板(14)共有两组并分别设于第一支撑杆(16)的顶部和中部，所述第一支撑板(14)与第一支撑杆(16)和冲击套之间均连接有锁紧螺母(26)；所述底部支撑(27)对应第一支撑杆(16)内侧的位置处设有多组数值设置的第二支撑杆(17)，所述第二支撑板(15)固定连接于第二支撑杆(17)上，所述控制仪(3)和试验件(28)设于第二支撑板(15)上；所述试验件(28)与第二支撑板(15)之间连接有试验件(28)压紧装置。
4.如权利要求1所述的高精度落锤冲击试验系统，其特征在于：所述测速连接头(18)通过螺栓连接于支撑平台上，所述第一发光二极管(19)设于第二发光二极管(20)的正上方，所述第一信号接收器(21)与第一发光二极管(19)对应设于测速连接头(18)的内部两侧，所述第二信号接收器(22)与第二发光二极管(20)对应设置测速连接头(18)的内部两侧。
5.如权利要求1所述的高精度落锤冲击试验系统，其特征在于：所述冲击试验楼梯(1)的底部设有滚轮(23)和升降螺栓(24)，所述升降螺栓(24)与冲击试验楼梯(1)的底部竖直螺纹连接，所述升降螺栓(24)上螺纹连接有拧紧到冲击试验楼梯(1)上的升降螺母(25)。
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